JSM은 미국 재향군인회(VA) 생의학 실험실 연구 및 개발국(JSM, I01BX004896) 및 폭발로 인한 뇌 손상 및 동반 외상 후 스트레스를 조사하는 의회 위임 VA 기관인 VA Northwest Mental Illness Research Education and Clinical Center로부터 자금을 지원받았습니다. JSM은 FY22 외상성 뇌 손상 및 정신 건강 연구 프로그램 중개 연구상(W81XWH-22-TBIPHRPTRA, 수상 번호 HT94252310755)과 관련이 없는 자금 지원을 보고합니다. 저자들은 앤드류 슈츠-데이비드(Andrew Shutes-David)의 편집 도움에 감사를 표한다.

모든 절차는 재향 군인회 Puget Sound Health Care System Institutional Animal Care and Use Committee에서 승인한 프로토콜 #1588223에 따라 수행되었으며 National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals에 따라 수행되었습니다.
1. 동물 관리
알림: LLB의 동물 모델은 가용성과 크기를 수용할 수 있는 쇼크튜브의 용량에 의해서만 제한됩니다. 본원에 기술된 쇼크튜브는 마우스와 함께 사용하기 위해 특별히 설계되었다.
<ol><li>실험적 필요에 따라 3-4개월 된 수컷 또는 암컷 C57BL/6J 마우스 또는 기타 승인된 마우스 균주/라인을 사용하십시오. 음식과 물에 대한 즉각적인 접근이 가능한 특정 병원체가 없는 시설에서 12시간 어두운 조명 주기로 마우스를 유지합니다. 생쥐는 일반적으로 4마리 또는 5마리와 함께 사회적으로 케이지에 수용됩니다. 시설 온도를 20-22 °C로 유지하십시오.</li>
	<li>폭발 쥐와 가짜 쥐가 들어있는 케이지를 가까운 수용 장소로 가져 오십시오. 개별 마우스를 폭발실로 옮기기 위해 별도의 빈 케이지를 가져오십시오.</li>
</ol>2. 쇼크튜브 준비
<ol><li>(안전 점검) 특정 시스템에 대해 필요한 안전 점검이 완료되었는지 확인합니다. 가스 공급(헬륨)과 마스터 전원이 꺼져 있거나 분리되어 있는지 확인하십시오.</li>
	<li>특정 수의 저강도 폭발이 수행될 수 있도록 필요에 따라 멤브레인을 준비합니다(그림 1.1). 이 프로토콜에 사용된 특정 쇼크튜브에 필요한 멤브레인 치수를 절단합니다.<ol><li>플라스틱 랩 한 장을 5.5" x 5.5" 정사각형으로 잘라 스풀을 밀봉하여 압력을 가할 수 있도록 합니다.</li>
		<li>표준 8.5" x 11" 복사기 용지(75g/m2 무게) 한 장을 5.5" x 11"로 자릅니다. 결과 용지를 반으로 접어 5.5" x 5.5" 정사각형을 만듭니다.</li>
		<li>500G 마일라 멤브레인(125μm 두께) 한 장을 얻습니다. 알림: 이 시트는 표준 저강도 블라스팅에 의해 파열되거나 크게 변형되지 않으며 하루 절차 기간 동안 재사용할 수 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>정사각형의 랩과 접힌 정사각형의 종이를 평평한 표면에 놓습니다(그림 1.2). 접힌 종이를 랩 위에 놓고 두 개를 가능한 한 잘 맞춥니다(그림 1.3). 반복적인 폭발을 신속하게 처리하려면 지금 모든 멤브레인 스택을 정리하십시오.</li>
	<li>드라이버와 스풀 사이에 마일라 멤브레인을 작은 튜브(집게 손가락 둘레만큼 큼)로 말아서 삽입합니다. 그림 1.4,1.5). 메커니즘에 완전히 삽입하고 드라이버 섹션을 스풀에서 분리하는 고무 씰에 대해 풀릴 수 있도록 놓습니다. 스풀을 드라이버 쪽으로 밀어 마일라 시트를 제자리에 고정합니다. 이렇게 하면 Shocktube의 구동 부분에서 스풀의 밀봉이 해제됩니다.</li>
	<li>랩의 위쪽 절반 아래에 손가락을 놓고 랩과 종이를 사용자 쪽으로 조심스럽게 굴려 잘못 정렬되지 않고 함께 말려 올라가도록 합니다(그림 1.6).</li>
	<li>스풀과 쇼크튜브의 구동 부분 사이에 멤브레인 스택을 삽입합니다(그림 1.7).</li>
	<li>플라스틱 씰이 스풀을 향하고 종이가 튜브의 구동 부분을 향하도록 멤브레인 스택이 펼쳐지도록 합니다(그림 1.8). 알림: 이 방향은 시스템에 압력을 가할 수 있도록 기밀 밀봉을 생성합니다.</li>
	<li>스풀 어셈블리를 닫습니다(그림 1.9,1.10). 적절한 경우 볼트를 손으로 또는 유압으로 조여 시스템에 압력을 가할 수 있도록 드라이버-스풀-쇼크 튜브 어셈블리를 고정합니다. (안전 점검; 그림 1.10) 알림: 유압 시스템의 경우 멤브레인 교체가 필요하고 LLB 노출 프로세스를 늦출 수 있는 실화를 방지하기 위해 클로저 어셈블리의 목표 압력에 도달했는지 확인하십시오. 우리는 유압을 사용하여 500psi에서 어셈블리를 닫습니다.</li>
</ol>3. 동물 준비
<ol><li>온도를 37°C로 설정한 상태에서 마취실 아래의 순환수 가열 패드를 켭니다(그림 1.11). 열 패드 위에 흡수성 의료용 패드를 놓습니다.</li>
	<li>대기실에서 홈 케이지에서 마우스 한 마리를 꺼내 빈 이송 케이지에 넣습니다. 우리에 갇힌 쥐를 폭발실로 데려오세요.</li>
	<li>산소 유량을 1.0L/min(lpm)으로 낮추고 진공 소기 시스템을 켭니다(그림 1.12).</li>
	<li>이소플루란을 5%로 켜고(빠른 무의식을 유도하기 위해) 흐름을 설치류 마취실로 보냅니다(그림 1.13).</li>
	<li>마우스를 챔버에 넣어 마취를 유도합니다(그림 1.14).</li>
	<li>쥐가 완전히 마취되고 추가로 30초 동안 안정적인 호흡을 보이면 챔버에 손을 뻗어 쥐의 귀 펀치를 쳐서 연구의 나머지 기간 동안 쥐를 명확하게 장기적으로 식별할 수 있습니다. 폭발 후 복구 시간을 방해하지 않도록 지금 이 단계를 수행해야 합니다. 그런 다음 각막 건조를 방지하기 위해 양쪽 눈에 멸균 안과 윤활제를 바릅니다.</li>
