Два удара по голове сделали череп крыс толще и плотнее

В эксперименте на 37 крысах австралийские врачи и физиологи сбрасывали на головы животных тяжелый металлический груз, что вело к утолщению костей крыши черепа — сначала их диплоического вещества, а затем и наружной и внутренней пластинок костей. Изменения возникали в отсутствии переломов костей и повреждений мозга, показывая, что череп может претерпевать долгосрочные изменения даже после легкой черепно-мозговой травмы. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

При легких черепно-мозговых травмах (ЛЧМТ) макроскопические повреждения мозга либо минимальны (тогда состояние называется ушибом головного мозга легкой степени), либо отсутствуют (сотрясение головного мозга). Несмотря на скромную макроскопическую картину, такие трамвы могут иметь серьезные отдаленные психоневрологические последствия. Научное, медицинское и спортивное сообщества уделяют все больше внимания неврологическим расстройствам, возникающим у представителей контактных видов спорта (так называемая «деменция боксеров», о которой мы рассказывали в материале «Потрясающий футбол»).

Сотрясение мозга часто бывает вызвано ударом в область крыши черепа, но сила удара, как правило, недостаточна, чтобы вызвать перелом костей. Кость — довольно лабильное образование, в ней постоянно балансируют процессы роста и резорбции. При заживлении перелома происходит перестройка архитектоники костной ткани (и иногда прилежащих тканей). К сожалению, информации об изменениях костей черепа в ответ на более слабые удары, не ведущие к переломам костей черепа, недостаточно.

Врачи и физиологи из Университета Монаша в Мельбурне во главе с Бриджетт Зимпл (Bridgette Semple) в эксперименте на животных смоделировали, что происходит с черепом при ЛЧМТ. Они взяли 37 самок крыс возрастом 12 недель весом 160-200 грамм и под наркозом сбрасывали им на голову груз весом 250 грамм с маленькой площадью контакта с головой. В момент удара анестезированное животное висело в салфетке, как в гамаке, а после удара падало на мат из пористого материала, чтобы исключить влияние повторных соударений головы с частями установки. Максимальная ударная нагрузка приходилась на середину лямбдовидного шва. В предыдущих исследованиях было показано, что эта модель не ведет к переломам черепа и внутричерепным гематомам у крыс и дает неврологические и морфологические последствия, сопоставимые с ЛЧМТ у человека.

Животных разделили на четыре группы — одну контрольную (десять животных — только анестезия без ЧМТ) и группы с одной (семь крыс), двумя или тремя травмами (по 10 крыс). У животных из двух последних групп между ударами были интервалы в одни сутки. Все крысы из первых двух групп и половина крыс из групп повторных ЧМТ были подвергнуты эвтаназии спустя две недели после травмы. Остальные десять животных прожили 10 недель от момента ЧМТ.

Для исследования костей черепа ученые взяли образцы из четырех участков — два из межтеменной кости и по одному из теменных и лобных костей. Было проведено их гистологическое исследование и компьютерная микротомография с разрешением менее 10 микрометров. Такое разрешение позволяет оценивать толщину и структуру отдельных слоев костей крыши черепа крысы — более плотных внутренней и наружной пластинок компактного вещества и более рыхлого диплоического вещества между ними.

Ближайший к месту нанесения удара участок, взятый для анализа (фрагмент межтеменной кости), находился на расстоянии 1-2,5 миллиметра от пересечения лямбдовидного шва со срединной линией. Спустя две недели у крыс, получивших два или три удара, объем костной ткани здесь стал больше, чем в контрольной группе (r² = 0,40, p = 0,01). Рост кости был направлен внутрь, в сторону диплоического вещества. В результате, объем костной ткани в нем вырос (r² = 0,45, p = 0,003), а объем костного мозга показал тенденцию к уменьшению (p = 0,06 и p = 0,07 для групп животных, получивших два и три удара, соответственно).

Спустя десять недель рост костной ткани продолжался. Кость стала уже значимо толще, чем в контрольной группе (r² = 0,18, p < 0,001). Разрастание костной ткани сопровождалось уменьшением объема костного мозга (r² = 0,76, p < 0,01). Гистологическое исследование подтвердило выявленные при томографии изменения.

Исследованные участки теменных и лобных костей, более удаленные от эпицентра удара, были почти не затронуты ремоделированием спустя две недели и вовсе не заторнуты спустя десять недель с момента травмы. Чем ближе к срединной линии и к точке удара, тем более выраженным было влияние ЧМТ на толщину костей. Максимум изменений ученые обнаружили на расстоянии до двух миллиметров от эпицентра удара.

К сожалению, исследование не содержит данных о цитокиновом профиле и об изменениях прилежащей твердой мозговой оболочки. Пока не ясен механизм, запускающий утолщение костей в ответ на столь кратковременное воздействие в отсутствии гистологических признаков перелома или кровоизлияний. Наконец, ученые наблюдали выявленные изменения на довольно ограниченном участке, лишь немного превышающем площадь контакта с грузом, которым наносили удар. Продолжение исследований может улучшить наше понимание процессов ремоделирования костной ткани.

Поскольку известно, что чем выше толщина наружной и внутренней пластинок костей крыши черепа, тем ниже вероятность его перелома, то, по мнению авторов, ЛЧМТ могут защитить от последующих переломов костей. Исследователи подчеркивают, что данные были получены на молодых животных, и ответ на механическое воздействие у взрослых может сильно отличаться. Напоследок, доктор Зимпл с коллегами предостерегают читателей своей статьи от использования ударов по голове для профилактики ЧМТ в будущем.

Удары по голове регулярно попадают в фокус внимания N + 1. В частности, мы рассказывали о моделировании биомеханики долбления дятлом дерева, которые показали, что у птицы нет амортизаторов в голове, зато есть маленькие ликворные пространства в черепе и особенности строения нейронов, повышающие устойчивость к ударам. У футболистов ликворные пространства в голове более вместительные, поэтому удары по мячу головой часто заканчиваются повреждением нейронов.

Сергей Задворьев