Wie ein Aufprall auf den Kopf das Gehirn schädigen und zu Gehirnerschütterungen führen kann
Das wachsende Bewusstsein für die schweren und anhaltenden Auswirkungen starker Kopfschläge wie Gehirnerschütterungen, traumatische Hirnverletzungen (TBI) und neurologische Störungen hat die Forscher veranlasst, sich darauf zu konzentrieren, was genau in einem Schädel während eines großen Treffers passiert.
Mehmet Kurt, Ph.D., ein Maschinenbauingenieur am Stevens Institute of Technology, der die Biomechanik des Gehirns und des Schädels in Ruhe und bei schnellen Kopfbewegungen untersucht, hat jetzt biotechnologische Simulationen durchgeführt, die das Verhalten des Gehirns beim Aufprall verfolgen und die Trägheit rekonstruieren Belastungen, die in einem Gehirn herrschen, das gerade von der Seite hart getroffen wurde.
"Das Gehirn klingelt nicht nur, es hat auch ein ausgeprägtes Klingelmuster, wenn der Kopf von der Seite getroffen wird und eine Rotationsbeschleunigung erfährt", sagte Kurt.
Die neuen Erkenntnisse haben möglicherweise nicht nur Auswirkungen auf die Beurteilung von Hirnverletzungen, sondern auch auf Hersteller von Sporthelmen, die nach Messungen suchen, bei denen „Gehirnerschütterung“ einfach von „keine Gehirnerschütterung“ unterschieden werden kann, um der Industrie dabei zu helfen, Sicherheitsstandards festzulegen.
Für die Studie analysierte das Forscherteam sowohl simulierte als auch menschliche Daten von Gehirnbewegungen, die zu Gehirnerschütterungen geführt haben.
Das Team stellte fest, dass Seitenaufpralle auf den Kopf zu Rotationsbeschleunigungen führen, die dazu führen, dass sich mechanische Schwingungen in zwei Gehirnregionen konzentrieren: dem Corpus Callosum, der Brücke, die die Hemisphären verbindet, und der periventrikulären Region, Lappen der weißen Substanz an der Hirnwurzel, die die Geschwindigkeit unterstützen Muskelaktivierung.
Die Forscher entdeckten, dass die innere Geometrie des Schädels und die gallertartige Natur des Gehirns dazu führen, dass diese beiden Regionen bei bestimmten Frequenzen in Resonanz treten und mehr Energie in Form von Scherkräften oder entgegengesetzten Bewegungen erhalten als der Rest des Gehirns.
Eine stärkere Scherbelastung scheint mehr Gewebe- und Zellschäden zu verursachen, insbesondere da die Scherung dazu neigt, das Gehirngewebe leichter zu verformen als andere biologische Gewebe.
"Ein Schlag auf den Kopf erzeugt eine nichtlineare Bewegung im Gehirn", sagte Stevens Doktorand Javid Abderezaei. "Das bedeutet, dass kleine Amplitudenerhöhungen in bestimmten Strukturen zu unerwartet großen Verformungen führen können."
Diese nichtlinearen Schwingungen sind in einem komplexen Organ mit einer Reihe von Gewebedichten nicht überraschend. Fügen Sie die zurückhaltenden Wirkungen der zähen Schutzmembranen hinzu, die das Gehirn von oben und unten an Ort und Stelle halten, und bestimmte Regionen werden bei Seitentreffern zwangsläufig schlechter abschneiden.
Die Identifizierung der Teile des Gehirns, die am anfälligsten für Nebenwirkungen sind, macht sie zu Hauptzielen für weitere Untersuchungen.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Körperliche Überprüfung angewendethaben starke Auswirkungen, da jedes Jahr mehr als 300.000 amerikanische Kinder und Jugendliche unter sportbedingten Folgen leiden.
Quelle: Stevens Institute of Technology