	<li>챔버에서 마우스를 제거하고 노즈콘에 노즈콘을 넣습니다(그림 1.15). 마취(예: 이소플루란)의 흐름을 유도실에서 노즈콘으로 전환합니다.</li>
	<li>작은 실험실 테이프 조각을 사용하여 쥐의 팔다리를 거니에 가볍게 고정합니다(그림 1.16).</li>
	<li>마우스를 제지한 후 각 팔다리에 와이어 트위스트 타이를 놓고 단단히 비틀어 마우스를 손목과 발목의 거니에 고정합니다(그림 1.17). 가슴 주위에 더 큰 트위스트 타이를 놓고 쥐의 호흡이 제한되지 않도록 매우 느슨하게 묶습니다. 이것은 사지 구속 장치가 느슨해지는 경우 2차 구속 메커니즘으로 작용합니다.</li>
	<li>쥐의 꼬리를 들어 올려 왼발 아래에 놓아 거니를 쇼크튜브에 삽입할 때 꼬리가 끼지 않도록 합니다(그림 1.18).</li>
</ol>4. 법학 학사 절차
<ol><li>쇼크튜브의 동물 노출 부분을 열고 다가오는 폭발파를 향하도록 마우스의 방향을 지정합니다(그림 1.19).</li>
	<li>동물 노출 섹션에서 거니를 고정/매달았습니다(그림 1.20).</li>
	<li>동물 노출 부분을 위해 문을 단단히 닫고 마취 흐름 튜브가 문에 끼이지 않도록 합니다(그림 1.21).</li>
	<li>마취를 2.5-3% 이소플루란으로 줄이고 세션의 나머지 기간 동안 1lpm으로 줄입니다.</li>
	<li>시스템에 적절하게 전원을 공급합니다(그림 1.22).</li>
	<li>압축 헬륨 가스의 공급 라인을 찾아 연결합니다(그림 1.23,1.24).</li>
	<li>폭발실을 떠나 인접한 방에 있는 폭발관 제어 콘솔에 접근하고 폭발실에 사람이나 동물이 남아 있지 않은지 확인하십시오. 알림: 청력 보호는 기관 또는 작동 조건에 따라 필요할 수 있습니다. 이러한 조건에는 제어 콘솔이 쇼크튜브와 동일한 개방된 공간에 위치하는 쇼크튜브 배치가 포함될 수 있습니다.</li>
	<li>콘솔에서 수집 소프트웨어를 켜서 폭발 이벤트를 기록합니다(그림 1.25의 녹색 상자 참조). 참고: 이 절차를 위해 20kHz 샘플링 속도로 센서 데이터를 수집한 다음 LabView 소프트웨어를 사용하여 처리합니다. ≥10kHz에서 센서 샘플링을 획득하여 고품질 시간 대 압력 곡선을 달성하는 것이 좋습니다.</li>
	<li>모든 안전 잠금 장치(예: 그림 1.26에서 녹색 화살표로 표시된 전원 제어 키)를 풉니다.</li>
	<li>두 가스 통풍구를 모두 닫고 스풀에 수동적으로 압력을 가합니다(그림 1.27). 운전석 쪽을 사용하지 마십시오. 사용된 멤브레인 시트의 수에 따라 결정된 목표 피크 psi에서 멤브레인이 저절로 파열될 때까지 계속 충전합니다.</li>
	<li>동물 위치에서 최고 압력, 양의 위상 지속 시간 및 임펄스를 기록합니다. (그림 1.28). 채우기 장치를 끕니다.</li>
	<li>쇼크튜브로 돌아가서 헬륨 공급 라인을 분리하고 폭발 제어 회로에 대한 전원 공급을 끕니다(그림 1.29).</li>
	<li>동일한 동물에 대해 LLB 노출을 반복하려면 스풀을 열고 스풀 멤브레인 스택을 제거한 다음 다른 스풀 멤브레인 스택을 굴려 삽입합니다(그림 1.30, 1.31, 1.32). 멤브레인 스택을 평평하게 하고 어셈블리를 다시 닫습니다. 참고: 경험적으로 정의된 SOF 훈련 중 낮은 수준의 폭발 노출에 대한 임상 경험을 모델링하기 위해 마우스를 하루에 5-6 LLBs에 노출시키고 일일 노출을 보수적인 ~20 누적 총 psi45로 제한합니다. 기계론적 및 용량-반응 관계를 강조하는 연구는 세션당 정의된 과압 매개변수와 함께 일관된 수의 LLB 노출을 사용하도록 선택할 수 있습니다.</li>
	<li>현재 동물에 대한 최종 LLB 후 마취를 유지한 상태로 쇼크튜브에서 제거합니다(그림 1.33).</li>
	<li>마취 중인 동물을 풀어줍니다. 마취 노즈콘에서 제거하고 가열된 물 패드에 등을 대고 놓습니다(그림 1.34).</li>
	<li>동물을 물 패드에 놓으면 타이머를 시작하고 쥐가 스스로 복부 쪽(즉, 위)으로 뒤집힐 때까지의 시간을 기록합니다(그림 1.35). 이 시간을 정정 시간으로 기록합니다. 쥐가 회복되면 가정용 케이지로 반환하고 필요에 따라 계속 모니터링하십시오.</li>
</ol>5. 여러 날에 걸친 절차
<ol><li>SOF 근접 전투 훈련 중에 사용된 위반 장약으로 인한 일상적인 LLB 노출을 모델링하려면 일주일에 5일(월요일부터 금요일까지) 동안 3개의 표준 작업 주에 걸쳐 총 15일 동안 마우스에 대해 매일 반복적으로 노출을 수행합니다.</li>
</ol>6. 피크 LLB 압력 변경
<ol><li>더 강력한 멤브레인 재료를 사용하거나 단순히 추가 멤브레인을 적층하여 피크 압력을 높입니다. 예를 들어, Mylar Roll Clear 0.005(500G) 멤브레인을 사용하여 ~20psi 피크 압력(드라이버 및 스풀 멤브레인 모두로 사용되는 경우)을 생성하거나 Mylar Roll Clear 0.002(200G) 멤브레인을 사용하여 ~10psi 피크 압력을 생성합니다.</li>
	<li>실험적 요구 사항을 충족하기 위해 폭발의 포지티브 위상 지속 시간 및 임펄스에 대한 매개변수를 조정합니다. 양의 위상 지속 시간과 임펄스를 조정하려면 압축 가스 소스47,49를 대체하거나 가능할 때마다 드라이버 길이를 변경하여 목표 조건을 경험적으로 결정하십시오. 위의 프로토콜은 헬륨을 사용하여 이상적인 Friedlander 곡선과 유사한 날카로운 피크 압력과 파형을 생성합니다.</li>
</ol>7. 조직 수집
참고: 조직 채취 방법은 실험적 필요에 따라 조정할 수 있습니다.
