Jak dopad na hlavu může poškodit mozek - a vést k otřesům mozku

Rostoucí povědomí o závažných a trvalých dopadech silných úderů do hlavy, jako jsou otřesy mozku, traumatické poranění mozku (TBI) a neurologické poruchy, vedly vědce k tomu, aby se zaměřili na to, co se přesně děje uvnitř lebky během velkého zásahu.

Mehmet Kurt, Ph.D., strojní inženýr na Stevensově technologickém institutu, který studuje biomechaniku mozku a lebky v klidu a během rychlých pohybů hlavy, nyní vytvořil bioinženýrské simulace, které sledují, jak se mozek chová při nárazu, rekonstruují setrvačnost stresy a napětí, které převládají uvnitř mozku, který byl právě silně zasažen ze strany.

"Mozek nejen zvoní, ale má zřetelný vzor zvonění, když je hlava zasažena ze strany a zažívá rotační zrychlení," řekl Kurt.

Nové poznatky nemusí mít dopad pouze na hodnocení poranění mozku, ale i na výrobce sportovních helem při hledání měření, která mohou jednoduše odlišit „otřes mozku“ od „žádného otřesu mozku“, aby pomohla průmyslovému odvětví stanovit bezpečnostní standardy.

Pro studii výzkumný tým analyzoval jak simulované, tak lidské údaje o pohybech mozku, které vedly k otřesům mozku.

Tým zjistil, že boční nárazy do hlavy vedou k rotačním zrychlením, která způsobují soustředění mechanických vibrací ve dvou oblastech mozku: corpus callosum, most spojující hemisféry a periventrikulární oblast, laloky bílé hmoty v kořeni mozku, které pomáhají urychlit aktivace svalů.

Vědci zjistili, že vnitřní geometrie lebky a želatinová povaha mozku způsobují, že tyto dvě oblasti rezonují na určitých frekvencích a přijímají více energie ve formě smykových sil nebo protichůdných pohybů než zbytek mozku.

Zdá se, že více smykového kmene vede k většímu poškození tkání a buněk, zejména proto, že smyk má tendenci deformovat mozkovou tkáň snadněji než jiné biologické tkáně.

"Úder do hlavy vytváří nelineární pohyb v mozku," řekl postgraduální student Stevens Javid Abderezaei. "To znamená, že malé zvýšení amplitudy může vést k neočekávaně velkým deformacím v určitých strukturách."

Tyto nelineární vibrace nejsou překvapivé v komplexním orgánu s řadou hustot tkáně. Přidejte k tomu omezující účinky tvrdých ochranných membrán, které drží mozek na místě shora i zespodu, a některé oblasti se při bočních nárazech určitě zhorší.

Identifikace částí mozku, které jsou při bočních nárazech nejzranitelnější, z nich činí hlavní cíle pro další vyšetřování.

Zjištění zveřejněná v časopise Byla provedena fyzická kontrola, mají silné důsledky, protože každý rok trpí více než 300 000 amerických dětí a dospívajících otřesy související se sportem.

Zdroj: Stevensův technologický institut