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Methodenartikel

Eine neurowissenschaftliche Ansatz zur Untersuchung von Gehirnerschütterungen in Schüler-Athleten

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DOI:

10.3791/52046

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8. Dezember 2014

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1Department of Exercise Science, Elon University, 2Department of Physical Therapy Education, Elon University, 3Department of Physical Therapy, Duquesne University, 4Department of Sports Medicine, Elon University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Es gibt eine große Variabilität in das individuelle Risiko für Gehirnerschütterung und die entsprechenden Wiederherstellung. Ein facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterung Auswertung gewährleistet; einschließlich der Grundlinie Tests der Athleten vor der Teilnahme an Sport und zeitnahe Auswertung nach der Verletzung. Ziel dieses Protokolls ist es, eine angemessene facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterungen zu untersuchen ist.

Zusammenfassung

Gehirnerschütterungen sind alarmierende Zahlen in den USA auftreten und haben ein ernsthaftes Gesundheitsproblem geworden. Die CDC schätzt, dass 1,6 bis 3.800.000 Erschütterungen auftreten, in Sport- und Freizeitaktivitäten pro Jahr. Erschütternder wie sie in der 2013 Erschütternder Consensus Statement definiert "verursacht entweder durch einen direkten Schlag auf den Kopf, Gesicht, Nacken oder an anderen Körperstellen mit einem" impulsiven "Kraft auf den Kopf übertragen werden." Gehirnerschütterungen verlassen die einzelnen mit kurz- und Langzeitwirkungen. Die kurzfristigen Auswirkungen des Sports im Zusammenhang Gehirnerschütterungen können Veränderungen der Spielstärke, Verwirrung, Gedächtnisstörung, die Bewusstseinsverlust, Verlangsamung der Reaktionszeit, Verlust der Koordination, Kopfschmerzen, Schwindel, Erbrechen, Veränderungen im Schlaf-Muster und Stimmungsschwankungen sind. Diese Symptome typischerweise innerhalb weniger Tage auflösen. Doch während einige Personen erholen sich von einer einzigen Gehirnerschütterung ziemlich schnell, viele Erfahrungen Nachwirkungen dassdauern für Wochen oder Monate. Die Faktoren, die auf die Anfälligkeit Gehirnerschütterung und die folgenden Wiederherstellungszeiten sind nicht gut bekannt und in dieser Zeit verstanden. Mehrere Faktoren wurden vorgeschlagen, und sie sind der individuellen Gehirnerschütterung Geschichte, die Schwere der ursprünglichen Verletzung, Geschichte der Migräne, Geschichte der Lernbehinderungen, Geschichte der psychiatrischen Begleiterkrankungen und möglicherweise genetische Faktoren. Viele Studien haben individuell bestimmte Faktoren sowohl die kurz- und langfristigen Auswirkungen von Gehirnerschütterungen, Recovery-Zeit natürlich Anfälligkeit und Wiederherstellung untersucht. Was wurde nicht klar festgelegt ist eine effektive facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterung Auswertung, die wertvolle Informationen zur Ätiologie, funktionelle Veränderungen und Wiederherstellung im Zusammenhang ergeben würde. Der Zweck dieses Handschrift ist es, eine solche facettenfahren, mit Hilfe computergestützter neurokognitiven Tests, ereigniskorrelierte Potenziale, somatosensorischen Wahrnehmungsreaktionen Erschütterungen untersucht, wobei der Rest Esel zeigensment, Gangbewertung und Gentests.

Einleitung

Gehirnerschütterungen sind alarmierende Zahlen in den USA auftreten und haben ziemlich viel Aufmerksamkeit als ein Gesundheitsproblem erhielt. 1-3 US Centers for Disease Control and Prevention (CDC) schätzt, dass 1,6 bis 3.800.000 Gehirnerschütterungen im Sport und Freizeitaktivitäten auftreten jährlich. 4,5 Gehirnerschütterung durch den 2013 Erschütternder Consensus Statement 2 definiert "verursacht entweder durch einen direkten Schlag auf den Kopf, Gesicht, Nacken oder an anderen Körperstellen mit einem" impulsiven "Kraft auf den Kopf übertragen werden." Gehirnerschütterung kann Ergebnis in neuropathologischen und / oder Substruktur-Änderungen, die in Funktionsstörungen führen kann. 2 Diese Defizite können mehrere Wochen anhalten. Es ist nicht ungewöhnlich für die Athleten zu einer erhöhten selbst berichteten Symptome, Verringerungen in Haltungskontrolle zu erfahren, und verringert die neurokognitive Funktion auch 14 Tage nach der ersten Verletzung. 6 der anhaltenden Natur der Symptome, die inkonsistente Identifikation der Erschütterungen und der Variabilität der preinjury Fähigkeiten oft zu komplex und nicht standardisierte Return-to-Play-Entscheidungen von Ärzten, unsicher Recovery-Zeiten und möglicherweise Langzeitfolgen führen kann. 7-9