<ol><li>210mg/kg의 펜토바르비탈로 복강 내 주사를 통해 마우스를 마취합니다.</li>
	<li>막대 또는 미리 만들어진 메쉬가 있는 마우스 또는 쥐 우리에 마우스를 놓습니다. 케이지에 갇힌 쥐를 흄 후드에 넣습니다.</li>
	<li>쥐가 반응하지 않으면 케이지 상단의 막대에 등을 대고 막대 중 하나를 감싸 입을 닫아 관류 중에 제자리에 머물 수 있도록 합니다.</li>
	<li>위의 피부를 잡고 위로 당기고 큰 가위를 사용하여 장기가 절단되지 않도록 주의하면서 복강에 구멍을 뚫습니다. 흉곽이 더 자유롭게 관절을 가질 수 있도록 갈비뼈 바닥을 따라 더 아래로 계속 자릅니다.</li>
	<li>지혈제를 사용하여 측면에서 마우스에게 접근하여 흉곽 바로 위에 있는 조직을 잡고 지혈제를 뒤로 굴려 흉곽 바닥이 쉽게 접근할 수 있는 위치로 각도를 유지합니다. 집게나 이와 유사한 도구를 사용하여 지혈제를 제자리에 고정합니다.</li>
	<li>작은 수술용 가위를 사용하여 심장에 접근할 수 있도록 횡격막을 조심스럽게 자릅니다. 한 쌍의 집게를 사용하여 심장의 바닥이 흉곽의 열린 바닥에서 직접 향하도록 심장 각도를 부드럽게 조정합니다. 관류 중에도 심장이 계속 뛸 수 있도록 빠르게 작업하십시오.</li>
	<li>혈액을 채취하는 경우 겸자로 심장을 잡고 0.5인치 25G 바늘로 끝이 있는 3mL 주사기를 사용하여 우심실을 조심스럽게 뚫습니다. 심실의 바닥에서 삽입하고 심실의 반대쪽을 뚫지 않도록 주의하면서 세로로 들어갑니다. 0.5-1.0mL의 혈액이 채취되거나 흐름이 멈출 때까지 주사기를 부드럽게 당긴 다음 주사기를 제거합니다.</li>
	<li>수술용 가위를 사용하여 오른쪽 심방의 작은 절개 부위를 잘라 혈액과 관류액이 배출될 수 있도록 합니다. 한 쌍의 집게로 심장을 잡고 25G의 나비 바늘을 아래쪽에서 삽입하여 좌심실에 조심스럽게 삽입합니다. 홀딩 cl로 나비 바늘을 제자리에 잡습니다.amp 또는 손으로.</li>
	<li>동물을 관류하십시오.<ol><li>50mL의 인산염 완충 식염수(PBS)가 포함된 주사기를 버터플라이 바늘에 연결하고 약 10mL/분의 속도로 관류합니다. 적절한 관류의 신호로 간이 희어지는 것을 찾으십시오. 주사기를 비운 후 나비 바늘에서 주사기를 분리하십시오.</li>
		<li>현미경 검사를 위한 조직 준비를 위해 빈 PBS 주사기를 10% 중성 완충 포르말린(NBF) 또는 4% 포름알데히드 용액 50mL가 들어 있는 주사기로 교체합니다. 위의 단계를 반복하여 포르말린을 관류하십시오. 알림: 관류된 쥐는 관류 중에 경련하는 것을 관찰해야 합니다. 이로 인해 절차가 완료된 후 전신이 엄격하거나 경직되어야 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>심장에서 나비 바늘을 제거하고 조직 수집을 위해 케이지 바에서 마우스를 제거합니다.</li>
	<li>필요에 따라 대상 장기를 제거하고 하위 해부합니다. 신선하고 고정되지 않은 재료를 수집할 때 얼음 위에서 절차를 수행할 때 주의하십시오.</li>
	<li>액체 질소에 수집된 고정되지 않은 조직을 급속 동결하고 단백질 또는 RNA 표적 분석용 프로토콜에 사용될 때까지 -80°C에서 보관합니다.</li>
	<li>고정 조직의 경우 포르말린으로 채워진 라벨이 부착된 50mL 원뿔형 튜브(장기당 하나의 튜브)로 제거합니다.</li>
</ol>

생쥐에서 매우 반복적인 저수준 폭발을 모델링하는 Shocktube 방법

저자는 공개할 재정적 이해관계가 없습니다.

우리는 우리가 충분히 이해하지 못한 것을 적절하게 치료할 수 없으며, 매우 반복적인 LLB 노출과 관련된 부상 메커니즘을 아직 이해하지 못하고 있습니다. 많은 특수부대 대원들이 작전 복무 후 5년에서 10년 이내에 매우 반복적인 LLB 노출과 관련이 있는 것으로 생각되는 건강 관련 장애의 발병을 보고하고 있다50,51. 일부 특수부대 인원은 LLB 노출 직후 급성 외상성 뇌손상(TBI)과 같은 신경인지 효과를 발생시킨다39. 더욱이, 임상의들은 폭발 노출로 인한 증상이 전통적인 치료법에 불응하는 경우가 많다고 보고하고 있으며, 이로 인해 SOF와 임상의들은 대체 치료법을 찾게 될 수 있다 52,53. SOF가 LLB 및 과압 메커니즘에 자주 노출됨에도 불구하고45, 그로 인한 증상의 심각성 및 치료 저항성, 폭발 관련 성상교세포 흉터(51)의 문서화된 패턴에도 불구하고, 장기적인 건강 결과는 상대적으로 알려지지 않은 상태로 남아 있다. 임상의와 군 지도부는 부상 메커니즘과 병태 생리학을 밝히기 위해 모델링 연구에 의존합니다. 이러한 모델은 병리학 과정을 조기에 식별, 중단, 예방 및 치료하기 위한 정책 및 전략을 개발하는 데 중요합니다.
