Exploziile la nivel scăzut de la arme grele pot provoca leziuni cerebrale traumatice – 2 ingineri explică fizica morții celulelor invizibile

Exploziile la nivel scăzut de la arme grele pot provoca leziuni cerebrale traumatice – 2 ingineri explică fizica morții celulelor invizibile

Atunci când forța unei explozii aruncă o pușcă de calibru mare, o obusă sau un tanc M1 Abrams, echipele de oameni care operează aceste arme sunt expuse la explozii de nivel scăzut care poate provoca leziuni cerebrale traumatice.

Exploziile de nivel scăzut nu provoacă traume vizibile, cum ar fi sângerarea de la un timpan rupt și nu provoacă răni prin mișcări violente ale capului, cum ar fi comoția cerebrală. Cu toate acestea, aceste erupții pot provoca modificări fizice la nivelul creierului conducând la o multitudine de simptome neuropsihiatrice.

Relația dintre forța unei explozii și modificările rezultate în creier nu este pe deplin înțeleasă. Deci echipa noastră ingineri şi oameni de știință în The programul PANTHERfinanțat de Departamentul Apărării, folosește fizica pentru a clarifica modul în care exploziile provoacă leziuni cerebrale traumatice.

Ce este o explozie?

Când o armă ca o pușcă este concediat, rotundul este inițial în butoiul său. Apăsând pe trăgaci, se angajează un primer care produce o flacără, aprinzând propulsorul. Această reacție chimică eliberează energia stocată și creează un gaz de înaltă presiune, cu expansiune rapidă. Aceasta este explozia.

Rata și magnitudinea expansiunii gazului sunt adesea atât de extreme încât creează o undă de șoc, unde moleculele de aer de înaltă presiune se deplasează în exterior mai repede decât viteza sunetului. Acest puls invizibil de înaltă presiune poartă o cantitate imensă de energie. Este aceeași forță care poate propulsa un focos de 24 de lire din botul unui obuzier pentru a lovi o țintă aflată la 30,6 kilometri distanță.

Această secțiune transversală arată: 1. glonț; 2. caz; 3. praf de pușcă; 4. buză; și 5. grund.
Glrx/Quadrell prin Wikimedia Commons, CC BY-SA

După ce explozia părăsește botul pistolului, se risipește rapid, deoarece este liber să se extindă în aer liber. Acest lucru se întâmplă atunci când presiunea ridicată spală corpurile oamenilor din apropiere.

Suflarea de la botul unui pistol mare precum cel Obuzier M777 nu pulverizează pietre și nu doboară pe cineva din picioare. Dar o parte din presiunea explozivă intră în corp, trecând prin pielea și osul rigid al craniului și în țesutul moale al creierului.

Legătura exploziei de leziuni cerebrale

Pe măsură ce presiunea de explozie intră în creier, aceasta este inițial compresivă, ceea ce înseamnă că apasă pe țesut în mod egal din toate părțile. Pentru că țesutul cerebral este este compus în mare parte din molecule de apăcare sunt greu de comprimat, acest tip de presiune tinde să provoace un rău puțin cunoscut în celule.

O undă inițial de compresie, sau undă de presiune pozitivă, care comprimă modificările țesutului creierului pe măsură ce acesta sare în interiorul craniului. Este reflectată ca o undă de tracțiune sau undă de presiune negativă, care tinde să despartă țesutul cerebral. La presiuni destul de scăzute, se pot forma bule de mărimea micronilor într-un proces numit cavitaţie. Aceste bule pot crește de 10 până la 50 de ori dimensiunea lor originală în mai puțin de o zecime de milisecundă, întinzând rapid țesutul cerebral adiacent.

Experimentele din laboratorul nostru au arătat că deformarea cauzată de bulele de cavitație are loc atât de repede – ca viteza unui glonț – încât celulele tind să sunt sfâşiate. Viteza excesivă de întindere și compresie face ca celulele creierului din apropiere să moară imediat. Apoi vedem doar fragmente acolo unde erau celulele sănătoase.

Diagrama care arată presiunea de explozie care creează microbule în creier după ce se reflectă pe suprafețe, întinde și distruge celulele într-un proces numit cavitație.

Această diagramă ilustrează modul în care presiunea de explozie de la o armă poate duce la traumatisme cerebrale.
Alice Lux Fawzi și Manik Bansal., CC BY-NC-ND

Moartea celulară este cauza naturală a leziunilor cerebrale. În laborator, atunci când celulele care alcătuiesc țesutul cerebral sunt deformate în dimensiune și viteză peste ceea ce pot rezista, ele mor – fie imediat, ca în cazul cavitației induse de explozie, fie încet, în decurs de șase până la 24 de ore. cele mai multe leziuni cerebrale cu impact contondent, cum ar fi comoția cerebrală.

În cazul expunerii la explozie de nivel scăzut, bulele de cavitație sunt foarte mici și trauma este conținută în zona mică din jurul lor. Cu toate acestea, expunerea repetată la explozii poate duce la acumularea acestor microtraume, ajungând în cele din urmă la un volum suficient de mare pentru a provoca simptome neurologice semnificative și ireversibile.

Deși dovezile sunt în creștere, nu a fost încă pe deplin stabilit că cavitația cauzează în mod direct leziuni cerebrale traumatice induse de explozie. Cazul mi se potrivește analize post-mortem a creierului membrilor serviciului cu un istoric de expunere la explozie. Se potrivește, de asemenea, fizicii care leagă expunerea la explozie de leziunile de deformare a țesuturilor.

Înțelegerea legăturii dintre explozii și leziunile celulare din creier îi va ajuta pe cercetători să dezvolte modalități mai bune de a proteja împotriva leziunilor cerebrale traumatice repetitive induse de explozie.

Comments

No comments yet. Why don’t you start the discussion?

    Leave a Reply

    Your email address will not be published. Required fields are marked *