גלי הלם עלולים ליצור בועות מסוכנות במוח

ההתקדמות בעיצוב שריון גוף וקסדה פירושה שעוד חיילים ישרדו כשהם קרובים לפיצוץ מפצצת הכביש או מאש אויב. אך אנשים רבים חוזרים משדה הקרב עם פגיעות מוחיות שלא נראות מיד וקשה לאיתור אפילו באמצעות סריקות מתקדמות. הבעיה היא שלא ברור מה בדיוק עושה גל הפיצוץ במוח.

תוכן קשור

• כיצד דג שקוף עשוי לעזור בפענוח המוח
• מעגל גמיש הוחדר למוחות חיים

כריסטיאן פרנק, עוזר לפרופסור להנדסה באוניברסיטת בראון, מנסה לשנות זאת על ידי הדמיה של קבוצות קטנות של תאי מוח בתלת ממד וצילום סרטים של נוירונים שנחשפו לזעזועים זעירים. הרעיון הוא לראות כיצד בדיוק תאי מוח בודדים משנים צורה ומגיבים בשעות שאחרי הטראומה.

על פי משרד ההגנה האמריקני, כ- 25, 000 אנשי שירות ונשים חלו בפגיעות מוח טראומטיות בשנת 2014. רק 303 מהפציעות היו "חודרות", או מהסוג שמשאיר פצעים גלויים. השאר היו מצורות זעזוע מוח שונות שנגרמו כתוצאה מאירועים כמו חומרי נפץ, נפילות ותאונות דרכים.

מרבית הפציעות הללו - בערך 21, 000 - נחשבו קלות, מה שאומר שהאדם היה מבולבל, התבלבל או סבל מאובדן זיכרון במשך פחות מ -24 שעות או שהיה חסר הכרה במשך 30 דקות או פחות. חולים כאלה אינם מקבלים בדרך כלל סריקות מוח, ואם כן, התמונות בדרך כלל נראות תקינות.

זו בעיה, אומר פרנק, מכיוון שבעיות פסיכולוגיות הנובעות מפגיעות ראש מוחיות יכולות לנבוע מפגיעה ברמת התא, מכיוון שהמוח "מחווט מחדש" בזמן שהוא מנסה לרפא.

"החיווט מחדש מתרחש לאחר העלבון, אז אתה לא שם לב, " אומר פרנק. "אנחנו רוצים לראות בקנה מידה הסלולרי כמה מהר התאים האלה עוברים עיוות. עם טראומה קהה יש לנו בסיס נתונים הרבה יותר גדול. עם פיצוצים, זה בעיקר אנשים בשירותים המזוינים, והם מתקשים כי הם היו אוהבים לגשת לטיפול ולקבל עזרה, אבל הם לא יודעים בשביל מה למסך. "

ניסויים שנערכו בעבר עם חולדות הראו נזק מוחי מפיצוצים נפיצים, במיוחד להיפוקמפוס, אך לא הסתכלו על רמת התא. ובעוד שמחקרים קודמים בבני אדם בדקו תאי מוח במקרי פגיעות ראש, הרקמה הגיעה רק מחולים שכבר היו מתים.

מכיוון שאיננו יכולים להציץ במוח אנושי חי בזמן שהוא מוחץ זעזוע מוח, פרנק צמח תאים ממוח עכברושים על פיגומים ביולוגיים בתוך חומר דמוי ג'ל. ההתקנה מאפשרת לתאים לצמוח באשכולות בדומה לאופן שבו הם יתכנסו במוח.

התאים אינם ארוזים בצפיפות ואינם עושים את כל הדברים שתאי המוח בדרך כלל היו עושים, אך הם מספקים אנלוגיה גסה. פרנק יכול אז לחשוף את הצרורות דמויי המוח לגלי הלם כדי לראות מה קורה.

גל פיצוץ שונה מנגיד מכות בראשו עם לבנה, מכיוון שסולם הזמן קצר בהרבה, אומר פרנק. מריחה טיפוסית בראש מתרחשת במהלך כמה אלפי שניות, ואילו גל הפיצוץ נמשך רק מיליוני שניות משנייה. בנוסף, להשפעות של גל פיצוץ אין נקודת מוצא אחת וממוקדת, כמו במכה פיזית.

