Summary

I Vivo protokollen kontrollert Subconcussive hodet virkninger for validering av studien feltdata

Published: April 18, 2019
doi:

Summary

Subconcussive fotball overskriften modellen er en trygg og konsist metodisk tilnærming å isolere og måler effekten av subconcussive hodet virkninger.

Abstract

Subconcussive treff utgjør en trussel mot nevrale helse som de har vist å indusere neuronal strukturell skade og funksjonelle verdifall uten å forårsake utover symptomene og synes å være en viktig bidragsyter til en irreversibel nevrodegenerative sykdommer, kronisk traumatisk encefalopati (CTE). I tillegg kan utøvere medføre mer enn 1.000 av disse treff per sesong. Subconcussive fotball overskriften modellen (SSHM) er en relevant, reproduserbare og ledende metode for å isolere og undersøke effektene av disse subconcussive hodet virkninger. Kontrollere variabler som ball reiser hastigheten, frekvensen av virkninger, intervall, ballen plassering til hodet, og måle leder impact omfanget, gir SSHM det vitenskapelige samfunnet med en overlegen avenue å undersøke akutte subconcussive effekter på nevrale helse. I dette papiret viser vi nytten av SSHM i å studere et tid-retters uttrykk for neurofilament lys polypeptid (NF-L) i plasma i gjentatte measures mote. NF-L er en axonal skade markør som har tidligere vist seg å bli opphøyet i boksere fotballspillere etter subconcussive head traumer. 34 voksne alderen fotballspillere ble rekruttert og randomisert til enten en fotball overskrift (n = 18) eller sparker (n = 16) gruppe. Gruppen overskriften henrettet 10 topp med fotballer projisert på en hastighet av 25 mph over 10 min. Gruppen sparker fulgte samme protokoll med 10 spark. Innhentet før og på 0 h, 2t og 24 timer etter overskrift/sparker ble og vurdert for NF-L uttrykk. Gruppen overskriften viste en gradvis økning i plasma NF-L uttrykk og nådde 24 timer etter overskrift protokollen, mens gruppen sparker forble konsekvent over tid poeng. Disse resultatene bekrefter NF-L dataene fra klinisk feltstudier, oppmuntre bruken av SSHM kliniske subconcussion datavalidering.

Introduction

Langsiktig, repeterende eksponering subconcussive hodet konsekvensene har blitt foreslått som en av hovedbidragsyterne for å utvikle nevrodegenerative sykdommer CTE1,2,3,4,5 . Hvert år delta ca 2,5 millioner high school og college idrettsutøvere i kontakt idretter som induserer ofte disse subconcussive fornærmelser gjennom rask akselerasjon-retardasjon av kroppen og hode6,7. Spesielt, opplever kontakt idrett idrettsutøvere flere 100 til en 1000 av slike virkninger per sesong6,8,9. Andre bestander, som militære menn og kvinner, har i tillegg registrert mer enn 300.000 hodeskader siden 2001, som har manifestert i siste diagnosen CTE innenfor en pensjonert militær veteran10. Denne diagnosen paralleller med 110 postmortem CTE hjerner amerikansk fotballspillere og fire postmortem fotballspillere å presentere en voksende folkehelse problemet11,12. I lys av svimlende utbredelsen, leder impact forskning må skifte blikket å innlemme lyd, er presise metoder til å analysere akutt gjeld subconcussive treff inducing i en rekke arenaer.

SSHM presenteres her er en som tilfredsstiller de metodologiske trenger å indusere trygt vanlig mekaniske påkjenninger plassert på neural vev under kontakt sportsaktiviteter. Gjennomføringen av denne modellen gjør etterforskere omhyggelig administrere ballen reiser hastigheten, frekvensen av virkninger, intervall, ballen plassering til hodet, samt målinger av hodet påvirke størrelsen13,14. Mens disse faktorene er nesten umulig å kontrollere i feltinnstillingen, gir SSHM et utløp for forskere å isolere effektene av subconcussive hodet virkninger. Videre gjennom den forvirrende variabler sett under avspilling (f.eks effekter fra energisk morsjon, skader på kroppen, kropp temperatur endring og hydrering/svette), gir SSHM en overlegen metode for å validere kliniske observasjoner .

