Kaminfȯ.RU / Про всё / Почему дятлы избегают черепно-мозговой травмы
Дата 02.07.2017

Почему дятлы избегают черепно-мозговой травмы

225

Черепно-мозговые травмы являются одной из основных причин заболеваемости и смертности как в промышленно развитых странах, так и развивающихся. Считается, что на травмы головного мозга приходится 15% случаев гибели и инвалидности, а также являются основными причинами смертности среди подростков. Так, авторы ссылаются на данные из спортивных соревнований Олимпийских игр 2004 года, где было показано, что 24% всех травм были травмами головы. Авторы исследования сообщают, что травмы головного мозга могут быть вызваны ударом или внезапным изменением линейной или угловой скорости головы.

 Рассказать друзьям

Наряду с этим, такая птичка как дятел не получает никаких травм головы, когда барабанит по стволу деревьев, даже на такой высокой скорости как 6-7 м / сек. и нагрузкой до 1000 g. До сих пор неизвестно, как дятлы защищают свой мозг от травм во время таких ударов. Чтобы узнать это, китайские ученые провели эксперимент, где использовали две синхронные высокоскоростные системы видеонаблюдения, а для измерения силы, с которой дятел стучит по дереву, был использован силовой датчик. Механические свойства и макро / микроморфологическая структура головы дятла были исследованы с помощью механической системы тестирования и КТ-микросканирования. Для изучения динамических внутричерепных реакций головы дятла были сочтены методы конечных элементов. Результат показал, что основной вклад в защиту от травм вносит макро / микроморфология костей черепа и клюва дятла. Применяя биомеханического анализа, было возможно визуализировать события, происходящие во время постукивания клювом. Результаты исследования могут быть полезными для новых подходов профилактики и лечения черепно-мозговых травм у людей.

Действительно, дятел барабанит с ритмом около 10-20 ударов, и каждый удар занимает около 50 миллисекунд. В среднем он барабанит около 12 000 раз в день. Обычно дятлы ритмично барабанят клювами по таким поверхностям, как мертвые части деревьев, для лова червей, или таким способом привлекают внимание партнера, либо демонстрируют свою территорию. С точки зрения биомеханики, было не очень хорошо понятно, почему дятлы избегают травм головы от этих ударов.

Несколько исследовательских групп уже изучали механизм, который позволял дятлам избегать травм. В классических орнитологических исследованиях указывалось на два основных фактора. Уникальные анатомические структуры, включающие в себя толстый острый клюв, длинный язык, который называется подъязычной костью, узкое субдуральное пространство и небольшое накопление спинномозговой жидкости (ликвора), относительно небольшой и гладкий мозг, ориентированный так, чтобы специально иметь большую площадь контакта внутри черепа.

Однако мало внимания уделялось трехмерному (3D) исследованию кинематических / кинетических особенностям ударов и количественной оценке макро / микроморфологии и гистологии в таких структурах головы дятла, как клюв и черепная кость. Существуют взгляды, что костная масса и микроархитектура чувствительны к механическим раздражителям, которые позволяют их характеристикам микроструктуры и прочности адаптироваться к изменениям окружающей среды. Авторы исследование пишут, что они также исследовали 3D-кинематику, механические свойства, макро / микроморфологичную структуру и количественную характеристику динамической реакции головы дятла при ударах.

дядел Dendrocoposmajor

За изучаемый объект был взят большой пестрый дятел (Dendrocoposmajor). Для сравнения был взят евразийский удод (Upupa epops). В процессе эксперимента использовались две синхронные высокоскоростные камеры с частотой 2 000 кадров в секунду.

Дятлы клюют с высокой скоростью и нагрузкой. Как и в предыдущих исследованиях, показано, что дятлы имеют защитные механизмы для их поведения и специальные анатомические структуры. Оба, как и большой пестрый дятел, так и евразийский удод могут выдерживать вращательную силу в целом. Таким образом, центровая теория прямой траектории (которая раньше считалась фактором, который способствовал избежанию травм от ударов) подвергнута сомнениям.


Череп дятла
Череп дятла

Так можно обобщить, что подъязычная кость играла роль ремня безопасности для головы дятла особенно после ударов. Внешний слой ткани, покрывающий верхний клюв на 1,6 мм длиннее, чем нижнего клюва, а высокопрочная костная структура верхней части клюва на 1,2 мм короче, чем у нижнего клюва. Показано, что морфология клюва влияет на силу удара, и что большую часть сил ударов берет на себя большая по длине часть клюва. Как было описано выше, сложная система амортизации дятла является хорошим примером, когда не один фактор вносит свой вклад в выполнение определенной функции. Для разработки дизайна интеллектуальных шлемов или специальных устройств для защиты от ударов головы может учитываться морфологию и микроструктуру черепа.

Kaminfo.ru
 Рассказать друзьям

О проекте Теги

© 2017 Kaminfȯ.RU