결정적으로, 일반적인 군사 LLB 노출에 대한 마우스 모델링은 건강 예측 모델에 정보를 제공할 것으로 예상됩니다. 임상은 폭발 관련 병리학에 가장 위험할 수 있는 사람, 폭발 특성이 가장 심각한 결과를 유발하는 사람, 폭발 노출의 만성, 투여량 또는 특이성에 따라 질병 과정이 어떻게 진화할 수 있는지 식별하는 LLB 예측 모델의 이점을 얻을 수 있습니다. 따라서 반복적인 LLB 노출을 모델링하는 것은 노출이 SOF 및 기타 군인의 건강 결과에 어떤 영향을 미칠지에 대한 가설과 예측을 개발하는 데 필수적입니다. 예측 및 부상 메커니즘 모델은 진단 및 치료뿐만 아니라 증상 및 노출에 기반한 업무 복귀 결정에 정보를 제공합니다.
생쥐의 폭발 유발 TBI(bTBI)에 대한 연구는 최근 몇 년 동안 상당한 발전을 이루었으며, 특히 인간에서 만성 반복성 경증 bTBI 후 결과를 예측하는 모델의 개발로 인해 더욱 그러하다54,55. 쇼크튜브를 사용한 중상급 폭발 노출에 대한 연구는 수백 개의 PubMed 색인 논문 46,56,57,58로 잘 발달되어 있지만, 일상적인 군사 훈련 과압(<6psi 최고 압력40) 근처의 폭발 연구에서 쇼크튜브 사용은 덜 발달되어 최근 PubMed 검색에서 확인된 논문이 10개 미만으로 확인되었습니다19,20, 22,23,26,27,28입니다. 이 연구가 부족한 분야의 개발을 촉진하기 위해 제시된 모델은 마우스의 일관된 LLB 과압, 폭발 후 복구 및 모니터링에 대한 주요 고려 사항에 중점을 두는 동시에 노천 필드 폭발물 사용에 비해 이 모델의 몇 가지 뚜렷한 이점에 주목합니다. 실제로, 우리는 설명된 실험실 LLB 모델이 만성 반복성 LLB 후 임상 결과의 예측 모델 개발을 가능하게 할 수 있다고 주장합니다.
LLB 모델은 특히 동물 복지 측면에서 야외 폭발 모델에 비해 중요한 이점을 제공합니다. 오픈 필드 모델은 3-8%의 사망률을 초래할 수 있는 반면 25,36 이 실험실 기반 LLB 모델은 손실이 없습니다. 이러한 구분은 특히 군사 훈련의 전형적인 높은 누적 노출을 시뮬레이션할 때 매우 중요하며, LLB 노출로 인해 치명적인 결과를 경험하는 훈련생은 거의 없습니다. 무호흡증 또는 치명적인 폐 외상과 같은 다른 사망 원인이 없는 것으로 보이기 때문에 모델의 신뢰성과 일관성이 보장되어 반복성 LLB의 임상적으로 관련된 효과에 대한 연구에서 선호되는 선택으로 자리매김했습니다.
이 프로토콜은 드라이버, 스풀 및 구동 섹션으로 구성된 세 부분으로 구성된 설계의 "개방형" 쇼크튜브에 특화되어 있습니다. 매우 반복적인 LLB는 프로토콜에 대한 적절한 수정을 통해 다른 쇼크튜브 설계로 달성할 수 있습니다. 개방형 쇼크튜브 설계는 폭발 유발 신경외상 46,47,48 연구에 자주 사용됩니다. 열린 출구 끝을 특징으로 하는 개방형 충격관은 생성된 충격파가 튜브의 반대쪽 끝을 빠져나가기 전에 대상(예: 동물 피험자)과 만나는 튜브의 길이를 따라 자유롭게 전파될 수 있도록 합니다. 이 설계는 개방 필드(48)에서 발생할 폭발 폭발의 특성을 근사화하는 상대적으로 순수한 1차 폭발 과압의 재현 및 연구를 용이하게 한다. 결과적으로, 경험적으로 측정된 폭발 과압파의 충실도는 이상화된 Friedlander 파동과 비교됩니다. 이를 통해 튜브 성능을 평가하여 특정 과압 이벤트를 생성할 수 있습니다. LLB 노출을 모델링하기 위해, 우리는 ~ 25 피트의 스탠드 오프 거리에서 200 + lbs 이상의 트리니트로톨루엔 (TNT) HLB 폭발 효과를 재현하도록 원래 설계된 이전에 설명 한48, 맞춤형 개방형 폭발 튜브를 사용합니다. 높은 피크 과압을 가능하게 하기 위해 가스가 드라이버로 가압되고 멤브레인으로 스풀과 분리되어 드라이버의 가스를 밀봉합니다. 스풀은 차례로 다른 멤브레인에 의해 개방형 섹션과 분리됩니다. 이 두 번째 멤브레인을 사용하면 스풀을 별도로 가압할 수 있습니다. 이중 챔버 시스템을 사용하면 드라이버의 가스가 멤브레인의 정상적인 파열 지점을 지나 가압될 수 있습니다. 이것은 가압된 스풀이 완충기 역할을 하여 드라이버와 스풀의 계면에서 멤브레인을 지지하여 파열을 방지하기 때문에 발생합니다. 쇼크 튜브 작업자가 목표 압력에서 충격파를 생성하기를 원할 때 전자 밸브는 스풀에서 가스를 배출하여 스풀의 압력을 빠르게 떨어뜨리고 드라이버 섹션의 과압 가스가 드라이버와 스풀 멤브레인을 모두 파열시키고 튜브의 길이를 따라 빠르게 팽창하여 목표 영역에서 동물을 만나게 됩니다. 이 설계의 고성능 튜브에서 LLB를 연구할 수 있는 주요 수정 사항은 드라이버를 차단하고 임계값이 낮은 멤브레인과 함께 스풀만 사용한다는 것입니다.
LLB 실험의 신뢰성과 재현성을 보장하려면 설정 중에 특정 조치를 취해야 합니다. 팔과 다리를 손목과 발목에 단단히 고정하는 것이 중요합니다. 이는 신체 움직임과 폭발 노출의 변동성을 최소화하고 결과를 혼란스럽게 할 수 있는 의도하지 않은 부상을 방지합니다. 또한 손목과 발목을 안쪽으로 회전시키면 부속 기관의 움직임이 동물 정중선 쪽으로 향하도록 하여 후속 운동 성능 평가에 영향을 줄 수 있는 원위 부상의 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 머리와 척추 만곡의 곧게 펴는 것은 운동 범위의 잠재적 차이를 줄이는 데 도움이 되기 때문에 피사체 전체에 걸쳐 균일한 폭발 노출을 보장하는 또 다른 필수 요소입니다. 마취에 사용되는 이소플루란의 비율을 늘리는 것은 여러 일 또는 몇 주에 걸친 프로토콜에 권장됩니다. 이 조정은 연장된 실험 기간 동안 일관된 마취 깊이를 유지하는 데 도움이 됩니다. 우리의 경험에 따르면, 0.5% 이소플루란의 증가는 적절한 마취를 유지하기에 충분합니다.
