Os marinheiros veteranos sabem que ondas rebeldes podem subir repentinamente no meio do oceano para virar até mesmo os maiores navios. Agora, parece que um fenômeno semelhante chamado onda de choque de cisalhamento ocorre no cérebro com concussão. Isso pode ajudar a explicar por que algumas batidas na cabeça causam muito mais danos do que outras.

"Observamos pela primeira vez esse fenômeno de onda particular no cérebro, e achamos que poderia ser um mecanismo primário de lesão neural em muitos tipos de traumatismo cranioencefálico, "diz Gianmarco Pinton, PhD, um professor assistente no Departamento de Engenharia Biomédica Conjunto UNC-NC. Pinton, professor assistente de pesquisa David Espindola, PhD, e o técnico de pesquisa Stephen Lee descreveu suas observações em um artigo publicado em Revisão Física Aplicada .

Por muitos anos, Pinton tem tentado desenvolver melhores técnicas de imagem de ultrassom para rastrear ondas de cisalhamento em tecidos vivos. Ele tem se concentrado no estudo de ondas de cisalhamento induzidas por impacto, que empurra o tecido com uma velocidade relativamente lenta, forças lado a lado, em contraste com as ondas de compressão mais bem estudadas que viajam na direção do impacto na velocidade do som.

A tecnologia de imagem de ultrassom já está disponível para rastrear ondas de cisalhamento no tecido, mas apenas as relativamente pequenas e fracas. Pinton e colegas, com a ajuda de avanços recentes em uma tecnologia chamada elastografia de ultrassom, desenvolveu um dispositivo de imagem de ultrassom e algoritmos de processamento de dados para rastrear os maiores, ondas de cisalhamento mais poderosas que eles e outros pesquisadores suspeitam que causam danos aos tecidos após ferimentos na cabeça.

Para este estudo, Cientistas da UNC usaram cérebros de porcos, que haviam sido sacrificados anteriormente durante diferentes experimentos de laboratório em outros lugares. A equipe de Pinton descobriu que os impactos resultaram em ondas de cisalhamento que às vezes se agruparam e se intensificaram nas profundezas do tecido cerebral para formar ondas de choque de curta duração. Embora as ondas de choque não tenham durado muito, eles entregaram quase dez vezes a aceleração de rasgamento do tecido vista na onda de cisalhamento inicial.

"Foi surpreendente para nós que essa amplificação da aceleração das ondas fosse tão forte, mas estava muito claro, "Disse Pinton." E também está claro que devemos olhar para essas ondas de choque curtas como uma fonte potencial de danos cerebrais. Por exemplo, neurônios submetidos a uma frente de onda de 40g podem estar bem. Mas uma onda de 400g pode destruir neurônios. "

"G" significa gravidade. E "força g" representa uma mudança na velocidade de um objeto. Quando você dá um tapa nas costas de alguém, isso é cerca de 4g ou 5g. Quando você pula um metro no ar e pousa com as pernas rígidas, isso é cerca de 100g. Mas nesse salto, seu cérebro não está recebendo a força.

Mais importante, o cérebro não está ligado ao crânio. Então, durante uma colisão de carro ou uma grande jogada de futebol, o cérebro acelera extremamente rápido ao bater contra o crânio, fazendo com que as ondas se propaguem por todo o cérebro. Isso pode causar lesões e contusões. Em geral, pensa-se que as concussões resultam de impactos de cerca de 90g a 100g. Mas as medições em campo dos impactos na cabeça desafiam essa suposição. Outros pesquisadores da UNC-Chapel Hill estudaram centenas de milhares de impactos na cabeça durante os treinos e jogos de futebol. Apenas alguns dos jogadores que experimentaram 85g sofreram uma concussão. Mas alguns jogadores sofreram concussões com apenas 60g. Porque?

"Achamos que ondas de choque de cisalhamento podem explicar esse quebra-cabeça específico, "Pinton disse." É mais fácil formar essas ondas no cérebro com impactos de baixa frequência - impactos que são sustentados por períodos mais longos. As diferenças nas frequências dos impactos, portanto, poderiam explicar as grandes diferenças nos resultados clínicos. "

Pinton disse que ondas de choque de cisalhamento podem ajudar a explicar outros padrões misteriosos de danos em casos de traumatismo craniano. Concussões fortes, por exemplo, frequentemente causam lesão axonal difusa, um padrão aparentemente aleatório de pontos em todo o cérebro onde a fiação neural foi rompida.

"O cérebro tem uma geometria complicada, e você pode imaginar uma onda desorganizada propagando-se através dele, de modo que, em certos pontos, essas ondas de choque se desenvolvem e diminuem, deixando para trás danos neste padrão inexplicável, "Pinton disse.

Ele observa que, quando as ondas de choque de cisalhamento refletem no crânio ou nas estruturas dentro do cérebro, eles podem dar origem a zonas de aceleração ainda mais intensas nas proximidades. Concebivelmente, isso poderia explicar outros achados relacionados ao traumatismo cranioencefálico, como o padrão distinto de depósitos de proteína tau em casos de encefalopatia traumática crônica (CTE).

O próximo passo para Pinton e sua equipe é tentar conectar a física das ondas de choque de cisalhamento às lesões clínicas reais. Os pesquisadores agora estão trabalhando com um grupo maior de pesquisa na UNC, que colocou instrumentos de medição de aceleração nos capacetes dos jogadores de futebol da UNC. Quando os jogadores sofrem impactos de alta gravidade e apresentam sintomas de concussão, Pinton e colaboradores avaliam suas ressonâncias magnéticas.

"Estamos tentando simular como as ondas de choque de cisalhamento se formaram no cérebro do atleta, para ver se podemos encontrar uma maneira de prever quando esses impactos causarão danos reais, " ele diz.