Summary
O modelo de cabeçalho de subconcussive futebol é uma abordagem metodológica segura e concisa para isolar e medir os efeitos de impactos de cabeça subconcussive.
Abstract
Subconcussive sucessos representam uma ameaça à saúde neuronal como eles mostraram para induzir dano neuronal e comprometimento funcional sem causar sintomatologia para fora e parecem ser contribuiu para uma doença neurodegenerativa irreversível, crônica encefalopatia traumática (CTE). Além disso, os atletas podem incorrer em mais de 1.000 destas visitas por temporada. O modelo de título de futebol subconcussive (SSHM) é um método relevante, reprodutível e líder de isolar e analisar os efeitos desses impactos de cabeça subconcussive. Controlando variáveis tais como bola viajando a velocidade, a frequência de impactos, intervalo, colocação da bola na cabeça, bem como pela magnitude do impacto de cabeça de medição, o SSHM fornece a comunidade científica com uma avenida superior de investigar a aguda subconcussive efeitos sobre a saúde neuronal. Neste artigo, vamos demonstrar a utilidade do SSHM em estudar uma expressão de tempo-curso do polypeptide luz Neurofilamento (NF-L) no plasma na forma de medidas repetidas. NF-L é um marcador de lesão axonal que anteriormente foi mostrado para ser elevado em cuecas e jogadores de futebol a seguir subconcussive cabeça trauma. Trinta e quatro adultos envelhecidos futebolistas foram recrutadas e aleatoriamente para qualquer um título de futebol (n = 18) ou chutando (n = 16) grupo. O grupo do título executado 10 cabeçalhos com bolas de futebol, projetadas a uma velocidade de 25 km/h mais de 10 min. O grupo chutando seguiu o mesmo protocolo com 10 chutes. Amostras de plasma foram obtidas antes e às 0 h, 2 h e 24 h após a rubrica/chutando e avaliadas para expressões NF-L. O parágrafo grupo mostrou um aumento gradual no plasma expressão NF-L e atingiu um pico de 24 h após o protocolo do título, Considerando que o grupo chutando permaneceu consistente entre os pontos de tempo. Estes resultados confirmaram os dados de NF-L de estudos clínicos, incentivando o uso de SSHM para validar dados clínicos subconcussion.
Introduction
A longo prazo, a exposição repetitiva a impactos de cabeça subconcussive tem sido proposta como um dos principais contribuintes para desenvolver a doença neurodegenerativa CTE1,2,3,,45 . Todos os anos, atletas de escola e faculdade alto aproximadamente 2,5 milhões se envolver em esportes de contato que frequentemente induzem a estes insultos subconcussive através da rápida aceleração-desaceleração do corpo e cabeça6,7. Especificamente, os atletas do esporte de contato podem experimentar vários 100 até um 1.000 de tais impactos por temporada6,8,9. Além disso, outras populações, tais como militares homens e mulheres, tem registrado mais de 300.000 ferimentos na cabeça desde 2001, que tem manifestado em diagnóstico recente da CTE dentro de um veterano militar aposentado10. Este diagnóstico paralelo com 110 cérebros pós-morte do CTE de jogadores de futebol americano e quatro jogadores de futebol após a morte de apresentar uma florescente11,questão de saúde pública12. Tendo em conta a prevalência de escalonamento, cabeça impacto pesquisa deve desviando seu olhar para incorporar som, métodos precisos de analisar os hits subconcussive aguda da dívida estão induzindo numa variedade de arenas.
O SSHM apresentado aqui é aquela que satisfaz a necessidade metodológica atual com segurança induzir tensões mecânicas comuns colocados em cima de tecido neural durante as atividades de esporte de contato. A implementação deste modelo permite que os investigadores gerenciar meticulosamente bola viajando a velocidade, a frequência de impactos, intervalo, colocação da bola na cabeça, bem como medições de cabeça impacto magnitude13,14. Enquanto esses fatores são praticamente impossíveis de controle na configuração de campo, o SSHM fornece uma saída para pesquisadores isolar os efeitos de impactos de cabeça subconcussive. Além disso, através da eliminação das variáveis de confundimento visto durante o jogo (por exemplo, efeitos de exercício vigoroso, dano corporal, mudança de temperatura do corpo e hidratação/transpiração), o SSHM fornece um método superior de validação observações clínicas .
