Жінки і контузії

При чергових ітераціях опіній щодо ролі і місця жінок на сучасному полі бою, в них є значний недолік – в основному вони концентруються на тому, що самі жінки можуть зробити на полі бою, як ефективно вони можуть уразити противника або підтягти вантаж на останньому кілометрі, а не те як вони «тримають удар».

Імпліцитно мається на увазі, що зараз можливість «тримати удар» не дуже залежить від біологічних особливостей організму та твоїх розмірів – кулі, кумулятивній струї та уламкам все одно, кого прошити наскрізь – хоч тендітну дівчинку, хоч потужного качка.

І ось в цих дискусіях не піднімається питання головного поранення, яке на сучасному полі бою отримують взагалі всі, а саме контузії, яка не омине нікого, окрім найбільш тилових або везучих військовослужбовців. Як жіноча голова тримає удар проти ударної хвилі, яка доганяє всіх і кожного хоч при домінуванні арти і танків, хоч при домінуванні дронів на полі бою, і є константою яка не змінюється зі збільшенням технологічності війни?

Особисто мені дуже б хотілось бачити більшу залученість жінок до справи оборони, раз уж ми будуємо суспільство загальної рівності прав та обов’язків, тому мене дуже цікавить знайти правдиву та інформовану відповідь на це питання. І ось на днях я побачив статтю від The Irish Times про недостатню вивченість жіночих контузій в спорті, яка виступила дуже гарним entry point для розкручування питання, а як же жінки витримують traumatic brain injury загалом, і як від неї відновлюються:

When it comes to the biology of concussion, there are three main differences between men and women that we know of ... “Women tend to have less muscular necks. So when an injury occurs, say whether it’s a car accident or if it’s on a pitch, there is less support here" ...

Secondly, there is a difference in the microarchitecture of the brain. Women have more neurons crossing the corpus callosum – a structure in the middle of the brain that connects the right and left hemispheres – and they are thinner.

A third factor is the menstrual cycle. “Given the same woman at a different time, exact same injury, there can be a different outcome, depending on whether progesterone levels are high or low. It is worse if it is in the luteal phase [ie after ovulation, approximately days 15-28 of a 28-day cycle], when the progesterone levels are high and then all of a sudden they drop abruptly.” This is due to the effect of the trauma on the pituitary gland, right in the centre of the head.

З того, що я зрозумів при поверхневому вивченні питання, фактор менструального циклу впливає на стійкість до контузій найменше, і в той же час є найскладнішим для розуміння навіть з опорою на peer-reviewed стадіз для людини зі сторони, тому сконцентруємось на перших двох факторах – загальна будова організму, в тому числі і muscle mass, а також будова мозку.

Brain microarchitecture

Основним цитуємим дослідженням на цю тему є «Newfound sex differences in axonal structure underlie differential outcomes from in vitro traumatic axonal injury»:

Since traumatic axonal injury (TAI) is implicated as a prominent pathology of concussion, we examined potential sex differences in axon structure and responses to TAI. Rat and human neurons were used to develop micropatterned axon tracts in vitro that were genetically either male or female. Ultrastructural analysis revealed for the first time that female axons were consistently smaller with fewer microtubules than male axons. Computational modeling of TAI showed that these structural differences place microtubules in female axons at greater risk of failure during trauma under the same applied loads than in male axons. Likewise, in an in vitro model of TAI, dynamic stretch-injury to axon tracts induced greater pathophysiology of female axons than male axons, including more extensive undulation formations resulting from mechanical breaking of microtubules, and greater calcium influx shortly after the same level of injury. At 24h post-injury, female axons exhibited significantly more swellings and greater loss of calcium signaling function than male axons. Accordingly, sexual dimorphism of axon structure in the brain may also contribute to more extensive axonal pathology in females compared to males exposed to the same mechanical injury.

В принципі, вже з абстракту зрозуміла загальна тема та висновки дослідження – тримає удар жіночий мозок гірше, особливо в першу добу після контузії, коли дуже важливо швидко очухатись та роздуплитись, щоб не вмерти нахуй (ask me how I know).

Звісно, обмежуватись абстрактами – це дурний тон для аналізу таких складних наукових досліджень, тому поліземо в повний текст. Дивлячись на оригінальний текст дослідження, в цілому бачимо, що методологія нормальна і не протирічить висновкам в абстракті, а також можна побачити ще трохи цікавих інших джерел, на які посилаються автори:

MRI studies show larger white matter volumes in males than females (Gur et al. 1999) with the extent of myelination appearing to remain constant for females and decreasing in males (Paus and Toro 2009; Perrin et al. 2009) suggesting axons in male brains to be larger on average than those in female brains. Alexander and colleagues show, using diffusion MRI, that at various positions along the corpus collosum, female mean axonal diameters are smaller than males (Alexander et al. 2010). Using electron microscopy, differences in axonal diameter have been observed in the rat corpus callosum (Mack et al. 1995; Pesaresi et al. 2015). This raises the intriguing possibility that sex-based differences in average axon size could represent differences in the mechanical vulnerability of axons exposed to dynamic forces during concussion.

