Kerevarustuse ja kiivri kujunduse areng tähendab, et rohkemate sõdurite jaoks jääb teeserva pommi või vaenlase tule tõttu plahvatuse lähedale ellu. Kuid paljud inimesed tulevad lahinguväljalt tagasi ajukahjustustega, mis pole kohe nähtavad ja mida on raske tuvastada isegi täpsema skaneerimise korral. Probleem on selles, et pole selge, mida lööklaine ajule teeb.
Seotud sisu
- Kuidas võib läbipaistev kala aidata aju dekodeerida
- Elavatesse ajudesse on süstitud painduv vooluring
Browni ülikooli inseneriprofessor Christian Franck üritab seda muuta, pildistades 3D ajurakkude väikeseid rühmi ja filmides pisikeste löökidega kokkupuutuvate neuronite filme. Idee on täpselt näha, kuidas üksikud ajurakud muudavad kuju ja reageerivad traumajärgsetel tundidel.
USA kaitseministeeriumi teatel said 2014. aastal traumaatilisi ajuvigastusi umbes 25 000 kaitseväelast ja naist. Ainult 303 vigastustest olid "läbitungivad" ehk sellised, mis jätavad nähtavad haavad. Ülejäänud olid mitmesugustest põrutusest, mille põhjustasid sellised sündmused nagu lõhkeained, kukkumised ja sõidukõnnetused.
Enamikku neist vigastustest - umbes 21 000 - peeti kergeks, mis tähendab, et inimene oli segaduses, segaduses või kaotas mälu vähem kui 24 tunni jooksul või oli teadvuseta vähemalt 30 minutit. Sellistel patsientidel aju skaneeringuid tavaliselt ei tehta ja kui nad seda teevad, näevad pildid üldiselt normaalsed.
Francki sõnul on see probleem, sest põrutavatest peavigastustest tulenevad psühholoogilised probleemid võivad tuleneda rakutaseme kahjustustest, kuna aju "kerib", kui see proovib paraneda.
"Juhtmete ümberpaigutamine toimub pärast solvamist, nii et te ei pane tähele, " ütleb Franck. "Me tahame raku skaalal näha, kui kiiresti need rakud deformeeruvad. Nüri traumaga on meil palju suurem andmebaas. Plahvatuste korral on enamasti tegemist relvajõudude inimestega ja neil on raske, sest nad tahaksid meeldib ravile pääseda ja abi saada, kuid nad ei tea, mida läbi vaadata. "
Varasemad katsed rottidega on näidanud ajukahjustusi plahvatusohtlikest plahvatustest, eriti hipokampuses, kuid ei vaadanud raku taset. Ja kuigi varasemates inimestega tehtud uuringutes on peavigastuste korral uuritud ajurakke, on kude tulnud ainult patsientidelt, kes olid juba surnud.
Kuna me ei saa elava inimese aju sisemuses omavahel suhelda, kasvas Franck rottide ajurakke bioloogilistel tellingutel geelilaadse aine sees. Seadistamine võimaldab rakkudel kasvada klastrites, mis sarnanevad sellega, kuidas nad ajus kobaraks kasvavad.
Rakud pole nii tihedalt pakitud ega tee kõike, mida ajurakud tavaliselt teeksid, kuid pakuvad siiski umbkaudset analoogi. Seejärel võib Franck paljastada need ajusarnased kimbud lööklainetele, et näha, mis juhtub.
Lõhkelaine erineb näiteks tellisega pähe löömisest, sest ajaline skaala on palju lühem, ütleb Franck. Tüüpiline lõhn peas toimub mõne tuhandiksekundi sekundi jooksul, samal ajal kui lööklaine kestab vaid miljondikku sekundist. Lisaks pole plahvatuslaine tagajärgedel ühte fookustatud lähtepunkti, nagu füüsilise löögi korral.