Nach einer Gehirnerschütterung kann eine Person sowohl kurzfristige und langfristige Effekte zu erleben. Die kurzfristigen Auswirkungen des Sports im Zusammenhang Gehirnerschütterungen können Veränderungen der Spielstärke, Verwirrung, Gedächtnisstörung, die Bewusstseinsverlust, Verlangsamung der Reaktionszeit, Verlust der Koordination, Kopfschmerzen, Schwindel, Erbrechen, Veränderungen im Schlaf-Muster und Stimmungsschwankungen sind. Diese Symptome in der Regel in einer Angelegenheit von Tagen zu lösen. 2,10 Doch während manche Menschen erholen sich von einer einzigen Gehirnerschütterung ziemlich schnell, viele Erfahrungen Nachwirkungen, die für Wochen oder Monate nach der Verletzung dauern kann. 10,11, 12 Diese symptomatischen Störungen Tages Funktion kann mit kognitiven und Leistung beziehen quantifiziert werdend Tests. Während niemand einzigen Test sollte die Diagnose einer Gehirnerschütterung, eine Reihe von Tests zu ermitteln und bekannten Beziehungen zwischen den Tests kann das medizinische Personal bei der Herstellung Diagnosen zu helfen, zurück zum Klassenzimmer und werden wieder zu Entscheidungen zu spielen. 2

Es gibt eine große Variabilität in das individuelle Risiko für Gehirnerschütterung und die entsprechenden Wiederherstellung. 11 Die Faktoren, die auf die Anfälligkeit und Recovery-Zeit natürlich Gehirnerschütterung sind nicht gut bekannt und verstanden. Mehrere Faktoren sind vorgeschlagen worden, die eine individuelle Anfälligkeit Gehirnerschütterung und Recovery auswirken können. Zu diesen Faktoren gehören die individuelle Gehirnerschütterung Geschichte, die Schwere der ursprünglichen Verletzung, Geschichte der Migräne, Geschichte der Lernbehinderungen, Geschichte der psychiatrischen Begleiterkrankungen und möglicherweise genetische Faktoren. 7, 9, 13, 14

Viele Studien haben individuell spezifische Faktoren untersucht sowohl die kurz- und langfristigen Auswirkungen derGehirnerschütterungen, Recovery-Zeit natürlich und Genetik als ein Faktor von Gehirnerschütterungen. 4,8,15-17 Was wurde nicht klar festgelegt ist eine effektive facettenreichen Ansatz zur Bewertung, die wertvolle Informationen zur Ätiologie, funktionelle Veränderungen im Zusammenhang ergeben würde Gehirnerschütterung und Erholung Gehirnerschütterung. Aufgrund der Vielzahl von Symptomen und der ungewissen Zeitverlauf der Erholung wird ein facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterung Bewertung gerechtfertigt und sollte Grundlinie Prüfung aller Athleten vor der Teilnahme an der Praxis und den Wettbewerb sowie die zeitnahe Auswertung nach der Verletzung sind. Eine aktuelle Übersicht legt nahe, dass neurokognitiven Einschätzungen können empfindlicher auf Genesung von einer Gehirnerschütterung als Überwachungs Symptome allein zu sein. 18 Es kann sein, dass es andere objektive Maßnahmen, die eine bessere Indikatoren für die Erholung von der Gehirnerschütterung sein können.

