Summary
Il modello di intestazione subconcussive soccer è un approccio metodologico sicuro e conciso per isolare e misurare gli effetti degli impatti di testa subconcussive.
Abstract
Subconcussive hits rappresentano una minaccia per la salute di un neurone che hanno dimostrato di indurre danno strutturale di un neurone e danno funzionale senza provocare sintomatologia verso l'esterno e sembrano essere un fattore chiave per una malattia neurodegenerativa irreversibile, cronica encefalopatia traumatica (CTE). Inoltre, gli atleti possono incorrere in più di 1.000 di questi accessi per stagione. Il modello di intestazione di calcio subconcussive (SSHM) è un metodo pertinente, riproducibile e leader di isolare ed esaminando gli effetti di questi impatti testa subconcussive. Controllando le variabili quale la sfera di velocità, la frequenza degli impatti, intervallo, posizionamento di palla alla testa, di viaggio e anche misurando la grandezza di urto della testa, la SSHM fornisce la comunità scientifica con una superior avenue di indagare l'acuta subconcussive effetti sulla salute di un neurone. In questa carta, dimostriamo l'utilità di SSHM nello studiare una corso di tempo espressione del polipeptide luce dei neurofilamenti (NF-L) nel plasma in modo misure ripetute. NF-L è un marcatore di ferita axonal che precedentemente è stato indicato per essere elevati in pugili e giocatori di calcio che seguono subconcussive trauma capo. Trentaquattro adulto invecchiato calciatori sono stati reclutati e assegnati a caso a entrambi un titolo di calcio (n = 18) o calci (n = 16) gruppo. Il gruppo di intestazione eseguito 10 intestazioni con palloni da calcio proiettate ad una velocità di 25 km/h su 10 min. Il gruppo calci ha seguito lo stesso protocollo con 10 calci. Campioni di plasma sono stati ottenuti prima e a 0 h, 2h e 24 h dopo intestazione/calci e valutati per le espressioni NF-L. Il gruppo di intestazione ha mostrato un aumento graduale nel plasma espressione di NF-L e ha alzato a 24 h dopo il protocollo di intestazione, mentre il gruppo calci è rimasta coerenza attraverso i punti di tempo. Questi risultati hanno confermato i dati NF-L da studi in campo clinico, incoraggiando l'uso di SSHM per convalidare i dati clinici subconcussion.
Introduction
A lungo termine, l'esposizione ripetuta agli impatti testa subconcussive è stata proposta come uno dei fattori chiave per sviluppare la malattia di neurodegenerative CTE1,2,3,4,5 . Ogni anno, circa 2,5 milioni high school e college atleti impegnano in sport di contatto che inducono frequentemente questi insulti subconcussive attraverso la rapida accelerazione-decelerazione del corpo e la testa6,7. In particolare, atleti di sport di contatto possono verificarsi diversi 100 fino a 1.000 di tali effetti al stagione6,8,9. Inoltre, altre popolazioni, come militari, uomini e donne, hanno registrato più di 300.000 ferite alla testa dal 2001, che ha manifestato nella diagnosi recente di CTE all'interno di un ex veterano militare10. Questa diagnosi di parallels con 110 cervelli post mortem di CTE di giocatori di football americano e quattro giocatori di calcio post mortem per presentare un fiorente sanità pubblica problema11,12. Alla luce della prevalenza sconcertante, urto della testa ricerca deve spostare il suo sguardo per includere suoni precisi metodi di analizzare i successi subconcussive debito acuta sono indurre in una varietà di arene.
SSHM presentato qui è uno che soddisfa le necessità metodologica per indurre sicuro comuni sollecitazioni meccaniche riposte tessuto neurale durante attività sportive di contatto. L'implementazione di questo modello permette gli investigatori gestire meticolosamente palla velocità, la frequenza degli impatti, intervallo, posizionamento di palla alla testa, di viaggio così come misure della testa impatto magnitudo13,14. Mentre questi fattori sono praticamente impossibili da controllare nell'impostazione del campo, la SSHM fornisce una presa per i ricercatori di isolare gli effetti degli impatti di testa subconcussive. Inoltre, attraverso l'eliminazione delle variabili di confusione visto durante il gioco (ad esempio, gli effetti da esercizio vigoroso, danno corpo, variazione della temperatura corporea e idratazione/sudore), la SSHM fornisce un metodo superiore di convalida osservazioni cliniche .