O SSHM tem paralelos diretos a cabeça impactos vistos especificamente dentro do Reino do esporte. Como tal, a literatura já começou a mostrar sua utilidade e corroborar as conclusões de cabeça cumulativa carga de impacto de outros investigadores. Por exemplo, Nós demonstramos que o fardo da cabeça subconcussive impacta significativamente disfunção neuro-oftalmológicos de unidade entre atletas de futebol13,15. Além disso, como poucos como 10 impactos subconcussive têm sido mostrados para imediatamente no caminho da função vestibular, que pode ser normalizada após 24h de descanso16. Este relatório metodológico, descrevemos a aplicação da SSHM seguramente estudar os efeitos dos impactos de cabeça subconcussive e apresentar uma de nossas descobertas que impactos repetitivos de cabeça subconcussive gradualmente aumentam a concentração de um neurônio-derivado biomarcador de sangue, ou seja, NF-L14. Esta constatação não só confirmem os resultados anteriores da presença de NF-L devido a golpes repetitivos subconcussive a cabeça17,18 , mas também valida que o SSHM pode reproduzir tais achados de uma forma controlada e clínica.
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Protocol
Os autores verificar que o Conselho de revisão institucional da Indiana University aprovou o estudo (protocolo # 1610743422) e obteve-se consentimento escrito.
Nota: O SSHM foi integrado em um projeto de medidas repetidas que destina-se a investigar as alterações entre variáveis dependentes dentro de temas às 0 h, 2 h e pós-intervenção de 24h em comparação com os valores individuais pré-intervenção. Este projeto de estudo permite que os pesquisadores controlar as alterações para um período de 24 h, que é o prazo típico entre práticas atléticas. No presente estudo, jogadores de futebol foram aleatoriamente para também um título de futebol (n = 18) ou um futebol chutando grupo (n = 16).
1. instalação
- Após a coleta de medição da linha de base (pré-intervenção), começa a SSHM com o posicionamento de um lançador de bola de futebol aproximadamente 40 pés longe do assunto, bem como garantindo que a bola de futebol é inflada de 9 libras por polegada quadrada.
- O rosto da máquina exibe dois mostradores idênticos, que regulam a velocidade da esquerda e direita rodas e um interruptor on/off no meio deles. Defina ambos estes mostradores para uma velocidade padronizada de escolha.
Nota: Para o efeito de demonstração, a bola viajando a velocidade foi definida para 30 km/h. Esta velocidade foi escolhida como simula um arremesso lateral futebol da linha lateral para o meio-campo. Jogadores de futebol frequentemente executam esta manobra durante a prática e jogos. - Lugar 3 polegadas blocos debaixo das rodas do lançador bola para permitir a trajetória desejada (sem blocos necessários para chutar assuntos). Quando isso for concluído, o lançador de bola Então tem um ângulo de 40°, que é medido como o ângulo entre o chão e a linha média das rodas giratórias.
Nota: A medida do ângulo é tirada com um goniômetro, e a máquina pode ser ajustada depois de soltar um botão localizado ao longo dos trilhos azuis onde a bola de futebol é carregada. - Uma vez que a máquina de futebol estiver configurada corretamente, se encaixam os sujeitos com um acelerómetro triaxial incorporado dentro de um bolso de cabeça-banda e posicionado diretamente abaixo da Protuberância occipital externa (Ínion) para monitorar acelerações cabeça lineares e rotacionais.
- Iniciar o software correspondente para o acelerômetro e insira as informações do sujeito em conformidade. Neste ponto, o assunto está pronto para começar os testes de familiarização da intervenção (posição, retrocedendo).
2. ensaios de familiarização
- Posicione o assunto aproximadamente 40 pés na frente do lançador de bola.
- Certifique-se de explicar o assunto que o lançador de bola voleibol da bola de futebol para eles e que eles simplesmente precisam simular intervenção contato com a bola (ou seja, indivíduos de posição vão pegar a bola com as mãos na frente de sua testa antes cabeça-de-bola de contato é feito, chutar temas "armadilha" a bola no chão com seus pés em vez de voleio a bola de volta e assuntos em pé permanecerá estáticos e não fazer contato com a bola).
- Quando o sujeito compreende e se sentir pronto, temos o pesquisador ative o lançador de bola, carregar a bola de futebol para os trilhos de azuis e finalmente, empurrar a bola para as rodas girando após um 3-2-1 contagem regressiva.
- Depois de parar a bola como descrito anteriormente (passo 2.2), com o assunto rolar a bola de volta.
- Repita os passos 2,3 e 2,4 dois a quatro adicionais vezes (sem tempo de descanso necessário entre) garantir que o tema posicionamento está correto e interação com a bola será segura e controlada. Isto conclui os ensaios de familiarização.