Für dieses Protokoll verwenden wir mehrere Aufgaben zu verschiedenen Komponenten des Systems zu bewerten, um zu sehen, wie sie b belastetya Gehirnerschütterung. Ein EDV-neurokognitive Test können Speicher, Verarbeitungsgeschwindigkeit, Problemlösungsfähigkeit, kognitive Leistungsfähigkeit und Impulskontrolle mit auditiven und visuellen Verarbeitungsaufgaben zu beurteilen. 6 EEG kann zur neuroefficiency durch die Untersuchung der evozierten Potenziale zu beurteilen. 19 A somatosensorischen Diskriminationsaufgabe kann zur peripheren und zentralen sensorischen Verarbeitungsmöglichkeiten zu beurteilen. 20 Stand und Gang Maßnahmen verwendet werden, um funktionelle Leistungsfähigkeit zu beurteilen. 6,21 Darüber hinaus bewerten wir verschiedene Genotypen, die Beziehungen zur Geschichte, Erholung und eine Gehirnerschütterung Gehirnerschütterung kognitiven Funktion haben können. 22 Wir Baseline prüfen unsere Varsity Schüler-Athleten auf dieser Reihe von Tests und Prüfungen zu wiederholen, wenn sie eine Gehirnerschütterung bei asymptomatischen entstehen.

Das Ziel dieses Projektes ist es, mögliche kurzfristige und langfristige Verringerungen in der Leistung als Folge von Gehirnerschütterungen zu bewerten mit Hilfe genetischer, neurocognitive, elektrophysiologische, Verhaltens-, somatosensorischen, Gleichgewicht und Gang Maßnahmen. Das Verständnis der potentiellen Mechanismen, die zu verschiedenen Symptomen und Beeinträchtigungen, die mit einer Gehirnerschütterung auftreten, sind bei der Förderung unser Wissen über Gehirnerschütterung wichtig in Zusammenhang stehen können. Groß knowledgle zu diesen Änderungen können in der Zukunft Hilfe Gehirnerschütterung Diagnose sowie Gehirnerschütterung Management wie es um wieder zu spielen und zum Akademiker.

Alle nachfolgend beschriebenen Maßnahmen zu Beginn der Studie (vor dem Schüler-Athleten die Teilnahme am Sport). Unsere aktuellen Protokolls ist es, die computergestützte neurokognitiven Tests in 48 Stunden zusammen mit der Bilanz-Protokoll abzuschließen, weil wir glauben, dass diese nützliche Informationen über die Verwertung und mögliche Return-to-Play-und Rückkehr-zu-Akademiker. Wenn der Schüler-Athleten berichtet asymptomatisch sie wieder in das Labor, in dem alle Basismaßnahmen wieder durchgeführt, mit Ausnahme von Gentests zurückzukehren. Die gesamte Versuchs, basEline und asymptomatisch, dauert etwa 90 Minuten, um in einer Testphase abzuschließen.

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Protokoll

Alle nachfolgend beschriebenen Verfahren wurden von der Elon der Institutional Review Board genehmigt worden.

1. Computergestützte neurokognitive Test

  1. Fragen Sie die Teilnehmer, sich vor dem Computer sitzen. Anmelden Teilnehmer an System und sie anweisen, die computergestützte neuropsychologischer Test, die eine demographische und Hintergrundinformationen Abschnitt, auf eigenen Angaben Symptom-Checkliste, und 6 Modulen (Wort Diskriminierung, Design Speicher, X und O, Symbol-Matching, Farbübereinstimmung besteht abzuschließen, und drei Buchstaben).
  2. Laden Sie zusammenfassenden Bericht und geben vier Composite-Scores für verbale Gedächtnis, visuelle Gedächtnis, Reaktionszeit und Motorverarbeitungsgeschwindigkeit.

2. ereigniskorrelierte Potenziale

  1. Messen Sie den Kopfumfang mit einem Maßband um festzustellen, Größe der EEG-Netz verwendet werden. Bestimmen Sie die Platzierung des EEG Netto von anatomischen Landmarken messen.
  2. Weichen Sie die EEG-Netz in sosung aus Natriumchlorid und Baby-Shampoo für 5 Minuten.
  3. Stellen Sie den EEG-net auf den Kopf des Teilnehmers. Das System, das wir verwenden, umfasst 32 Kanäle.
  4. Prüfen Impedanzniveaus der Seiten auf dem Computer. Für unser System wird eine Impedanz von unter 100 kohm als akzeptabel.
  5. Erklären Sie die kognitiven Aufgaben und lassen Sie die Teilnehmer üben einzelnen Aufgaben.
    1. Auditory Oddball Aufgabe: Weisen Sie den Teilnehmer, Kopfhörer aufsetzen und bequem sitzen an einem Tisch. Informieren Sie sie, dass sie eine Reihe von tiefen und hohen Töne zu hören und so schnell und genau wie möglich zu reagieren, indem Sie auf eine Schaltfläche, um eine Hochfrequenz-auditiven Ton.
    2. Flanker Aufgabe: Weisen Sie die Teilnehmer, sich vor einem Computer-Bildschirm zu sitzen, wo sie eine Reihe von Pfeilen auf eine Leinwand projiziert gegeben werden. Weisen Sie die Teilnehmer auf die Richtung der Mitte Pfeil, indem Sie auf die linke Maustaste, wenn es nach links zeigt oder Klicken mit der rechten Maustaste, wenn er deutete Rig antwortenht so schnell und genau wie möglich.
  6. Weisen Sie Teilnehmer auf zwei Studien der beiden Gehör Oddball-Paradigmas und der Flanker Aufgabe.
  7. Entfernen Sie die EEG-Netz von der Teilnehmer und reinigen Sie die EEG-net durch Einweichen in keimtötenden Desinfektionsmittel für 10 Minuten.