Franck töötab hüpoteesiga, mille kohaselt plahvatustest põhjustatud lööklained põhjustavad inimese ajus nähtust, mida nimetatakse kavitatsiooniks - sama protsess, mis tekitab vees mullid paadikruvi lähedal. Ajude kavitatsiooni teooria pole uus ja on olemas kindlaid tõendeid, et kavitatsioon juhtub, kuid meil pole veel õigeid tähelepanekuid, et seda rakukahjustuse põhjusena käsitleda.
Teooria kohaselt kui löök toimub sõduri lähedal, liiguvad lööklained kolju kaudu ja tekitavad aju ümbritsevates ja läbistavates vedelikes väikseid madala rõhuga piirkondi. Kui rõhk mõnes piirkonnas väheneb, avaneb väike ruum või süvend. Väikese murdosa sekundiga hiljem variseb madala tihedusega piirkond kokku.
Kuna õõnsused ei ole täiuslikult sfäärilised, varisevad nad piki oma telge ja kõik läheduses olevad rakud purustatakse õõnsuse sees või saavad löögi kõrge tihedusega vedeliku lööklainega otsast. On ilmne, et selline sündmus kahjustab ja tapab rakke, kuid pole kaugeltki selge, kuidas see kahjustus välja näeb.
Selles videos on näidatud, kuidas laser lastakse geeli kasvatatud neuronitesse, luues taas lööklaine põhjustatud kavitatsiooni, mis võib plahvatuse ohvritel põhjustada ajukahjustusi. (Jon Estrada, Christian Franck / Browni ülikool)Seetõttu tegi Franck filme oma laboris kasvanud ajurakkudest ja esitas oma järeldused sel nädalal Bostonis Ameerika füüsikaühingu vedeliku dünaamika osakonna 68. aastakoosolekul. Plahvatuse kavitatsiooni jäljendamiseks tulistas ta rakukeste juures laserkiiri. Lühikesed laservõtted soojendasid geeli bitti, hoides raku maatriksit kokku, luues õõnsused.
Ta kasutas valget LED-i, mis oli ühendatud mikroskoobiga ja difraktsioonivõrega, mis genereerib kahes erinevas vaates kujutisi laserpuhutud rakkude korduvaks skaneerimiseks. Iga pilt teeb lahtritest 3D-pildi, kasutades kahte pilti omamoodi 3D-filmi loomiseks. Seejärel jälgis Franck üks päev rakke, et näha, mida nad tegid ja kas nad surid.
Katse näitas selgeid kavitatsioonist põhjustatud rakkude kahjustusi. Kuid see on alles esimene samm: aju sisemus pole ühtlane, mis teeb kavitatsiooni tegeliku mõju arvutamise keeruliseks. Lisaks on lööklaine mõju modelleerimine keeruline, kuna sellega kaasnev vedelik on üsna keeruline, ütles nüüdseks pooleldi pensionile jäänud Advanced Technology and Research Corporationi insener Jacques Goeller. Ta katsetas surnukehade peade panemist lööklainete radadesse, mis andis plahvatuse ajal kaudseid tõendeid kavitatsiooni kohta.
Kuid veel üks komplitseeriv tegur on see, et koljud vibreerivad teatud sagedustel, mis võib mõjutada nende deformeerumise määra ja käivitada kavitatsiooni. "Kuna kolju vibreerib, võib see põhjustada uue mullide seeria, " ütleb Goeller.
Heledal küljel on Francki katses võimalik kontrollida mullide suurust ja nende asukohta, samuti geeli omadusi. See tähendab, et tulevastes uuringutes saab sama seadistust kasutada mitmete võimalike stsenaariumide testimiseks.
Vigastusi, mida need laborirakud kannatavad, saab siis toimest parema pildi saamiseks võrrelda põrutusohvrite tegelike ajudega. See peaks hõlbustama ravi ja diagnooside väljatöötamist.
Franck nõustub, et siiski on veel vaja minna, enne kui teadlased teavad kindlalt, kuidas lööklained mõjutavad aju. "See on veel suur töö pooleli, " sõnas ta. "Oleme sellest poole peal."