Il SSHM ha diretti paralleli agli impatti testa visti specificamente nell'ambito dello sport. Come tale, la letteratura ha già iniziato a mostrare la sua utilità e confermano i risultati della testa cumulativo onere di impatto da altri ricercatori. Ad esempio, abbiamo dimostrato che il peso della testa subconcussive influisce significativamente la disfunzione neuro-oftalmologici unità tra calcio atleti13,15. In aggiunta, come pochi come 10 impatti subconcussive hanno dimostrati immediatamente di perturbare la funzione vestibolare che possa essere normalizzata dopo 24 h di riposo16. In questa relazione metodologica, descriviamo l'applicazione di SSHM per studiare gli effetti degli impatti di testa subconcussive e introdurre una delle nostre scoperte che impatti testa subconcussive ripetitivi gradualmente aumentano la concentrazione di un neurone-derivato in sicurezza biomarcatore del sangue, vale a dire NF-L14. Ciò che trova non solo sostanzia risultati precedenti della presenza di NF-L da subconcussive ripetitivi colpi alla testa17,18 , ma consente inoltre di verificare che il SSHM può riprodurre tali risultati in modo clinico controllato.
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Protocol
Gli autori verificare che la Indiana University Institutional Review Board ha approvato lo studio (protocollo n. 1610743422) e che è stato ottenuto il consenso informato scritto.
Nota: Il SSHM è stato integrato in un design di misure ripetute che è destinato a studiare i cambiamenti tra variabili dipendenti all'interno di soggetti a 0 h, 2h e post-intervento 24h, rispetto ai valori pre-intervento individuali. Questo disegno di studio permette ai ricercatori di tenere traccia delle modifiche per un periodo di 24 h, che è la tempistica tipica tra le pratiche sportive. Nello studio presente, giocatori di calcio sono stati assegnati a uno un titolo di calcio (n = 18) o un calcio calci gruppo (n = 16).
1. installazione
- Dopo il prelievo di misurazione della linea di base (pre-intervento), iniziare la SSHM con il posizionamento di un lanciatore di palla di calcio circa 40 ft lontano dal soggetto, nonché a garantire che il pallone da calcio è gonfiato a 9 psi.
- Il volto della macchina consente di visualizzare due quadranti identici, che regolano la velocità di sinistra e destra ruote e un interruttore on/off tra di loro. Impostare entrambi questi quadranti a una velocità standard di scelta.
Nota: Per questo scopo di dimostrazione, la palla velocità di viaggio è stata impostata a 30 mph. Questa velocità è stato scelto in quanto simula una rimessa in gioco calcio dalla linea laterale a centrocampo. Giocatori di calcio eseguono frequentemente questa manovra durante allenamenti e partite. - Posto 3 pollici blocchi sotto le ruote del lanciatore di palla per consentire la traiettoria desiderata (no blocchi necessari per calci soggetti). Una volta che questo è completo, il lanciatore di palla poi è angolato a 40°, che è misurato come l'angolo tra la terra e la linea mediana delle ruote.
Nota: L'angolo si misura con un goniometro, e la macchina può essere regolata allentando una manopola situata lungo le rotaie blue dove viene caricato il pallone da calcio. - Una volta che la macchina è correttamente impostata, è possibile montare i soggetti con un accelerometro triassiale incorporato all'interno di una tasca di capo-banda e posizionato direttamente sotto la protuberanza occipitale esterna (inion) per monitorare accelerazioni testa lineare e rotazionale.
- Avviare il software corrispondente per l'accelerometro e immettere le informazioni del soggetto di conseguenza. A questo punto, il soggetto è pronto per iniziare le prove di familiarizzazione dell'intervento (voce, calci).
2. prove di familiarizzazione
- Posizionare il soggetto circa 40 ft davanti il lanciatore di palla.
- Assicurarsi di spiegare al soggetto che il lanciatore di palla sarà pallavolo pallone per loro e che hanno semplicemente bisogno di simulare l'intervento contatto con la palla (cioè, soggetti titolo prenderà la palla con le mani davanti alla loro fronte prima avviene il contatto testa-a-ball, soggetti a calci "trappola" la palla a terra con il loro piede invece di tiro al volo la palla indietro e soggetti in piedi verranno rimangono statici e non farà contatto con la palla).
- Quando il soggetto si capisce e si sente pronto, sono il ricercatore accendere il cannoncino, caricare il pallone da calcio sui binari blu e infine spingere la palla in ruote piroettanti dopo un 3-2-1 conto alla rovescia.
- Dopo aver fermato la palla come descritto in precedenza (punto 2.2), sono il soggetto rotolare la palla indietro.