3. intervenção
- Verbalmente, confirme que o assunto está pronto. Uma vez confirmado, dar instruções aos assuntos rubrica para apenas faça contato testa com a bola; Diga os sujeitos para evitar potenciais impactos à coroa, parietal e os lobos temporais. Instrua os assuntos chutando para chutar a bola somente enquanto está no voo como bola de contacto com o solo vai atenuar o impacto subsequente ao pé.
- Instrua tanto indo e chutando temas para vôlei a bola a um alvo (pesquisador adicional) aproximadamente metade da distância entre eles e a máquina. O melhor que puder, pergunte assuntos para fazer isso de uma forma que imitará a trajetória em arco, que a bola tomou durante seu voo para o assunto.
- Ativar o acelerômetro triaxial e começar a gravação.
- Carregar a bola de futebol para os trilhos azuis, empurrar a bola para as rodas girando após um 3-2-1-contagem regressiva e certifique-se de que é feito o contato apropriado.
- Repita a etapa 3.4 nove vezes mais com um resto de s 60 entre as lutas. Se o sujeito renuncia a interação com a bola (devido a colocação inoportuna ou suspeita de contato com o corpo em uma área que deve ser evitado), então voleibol a bola para o assunto novamente prontamente, sem qualquer período de repouso.
- Entre cada contacto da cabeça com a bola, verifique se o acelerômetro triaxial registrado impacto (usando o software triaxial; chutar assuntos deve não registrar força-G).
- A intervenção é concluído, desligue o lançador de bola e parar a gravação triaxial (importante, como o movimento necessário para remover a bandelete da cabeça poderia gravar um outro "impacto"). Uma vez que a gravação parou, remova a bandelete da cabeça.
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Representative Results
Os resultados aqui representados foram interpretados de uma anterior artigo14, no qual foi utilizado o SSHM conforme descrito anteriormente. Neste estudo específico, tivemos como objetivo mostrar como o SSHM poderia provocar alterações nos níveis plasmáticos de NF-L, que é um marcador de lesão axonal que é a hipótese para filtrar fora do crânio e para o sangue periférico após impactos cabeça.
Cinemática SSHM e cabeça
Os presentes dados foram derivados de 34 sujeitos que eram elegíveis para análise (grupo de posição: n = 18 e chutando grupo [control]: n = 16). Lá não houve diferenças significativas em qualquer característica demográfica entre os grupos. Demografia e impacto cabeça cinemática são detalhadas na tabela 1. Cabeça de cinemáticos dados mostraram que o grupo de rubrica experimentou uma aceleração de cabeça linear mediana de 31,8 g / cabeça impacto impacto (IQR: 31,1-34,5 g) e uma aceleração de cabeça rotacional mediana de 3.56 krad/s2 por cabeça impacto (IQR: 2.93-4.04 krad/s2). Em contraste, o grupo (controle) chutando não resultou em níveis detectáveis de aceleração de cabeça (como esperado) (tabela 1).
Efeitos SSHM em níveis de biomarcador de NF-L
O SSHM foi capaz de produzir os seguintes resultados. Veja a Figura 1 para a representação visual dos resultados14. (i) houve um aumento gradual na expressão de plasma NF-L, como ilustrado por um efeito estatisticamente significativo de tempo para o grupo de impacto de cabeça, F(1,31) = 9,17, p = 0.0049. Por exemplo, 0,03 pg/mL de NF-L estima-se que aumente a cada hora após 10 cabeçalhos (SE = 0,001). (ii) não houve tempo significativo efeito para o grupo (controle) chutando, F(1,31) = 1,20, p = 0,28. (iii) acompanhamento emparelhado t-testes com correção de Bonferroni, dentro do grupo de posição revelaram que uma diferença significativa apareceu em 24 pós-posição h (3,68 ± 0,30 pg/mL) comparado ao pre-posição (3,12 ± 0,29 pg/mL, p = 0.0013; D de Cohen = 1.898). (iv) regressão linear, ajustando para a linha de base nível NF-L, foi utilizada para avaliar a diferença entre grupos no ponto pós-intervenção tempo de 24 h e distingue-se de que o nível de NF-L no grupo rubrica foi significativamente maior do que o chute (controle) grupo com uma diferença média estimada de 0,66 pg/mL (SE = 0.22, p = 0,0025).