그러나 노즈콘을 통한 마취 전달은 모든 블라스트 튜브 설계에서 가능하지 않을 수 있으며, 특히 구동 섹션에 튜브를 삽입할 수 없는 전체 인클로저가 있는 경우 불가능할 수 있습니다. 이러한 경우에는 주사 가능한 마취제가 바람직할 수 있습니다. 반복되는 순차적 폭발을 전달하는 데 얼마나 많은 시간이 필요한지 결정한 다음 절차 내내 의식을 유지할 수 있도록 충분한 마취제를 투여하는 것이 좋습니다. 적절한 마취 유지를 보장하기 위해 이 수정된 방법을 개발하는 동안 추가 동물 복지 점검이 필요할 수 있습니다. 더욱이, 주사제의 사용은 교정 시간 측정의 수집과 같은 급성기 후 반응 모니터링을 불가능하게 만들 수 있습니다.
동물 연구에서는 윤리적 고려 사항이 가장 중요하며, 이 실험실 기반 LLB 모델에는 포괄적인 폭발 후 복구 및 모니터링 프로토콜이 통합되어 있습니다. 호흡 곤란, 스스로 몸을 바로잡을 수 없음, 2시간 관찰 시간 후 보행 불가 상태, 발작과 같은 움직임, 어색한 움직임, 시력 장애, 내부 출혈 또는 사지 골절의 증거를 포함하여 폭발 노출 후 인도적인 종점이 면밀히 관찰됩니다. 주목할 만한 점은, LLB 돌파 마우스는 우리의 실험에서 이러한 조건 중 어느 것도 나타나지 않았다는 것입니다. 그러나 HLB 중에 사지 골절이 발생할 수 있으며, 이는 종종 작업자의 실수로 인해 발생합니다. 이 위험을 완화하는 것은 거니 고정 중에 손과 발을 동물 정중선 쪽으로 회전시키는 것을 포함합니다. 이 기술은 돌풍이 부속물을 뒤로 휩쓸어 관련 뼈를 부러뜨리는 것을 방지합니다.
이러한 반복적인 LLB 모델의 장점은 윤리적 고려를 넘어 실용적이고 방법론적인 측면에까지 확장됩니다. 실험실 기반 설계로 폭발물을 취급할 필요가 없어 안전성과 접근성이 향상됩니다. 이 모델은 재현성이 뛰어나고 사용자 정의가 가능하여 연구원이 다양한 가스 유형, 장치 설정 및 멤브레인 강도를 사용하여 노출 매개변수에 영향을 미칠 수 있습니다. 여기에서 선택되는 헬륨은 개방장 폭발 동역학(49)을 재현할 수 있는 능력으로 인해, 신뢰할 수 있는 기준선(47,59,60)을 제공할 수 있다. 피크 압력 조정은 머무름막 두께 또는 강도를 수정하여 경험적으로 이루어지며, 이를 통해 특정 실험 요구 사항에 맞게 미세 조정할 수 있습니다. 마지막으로, LLB 모델은 계절 또는 날씨 변화가 데이터, 동물 노출 및 기타 실험 요인에 미치는 영향을 제거합니다. 이러한 일관성은 견고하고 신뢰할 수 있는 결과를 보장하며, 이 반복적인 LLB 모델은 종단적이고 매우 반복적인 폭발 연구에 매우 유용한 도구입니다.
폭발 관련 신경 외상을 이해하려면 부상 메커니즘, 폭발 강도 지표 및 임계값을 명확히 해야 합니다. 그러나 폭발 시나리오에서 인간의 뇌 손상 메커니즘을 둘러싼 불확실성은 존재한다. 폭발 노출에 따른 인명 피해에 대해 이전에 제안된 기준은 동물 연구에 의존해 왔지만,61종 전반에 걸친 불완전한 스케일링 기준으로 인해 이러한 연구를 인간에게 직접 적용하는 것은 어렵습니다. 동물의 체질량에 기초한 폐 손상 스케일링은 승인된 기준62,63의 존재를 감안할 때 예외입니다. 그러나 체64,65 또는 뇌량(66)에 기초한 뇌 효과에 대한 스케일링 법칙은 알려진 해부학적 차이와 알려지지 않은 해부학적 차이, 특히 뇌 내부와 주변의 보호 구조에 관한 차이점을 간과하고 있다. 대량 스케일링은 몸집이 작은 종에서 더 높은 부상 위험을 예측하는데, 이는 조류67,68,69와 인간70에 대한 연구와 모순된다. 따라서 정확한 스케일링 법칙을 개발하기 위해서는 종 전반에 걸친 외부 폭발 사건의 강도와 내부 뇌 영향 사이의 관계에 대한 경험적 이해가 필요합니다. LLB의 경우, 동물 모델이나 사람에서 단일 또는 만성 노출에 대해 알려진 바가 거의 없습니다. 결과적으로, LLB 강도 범위에서 미래의 스케일링 법칙 개발을 알리는 데 필요한 경험적 연구가 우리의 방법에 의해 촉진될 수 있습니다.
요약하면, 이 실험실 기반 쇼크튜브 모델은 마우스에서 LLB 노출의 만성 영향에 대한 연구에서 상당한 진전을 나타냅니다. 이 실험실 기반 LLB 모델은 일관된 과압을 모델링하고, 폭발 후 복구 및 모니터링의 우선순위를 지정하고, 대체 모델에 비해 뚜렷한 이점을 강조하는 절차를 통합함으로써 만성 LLB 노출과 관련된 부상에 대한 이해를 발전시키기 위한 신뢰할 수 있고 윤리적인 선택을 제공할 수 있습니다.