- Ripetere i passaggi 2,3 e 2,4 da due a quattro ulteriori volte (nessun tempo di riposo tra richiesti) per garantire che il soggetto posizionamento sia corretto e interazione con la palla sarà sicuro e controllato. Questo conclude le prove di familiarizzazione.
3. intervento
- Verbalmente di confermare che il soggetto è pronto. Una volta confermato, dare istruzioni ai soggetti intestazione di fronte solo contatto con la palla; raccontare i soggetti per evitare potenziali impatti alla corona, parietale e lobi temporali. Istruire i soggetti calci a calciare la palla solo mentre è in volo come contatto della sfera con il suolo si attenua l'impatto successivo al piede.
- Istruire sia diretti e calci soggetti per volley la palla ad un target (ulteriori ricercatore) circa la metà della distanza tra loro e la macchina. Come meglio possono, chiedere soggetti a farlo in un modo che imiterà la traiettoria ad arcuata che la palla ha preso durante il suo volo verso il soggetto.
- Attivare l'accelerometro triassiale e iniziare la registrazione.
- Caricare il pallone da calcio sui binari blu, spingere la palla in ruote piroettanti dopo un 3-2-1 conto alla rovescia e assicurarsi che avviene il contatto appropriato.
- Ripetere il passaggio 3.4 nove volte di più con un resto di s 60 tra attacchi. Se il soggetto rinuncia ad interazione con la palla (a causa di posizionamento inopportuno o sospetto contatto con il corpo in un'area che deve essere evitato), poi il pallone volley al soggetto nuovo prontamente, senza alcun periodo di riposo.
- Tra ogni contatto con la palla, verificare che l'accelerometro triassiale registrato un impatto (utilizzando software triassiale; calci soggetti non dovrebbero registrare G-force).
- Una volta concluso l'intervento, spegnere il cannoncino e interrompere la registrazione triassiale (importante, in quanto il movimento necessario per rimuovere la fascia potrebbe registrare un altro "impatto"). Una volta che la registrazione è stata interrotta, rimuovere l'archetto.
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Representative Results
I risultati qui rappresentati sono stati interpretati da un precedente articolo14, in cui è stato utilizzato il SSHM come descritto in precedenza. In questo studio particolare, abbiamo mirato a mostrare come il SSHM potrebbe indurre i cambiamenti nei livelli del plasma di NF-L, che è un marker di lesione Assonica che è supposto per filtrare fuori il cranio e nel sangue periferico dopo testa impatti.
SSHM e testa cinematica
I dati attuali sono stati derivati da 34 soggetti che erano ammissibili per l'analisi (gruppo di intestazione: n = 18 e calci [controllo] Gruppo: n = 16). Non c'erano differenze significative in caratteristiche demografiche fra i gruppi. Dati demografici e cinematica di urto della testa sono dettagliati nella tabella 1. Impatto testina cinematici dati hanno mostrato che il gruppo di intestazione ha avvertito una mediana accelerazione lineare testa di 31,8 g per urto della testa (IQR: 31,1-34,5 g) e una mediana accelerazione rotazionale della testa di 3,56 krad/s2 per urto della testa (IQR: 2,93-4,04 krad/s2). Al contrario, il gruppo di calci (controllo) non ha provocato livelli rilevabili di accelerazione della testa (come previsto) (tabella 1).
Effetti SSHM sui livelli di biomarcatore NF-L
Il SSHM è stato in grado di produrre i seguenti risultati. Vedere la Figura 1 per la rappresentazione visiva dei risultati14. (i) ci era un aumento graduale nell'espressione del plasma NF-L, come illustrato da un effetto statisticamente significativo per il gruppo di urto della testa, F(1,31) = 9.17, p = 0,0049. Ad esempio, si stima che 0.03 pg/mL di NF-L per aumentare ogni ora dopo 10 intestazioni (SE = 0,001). (ii) non c'era effetto di tempo significativo per il gruppo (controllo) calci, F(1,31) = 1,20, p = 0.28. (iii) follow-up in coppia t-test con la correzione di Bonferroni all'interno del gruppo di voce ha rivelato che una differenza significativa è comparso a 24 h post-voce (3,68 ± 0,30 pg/mL) rispetto al pre-voce (3,12 ± 0.29 pg/mL, p = 0.0013; D di Cohen = 1,898). (iv) linear regression, regolando la linea di base livello NF-L, è stata usata per valutare la differenza del fra-gruppo al punto di tempo post-intervento 24h e distinto che il livello di NF-L nel gruppo intestazione era significativamente superiore a calci (controllo) gruppo con una differenza media stimata di 0.66 pg/mL (SE = 0,22, p = 0,0025).
