Исследователи изучили 38 игроков из Университета Рочестера, поместив акселерометры – устройства, измеряющие ускоряющую силу – в их шлемы для каждой тренировки и игры. Мозг игроков сканировали на аппарате МРТ до и после сезона игры.
В то время как только два игрока пострадали от клинически диагностированного сотрясения мозга во время наблюдения за ними в исследовании, сравнение МРТ после и перед началом сезона показало, что более двух третей игроков испытали снижение структурной целостности своего мозга. В частности, исследователи обнаружили снижение целостности белого вещества в среднем мозге после сезона по сравнению с до сезона.
Кроме того, указав, что травма была конкретно связана с игрой в футбол, исследователи обнаружили, что количество повреждений белого вещества коррелировало с количеством ударов по голове, которые получили игроки.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
"Общественное мнение таково, что только большие хиты имеют значение. Это то, о чем люди говорят и что мы часто видим по телевизору », – сказал старший автор исследования Брэд Махон, доцент кафедры психологии Карнеги-Меллона и научный руководитель Программы трансляционного картирования мозга в Университете Рочестера. «Большие хиты – это определенно плохо, но из-за того, что они сосредоточены на больших хитах, публика упускает из виду то, что, вероятно, наносит долгосрочный ущерб мозгам игроков. Это не только сотрясения мозга. Это тоже повседневные хиты."
Средний мозг, расположенный в центре головы и непосредственно под корой головного мозга, является частью более крупной жесткой структуры, похожей на стебель, которая включает в себя ствол мозга и таламус. Относительная жесткость среднего мозга означает, что он поглощает силы иначе, чем окружающие более мягкие ткани, что делает его биомеханически восприимчивым к силам, вызванным ударами головы. Средний мозг поддерживает такие функции, как движения глаз, на которые влияют сотрясения мозга и удары по голове. Хотя известно, что удары в голову влияют на многие части мозга одновременно, исследователи решили сосредоточить исследование на среднем мозге, предполагая, что эта структура будет «канарейкой в угольной шахте» для ударов, вызывающих субконтузии.
«Мы выдвинули гипотезу и обнаружили, что средний мозг является ключевой структурой, которая может служить показателем травмы как при клинически определяемых сотрясениях мозга, так и при повторяющихся ударах головы», – сказал Аднан Хирад, специалист в области медицины.D./ Ph.D. кандидат программы подготовки медицинских ученых Университета Рочестера и ведущий автор исследования. «То, что мы каталогизировали в нашем исследовании, – это вещи, которые нельзя наблюдать, просто глядя на игрока или тестируя его поведение, на поле или за его пределами. Это «клинически бессимптомные» травмы головного мозга."
Каждый игрок в исследовании получил МРТ в течение двух недель после начала каждого сезона и в течение одной недели в конце.
Акселерометры на шлеме измеряли линейное ускорение и ускорение вращения во время всех тренировок и игр, записывая все контакты, создававшие силы 10 g или более. Космонавты на космическом шаттле испытали 3 g при взлете. Водители гоночных автомобилей ощущают воздействие 6 g, а автомобильные аварии могут вызвать кратковременное воздействие силы более 100 g.
38 игроков NCAA Division III испытали почти 20000 попаданий во все тренировки и игры.
Из этих ударов средняя сила составила около 25 g, при этом половина ударов превышала это количество. Только два из почти 20 000 ударов привели к сотрясениям мозга.
«Мы измерили линейное ускорение, ускорение вращения и направление удара каждого удара, нанесенного игроками.
Это позволило нам создать трехмерную карту всех сил, которые выдерживает их мозг », – сказал Хирад.
МРТ измеряет структурные изменения в головном мозге, происходящие в течение каждого сезона.
Они обнаружили, что вращательное ускорение (удар, вызывающий скручивание головы) в большей степени, чем линейное ускорение (лобовой удар), коррелирует с наблюдаемыми изменениями структурной целостности белого вещества в среднем мозге.
«Это исследование предполагает, что визуализация среднего мозга с использованием диффузной МРТ может стать в будущем способом диагностики травм в результате однократного сотрясения головы и / или повторяющихся ударов головой с субконтузионным действием», – сказал д-р. Джеффри Базарян, профессор медицины неотложных состояний, неврологии, нейрохирургии и общественного здравоохранения Медицинского центра Университета Рочестера и соавтор исследования.
Вторая часть исследования послужила независимым средством проверки подхода исследователей к футбольной когорте.
В эту группу вошли 29 спортсменов из различных других контактных видов спорта, у которых было клинически определенное сотрясение мозга, и 58 спортсменов, у которых не было сотрясения мозга.
Участники с сотрясением мозга прошли МРТ и предложили образцы крови в течение 72 часов после травмы.
Как и в футбольной группе, у этих игроков наблюдалась пониженная структурная целостность среднего мозга. Кроме того, они показали повышенное содержание белка тау в крови.
По мере снижения структурной целостности мозга тау увеличивается.
«Тау является важным маркером острых изменений в головном мозге и, как полагают, в долгосрочной перспективе связан с нейродегенеративными заболеваниями, такими как хроническая травматическая энцефалопатия, также известная как CTE», – сказал Хирад.
Учитывая это новое понимание повторяющихся ударов в голову, что нам делать??
«Наше исследование в контексте предшествующих исследований, проведенных за последние несколько лет, начинает указывать на то, что накопление множества ударов, вызывающих субконтузию, играет важную роль в нанесении долгосрочного ущерба мозгу футболистов», – сказал Махон. "Потребуются дальнейшие исследования, чтобы воплотить наши выводы в конкретные директивы, имеющие отношение к общественному здравоохранению.
Важным направлением будущих исследований станет проведение крупномасштабных продольных исследований спортсменов, занимающихся контактными видами спорта, в различных возрастных группах."
«Нам также необходимо переоценить то, как мы принимаем решения о возвращении в игру», – сказал Хирад. "Сейчас эти решения принимаются на основе того, проявляет ли игрок симптомы сотрясения мозга, такие как головокружение или потеря сознания. Даже без сотрясения мозга удары, которые игроки получают на практике, и игры, похоже, со временем вызывают повреждение мозга."