저수준 폭발(LLB) 노출은 개인이나 구조물이 일반적으로 소규모 산업 재해, 통제된 철거 또는 특정 군사 훈련 활동으로 인해 상대적으로 낮은 규모의 폭발력을 경험할 때 발생합니다. 대조적으로, 고준위 폭발(HLB) 노출은 군사 전투, 테러 공격 또는 대규모 우발적 폭발에서 일반적으로 발생하는 강렬하고 잠재적으로 파괴적인 규모의 폭발력에 대한 노출을 수반합니다. 따라서 LLB와 HLB의 주요 차이점은 폭발 사건의 강도, 더 나아가 신체적 또는 기능적 부상을 경험하기 전에 노출된 사람이 반복적인 노출을 견딜 수 있는 능력에 있습니다. 이와 관련하여, HLB 노출의 영향은 LLB 노출의 영향보다 더 명백한 경향이 있다. 이 때문에 LLB에 상당한 노출이 있는 사람은 누적 효과가 식별될 때까지 감지되지 않는 부상이나 결손이 서서히 발생할 위험이 증가할 수 있습니다.
진행 중인 연구는 강도 또는 반복과 같은 폭발 노출의 특성이 어떻게 부상을 유발할 수 있는지에 대한 이해를 높여 예방 및 의료 관리를 더 잘 안내할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다. 군 의학에서는 폭발 노출의 임상적 의미를 이해하는 것이 가장 중요하며, 따라서 이러한 결과를 알 수 있는 동물 모델이 필요합니다. 동물 모델이 HLB의 영향을 밝히는 데 도움이 되었지만, LLB 노출의 영향은 대체로 연구가 부족한 상태로 남아 있습니다. 수많은 모델링 연구에서 10psi 피크 압력 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15에 가깝거나 그 이상인 폭발 과압의 영향을 조사합니다. 16,17,18, 그러나 1에서 7 psi 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31 범위의 압력 수준에 초점을 맞춘 보고서는 거의 없습니다. 32,33,34,35,36, 군사 훈련 환경 37,38,39,40에서 더 일반적이며 안전한 환경 노출을 위한 4psi의 역사적 임계값에 가깝습니다. 따라서 자주 사용되는 LLB의 최고 압력 연구를 위한 방법의 광범위한 보급은 군사 의학 및 전력 최적화에 적용하기 위한 신속한 임상 통찰력을 촉진하는 데 도움이 될 수 있습니다.
LLB의 직업적 위험과 다양한 임상 진단 사이의 유의미한 연관성은 군 LLB 41,42,43,44의 역학 조사에서 나타나고 있습니다. 이러한 연구는 반복적인 LLB 노출이 위험을 증가시키는 것과 함께 잘 정의되지 않은 용량 의존적 관계를 뒷받침한다41. 이는 누적 폭발 노출의 증가가 군사 환경에서 임상 결과를 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다.
10psi 미만의 LLB에 대한 이전의 동물 모델링 연구는 주로 폭발물 또는 쇼크튜브 시스템을 사용하여 노출의 영향을 조사했습니다. 이러한 모델은 일반적으로 1회에서 3회의 노출의 영향을 조사하지만, 그럼에도 불구하고 기계론적 19,20,30,31, 신경병리학적 29,31,33 및 행동 결과(19,20,23,25,32,34)에 대한 이해를 높이는 데 기여했습니다 , 군사 훈련 환경의 전형적인 저강도 폭발 노출과 관련이 있습니다.
노천 폭발물에 의해 생성된 단일 LLB를 조사한 연구는 외상 후 스트레스와 자주 관련된 미묘한 뇌 병리 및 행동 변화의 증거를 보고했습니다. Woods와 동료24는 2.5-5.5psi에서 미세한 뇌 손상을 감지할 수 없었지만 질량 분석법에 의해 뇌 조직 당지질의 정량적 변화를 감지했습니다. 동일한 최고 압력과 실험 설계를 사용하여 Rubovitch와 동료25는 광학 현미경으로 측정했을 때 유사한 뇌 병리학적 결핍으로 발생한 폭발 후 행동 변화를 관찰했습니다. 그러나 후속 병리학적 조사에서 뇌 수초, 미토콘드리아, 뉴런 및 신경 혈관에 대한 명확한 초구조적 손상이 6.7psi LLB에 노출된 마우스에서 전자 현미경 29,30,31,32,33으로 확인되었습니다. 흥미롭게도, ~ 10 psi 이하의 압력을 가진 야외 폭발물을 사용하는 여러 LLB 연구는 단일 노출 후 약 3-8 %의 사망률을보고합니다25,36.
실험실 쇼크튜브를 사용한 여러 연구에서 유사한 결과가 이전에 언급되었습니다. 쇼크튜브에 의해 생성된 단일 LLB를 조사한 연구에서, 단일 1.7psi 폭발에 노출된 후 신경 세포골격 손상 및 신경 세포 발화 패턴의 변화에 대한 증거가 발견되었다22. 4psi에서, 뇌량(corpus callosum) 기능 장애는 LLB에 노출된 쥐에서 신경행동 결손을 동반하는 것으로 보고되었다23. 공기 중에서 측정된 폭발 지속 시간과 비교하여, Chavko와 동료27 은 5.8psi에 노출된 쥐의 뇌에서 폭발 과압의 양의 위상 지속 시간이 훨씬 더 길다는 것을 발견했습니다. 유사한 손상 반응의 생체 서명은 7.5psi 노출 후 쥐를 대상으로 한 연구에 의해 뒷받침될 수 있으며, Ahmed와 동료35 는 노출 후 최대 한 달까지 특정 염증, 대사, 혈관 및 신경 손상 단백질의 혈청 수준에서 감지 가능한 변화를 보고했습니다. 흥미롭게도 이 연구는 노출 후 24시간 동안 4.5%의 사망률도 보고했습니다.
한 번의 20분 노출 세션 동안 3개의 쇼크튜브 LLB를 조사한 연구에서 1.4psi에서 8.7psi 사이의 LLBs는 쥐에서 두개내압(ICP)의 psi 의존적 증가를 일으켰으며, 관찰 가능한 ICP 변화는 psi가 낮을수록 더 오래걸리고 인지 변화를 초래했습니다19,20. 돼지를 이용하여, 동일한 그룹은 동물을 장비의 인간 사용을 시뮬레이션하는 포수 위치에 배치했을 때 다양한 군사 장비로부터의 3회의 4psi LLB 노출이 조직학적 신경병리를 일으키기에 충분하다고 결정했다21.
이러한 연구는 제한된 노출 및 회복 기간의 조건에서 발생할 수 있는 LLB 노출의 다양한 영향을 집합적으로 보여줍니다. 반복적인 LLB 노출은 지속적인 인지 및 행동 결함을 유발하는 것으로 보이며, 이러한 효과가 임상적으로 유의해질 수 있는 시기를 더 잘 결정할 수 있도록 누적 효과에 대한 미묘한 이해의 필요성을 강조합니다. 이것은 특히 높은 수준의 반복적인 LLB에 노출된 군사 훈련생과 관련이 있습니다. 이를 달성하기 위해서는 새로운 연구가 필요한데, 현재의 문헌은 며칠 동안 한 번에서 몇 번의 폭발을 초과하는 일상적인 군사 훈련 노출의 임상 경험을 적절하게 모델링하지 않기 때문입니다.
