Биомеханический профиль потери сознания: вычислительное моделирование травм головы у спортсменов элитного уровня

Спортивные травмы головы могут вызывать преходящие неврологические явления, включая потерю сознания и дистоническую позу. Однако неизвестно, почему внешне сходные удары по голове приводят к различным неврологическим последствиям. Биомеханический эффект ударов можно оценить с помощью вычислительных моделей деформации мозга. В данной работе исследованы деформация и скорости деформации, возникающие при ударах в профессиональном американском футболе, которые приводили к потере сознания, патологическому позированию или отсутствию неврологических признаков. Были проанализированы 1280 матчей Национальной футбольной лиги и отобраны случаи, в которых медицинский персонал команды диагностировал сотрясение мозга. Затем видеозаписи были проанализированы на наличие признаков неврологических явлений. Были выявлены 20 ударов по голове с чёткими видеопризнаками потери сознания и 21 удар с очевидным аномальным позированием. В качестве контрольных были отобраны 41 удар, при котором отсутствовали наблюдаемые признаки неврологических нарушений; таким образом, для анализа было получено 82 видеозаписи ударов. Видеоанализ использовали для проведения физических реконструкций этих ударов, что позволило оценить их кинематику. Затем полученные данные использовали в качестве входных параметров для детальной высокоточной трёхмерной конечно-элементной модели биомеханики травмы мозга, чтобы оценить деформацию и скорость деформации внутри мозга. Были проверены гипотезы о том, что удары, приводящие к потере сознания, сопровождаются наибольшими биомеханическими силами; что потеря сознания связана с высокими силами в ядрах ствола мозга, участвующих в поддержании бодрствования; и что дистоническое позирование связано с высокими силами в двигательных областях. Удары, приводившие к потере сознания, по сравнению с контрольными сопровождались более высоким ускорением головы (линейное ускорение: 81,5 g ± 39,8 против 47,9 ± 21,4; P = 0,004; угловое ускорение: 5,9 krad/s2 ± 2,4 против 3,5 ± 1,6; P < 0,001), а при по-воксельном анализе вызывали большую деформацию во многих областях мозга, включая участки ствола мозга и мозжечка. Дистоническое позирование также было связано с...