3. Somatosensory Perceptual Antworten

  1. Setzen Sie die Teilnehmer bequem mit der linken Hand in Bauchlage auf dem Sinnesreiz Gerät ruhen und ihre Finger entlang der Kontur des Gerätes mit den gepolsterten Tipps von Ziffern 2 und 3 in Verbindung mit den Konjunktur Sonden platziert positioniert. 23
  2. Bitten Sie die Teilnehmer, aufgabenbezogenen Anweisungen und Hinweise auf einem Computerbildschirm zu sehen und geben Antworten mit einer Zwei-Tasten-Maus-Taste. Projekt 5 verschiedene Tests: 2 einfachen Single-Site Reaktionszeitaufgaben, ein Dual-Website Amplitudendiskrimination, 24 ein Dual-Website Amplitude Aufgabe mit einem einzigen Standort Anpassung Reiz, 24 undeine zeitliche Ordnung Urteil Aufgabe. 25
  3. Vor Beginn eines jeden Testlauf werden die Signale auf dem Computer des Teilnehmers beauftragen, Praxis Prüfungen abzuschließen, um sich mit der Aufgabe vertraut zu machen. Der Computer gibt den Teilnehmern Leistungs-Feedback nach jedem Test (zB richtig, falsch).

4. Bilanz Protocol

  1. Weisen Sie die Teilnehmer auf rutschfeste Socken anzuziehen und dann stehen auf dem Balance-System kennen Instrument zu werden.
  2. Weisen Sie die Teilnehmer in einer bequemen Position stehen, passend zum Druckzentrum Punkt mit dem Punkt in der Mitte auf dem Bildschirm. Forscher aufnehmen Dieses komfortable Ausgangsposition, so dass alle Tests finden mit dem gleichen Fuß-Position, während man auf dem Gerät.
  3. Bitten Sie die Teilnehmer, für 30 Sekunden für jede der vier Bedingungen stehen (Augen offen / feste Unterlage, die Augen geschlossen / feste Unterlage, die Augen offen / Schaumoberfläche, die Augen geschlossen / Schaumoberfläche). Geben Sie den Teilnehmern einen 10 s Pause zwischen jedem Zustand und einem 3-Sek-vor Beginn jeder Aufnahme.
  4. Wiederholen Sie jede der Bedingungen zur Durchführung eines Nebenaufgabe. Weisen Sie sie nach hinten um 7 ausgehend von einem zufälligen 3-stellige Nummer, um sie (zB 843) gegeben zählen.
  5. Zeichnen Sie eine Herrschaft Indexwert, ein Maß für die Standardabweichung der Höhe von Herrschaft für jede Bedingung und Zentrum von Druckdaten, die später für die weitere Analyse verwendet werden.

5. Gangbewertung

  1. Beurteilen Teilnehmer Gang mit einem tragbaren 15 "lang Teppich instrumentierten Ganganalyse-System mit Drucksensoren über die gesamte Länge des Teppichs anwesend Tritte des Teilnehmers zu erkennen.
  2. Bitten Sie die Teilnehmer, über Matte barfuß in einem angenehmen Tempo fünfmal ab einer Entfernung von 3 "vor dem Start der Matte und 3 'nach Verlassen der Matte zu gehen.
  3. Weisen Sie den TEILNEHMERnts zu fünf weitere Studien zu Fuß zu vervollständigen, während rückwärts gezählt wird von sieben aus einer zufälligen 3-stellige Zahl als gleichzeitige kognitive doppelte Aufgabe.
  4. Die ab dem Ganganalyse Ausgang erhalten abhängigen Variablen sind absolute und Variabilität Maßnahmen von mehreren räumlich-zeitliche Parameter wie Geschwindigkeit, Trittfrequenz und Schrittlänge.

