医学最前沿027｜鸡蛋与脑震荡

导致脑震荡的原因是什么?它是直接的平移还是旋转影响?这是维拉诺瓦大学的吴倩红实验室目前正在探索的研究领域之一。

我们的大脑由沐浴在坚硬头骨内的水性脑脊髓液(CSF)中的软物质组成。对硬质头骨的影响通过蛛网膜下腔内的CSF薄层传递至软脑物质。

犹如人类的脑部组成，鸡蛋的蛋黄被蛋白包围着，并由坚硬的蛋壳整体包裹在。因此，维拉诺瓦大学的研究小组将蛋黄置于各种剪切和旋转的气流中，并对其随时间的变形进行成像，以此来研究蛋黄在其外壳受到平移和旋转冲击时发生了何种变形。

脑壳疼

在我们坚硬的大脑头骨里，是一层脑脊髓液。我们的像豆腐状的大脑，就沉浸在这样的水性软物质中。我们的硬质头骨所受到的任何外力影响，通过这一脑脊髓液薄层传递到我们大脑的软脑物质。

当我们的大脑受到猛烈撞击时，脑部受到震动，从而引发如脑震荡的脑部创伤病症，譬如出现短暂的失忆、头疼、恶心、呕吐等症状。

当一个人引起脑震荡时，脑震荡具体是如何引起的呢？人的大脑在脑震荡时是受到直接的平移、还是旋转的影响？这是科学家们过去一直想认知的问题。

维拉诺瓦大学吴倩红 （Qianhong Wu）实验室，和合著者Ji Lang（郎骥）、Rungun Nathan发表在《流体物理学》杂志上的一篇论文，通过对鸡蛋的具体研究，来寻找这一答案。

鸡蛋与脑震荡

为什么研究鸡蛋？鸡蛋的结构与人的大脑具有类似的特征，鸡蛋的卵黄浸泡在其硬壳内部的液态蛋清中。

考虑到在大多数脑震荡中颅骨不会破裂，吴教授想找出是否有可能在不破坏蛋壳的情况下使蛋黄破裂或变形。

使用一个打蛋器进行了一个简单的实验，可以看到旋转力可以轻易地将蛋黄打碎并使其与蛋清混合。

根据这项工作的基本概念，将软胶囊（膜结合的软物质）浸入盛装的液体中。胶囊具有不可渗透的膜，将胶囊内部的液体与外部隔离。

可以在外部容器上施加两种类型的冲击。平移冲击是直接撞击容器的冲击，而当外部容器加速或减速旋转时会发生旋转冲击。

如图所示鸡蛋揭示了大脑在撞击时可能发生的情况。A）蛋黄在平移冲击下的反应。用锤子击打外壳，以实现平移加速。B）蛋黄在旋转加速度冲击下的反应。容器设置为瞬时旋转。C）蛋黄在旋转减速冲击下的反应。容器的转速急剧降低，对蛋黄产生减速影响。

研究人员使用蛋黄加扰器并测量软物质变形，对蛋黄进行旋转减速实验，以找到有关脑震荡的可能答案，发现了一些违反直觉、令人惊讶的东西。直接的平移冲击不会引起蛋变形，而旋转减速会导致巨大的蛋黄变形。这一发现揭示了我们大脑头部暴露于突然的外部冲击时的运动和变形。

吴教授说：“旋转冲击，尤其是减速旋转，对大脑物质的危害更大。” “在此过程中，大脑物质的大量变形会诱发神经元的伸展并造成损害。”这个发现解释了为什么拳击手被下巴击中后很可能会晕倒。“考虑到下巴是离脖子最远的地方，敲击下巴可能导致头部最高的旋转加速/减速。”

谈到脑震荡，这是公共卫生的一个严重问题，“目前尚不清楚大脑是如何受伤的以及如何避免这种伤害，”吴说。

吴教授说：“批判性思维以及在厨房内进行的简单实验导致了一系列系统的研究，以研究导致蛋黄变形的机制。” “我们希望将从中汲取的经验应用于大脑生物力学以及涉及液体环境中软组织的其他物理学研究。”

这项工作为理解膜结合的软物体对突然的外部冲击的响应提供了新的视角。这种新观点将使那些设计头盔的个人和组织更感兴趣。

	A为平移冲击，B为加速旋转冲击，C为减速旋转冲击。图片来源于论文	_

内容来源

美国物理研究所提供

2021年1月19日 

参考文献

Ji Lang, Rungun Nathan, Qianhong Wu. How to deform an egg yolk? On the study of soft matter deformation in a liquid environment. Physics of Fluids, 2021; 33 (1): 011903 DOI: 10.1063/5.0035314

整理/HunTer

编辑/芷葳

排版/正慕

图片来源/网络（侵删）

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