| Variáveis | Indo para | Chutando o controle | P-valor |
| n | 18 | 16 | - |
| Sexo | 7M 11F | 6M 10F | - |
| Idade, y | 20,3 ± 1,5 | 21,2 ± 1,4 | 0.089 |
| IMC, kg/m2 | 23,2 ± 2,4 | 24,4 ± 3,2 | 0,236 |
| Não. de concussão anterior | 0,78 ± 1.0 | 0.63 ± 1,7 | 0.753 |
| Experiência de direção de futebol, y | 9,5 ± 3,6 | 10,0 ± 4.5 | 0.725 |
| Cabeça de impacto cinemática, mediana (IQR), um | |||
| PLA, g | 31,8 (31,1 – 34,5) | -b | - |
| PRA, krad/s2 | 3,56 (2,93 – 4,04) | -b | - |
| Nota: IMC, índice de massa corporal. IQR, intervalo interquartil. PLA, aceleração linear máxima. PRA, aceleração rotacional de pico. KRAD, kiloradian. um, com base na soma dos 10 cabeçalhos de futebol. b, futebol chutando não causou um nível detectável de aceleração de cabeça. | |||
Tabela 1: Demografia e cinemática por grupo de impacto.
Figura 1: mudanças nos níveis de plasma NF-L antes e após os impactos subconcussive. No grupo de posição, NF-L foi elevada em 24 h pós-em comparado com o pré- título de e 0 h pós-indo para pontos de tempo, mas o grupo chutando (controle) permaneceu estático entre todos os pontos de tempo. Nível de NF-L do grupo título em 24 h pós-em foi maior do que a do grupo (controle) chutando. Os dados são apresentados como a média ± SEM. NF-L = luz de Neurofilamento; SEM = erro padrão da média. A figura é reproduzida de Wirsching et al.14 com a permissão de Mary Ann Liebert, Inc., New Rochelle, NY. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Enquanto os esportes de contato como o futebol americano pode parecer estar dirigindo a necessidade de um modelo de pesquisa concisa estudar impactos subconcussive, outros esportes como futebol podem contabilizar a parte dominante da exposição subconcussive ao redor do globo como aproximadamente 265 milhões de pessoas participam no que é, talvez, mais popular esporte19 do mundo. No entanto, enquanto a maioria dos efeitos a longo prazo neurodegenerativas suspeita de subconcussion ter sido autopsiada em jogadores de futebol americano, a semelhança de futebol cabeça impactos aos cabeçalhos de futebol é surpreendentemente grande. Por exemplo, 10 episódios da posição de futebol no estudo atual induzido por cerca de 300 g e 35 krad/s2, que estavam perto de idêntico ao anterior relatórios usando semelhante subconcussion modelos20,21. Estes cinemática de impacto foram comparáveis para os hits observados no futebol americano, onde o jogador de futebol da faculdade média incorre 7.0-9.4 sucessos durante o treino e 25 hits durante os jogos, com uma aceleração linear da média por golpe de 28,8-32,0 g22 ,23,24,25. Além disso, outros esportes de contato, tais como hóquei no gelo, tem exibido acelerações de cabeça linear pico semelhante ou maior do que estes resultados. Por exemplo, um estudo recente, examinando os dois atletas masculinos e femininos colegiado de hóquei no gelo revelou que, ao longo de uma temporada, esses atletas registraria acelerações lineares de pico de 41.6 g (36,6-49,5 g) e de 40,8 g ( 36.5-49,9 g) para machos e fêmeas, respectivamente (mediana [IQR])26. Além disso, o sistema de telemetria de cabeça impacto que foi utilizado neste estudo de hóquei no gelo revelou que quase um terço dos machos (28.0% [21.2 33,5%]) e fêmeas (29,3% [24,8% - 32,1%]) (mediana [IQR]) foram infligidas na parte frontal da cabeça26. Estes resultados directamente paralelos aos impactos cabeça induzidos usando o SSHM, que indica a grande utilidade clínica da atual metodologia.
Há, no entanto, uma limitação que deve ser abordada durante a tentativa de extrapolar o futebol e futebol americano cabeça impactos de outros esportes de contato como hóquei no gelo. Cabeça de impactos no hóquei no gelo não são exercícios de rotina e são penalizados, e normalmente são o resultado de contato deliberado com outro jogador. Na verdade, cabeça subconcussive impacto incidência para o colegiado de hóquei no gelo atletas é conhecido por ser substancialmente baixa: 1.3 (1.0-1,7) por prática e 6.3 (3.5-9.0) por jogo para o sexo masculino e 0,9 (0.6-1.0) por prática e 3.7 (2.5-4.9) por jogo para fêmeas26.