| Variabili | Intestazione | Controllo di calci | Valore di P |
| n | 18 | 16 | - |
| Sesso | 7M 11F | 6M 10F | - |
| Età, y | 20,3 ± 1,5 | 21,2 ± 1.4 | 0,089 |
| BMI, kg/m2 | 23,2 ± 2.4 | 24,4 ± 3.2 | 0.236 |
| No. della precedente commozione cerebrale | 0,78 ± 1.0 | 0.63 ± 1.7 | 0.753 |
| Esperienza di calcio intestazione, y | 9,5 ± 3.6 | 10,0 ± 4.5 | 0,725 |
| Impatto testina cinematica, mediana (IQR), un | |||
| PLA, g | 31,8 (31,1 – 34,5) | -b | - |
| PRA, krad/s2 | 3,56 (2,93 – 4,04) | -b | - |
| Nota: BMI, indice di massa corporea. IQR, scarto interquartile. PLA, picco di accelerazione lineare. PRA, picco di accelerazione rotazionale. Krad, kiloradian. un', basata sulla somma dei 10 intestazioni di calcio. b, calcio calci non ha causato un livello rilevabile di accelerazione della testa. | |||
Tabella 1: Dati demografici e cinematica di gruppo l'impatto.
Figura 1: cambiamenti nei livelli di plasma NF-L prima e dopo gli impatti subconcussive. Nel gruppo intestazione, NF-L è stato elevato a 24 h post-intestata confrontato con pre-intestazione e 0 h post-voce punti di tempo, ma il gruppo (controllo) calci è rimasta statico attraverso tutti i punti di tempo. NF-L livello del gruppo intestazione al post-titolo 24h era superiore a quello del gruppo di calci (controllo). I dati sono presentati come la media ± SEM. NF-L = luce neurofilamento; SEM = errore standard della media. La figura è riprodotto da Wirsching et al.14 autorizzazione da Mary Ann Liebert, Inc., New Rochelle, NY. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Mentre gli sport di contatto come il calcio americano potrebbe sembrare essere guida la necessità di un modello di ricerca concisa per studiare gli impatti subconcussive, altri sport come il calcio può rappresentare la quota dominante dell'esposizione subconcussive tutto il mondo come circa 265 milioni di persone partecipare a quella che è forse più popolare sport19 del mondo. Tuttavia, mentre la maggior parte degli effetti neurodegenerative sospetta di subconcussion è stati sottoposti ad autopsia in giocatori di football americano, la somiglianza degli impatti testa di calcio alle intestazioni di calcio è sorprendentemente grande. Per esempio, 10 attacchi della voce calcio nello studio corrente indotta di circa 300 g e 35 krad/s2, che erano vicino a identico al precedente report utilizzando simili subconcussion modelli20,21. Questi cinematica di impatto erano paragonabili ai colpi osservati nel football americano, dove il giocatore di football di college media comporta 7.0-9.4 colpi durante le prove e 25 colpi durante le partite, con un'accelerazione lineare media del picco per colpo di 28,8-32.0 g22 ,23,24,25. Inoltre, altri sport di contatto, come hockey su ghiaccio, hanno visualizzato accelerazioni testa lineare di picco simili o maggiori rispetto a questi risultati. Ad esempio, un recente studio che esamina entrambi gli atleti maschili e femminili del hockey di ghiaccio collegiale ha rivelato che, nel corso di una stagione, questi atleti registrerebbe accelerazioni lineari di picco di 41,6 g (36,6-49,5 g) e 40,8 g ( 36.5-49,9 g) per maschi e femmine, rispettivamente (mediana [IQR])26. Inoltre, il sistema di telemetria di urto della testa che è stato utilizzato in questo studio di hockey su ghiaccio ha rivelato che quasi un terzo dei maschi (28,0% [21,2% - 33,5%]) e femmine (29,3% [24,8% - 32,1%]) (mediana [IQR]) sono stati inflitti sulla parte anteriore della testa26. Questi risultati direttamente paralleli alla testa impatti provocati utilizzando il SSHM, che indica la vasta utilità clinica della metodologia attuale.
C'è, tuttavia, una limitazione che deve essere affrontata quando si tenta di estrapolare il calcio e football americano testa impatti ad altri sport di contatto come hockey su ghiaccio. Gli impatti di testa nel hockey di ghiaccio non sono esercitazioni di routine e sono penalizzati, e sono solitamente il risultato del contatto intenzionale con un altro giocatore. Infatti, subconcussive testa impatto incidenza per hockey su ghiaccio collegiale atleti è conosciuto per essere sostanzialmente basso: 1.3 (1.0-1.7) a pratica e 6.3 (3.5-9.0) per ogni gioco per i maschi e 0,9 (0,6-1,0) per pratica e 3,7 (2.5-4.9) per ogni gioco per femmine26.