פרנק עובד על פי השערה כי גלי הלם מפיצוצים גורמים לתופעה במוח האנושי המכונה cavitation - אותו תהליך שעושה בועות במים ליד מדחף סירה. התיאוריה של cavitation במוח אינה חדשה, וישנן הוכחות די מוצקות לכך כי cavitation קורה, אך אין לנו עדיין את התצפיות הנכונות לתאר אותה כגורם לנזק לתאים.

על פי התיאוריה, בזמן שהפיצוץ מתרחש בסמוך לחייל, גלי הלם עוברים דרך הגולגולת ויוצרים אזורים קטנים של לחץ נמוך בנוזלים הסובבים את המוח ומחלחלים. כאשר הלחץ באזורים מסוימים הופך להיות נמוך מספיק, נפתח חלל או חלל קטן. שבריר שבריר של שניה לאחר מכן, אזור הצפיפות הנמוכה קורס.

מכיוון שהחללים אינם כדוריים בצורה מושלמת, הם קורסים לאורך הצירים הארוכים שלהם, וכל התאים הסמוכים להם נמעכים בתוך החלל או נפגעים מפיצוץ נוזלים בצפיפות גבוהה הירי מהקצוות. נראה ברור שאירוע כזה יפגע ותהרוג תאים, אך רחוק מלהיראות כיצד נראה נזק זה.

בסרטון זה נראה לייזר שנורה לנוירונים שגדלו בג'ל, ויוצר מחדש את התאבון הנגרם על ידי גל ההלם שעלול לגרום לנזק מוחי בנפגעי הפיצוץ. (ג'ון אוסטרדה, אוניברסיטת כריסטיאן פרנק / בראון)

זו הסיבה שפרנק עשה סרטים מתאי המוח שגדלו במעבדה והציג השבוע את ממצאיו בישיבה השנתית ה -68 של המחלקה לדינמיקה נוזלית של החברה האמריקאית לפיזיקה בארה"ב. כדי לדמות cavitation מפיצוץ, הוא ירה קרני לייזר לעבר הגושים הסלולריים. צילומי הלייזר הקצרים חיממו פיסות ג'ל המחזיקות יחד את מטריקס התא, ויוצרות חללים.

הוא השתמש בנורת LED לבנה המחוברת למיקרוסקופ וגורם דיפרקציה, שמייצר תמונות משתי נקודות מבט שונות לסרוק שוב ושוב את התאים המפוצצים בלייזר. כל תמונת מצב עושה תמונה תלת ממדית של התאים בעזרת שתי התמונות כדי ליצור סוג של סרט תלת מימד. פרנק התבונן אז בתאים במשך יום כדי לראות מה הם עשו ואם הם מתו.

הניסוי הראה אינדיקציה ברורה לנזק לתאים כתוצאה מהאבקה. אבל זה רק צעד ראשון: פנים המוח אינו אחיד, מה שמקשה על חישוב ההשפעה בפועל של cavitation. בנוסף, מודל ההשפעות של גל הפיצוץ הוא קשה, מכיוון שהנוזל המעורב הוא די מורכב, אומר ז'אק גלר, מהנדס בחברת Advanced Technology and Research Corporation, שעכשיו הוא בדימוס למחצה. הוא עשה ניסויים בהצבת ראשי הגוויות בנתיבי גלי ההלם, שסיפקו ראיות עקיפות לבוררות במהלך פיצוץ.

אולם גורם מסבך נוסף הוא שגולגולות רוטטות בתדרים מסוימים, מה שיכול להשפיע על מידת עיוותן ומעוררות cavitation. "כשהגולגולת רוטטת, היא עלולה לגרום לסדרה נוספת של בועות, " אומר גלר.

בצד הבהיר, בניסוי של פרנק אפשר לשלוט על גודל הבועות ומיקומן, כמו גם על תכונות הג'ל. פירוש הדבר שמחקר עתידי יכול להשתמש באותה הגדרה כדי לבדוק מספר תרחישים אפשריים.

לאחר מכן ניתן להשוות את הפגיעות בתאי המעבדה בהן למוחות אמיתיים של נפגעי זעזוע מוח כדי לקבל תמונה טובה יותר של המתרחש. זה אמור להקל על פיתוח טיפולים ואבחונים.

פרנק מסכים עם זאת שעדיין יש דרך לעבור לפני שהחוקרים יודעים בוודאות כיצד פיצוצים משפיעים על המוח. "זו עדיין עבודה רבה, " אמר. "אנחנו בערך באמצע הדרך."