Cosa causa le commozioni cerebrali? È un impatto diretto traslazionale o rotazionale? Questa è una delle aree di ricerca attualmente esplorate dal laboratorio di Qianhong Wu presso l'Università di Villanova.

Il nostro cervello è costituito da materia molle immersa nel liquido cerebrospinale acquoso (CSF) all'interno di un cranio duro. Un impatto sul cranio duro viene trasmesso attraverso il sottile strato di CSF all'interno dello spazio subaracnoideo alla materia cerebrale molle.

In Fisica dei fluidi , Wu e i coautori Ji Lang e Rungun Nathan descrivono lo studio di un altro sistema con le stesse caratteristiche, un uovo, per cercare risposte. Un uovo assomiglia al cervello, perché il suo tuorlo morbido è immerso in un albume liquido all'interno di un guscio duro.

Considerando che nella maggior parte delle lesioni cerebrali concussive, il cranio non si rompe, Wu voleva scoprire se era possibile rompere o deformare il tuorlo d'uovo senza rompere il guscio d'uovo.

I ricercatori hanno fatto un semplice esperimento usando un rimescolatore di uova, da cui potevano vedere che la forza di rotazione può facilmente rompere il tuorlo e farlo mescolare con l'albume.

In termini di concetti di base alla base di questo lavoro, una capsula molle, materia molle legata alla membrana, è immersa in un liquido contenuto. La capsula ha una membrana impermeabile, separare il liquido all'interno della capsula dall'esterno.

Sul contenitore esterno possono essere imposti due tipi di impatto. Un impatto traslazionale è quello che colpisce direttamente il contenitore, mentre un impatto rotazionale si verifica quando il contenitore esterno viene accelerato o rallentato in rotazione. Quest'ultimo nasce naturalmente nello sport quando i caschi non sono rotondi. Tener conto di, ad esempio, la coppia di creste di irrigidimento dietro molti modelli di caschi da hockey su ghiaccio.

I ricercatori hanno scoperto qualcosa di abbastanza controintuitivo e molto sorprendente. L'impatto traslazionale diretto non causa la deformazione dell'uovo, mentre la decelerazione rotazionale provoca una tremenda deformazione del tuorlo d'uovo. Questa scoperta fa luce sul movimento e sulla deformazione del nostro cervello quando la testa è esposta a improvvisi impatti esterni.

"Sospettiamo che la rotazione, soprattutto rotazionale decelerativo, l'impatto è più dannoso per la materia cerebrale, " ha detto Wu. "La grande deformazione della materia cerebrale durante questo processo induce l'allungamento dei neuroni e provoca il danno".

Questa scoperta spiega perché i pugili molto probabilmente svengono se colpiti sul mento.

"Considerando che il mento è il punto più lontano dal collo, colpire il mento potrebbe causare la massima accelerazione/decelerazione rotazionale della testa, " Egli ha detto.

Quando si tratta di commozioni cerebrali, che rappresentano un serio problema per la salute pubblica, "non è chiaro come il cervello sia ferito e come evitare tali lesioni, " disse Wu.

"Pensiero critico, insieme a semplici esperimenti in cucina, ha portato a una serie di studi sistematici per esaminare i meccanismi che causano la deformazione del tuorlo d'uovo, " Wu ha detto. "Speriamo di applicare le lezioni apprese da esso allo studio della biomeccanica del cervello e di altri processi fisici che coinvolgono capsule molli in un ambiente liquido, come i globuli rossi”.

Essendo il primo studio del suo genere, questo lavoro fornisce una nuova prospettiva per comprendere la risposta di un oggetto morbido legato a una membrana a improvvisi impatti esterni. Questa nuova prospettiva interesserà coloro che progettano caschi.