O presente estudo não é o primeiro a explorar a expressão de NF-L após traumatismo; no entanto, é o primeiro a isolar o traumatismo como causa para a expressão de NF-L fora do sistema nervoso central. Oliver et al avaliou para soro expressão NF-L dentro de atletas de futebol americano em oito pontos de tempo diferentes ao longo de uma temporada (~ 6 meses)17. Os jogadores foram categorizados em dois grupos, entradas e nonstarters, com uma suposição de que atletas do acionador de partida vão ser expostos a maiores quantidades de cabeça hits, Considerando que nonstarters incorrerão em quantidades inferiores de cabeça hits do que os iniciantes. Os autores identificaram um aumento significativo em expressões de NF-L de soro no grupo de arranque ao longo do tempo em toda a temporada17. Por outro lado, o grupo de impossibilidade permaneceu consistente ao longo da temporada. Da mesma forma, os níveis de soro Tatiane Sousa et al. analisaram NF-L em boxers após uma fase subaguda de traumatismo subconcussive (7-10 dias antes)18. Em sua análise, pugilistas foram classificadas em dois grupos (suave vs cabeça grave impacto de grupos) com base em um limite anedótico de < 16 vs ≥16 cabeça bate durante uma luta de boxe, respectivamente. A expressão soro de NF-L foi significativamente elevada no grupo de impacto de cabeça grave quando comparado ao grupo impacto suave, sugerindo uma resposta dose-dependente a cabeça impacto e biomarcador expressão18. Enquanto a literatura apresentada provoca forte raciocínio para NF-L como um marcador do axonal lesão, nenhum estudo apresenta controle robusto de variáveis de confundimento visto em todo esporte (termogênese, estado de hidratação, contatos de corpo, cabeça cinemática, etc.). Esta lacuna na metodologia sustenta a necessidade do SSHM. Usando o SSHM, Wirsching et al.14 e Wallace et al.27 foram capazes de controlar as variáveis de confundimento acima mencionadas, juntamente com o monitoramento de localização, magnitude e quantidade de impactos de cabeça e estudar o impacto cabeça dose-resposta Perfil de níveis NF-L no sangue. Portanto, o SSHM fornece meios seguros e padronizados para estudar o efeito dos impactos de cabeça subconcussive e validar os achados clínicos.
O SSHM mostra promessa como sendo um método relevante, reprodutível e líder de isolar e analisar o efeito dos impactos de cabeça subconcussive independentemente do esporte; no entanto, existem algumas limitações a serem considerados ao adotar esse método. Primeiro, o SSHM tem uma forte capacidade de controle para covariáveis ambientais (descrito anteriormente); no entanto, isto significa que uma instalação coberta climatizada é necessária. Em segundo lugar, em um esforço para assegurar contactos cabeça seguros e controlados, definimos os critérios de exclusão do participante para um mínimo de 5 anos de experiência da rubrica de futebol. Este corte foi usado para eliminar potenciais contatos cabeça prejudiciais devido à técnica de rubrica de principiante. Finalmente, este protocolo requer equipamento específico e vários pesquisadores para conduzir, que podem não estar acessíveis por unanimidade.
O SSHM proporciona uma modalidade inestimável para pesquisadores com confiança validar resultados encontrados em estudos de campo. Essa confiança decorre a capacidade do SSHM de controle para ambos interno e externos confundimento fatores tais como localização de impacto e quantidade, dano corporal, exercerem efeito e transpiração, para mencionar alguns. Além disso, porque o SSHM mostrou cabeça semelhante magnitudes de impacto como outros esportes, como hóquei no gelo e futebol americano, o pedido pode ser feito que esta metodologia tem grande relevância clínica, não só para atletas de futebol, mas também para o futebol americano, gelo hóquei, rúgbi e atletas de boxe. Por último, porque o SSHM não segregar as populações, como fazem alguns unissex esportes como futebol americano, todos os sexos e etnias podem ser estudadas.
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Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
Os autores gostaria de reconhecer a Sra. Angela Wirsching, que contribuiu para a pesquisa que citamos na seção resultados representativos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| JUGS Soccer Machine | JUGS Sports | http://jugssports.com/products/soccer-machine.html | |
| SIM-G Triaxial Accelerometer | Triax Technologies | https://www.triaxtec.com/workersafety/wp-content/uploads/2017/08/SIM-G-User-Manual_V4-2-01.pdf |
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