爱荷华州AMES-假设军事基地遭到炸弹袭击。一些士兵遭受脑震荡和其他脑部伤害。头部受伤时颅骨内形成并塌陷的微小气泡会造成某些伤害吗?

爱荷华州立大学的研究人员在海军研究办公室的资助下，利用他们的专业知识制造微结构，研究并描述了由于微气泡的形成和坍塌而对脑细胞造成的损害，这一过程称为空化。 。

研究人员在2020年7月期的研究期刊“全球挑战”(Global Challenges)的封面上发表了一篇论文。主要作者是爱荷华州立大学机械工程副教授Nicole Hashemi，以及Hashemi实验室的前博士研究生和博士后研究助理Alex Wrede。(有关其他合著者，请参见边栏。)

研究人员写道，在颅脑损伤期间，颅骨内的脑脊髓液中会形成以微米为单位的微气泡(即百万分之一米)。

研究人员写道，这些微气泡的“形成和急剧崩溃”可能是造成脑损伤的部分原因。

气泡损坏听起来很微不足道。但是众所周知，气泡破裂以及由此产生的冲击波会损坏船用螺旋桨的钢制基础。研究人员报告说，先前的研究表明，微气泡的膨胀和破裂会产生0.1至20兆帕的压力，即每平方英寸14.5至2,900磅的力。

研究人员写道：“……因此，意识到空化对脆弱的大脑组织造成的损害令人震惊。”

寻找脑细胞变化

为了测试和表征空化作用在颅骨内的影响，研究人员通过为星形细胞(大脑和脊髓中的星形细胞，可活跃地支持，维持和修复中枢神经系统)创建3D细胞培养平台，从而模拟了大脑系统)。他们将细胞培养平台浸没在一个小罐中，并产生了约60万分之一米的微气泡。一些微泡粘附在充满细胞的微纤维支架上。

研究人员打开了水箱中的超声波设备，使微气泡塌陷并产生了空化作用。(他们还将超声波设备用于未暴露于空化作用的对照组细胞上。)

研究人员寻找两种效果：

首先，他们使用倒置显微镜记录细胞的任何形态变化。其次，他们与爱荷华州立大学兽医学院的同事合作，评估细胞中是否存在遗传变化。

研究人员发现，空化作用使细胞收缩并使其表面变粗糙。空化后22和48小时拍摄图像时，细胞似乎伸长并生长。即便如此，研究人员发现48小时后的细胞生长-就表面积而言-大约是对照细胞的一半。

研究人员还发现，空化作用破坏的细胞具有诸如TNF-α和IL-6等基因的表达升高，这些基因与炎性疾病(如感染SARS-CoV-2病毒)以及神经系统疾病(如帕金森氏和阿尔茨海默氏病)有关。