SSHM har direkte paralleller til hodet virkninger sett spesielt innan sport. Slik litteratur har allerede begynt å vise sin nytteverdi og bekrefte resultatene av kumulativ leder impact byrden fra andre etterforskere. For eksempel har vi vist at byrden av subconcussive hodet påvirker betydelig stasjonen Nevro-ophthalmologic dysfunksjon blant fotball idrettsutøvere13,15. I tillegg så få som 10 subconcussive virkninger har vist seg å umiddelbart forurolige vestibular funksjon som kan normaliseres etter 24 h hvile16. I denne metodologiske rapporten beskriver vi anvendelse av SSHM trygt studere virkningene av subconcussive hodet virkninger og presentere en av våre funn at repeterende subconcussive hodet virkninger gradvis øke konsentrasjonen av en Nevron-avledet blod biomarkør, nemlig NF-L14. Dette funnet ikke bare substantiates tidligere resultater av NF-L tilstedeværelse på grunn av gjentatte subconcussive slag mot hodet17,18 men validerer også at SSHM kan reprodusere slike funn på en kontrollert klinisk måte.

Protocol

Forfatterne Kontroller at godkjente Indiana University institusjonelle gjennomgang styret studien (protocol # 1610743422) og skriftlige samtykke ble innhentet. Merk: SSHM var integrert i en gjentatte measures design som er ment å undersøke endringer mellom avhengig av variabler i fag ved 0t 2t og 24 timer etter intervensjon sammenlignet pre intervensjon enkeltverdiene. Denne studien design tillater forskere å spore endringer i en 24-timers periode, som er typisk tidsrammen mellom sportslige…

Representative Results

Resultatene representert her tolkes fra en tidligere artikkel14, der SSHM ble benyttet som beskrevet tidligere. I denne studien, har vi som mål å vise hvordan SSHM kan indusere endringer i Plasmanivåer av NF-L, som er en axonal skade som er hypotesen for å filtrere ut av kraniet og i perifert blod etter hodet virkninger. SSHM og hodet kinematikk <p class="jove_content" fo:keep-tog…

Discussion

Mens kontakt idretter som fotball kan synes å kjøre behovet for en kortfattet forskning modell å studere subconcussive virkninger, kan andre idretter som fotball forklare den dominerende andelen av subconcussive eksponering over hele verden som ca 265 millioner mennesker delta i hva er kanskje verdens mest populære sport19. Men mens fleste av de mistenkte nevrodegenerative langtidseffekter av subconcussion har vært autopsied i amerikansk fotballspillere, er likheten av fotball hodet virkninge…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne ønsker å erkjenne Ms. Angela Wirsching, som var en sentral bidragsyter til forskningen vi sitere i delen representant resultater.