특수 작전 부대(SOF)는 일상적인 노출 중에 중요하고 매우 반복적인 LLB를 견딜 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 폭발적인 진입 침입 팀의 모든 포지션에 걸쳐 익명으로 처리된 대표적인 노출은한 주 훈련 42주 동안 누적 최대 psi가 184에 달하는 것으로 추정됩니다. 이는 부분적으로 인원 장착 폭발 게이지로 측정한 평균 4psi의 피크 압력으로 하루에 사용되는 6개의 파괴 폭탄에 대한 보수적인 추정치를 기반으로 합니다. 섬광탄 및 기타 장치(45)는 고려하지 않습니다. 일상적인 훈련 주기는 몇 주 동안 지속될 수 있습니다. SOF 대원 교육과 같은 임상 LLB 경험에 대한 연구를 용이하게 하기 위해 우리는 매우 반복적인 LLB 노출에 대한 실험실 충격관 모델을 제시합니다. 확립된 공압 쇼크튜브 시스템 46,47,48을 기반으로 하는 이 방법을 사용하면 2psi 이상의 압력에 대한 재현성이 높은 조사를 수행할 수 있습니다. 이 절차는 날씨와 같은 외부 요인에 의존하지 않고 사망률이 관찰되지 않으며 실험실 기반입니다. 결과적으로, 이 방법은 몇 주에서 몇 달 동안 지속되는 연구를 위해 동일한 피험자에 대해 지속적이고 매일 반복적인 LLB 노출을 가능하게 하여 군사 훈련에 대한 충실도 높은 조사를 용이하게 합니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adroit Thermal Recirculating Heat Pump (120 V)</td>
			<td>Parkland Scientific</td>
			<td>HTP-1500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copy paper, 75 g/m2 weight</td>
			<td>Staples</td>
			<td>897804</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable Absorbant Blue Pads</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82020-845</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forane Inhalant Solution</td>
			<td>MedLine</td>
			<td>10019-360-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helium</td>
			<td>Linde</td>
			<td>UN1046</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory tape (1&#34;)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89098-076</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabView software</td>
			<td>Emerson</td>
			<td>V 2011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical oxygen</td>
			<td>Central Welding Supply</td>
			<td>UN1072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mylar, 0.005 thickness</td>
			<td>Tapp Plastics</td>
			<td>22934</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic cling wrap</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>sc-3687</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic twist ties&#160;</td>
			<td>VWR</td>
			<td>11215-940</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pneumatic Shocktube (with driver and spool sections; target area sized for mice, 20 kHz sampling rate pressure sensors, control and acquisition software)</td>
			<td>BakerRisk, San Antonio, TX</td>
			<td>custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reusable Heavy Duty Heating Pad (12&#34; x 18&#34;)</td>
			<td>Parkland Scientific</td>
			<td>121218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissor-style, Rodent Ear Punch</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>INS750076-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sliding Top Chambers for Traditional Vaporizers</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>VetFlo-0530SM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VetFlo Isoflurane Vaporizer</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>VetFlo-1210S</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

modeling highly repetitive low-level blast exposure in mice

폭발성 폭발에 대한 노출은 노출된 사람들 사이에서 뇌 외상의 중요한 위험 요소입니다. 큰 폭발이 뇌에 미치는 영향은 잘 알려져 있지만, 군사 훈련 중에 발생하는 것과 같은 작은 폭발의 영향은 잘 알려져 있지 않습니다. 이 작고 낮은 수준의 폭발 노출은 군사 점령 및 훈련 템포에 따라 크게 달라지며, 일부 부대는 몇 년 동안 거의 노출되지 않는 반면 다른 부대는 몇 주 내에 수백 번의 노출을 경험합니다. 동물 모델은 부상 메커니즘과 낮은 수준의 폭발 노출 후 장기적인 임상 건강 위험을 식별하는 데 중요한 도구입니다. 이러한 광범위한 노출을 요약할 수 있는 모델은 이러한 서로 다른 위험 프로필에서 급성 및 만성 부상 결과를 알리는 데 필요합니다.
몇 번의 낮은 수준의 폭발 노출에 따른 결과는 기계론적 연구를 위해 쉽게 모델링할 수 있지만, 경력에 걸쳐 발생하는 만성 노출은 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 자주 발생하는 반복적인 노출을 가진 폭발 부상 패러다임에 의해 더 잘 모델링될 수 있습니다. 다음은 마우스에서 매우 반복적인 낮은 수준의 폭발 노출을 모델링하는 방법입니다. 이 절차는 과압 매개변수와 노출 횟수 또는 간격을 조정하기 위해 확장할 수 있는 개방 필드 폭발 노출에 대한 확립되고 널리 사용되는 공압 쇼크튜브 모델을 기반으로 합니다. 그런 다음 이러한 방법을 사용하여 기계론적 조사를 가능하게 하거나 연구 중인 임상 그룹의 일상적인 폭발 노출을 요약할 수 있습니다.

Low-level blast (LLB) exposure occurs when individuals or structures experience relatively low magnitudes of explosive force, typically arising from small industrial accidents, controlled demolitions, or certain military training activities. In contrast, high-level blast (HLB) exposure entails exposure to intense and potentially destructive magnitudes of explosive force, commonly encountered in military combat, terrorist attacks, or large-scale accidental explosions. The primary distinction between LLB and HLB therefore lies in the intensity of the explosive events and, by extension, the ability of exposed persons to tolerate repeated exposures before experiencing physical or functional injury. In this regard, the effects of HLB exposure tend to be more obvious than the effects of LLB exposure. Because of this, persons with significant LLB exposure may be at increased risk for slowly developing injuries or deficits that go undetected until their cumulative effects become discernable.
Ongoing research aims to enhance our understanding of how the properties of blast exposure, such as intensity or repetition, may cause injury so that we can better guide prevention and medical management. In military medicine, understanding the clinical implications of blast exposure is of paramount importance, and as a result, animal models capable of informing those outcomes are needed. Although animal models have helped elucidate the effects of HLB, the effects of LLB exposures remain largely understudied. Numerous modeling studies examine the effects of blast overpressures near or above 10 pounds per square inch (psi) peak pressure1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, but few reports focus on pressure levels ranging from 1 to 7 psi19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36, which are more common in military training environments37,38,39,40 and fall near the historical threshold of 4 psi for safe environmental exposure. Thus, broader dissemination of methods for the study of frequently used peak pressures of LLB may help catalyze rapid clinical insights for application to military medicine and force optimization.
