研究人员模拟并评估了头部创伤期间气泡对脑细胞造成的损伤

说有一个关于军事基础的炸弹袭击。少数士兵遭受脑震荡和其他脑损伤。有些伤病可以是由在头部创伤期间在头骨内形成和塌陷的微小气泡引起的？

在海军研究办公室的资助下，爱荷华州立大学的研究人员正在利用他们制造微结构的专业知识来研究和描述损伤大脑细胞这是由微气泡的形成和坍塌引起的，这个过程被称为空化。

研究人员将他们的发现发表在该研究杂志2020年7月号的封面上全球挑战。Lead Authors是机械工程机械工程副教授的Nicole Hashemi，以及哈希米实验室的前博士生和博士后研究助理。（见其他共同作者的侧栏。）

研究人员用微米测量的微泡 - 即在创伤期间，在颅骨内的脑脊髓中百万分钟的百万米可以形成。大脑伤害。

研究人员写了这些微泡的“形成和戏剧性崩溃”，可能对脑损伤的一些损伤负责。

泡沫的破坏听起来微不足道。但是气泡破裂以及由此产生的冲击波会破坏船螺旋桨的钢基础。研究人员报告说，之前的研究表明，微气泡的膨胀和崩溃产生的力量为0.1到20兆帕，或14.5到2900磅每平方英寸。

“......因此，实现损坏在脆弱的脑组织对脆弱的脑组织造成的伤害是令人震惊的。”

寻找脑细胞的变化

测试和表征颅骨内腔的影响，研究人员通过为星形细胞产生3-D细胞培养平台来模拟脑（脑和脊髓中的星形细胞，积极支持，维持和修复中枢神经系统）。它们在小罐中淹没了细胞培养平台，并在大约6000万张米的微泡形成微泡。一些微泡粘附在细胞上的微纤维支架上。

研究人员打开水槽中的超声波装置，粉碎微气泡并制造空化。(他们还对未暴露于空化环境的对照组细胞使用了超声波设备。)

研究人员寻找了两种影响:

首先，它们使用倒置显微镜来记录细胞的任何形态变化。其次，他们与爱荷华州兽医学院的同事合作，评估细胞是否存在遗传变化。

研究人员发现空化使细胞收缩和粗糙化它们的表面。当图像在空化后22和48小时进行图像时，细胞似乎细长和生长。即便如此，研究人员在48小时后发现了细胞生长 - 在表面积方面 - 约为对照细胞的一半。

研究人员还发现细胞被空化破坏的TNF-α和IL-6等基因表达升高，这些基因与炎症条件(如SARS-CoV-2病毒感染)和神经系统疾病(如帕金森病和阿尔茨海默病)有关。

“综合来看，这些结果证实了周围的空化对星形细胞的功能是有害的，”研究人员写道。

设计更好的头盔

Hashemi表示，虽然医生寻找脑损伤的治疗，但她说工程师可以识别大脑中最有可能发生的大脑中的地方。

研究人员写道，“研究人员写道，”可以直接用于设计抑制力并降低空化的可能性的头盔。

哈什米说，虽然这项研究的重点是军事头盔，但同样的想法也可以应用到足球和其他运动的头盔上。

哈什米说:“这项研究着眼于战场应用，但在足球中也有类似的影响和冲击波。”“球员确实会有轻微的创伤脑损伤。玩家可能无法意识到它，但效果空化那里会有受伤。”

Wrede是Hashemi以前的研究生，现在在Dubuque的John Deere公司担任动态系统建模工程师，他说这个项目告诉他，需要更多的研究和开发。

他说:“那些曾经为国家效力、回来时负伤的人真的要靠研究来找到答案。”“答案可以改善我们的退伍军人和所有不幸经历的人的生活质量创伤性脑损伤”。

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