Влияние ударов головой в футболе на здоровье мозга давно предполагалось, но до сих пор не было известно, где именно и как именно они оставляют след. Теперь же учёные впервые получили чёткую картину повреждений и выяснили, почему зона удара со временем способствует проблемам с обучением и решением задач.
Исследователи Колумбийского университета, используя новые методы визуализации, выявили, что повторяющиеся удары головой по футбольным мячам влияют на границу между белым и серым веществом в орбитофронтальной коре — области мозга, расположенной сразу за лбом и отвечающей за планирование и стратегию. Недавно разработанный метод диффузионной МРТ показал, что более частые удары головой связаны с едва заметными микроструктурными нарушениями в этой области, и что эти нарушения объясняют небольшое, но измеримое снижение результатов вербального обучения у взрослых игроков-любителей.
«Главное в наших исследованиях то, что они впервые показывают, что воздействие многократных ударов головы вызывает специфические изменения в мозге, которые, в свою очередь, ухудшают когнитивные функции», — сказал руководитель исследования Майкл Липтон, доктор медицинских наук, профессор радиологии и биомедицинской инженерии в Колледже врачей и хирургов Вагелоса при Колумбийском университете.
Игра головой в футболе и взаимодействие серого и белого вещества мозга
Липтон и его команда разработали два новых метода цифровой МРТ для исследования белого вещества коры головного мозга. Один метод фокусировался на микроструктуре белого вещества в месте его соприкосновения со слоем серого вещества. Другой метод, разработанный аспиранткой Джоан Сонг, был направлен на микроструктуру внутри переходной зоны между серым и белым веществом. На снимках мозга, полученных при сильных ударах головой, обычно чёткая граница между серым и белым веществом выглядела более размытой в орбитофронтальной коре — именно там, где модели предсказывают наибольший сдвиг, — в то время как в других областях существенных изменений не наблюдалось.
«У здоровых людей существует резкий переход между этими тканями», — сказал Сонг. «Мы исследовали, может ли ослабление этого перехода произойти при незначительных воздействиях, вызванных ударом головой».
В одном исследовании с участием 352 любителей из Нью-Йорка в возрасте от 18 до 53 лет игроки сообщали, как часто они били по мячу головой в течение предыдущего года. Затем сканы мозга анализировались с помощью одного метода dMRI, который профилировал, насколько резко свойства ткани переходят через серо-белую границу. По сути, во время удара голова ускоряется, а затем быстро замедляется. Серое и белое вещество имеют немного разную жесткость и плотность, поэтому они движутся вместе с разной скоростью. Это несоответствие заставляет их скользить друг относительно друга на своей границе, создавая боковое растяжение (силу сдвига). И серо-белое соединение, особенно вблизи канавок (борозд) в орбитофронтальной коре, является тем местом, где концентрируется это скользящее напряжение.
«Серое и белое вещество имеют разную плотность и двигаются с разной скоростью в ответ на удар головы, что создаёт сдвигающие силы между двумя типами тканей», — сказал Липтон. Это делает белое вещество уязвимым к травмам, особенно вблизи борозд.
Во втором исследовании группа использовала другой, дополнительный метод цифровой МРТ, разработанный исследователем из Колумбийского университета Блюйе ДеМесси, фокусируясь на той же серо-белой переходной зоне и сравнивая сканы мозга 352 игроков со сканами 77 спортсменов, не контактировавших с мячом, чтобы продемонстрировать специфичность эффекта от ударов головой в футболе. Затем участники обоих исследований прошли простой тест на память.
В конечном итоге исследователи обнаружили, что воздействие удара головой было связано с более низкими результатами по этому стандартному образовательному заданию. Этот результат согласовывался с результатами сканирования мозга участников, подвергшихся сильному удару головой, и оба метода цифровой МРТ дали схожие результаты. Хотя когнитивные различия были незначительными – далеко не такими, чтобы считаться клиническим нарушением, – они сохранялись на протяжении всей когорты с учётом возраста, пола и истории сотрясений мозга.
«Тот факт, что обе методики, рассматривающие два разных признака, обнаруживают одну и ту же связь, подтверждает наш вывод о том, что эти изменения опосредуют когнитивные эффекты заголовка», — сказал Липтон.
Два новых метода dMRI раскрывают больше о влиянии игры головой в футболе, чем было известно ранее. Колумбийский университет
Более того, рассматриваемая область мозга пересекается с областями, часто поражаемыми при черепно-мозговых травмах, а у некоторых спортсменов, имеющих многолетний опыт черепно-мозговых травм, — с хронической травматической энцефалопатией (ХТЭ). Однако авторы предупреждают, что это не является доказательством ХТЭ — необходимы дополнительные исследования с отслеживанием этих маркеров в динамике, чтобы выяснить, могут ли эти отклонения при сканировании предсказывать будущие когнитивные проблемы.
«Нас особенно интересует потенциальная связь между этими биомаркерами и последующим развитием хронической травматической энцефалопатии (ХТЭ) — нейродегенеративного заболевания, диагностированного у спортсменов, перенесших множество ударов головой за свою игровую карьеру», — сказал Липтон. «Локализация выявленных нами отклонений поразительно похожа на патологию ХТЭ, хотя мы пока не знаем, связаны ли они с ХТЭ или разовьётся ли ХТЭ у кого-либо из этих ныне здоровых спортсменов».
Стоит также отметить, что эти результаты представляют собой скорее поперечный срез, не позволяющий установить причинно-следственную связь. Во-вторых, метрика воздействия ранжирует игроков по частоте ударов головой за последние 12 месяцев и не учитывает влияние на всю жизнь.
Что это значит для игроков и их родителей? Авторы не называют конкретных пороговых значений, но предыдущие исследования и новые анализы показывают, что низкие уровни воздействия головой (пару раз в неделю) приводят к результатам сканирования, очень похожим на результаты у спортсменов, не контактирующих с мячом, в то время как группа с наиболее интенсивным воздействием головой показывает наиболее существенные различия. Поскольку индивидуальная восприимчивость, вероятно, варьируется в зависимости от таких факторов, как генетика и история сотрясений мозга, единое «безопасное» число вряд ли будет установлено. Вместо этого, эти серо-белые интерфейсные биомаркеры могут дать врачам способ определить, когда воздействие на игрока начинает иметь биологическое значение, задолго до появления симптомов, и помочь внести изменения в тренировки и тренерскую деятельность для снижения контакта.
«У нас недостаточно информации для того, чтобы давать обобщённые рекомендации», — сказал Липтон. «Но когда мы разделили игроков на четыре группы в зависимости от частоты ударов головой, мы обнаружили, что игроки, которые делали это лишь два раза в неделю, выглядели примерно так же, как и неконтактные спортсмены из нашего исследования».
«Влияние ударов головой, вероятно, будет разным у разных людей, в зависимости от генов, истории сотрясений мозга и других факторов», — добавил он. «Например, человек, который лишь изредка бьет головой, но имеет генетический риск, может испытывать сравнительно сильные последствия, в то время как человек без генетического риска может бить головой десятки раз в неделю, но при этом испытывать лишь незначительные последствия».
Эти результаты расширяют наши знания о том, как воздействие на мозг, связанное со спортом, по-видимому, способствует когнитивным нарушениям у спортсменов-любителей и профессиональных спортсменов. Исследователи также стремятся разработать более совершенное диагностическое и защитное оборудование — от кап до шлемов — которое могло бы одновременно контролировать и смягчать удары, всё ещё распространённые в контактных видах спорта.
Исследование было опубликовано в двух статьях: в журнале Neurology и журнале JAMA Network Open .
