Cómo el impacto en la cabeza puede dañar el cerebro y provocar una conmoción cerebral

La creciente conciencia de los impactos severos y duraderos de los golpes fuertes en la cabeza, como las conmociones cerebrales, la lesión cerebral traumática (TBI) y los trastornos neurológicos, ha llevado a los investigadores a centrarse en lo que sucede exactamente dentro de un cráneo durante un golpe grande.

Mehmet Kurt, Ph.D., un ingeniero mecánico del Instituto de Tecnología Stevens que estudia la biomecánica del cerebro y el cráneo en reposo y durante los movimientos rápidos de la cabeza, ahora ha realizado simulaciones de bioingeniería que rastrean cómo se comporta el cerebro en el impacto, reconstruyendo la inercia. tensiones y tensiones que prevalecen dentro de un cerebro que acaba de recibir un duro golpe lateral.

“El cerebro no solo suena, sino que tiene un patrón distintivo de zumbido cuando la cabeza es golpeada de lado y experimenta una aceleración rotacional”, dijo Kurt.

Es posible que los nuevos hallazgos no solo tengan implicaciones para la evaluación de lesiones cerebrales, sino también para los fabricantes de cascos deportivos en busca de medidas que puedan simplemente distinguir "conmoción cerebral" de "sin conmoción cerebral" para ayudar a la industria a establecer estándares de seguridad.

Para el estudio, el equipo de investigación analizó datos tanto simulados como humanos de los movimientos cerebrales que han provocado conmociones cerebrales.

El equipo descubrió que los impactos laterales en la cabeza conducen a aceleraciones de rotación que hacen que las vibraciones mecánicas se concentren en dos regiones del cerebro: el cuerpo calloso, el puente que une los hemisferios, y la región periventricular, los lóbulos de materia blanca en la raíz del cerebro que ayudan a acelerar. activación muscular.

Los investigadores descubrieron que la geometría interna del cráneo y la naturaleza gelatinosa del cerebro hacen que estas dos regiones resuenen a ciertas frecuencias y reciban más energía en forma de fuerzas cortantes o movimientos opuestos que el resto del cerebro.

Más tensión de cizallamiento parece producir más daño celular y tisular, en particular porque el cizallamiento tiende a deformar el tejido cerebral más fácilmente que otros tejidos biológicos.

"Un golpe en la cabeza crea un movimiento no lineal en el cerebro", dijo el estudiante graduado de Stevens, Javid Abderezaei. "Eso significa que pequeños aumentos de amplitud pueden conducir a deformaciones inesperadamente grandes en ciertas estructuras".

Estas vibraciones no lineales no son sorprendentes en un órgano complejo que presenta una variedad de densidades de tejido. Agregue los efectos restrictivos de las resistentes membranas protectoras que mantienen el cerebro en su lugar tanto desde arriba como desde abajo, y ciertas regiones seguramente saldrán peor en los golpes laterales.

La identificación de las partes del cerebro que son más vulnerables a los impactos laterales las convierte en objetivos principales para una mayor investigación.

Los hallazgos, publicados en la revista Revisión física aplicada, tienen fuertes implicaciones ya que más de 300,000 niños y adolescentes estadounidenses sufren conmociones cerebrales relacionadas con el deporte cada año.

Fuente: Instituto de Tecnología Stevens