Roterende eieren simuleren hersenschudding

Ons hoofd bestaat grofweg uit de hersenen, een schedel en het hersenvocht dat zich tussen de schedel en het brein bevindt. Dat deed drie Amerikaanse ingenieurs (Villanova University) ergens aan denken: namelijk een ei. 

Model

Om uit te zoeken wat er in het brein gebeurt tijdens een hersenschudding bestudeerden deze wetenschappers wat er gebeurde als de eieren klappen kregen, zonder dat de eierschaal brak. De eierschaal stelt de schedel voor, het eiwit het hersenvocht en het eigeel het brein. 

De ingenieurs onderzochten twee soorten klappen: rechtstreekste klappen en hoekslagen, die zorgen dat het hoofd een draaiende beweging maakt, de zogenoemde rotationele klappen. De eieren kregen wel een soort helm op om te zorgen dat de eierschaal niet kapot ging. 

Scrambler

Voor de directe klappen lieten ze steeds een hamertje op het ei slaan en voor de rotationele klappen gebruikten ze een scrambler om het eigeel en eiwit te laten roteren. Met een speciale camera zagen de onderzoekers wat er met het eigeel en eiwit gebeurde. 

Met name door de rotationele klappen vervormde het eigeel, constateren de onderzoekers. Directe klappen zorgden nauwelijks voor vervormingen. Ze vermoeden daarom dat klappen die draaiende bewegingen van het hoofd veroorzaken de meeste schade in het brein zullen aanrichten en hopen dat hun experimenten beter inzicht geven in wat er in het brein gebeurt tijdens een hersenschudding. Mogelijk dragen de bevindingen later bij aan het ontwerpen van helmen. 

Klachten

‘Over rotationele klappen maken we ons inderdaad het meest zorgen als het gaat om klachten na een hersenschudding’, zegt Marsh Königs, neurowetenschapper aan het Amsterdam UMC. Denk aan misselijkheid, hoofdpijn vermoeidheid. ‘Uit kennis over ernstiger letsels weten we dat rotationele klappen het risico op schade aan de zenuwbanen, en daarmee het netwerk van de hersenen verhogen’, legt Königs uit. Hij vindt de resultaten dan ook niet heel verrassend. ‘Door geavanceerde onderzoekstechnieken hebben we een aardig idee van de effecten van een hersenschudding op het brein. Het probleem is alleen dat beschadigingen na een hersenschudding vaak niet zichtbaar zijn met de huidige technieken die in de zorg gebruikt worden. Het is mede daardoor moeilijk te bepalen hoe ernstig de hersenschudding is geweest en wanneer klachten weer overgaan.’

Königs vraagt zich verder af in hoeverre de resultaten van de experimenten met de eieren zich vertalen naar het brein. ‘Volgens mij is onze schedel in verhouding veel harder dan de eierschaal. En daarnaast vraag ik me bijvoorbeeld af of de druk in en op onze hersenen vergelijkbaar is met de druk binnenin het ei.’ 

De bevindingen zijn gepubliceerd in Physics of Fluids. 

Videocredits: Ji Lang and Qianhong Wu