Учтя прилив крови к голове, инженеры Университета Небраски в Линкольне обнаружили, что взрывные волны от сотрясающих взрывов могут оказывать гораздо большую нагрузку на мозг, чем считалось ранее.
Исследователи создали исследование, в котором впервые изучается, как сети кровеносных сосудов влияют на потенциальную частоту черепно-мозговой травмы от самодельных взрывных устройств, которые покрывают зоны боевых действий по всему Ближнему Востоку.
Команда смоделировала силу СВУ с помощью "ударная труба" запускать воздушные потоки со скоростью 900 миль в час по двум моделям человеческой головы – одна с кровеносными сосудами, другая без.
Затем датчики регистрировали уровни напряжения, или насколько эти взрывы деформировали мозг в каждой модели. Они специально измерили основную деформацию – максимальное сжатие материала в определенной точке – и деформацию сдвига – угловое смещение формы объекта.
Модель со встроенными кровеносными сосудами претерпела почти в три раза больше основного напряжения и более чем в шесть раз больше деформации сдвига в стволе мозга. Его мозолистое тело, обеспечивающее связь между левым и правым полушариями мозга, испытывало почти вдвое большую нагрузку и почти в 2 раза больше.5-кратная деформация сдвига по сравнению с аналогичным показателем в контрольной модели.
Точно так же исследование показало, что оба типа штаммов росли вместе с плотностью и диаметром кровеносных сосудов.
"Если окажется, что эти сети кровеносных сосудов действительно оказывают такое большое влияние, то, возможно, мы недооценили напряжения, вызванные взрывными волнами," сказал ведущий автор Линься Гу, доцент кафедры машиностроения и материаловедения.
Поскольку кровеносные сосуды намного жестче, чем ткань мозга, Гу и ее коллеги первоначально думали, что сосуды могут укрепить мозг от взрывных волн так же, как стальная арматура укрепляет бетон.
"Это может быть верно для низкочастотной взрывной нагрузки, но при высокочастотной нагрузке это не так," Гу сказал. "Мы думаем, что интерфейс между сетью сосудов и тканями мозга способствует увеличению напряжений. Кажется, это действительно имеет большое значение."
Исследование команды проводилось в рамках Инициативы UNL по исследованию механики травм, в которой проводится ряд экспериментов, направленных на лучшее понимание и защиту от черепно-мозговой травмы. U.S. Министерство обороны сообщает, что с 2000 года черепно-мозговой травмой пострадали более 320000 ветеранов "одно из характерных повреждений военнослужащих, раненых в Афганистане и Ираке."
По словам Гу, поскольку многое в этой проблеме остается в тени, каждая новая информация может улучшить дизайн шлемов, которые носят вооруженные силы во всем мире.
"Если мы поймем, как эти сети кровеносных сосудов влияют на динамику мозга, возможно, мы сможем разработать (головной убор) по-другому, чтобы оптимизировать его защиту," Гу сказал. "Ни один шлем не может одинаково защитить от всех сил. Современные шлемы хорошо защищают от пуль и осколков, но не так хорошо защищают от взрывов.
"Чтобы улучшить конструкцию шлема, нам нужно знать, почему происходит это повреждение. Это конечная цель."
Исследование команды появилось в онлайн-журнале Computational and Mathematical Models in Medicine.