Il presente studio non è il primo ad esplorare l'espressione di NF-L dopo trauma cranico; Tuttavia, è il primo a isolare un trauma cranico come la causa per l'espressione di NF-L di fuori del sistema nervoso centrale. Oliver et al valutato per il siero espressione di NF-L all'interno di atleti di football americano in otto diversi momenti nel corso di una stagione (~ 6 mesi)17. I giocatori erano suddivise in due gruppi, antipasti e nonstarters, con un presupposto che gli atleti starter saranno esposto a maggiori quantità di colpi capi, considerando che nonstarters comporterà minori quantità di colpi capi rispetto gli antipasti. Gli autori hanno identificato aumenti significativi nelle espressioni di NF-L di siero nel gruppo starter nel tempo attraverso la stagione17. Al contrario, il gruppo di nonstarter è rimasto costante durante tutta la stagione. Allo stesso modo, i livelli di maryanna et al analizzati siero NF-L in pugili dopo una fase subacuta di trauma capo subconcussive (7-10 giorni prima)18. Nella loro analisi, i pugili sono stati categorizzati nei due gruppi (lieve vs testa grave impatto gruppi) basato su una soglia di aneddotica di < 16 vs ≥ 16 testa colpisce durante un incontro di boxe, rispettivamente. Espressione di NF-L del siero è stato elevato significativamente nel gruppo di testa grave impatto rispetto al gruppo di lieve impatto, suggerendo una risposta dipendente dalla dose a testa impatto e biomarcatore di espressione18. Mentre la letteratura presentata suscita forti di ragionamento per NF-L come indicatore di axonal lesioni, né studio esibisce controllo robusto di variabili di confusione visto in tutto lo sport (termogenesi, stato di idratazione, corpo contatti, testa cinematica, ecc.). Questa lacuna nella metodologia sostiene la necessità per il SSHM. Utilizzando il SSHM, erano in grado di controllare le variabili di confusione sopraccennate, accoppiate con la postazione di monitoraggio, la grandezza e la quantità degli impatti di testa e studiare l'urto della testa dose-risposta Wirsching et al.14 e Wallace et al.27 Profilo di livelli di NF-L nel sangue. Di conseguenza, la SSHM fornisce un mezzo sicuro e standardizzato per studiare l'effetto degli impatti di testa subconcussive e convalidare i risultati clinici.
La SSHM Mostra la promessa come essendo un metodo pertinente, riproducibile e leader di isolare ed esaminando l'effetto degli impatti subconcussive testa indipendentemente dalla sport; Tuttavia, esistono alcune limitazioni da considerare quando si adotta questo metodo. In primo luogo, la SSHM ha una forte capacità di controllo per le covariate ambientali (precedentemente descritto); Tuttavia, ciò significa che occorre una struttura coperta a temperatura controllata. In secondo luogo, nel tentativo di garantire contatti testa sicuri e controllati, impostiamo i criteri di esclusione partecipante ad un minimo di 5 anni di esperienza di calcio intestazione. Questa frequenza di taglio è stato utilizzato per eliminare potenziali contatti testa pregiudizievoli a causa della tecnica di intestazione novizio. Infine, questo protocollo richiede attrezzature specifiche e più ricercatori di condurre, che non può essere accessibile all'unanimità.
La SSHM fornisce una modalità inestimabile per i ricercatori convalidare con fiducia risultati trovati in studi sul campo. Questa fiducia deriva dalla capacità della SSHM al controllo per entrambi interni ed esterni fattori confondenti come posizione di impatto e la quantità, danno corpo, esercitano effetto e il sudore, per citarne alcuni. Inoltre, perché il SSHM ha mostrato testa simile magnitudini di impatto come altri sport come hockey su ghiaccio e football americano, la domanda può essere effettuata che questa metodologia assume grande rilevanza clinica non solo agli atleti di calcio ma anche a football americano, ghiaccio hockey, rugby e atleti di boxe. Infine, perché il SSHM non separare popolazioni, come fanno alcuni unisex sport come il football americano, tutti i generi e gruppi etnici possono essere studiati.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori desidera ringraziare la sig. ra Angela Wirsching, che era un fattore chiave per la ricerca che citiamo nella sezione risultati rappresentativi.
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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