...

However, it has recently been observed that female athletes have a higher rate of concussion (Abrahams et al. 2014; Covassin et al. 2003; Marar et al. 2012) and appear to have worse outcomes than their male counterparts participating in the same sport (Bazarian and Atabaki 2001; Broshek et al. 2005). While the comparative impact forces are not known, the differences in incidence and outcome suggest that there was greater damage to female brains.

Щодо самих досліджень – звісно, авторами була представлена спрощена математична модель axonal stretch injury, але ключові результати були отримані саме завдяки натурним експериментам з людським біоматеріалом, а не тільки на крисах, як це робилось раніше:

Experiments using rat cortical cells were performed at 12–14 days in vitro and those using differentiated human iPSCs were performed at 17–19 days in vitro. Notably, this is the first study to use human iPSC neurons in the axon stretch injury model. Culture wells were placed in a sealed, pressure controlled, device at an orientation aligning the region of cultured axons directly above a machined 2 × 15 mm slit in a metal plate (Fig. 1b, c). A controlled air pulse was then injected into the sealed pressure chamber subjecting axons to a strain rate of 1 × 50 S−1 (Tang-Schomer et al. 2010). This pressure change within the chamber results in the rapid downward deflection of the axon-only region of membrane through the slit positioned below (Fig. 1c). As such, only the axon-only region undergoes rapid stretch.

Representative electron microscopic examples of cross sectional views of rat and human female and male axons. (a) Male axons are larger with a more complex cytoskeleton than female axons (Scale bar - 100 nm). (b-d) Rat axons were analyzed with regards to cross-sectional area, number of microubules per axon, and microtubule density per axon. (e) A similar sex difference in axonal size and microtubule number is found with human axons (Scale bar - 200 nm). (f–h) Differentiated human iPSC axons were analyzed with regards to cross-sectional area, number of microubules per axon, and microtubule density per axon. Data is shown as mean ± s.e.m. (n =4 independent experiments). Statistical significance (⁎p < 0.05, ⁎⁎p < 0.01) was evaluated by Students t-test.

Fig. 5. Dynamic stretch-injury of axon tracts in vitro. (a) TEM images of axons pre- and post-injury show change of morphology from straight to undulated due to mechanical breaking of microtubules (red arrows depict break sites) (Scale bar, 200 nm). (b) Representative images showing injured female rat axons with more extensive and larger undulation formation compared to male axons (Scale bar- 5 μm), (c, d) Undulations were analyzed with respect to the number of undulations/100 μm (c) and percent increase in axon length (d). (e) The same sex difference was observed for injured human axons (Scale bar- 5 μm). Data is shown as mean ± s.e.m. (d = 6, e = 7 independent experiments). Statistical significance (* p < 0.01) was evaluated by Students t-test. (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.)

Крім механізму чисто механічних пошкоджень, там розглядаються ще не менш важливі питання intra-axonal calcium influx, але я не бачу сенсу тут переписувати всю статтю – кому цікаво, зможуть ознайомитись самостійно, а також подивитись на більш свіжі статті, які підтверджували ці результати, наприклад Sex differences in the extent of acute axonal pathologies after experimental concussion, в пресс-релізі якої відкритим текстом проговорюються результати дослідження:

“Clinicians have observed for a long time that females suffer from concussion at higher rates than males in the same sports, and that they take longer to recover cognitive function, but couldn’t explain the underlying mechanisms of this phenomenon,” said senior author Douglas Smith, MD, a professor of Neurosurgery and director of Penn’s Center for Brain Injury and Repair. “The variances in brain structures of females and males not only illuminate why this disparity exists, but also exposes biomarkers, such as axon protein fragments, that can be measured in the blood to determine injury severity, monitor recovery, and eventually help identify and develop treatments that help patients repair these damaged structures and restore cognitive function.”

З усього представленого можна зробити висновок, що еволюція дала чоловікам мозок, який краще витримує удари по голові, і так уж вийшло, що ця стійкість до постійних ударів по голові напряму транслюється в стійкість до ударів ударною хвилею туди ж.

Neck strength

Так вийшло, що потужність шиї є другим за важливістю фактором, який впливає на стійкість саме голови саме до контузій. Це питання досліджувалось емпірично перш за все в тих же питаннях спорту.