6. Genetics

  1. Bitten Sie die Teilnehmer, entfernen Sie vorsichtig mit dem Wattestäbchen-Stick aus der sterilen Behälter (wobei Sie nur den Stick Ende der Tupfer Stick berühren), bewegen Sie den Tupfer in ihrem Munde und kräftig reiben Sie den Tupfer im Inneren der beiden Wangen für insgesamt 20 Sekunden .
  2. Übergeben Sie den Tupfer Stick an den Techniker, der Latex oder Nitril Handschuhe. Halten Sie das Stielende und legen Sie dann die Tupferspitze in eine sterile 1,7-ml-Tube, die sofort auf Eis gelegt (mit einer Identifikationsnummer nur beschriftet).
  3. Innerhalb von 24 Stunden Transfer die Proben zu einer -20 ° C Tiefkühltruhe.
  4. Auszug DNA mitein Standard-DNA-Purification Kit nach den Angaben des Herstellers durchgeführt. Um eine konzentrierte Probe zu erhalten, nach der Extraktion, führen Sie eine Isopropanolfällung Schritt und rehydrieren DNA in 20 ul EDTA-Puffer (pH 8,0).
  5. Bewahren Sie die extrahierte DNA bei -80 ° C bis Genotypisierung Analyse unter Verwendung von Standard-Polymerase-Kettenreaktion (PCR) Assays mit Fluoreszenzmarkern.
  6. "Call" die Genotypen von PCR-Software und dann manuell überprüfen, indem Sie die PCR-Amplifikation Parzellen.

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Ergebnisse

Computergestützte neurokognitive Test

Ein Beispiel für Ergebnisse für das computergestützte neurokognitiven Tests ist in Abbildung 1 zu sehen ist. Das Computerprogramm ruft zusammengesetzte Werte auf Verbales Gedächtnis, Visual Memory, Visuelle Motorgeschwindigkeit und Reaktionszeit, die häufig verwendet werden, um Return-to-Play-und Rückkehr-zu -Erfahren Gehirnerschütterung Management-Protokolle. Die verbale und visuelle Gedächtnis Composites bewerten Aufme...

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Diskussion

Das Ziel dieser mehrdimensionalen Ansatz zur Grundlinie Gehirnerschütterung Test ist zweifach: 1), um die Auswirkungen einer Gehirnerschütterung (akute und langfristige) auf das neuromuskuläre System besser zu verstehen; 2), um die Sportmedizin Personal Make Rückkehr zu Entscheidungen (sie verwenden in erster Linie neurokognitiven Tests wie von McCrory vorgeschlagen). 26 Diese facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterung Auswertung liefert wertvolle Informationen zur Ätiologie, funktionelle Veränderungen un...

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Offenlegungen

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Danksagungen

Diese Studie wurde durch Zuschüsse der American Medical Society for Sports Medicine unterstützt. Die Autoren möchten unseren Forschungsstudenten, darunter David Lawton, Drew Gardner, Mark Sundman, Kelsey Evans, Graham Cochrane, Jordan Cottle und Jack Halligan, für ihre Unterstützung bei der Datenerfassung in den letzten vier Jahren danken.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
ImPACTImPACT, Pittsburgh, PANeurokognitive Gehirnerschütterungstests
EEGEGI, Eugene, OREEG 32-Kanal-System
Stim2Compumedics Neuroscan, Charlotte, NCSoftware für die Aufgabenpräsentation für Flanker-Aufgaben und auditive Sonderlinge
NetStationEGI, Eugene, ORSoftware für die Datenerfassung und -analyse von EEGs
Sensorisches GerätKortikale MetrikSensorische Prüfung
Gleichgewichtssystem SDBiodex Medical Systems, Inc., Shirley, NYGleichgewichtsprüfung
GAITRite CIR systems, Inc., Sparta, NJ, USAGanganalyse
PCRApplied Biosystems, Foster City, CAGenetische Analyse
MatlabMathworks, Natick, MA, USAGang- und Gleichgewichtsanalyse

Referenzen

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