Materials

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

References

  1. Goldstein, L. E., et al. Chronic traumatic encephalopathy in blast-exposed military veterans and a blast neurotrauma mouse model. Science Translational Medicine. 4 (134), 134ra60 (2012).
  2. Kraus, M. F., et al. White matter integrity and cognition in chronic traumatic brain injury: a diffusion tensor imaging study. Brain: A Journal of Neurology. 130 (Pt 10), 2508-2519 (2007).
  3. McKee, A. C., et al. The spectrum of disease in chronic traumatic encephalopathy. Brain: A Journal of Neurology. 136 (Pt. 136 (Pt 1), 43-64 (2013).
  4. Mez, J., et al. Clinicopathological Evaluation of Chronic Traumatic Encephalopathy in Players of American Football. JAMA. 318 (4), 360-370 (2017).
  5. Tagge, C. A., et al. Concussion, microvascular injury, and early tauopathy in young athletes after impact head injury and an impact concussion mouse model. Brain: A Journal of Neurology. 141 (2), 422-458 (2018).
  6. Bailes, J. E., Petraglia, A. L., Omalu, B. I., Nauman, E., Talavage, T. Role of subconcussion in repetitive mild traumatic brain injury. Journal of Neurosurgery. 119 (5), 1235-1245 (2013).
  7. Schnebel, B., Gwin, J. T., Anderson, S., Gatlin, R. In vivo study of head impacts in football: a comparison of National Collegiate Athletic Association Division I versus high school impacts. Neurosurgery. 60 (3), 490-496 (2007).
  8. Guskiewicz, K. M., et al. Measurement of head impacts in collegiate football players: relationship between head impact biomechanics and acute clinical outcome after concussion. Neurosurgery. 61 (6), 1244-1253 (2007).
  9. Combat veterans coming home with CTE. CBS News Available from: https://www.cbsnews.com/news/60-minutes-combat-veterans-coming-home-with-cte-brain-injury/ (2018)
  10. Ward, J., Williams, J., Manchester, S. 111 N.F.L. Brains. All But One Had C.T.E. The New York Times. , (2017).
  11. Ling, H., et al. Mixed pathologies including chronic traumatic encephalopathy account for dementia in retired association football (soccer) players. Acta Neuropathologica. 133 (3), 337-352 (2017).
  12. Kawata, K., Tierney, R., Phillips, J., Jeka, J. J. Effect of Repetitive Sub-concussive Head Impacts on Ocular Near Point of Convergence. International Journal of Sports Medicine. 37 (5), 405-410 (2016).
  13. Wirsching, A., Chen, Z., Bevilacqua, Z. W., Huibregtse, M. E., Kawata, K. Association of Acute Increase in Plasma Neurofilament Light with Repetitive Subconcussive Head Impacts: A Pilot Randomized Control Trial. Journal of Neurotrauma. , (2018).
  14. Coon, S. . Acute Effects of Sleep Deprivation on Ocular-Motor Function as Assessed by King-Devick Test Performance. , (2018).
  15. Hwang, S., Ma, L., Kawata, K., Tierney, R., Jeka, J. J. Vestibular Dysfunction after Subconcussive Head Impact. Journal of Neurotrauma. 34 (1), 8-15 (2017).
  16. Oliver, J. M., et al. Serum Neurofilament Light in American Football Athletes over the Course of a Season. Journal of Neurotrauma. 33 (19), 1784-1789 (2016).
  17. Shahim, P., Zetterberg, H., Tegner, Y., Blennow, K. Serum neurofilament light as a biomarker for mild traumatic brain injury in contact sports. Neurology. 88 (19), 1788-1794 (2017).
  18. FIFA Communications Division, Information Services. FIFA Big Count 2006: 270 million people active in football Available from: https://www.fifa.com/mm/document/fifafacts/bcoffsurv/bigcount.statspackage_7024.pdf (2007)
  19. Dorminy, M., et al. Effect of soccer heading ball speed on S100B, sideline concussion assessments and head impact kinematics. Brain Injury. , 1-7 (2015).
  20. Bretzin, A. C., Mansell, J. L., Tierney, R. T., McDevitt, J. K. Sex Differences in Anthropometrics and Heading Kinematics Among Division I Soccer Athletes. Sports Health. 9 (2), 168-173 (2017).
  21. Crisco, J. J., et al. Frequency and location of head impact exposures in individual collegiate football players. Journal of Athletic Training. 45 (6), 549-559 (2010).
  22. Duma, S. M., et al. Analysis of real-time head accelerations in collegiate football players. Clinical Journal of Sport Medicine. 15 (1), 3-8 (2005).
  23. Reynolds, B. B., et al. Practice type effects on head impact in collegiate football. Journal of Neurosurgery. , 1-10 (2015).
  24. Kawata, K., et al. Association of Football Subconcussive Head Impacts With Ocular Near Point of Convergence. JAMA Ophthalmology. 134 (7), 763-769 (2016).
  25. Wilcox, B. J., et al. Head impact exposure in male and female collegiate ice hockey players. Journal of Biomechanics. 47 (1), 109-114 (2014).
  26. Wallace, C., et al. Heading in soccer increases serum neurofilament light protein and SCAT3 symptom metrics. BMJ Open Sport & Exercise Medicine. 4 (1), e000433 (2018).

Play Video

Cite This Article
Bevilacqua, Z. W., Huibregtse, M. E., Kawata, K. In Vivo Protocol of Controlled Subconcussive Head Impacts for the Validation of Field Study Data. J. Vis. Exp. (146), e59381, doi:10.3791/59381 (2019).

View Video