Neck strength: a protective factor reducing risk for concussion in high school sports:

In the study's first phase, 16 adult subjects underwent repeated neck strength testing by a group of five ATs to validate the developed hand-held tension scale, a cost effective alternative to a hand-held dynamometer. In the second phase, during the 2010 and 2011 academic years, ATs from 51 high schools in 25 states captured pre-season anthropometric measurements for 6,704 high school athletes in boys' and girls' soccer, basketball, and lacrosse, as well as reported concussion incidence and athletic exposure data. We found high correlations between neck strength measurements taken with the developed tool and a hand-held dynamometer and the measurements taken by five ATs. Smaller mean neck circumference, smaller mean neck to head circumference ratio, and weaker mean overall neck strength were significantly associated with concussion. Overall neck strength (p < 0.001), gender (p < 0.001), and sport (p = 0.007) were significant predictors of concussions in unadjusted models. After adjusting for gender and sport, overall neck strength remained a significant predictor of concussion (p = 0.004). For every one pound increase in neck strength, odds of concussion decreased by 5 % (OR = 0.95, 95 % CI 0.92-0.98).

Gender Differences in Head–Neck Segment Dynamic Stabilization during Head Acceleration:

Purpose:

Recent epidemiological research has revealed that gender differences exist in concussion incidence but no study has investigated why females may be at greater risk of concussion. Our purpose was to determine whether gender differences existed in head–neck segment kinematic and neuromuscular control variables responses to an external force application with and without neck muscle preactivation.

Methods:

Forty (20 females and 20 males) physically active volunteers participated in the study. The independent variables were gender, force application (known vs unknown), and force direction (forced flexion vs forced extension). The dependent variables were kinematic and EMG variables, head–neck segment stiffness, and head–neck segment flexor and extensor isometric strength. Statistical analyses consisted of multiple multivariate and univariate analyses of variance, follow-up univariate analyses of variance, and t-tests (P ≤ 0.05).

Results:

Gender differences existed in head–neck segment dynamic stabilization during head angular acceleration. Females exhibited significantly greater head–neck segment peak angular acceleration (50%) and displacement (39%) than males despite initiating muscle activity significantly earlier (SCM only) and using a greater percentage of their maximum head–neck segment muscle activity (79% peak activity and 117% muscle activity area). The head–neck segment angular acceleration differences may be because females exhibited significantly less isometric strength (49%), neck girth (30%), and head mass (43%), resulting in lower levels of head–neck segment stiffness (29%).

Conclusion:

For our subject demographic, the results revealed gender differences in head–neck segment dynamic stabilization during head acceleration in response to an external force application. Females exhibited significantly greater head–neck segment peak angular acceleration and displacement than males despite initiating muscle activity earlier (SCM only) and using a greater percentage of their maximum head–neck segment muscle activity.

В цих дослідженнях я теж відкривав оригінальні тексти та впевнився, що вони відповідають абстрактам, але цитувати тут щось крім абстрактів сенсу немає – в них вже є вся потрібна інформація.

Варто також відмітити, що і загальна маса тіла також впливає на загальну стійкість організму до ударної хвилі, але тут є менше досліджень з однозначними висновками – якось змоделювати в лабораторних умовах це складно, а якісних емпіричних даних без особливого шуму, які б можна було інтерпретувати однозначно, не існує (в спорті гравці зазвичай не стикаються з вибухівкою, а спроби проаналізувати емпіричні дані з поля бою стикаються з тим, що дуже складно врахувати і відділити різні ролі, тип фактичної зайнятості, психологічні відмінності, etc від чисто фізичного впливу контузій).

Висновки

Звісно, я не претендую на якісний мета-аналіз всіх доступних досліджень, але в цілому щодо двох головних факторів, які впливають на чисто фізичну стійкість до контузій та значно відрізняються у чоловіків та жінок, є досить однозначні висновки, які ніким не оскаржуються – жінкам не пощастило, і статевий диморфізм не дає середній жінці витримувати вибух FPV біля голови так же ефективно, як і середньому чоловіку.

Висновків щодо того, як в нашому світі фемінізму та рівних прав, який вже впевнено переміг, в такому випадку задіювати жінок на сучасному полі бою, де контузія є головним типом бойової травми, я тут робити не буду – у кожного буде своя цінна опінія, враховуючи його погляди на баланс прав та обов’язків громадян різної статі в сучасному суспільстві.

Також передаю великий привіт бабці зі стволом, непроста історія якої і надихнула мене провести такий ось поверхневий аналіз питання стійкості бабок зі стволом до контузій 🙏