Los marineros veteranos saben que las olas rebeldes pueden elevarse repentinamente en medio del océano para volcar incluso los barcos más grandes. Ahora parece que ocurre un fenómeno similar llamado onda de choque de corte en el cerebro conmocionado. Puede ayudar a explicar por qué algunos golpes en la cabeza causan mucho más daño que otros.

"Hemos observado por primera vez este fenómeno de ondas en particular en el cerebro, y creemos que podría ser un mecanismo principal de lesión neural en muchos tipos de traumatismos craneoencefálicos, "dice Gianmarco Pinton, Doctor, profesor asistente en el Departamento de Estado Conjunto de Ingeniería Biomédica de la UNC-NC. Pinton, el profesor asistente de investigación David Espindola, Doctor, y el técnico de investigación Stephen Lee describieron sus observaciones en un artículo publicado en Revisión física aplicada .

Por muchos años, Pinton ha estado tratando de desarrollar mejores técnicas de imágenes de ultrasonido para rastrear ondas de corte en tejido vivo. Se ha centrado en el estudio de ondas de corte inducidas por impactos, que empujan el tejido con relativamente lento, fuerzas de lado a lado, en contraste con las ondas de compresión mejor estudiadas que viajan en la dirección del impacto a la velocidad del sonido.

La tecnología de imágenes por ultrasonido ya está disponible para rastrear ondas de corte en el tejido, pero solo las relativamente pequeñas y débiles. Pinton y colegas, con la ayuda de los avances recientes en una tecnología llamada elastografía por ultrasonido, desarrolló un dispositivo de imágenes de ultrasonido y algoritmos de procesamiento de datos para rastrear el mayor, ondas de corte más poderosas que ellos y otros investigadores sospechan que causan daño tisular después de lesiones en la cabeza.

Para este estudio, Los científicos de la UNC utilizaron cerebros de cerdos, que había sido sacrificado previamente durante diferentes experimentos de laboratorio en otros lugares. El equipo de Pinton descubrió que los impactos daban como resultado ondas de corte que a veces se agrupaban e intensificaban profundamente dentro del tejido cerebral para formar ondas de choque de corta duración. Aunque las ondas de choque no duraron mucho, entregaron casi diez veces la aceleración de desgarro de tejido observada en la onda de corte inicial.

"Nos sorprendió que esta amplificación de la aceleración de la onda fuera tan fuerte, pero fue muy claro, ", Dijo Pinton." Y también está claro que deberíamos considerar estas ondas de choque cortas como una fuente potencial de daño cerebral. Por ejemplo, las neuronas sometidas a un frente de onda de 40 g podrían estar bien. Pero una onda de 400 g podría destruir neuronas ".

"G" significa gravedad. Y "fuerza g" representa un cambio en la velocidad de un objeto. Cuando le das una palmada a alguien en la espalda eso es alrededor de 4g o 5g. Cuando saltas un metro en el aire y aterrizas con las piernas rígidas, eso es alrededor de 100 g. Pero en ese salto tu cerebro no está recibiendo la fuerza.

En tono rimbombante, el cerebro no está unido al cráneo. Entonces, durante una colisión automovilística o un gran golpe de fútbol, el cerebro acelera extremadamente rápido cuando golpea contra el cráneo, haciendo que las ondas se propaguen por todo el cerebro. Esto puede provocar lesiones y conmociones cerebrales. En general, se piensa que las conmociones cerebrales son el resultado de impactos de aproximadamente 90 ga 100 g. Pero las mediciones en el campo de los impactos en la cabeza desafían esta suposición. Otros investigadores de UNC-Chapel Hill han estudiado cientos de miles de impactos en la cabeza durante las prácticas y los juegos de fútbol. Solo algunos de los jugadores que experimentaron 85g sufrieron una conmoción cerebral. Pero algunos jugadores sufrieron conmociones cerebrales con solo 60 g. ¿Por qué?

"Creemos que las ondas de choque de corte podrían explicar este acertijo en particular, ", Dijo Pinton." Es más fácil formar estas ondas en el cerebro con impactos de baja frecuencia, impactos que se mantienen durante períodos más largos. Las diferencias en las frecuencias de los impactos podrían explicar las grandes diferencias en los resultados clínicos ".

Pinton dijo que las ondas de choque cortantes podrían ayudar a explicar otros patrones misteriosos de daño en los casos de lesiones en la cabeza. Fuertes conmociones cerebrales, por ejemplo, a menudo causan lesión axonal difusa, un patrón aparentemente aleatorio de puntos en todo el cerebro donde se ha roto el cableado neuronal.

"El cerebro tiene una geometría complicada, y puedes imaginar una onda desorganizada que se propaga a través de ella de modo que en ciertos lugares estas ondas de choque se desarrollan y disminuyen, dejando atrás daños en este patrón de otra manera inexplicable, "Dijo Pinton.

Señala que cuando las ondas de choque de corte se reflejan en el cráneo o estructuras dentro del cerebro, pueden dar lugar a zonas cercanas de aceleración aún más intensas. Posiblemente, eso podría explicar otros hallazgos relacionados con lesiones en la cabeza, como el patrón distintivo de los depósitos de proteína tau en casos de encefalopatía traumática crónica (CTE).

El siguiente paso para Pinton y su equipo es intentar conectar la física de las ondas de choque de corte con las lesiones clínicas reales. Los investigadores ahora están trabajando con un grupo de investigación más grande en UNC, que ha colocado instrumentos de medición de la aceleración en los cascos de los jugadores de fútbol de la UNC. Cuando los jugadores sufren impactos de alta gravedad y muestran síntomas de conmoción cerebral, Pinton y colaboradores evalúan sus resonancias magnéticas.

"Estamos tratando de simular cómo se formaron las ondas de choque cortantes en el cerebro del atleta, para ver si podemos encontrar una manera de predecir cuándo estos impactos causarán un daño real, " él dice.