A significant association between the occupational risk of LLB and diverse clinical diagnoses is emerging from epidemiological investigations of military LLB41,42,43,44. These studies support a poorly defined dose-dependent relationship, with repetitive LLB exposures demonstrating heightened risks41. This suggests that increasing cumulative blast exposure plays a crucial role in shaping clinical outcomes in military settings.
Previous animal modeling studies of LLB under 10 psi have primarily used explosives or shocktube systems to investigate the effects of exposure. Although these models typically examine the effects of one to three exposures, they have nonetheless contributed to a growing understanding of the mechanistic19,20,30,31, neuropathological29,31,33, and behavioral consequences19,20,23,25,32,34, associated with low-intensity blast exposures that are typical of the military training environment.
Studies examining single LLBs generated by open-field explosives have reported evidence of subtle brain pathologies and behavioral changes frequently associated with posttraumatic stress. Woods and colleagues24 were unable to detect microscopic brain injury at 2.5-5.5 psi, but they did detect quantitative changes in brain tissue glycosphingolipids by mass spectrometry. Using the same peak pressures and experimental design, Rubovitch and colleagues25 observed behavioral changes following blasts that occurred with a similar lack of brain pathology when measured by light microscopy. However, in subsequent pathological investigation, unambiguous ultrastructural damage to brain myelin, mitochondria, neurons, and neurovasculature was identified by electron microscopy29,30,31,32,33 in 6.7 psi LLB-exposed mice. Interestingly, several LLB studies using open-field explosives with pressures of ~10 psi and less report approximately 3-8% mortality after a single exposure25,36.
Similar results have been previously noted by several studies using laboratory shocktubes. In studies examining single LLBs produced by shocktubes, evidence has been found of neural cytoskeletal injury and changes in neuronal firing patterns developed after exposure to a single 1.7 psi blast22. At 4 psi, corpus callosum dysfunction was reported to accompany neurobehavioral deficits in LLB-exposed rats23. Compared to the blast duration measured in air, Chavko and colleagues27 found that the positive phase duration of the blast overpressure was significantly longer in the brains of rats exposed to 5.8 psi. Biosignatures of similar injury responses may be supported by a study in mice following 7.5 psi exposure in which Ahmed and colleagues35 report detectable changes in serum levels of specific inflammatory, metabolic, vascular, and neural injury proteins up to a month after exposure. Interestingly, this study also reported 4.5% mortality at 24 h following exposure.
In studies examining three shocktube LLBs over a single 20 min exposure session, LLBs between 1.4 and 8.7 psi caused psi-dependent increases in intracranial pressure (ICP) in rats, with observable ICP changes taking longer for lower psi20 and resulting in cognitive changes19,20. Using pigs, the same group determined that three 4 psi LLB exposures from a variety of military equipment were sufficient to cause histological neuropathology when the animals were placed in gunner positions simulating human use of the equipment21.
These studies collectively illustrate the diverse effects of LLB exposure that may occur under conditions of limited exposure and recovery periods. Repetitive LLB exposure appears to induce persistent cognitive and behavioral deficits, emphasizing the need for a nuanced understanding of the cumulative effects so we can better determine when those effects may become clinically significant; this is particularly relevant for military trainees who are exposed to high levels of repetitive LLB. To achieve this, new studies are required since the current literature does not adequately model the clinical experiences of routine military training exposures that exceed one to a few blasts over the course of a few days.
Special Operations Forces (SOF) may endure significant and highly repetitive LLB during routine exposures. A recent study estimates the representative exposure anonymized across all positions in an explosive entry breaching team to be as high as 184 cumulative peak psi over the course of one training week42. This is based, in part, on a conservative estimate of 6 breaching charges used per day, with an average of 4 psi peak pressure each, as measured by personnel-mounted blast gauges; it does not account for flashbangs and other devices45. A routine training cycle may last several weeks. To facilitate the study of clinical LLB experiences, such as those of training SOF members, we present a laboratory-shocktube model of highly repetitive LLB exposure. The method, based on established pneumatic shocktube systems46,47,48, allows for highly reproducible investigations of pressures of 2 psi and higher. The procedure is not dependent on external factors such as weather, results in no observed mortality, and is lab-based. As a result, the method enables sustained, daily repetitive LLB exposures in the same subjects for studies lasting weeks to months, facilitating the high-fidelity investigation of military training.

저자 스포트라이트: 생쥐에서 낮은 수준의 폭발 노출의 장기 영향 해독

마우스에서 매우 반복적인 낮은 수준의 폭발 노출 모델링

Our research focuses on the long-term effects of repeated low level blast exposure in mice. Our goal is to determine the long-term effects of this exposure during military training For animal research, the effects of low level blast are subtle, and research teams will often use techniques like electron microscopy to detect differences between blast and sham mice. Our work suggests increased blast repetition makes these differences easier to detect using more accessible microscopy techniques.There's currently very limited literature on both low level blast exposures, which are also called low intensity blasts, and the models that use these exposures over multiple days. We designed our protocol to include multiple low level blasts over many days to address these gaps.

폭발적인 폭발력에 노출된 생쥐의 실험 결과를 조사하는 동안, 압력 대 시간 분석을 통해 이벤트를 기록하고 특성화하는 것은 실험의 성공을 평가하는 데 매우 중요합니다. 폭발 중 압력의 동적 변화를 측정하는 이 방법은 조사관이 폭발이 생물학적 시스템에 미치는 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다.
성공적인 실험에서 압력 기록은 잘 정의되고 제어된 파동 패턴을 나타냅니다. 압력 상승이 가파르고 예상 시간 내에 피크 값에 도달합니다(그림 2). 이후의 압력 감소는 Friedlander 파형으로 예시된 예측 가능한 곡선을 따르며, 이는 에너지의 효율적인 소산을 나타냅니다. 부상 평가 측면에서, 15-20분 이내에 최대 6번의 폭발이 발생하는 매우 반복적인 LLB 노출을 수행하는 경우에도 LLB 실험에서 명백한 부상 징후가 나타나지 않습니다(그림 3). 그러나 반복적인 LLB 노출 후 교정 시간을 분석한 결과, 돌기 마우스가 가짜 마우스보다 더 빨리 의식으로 돌아오는 것으로 나타났습니다(그림 4). 따라서, 반복적인 LLB는 노출 후 급성 신경 행동 각성 반응에서 재현 가능한 변화를 초래합니다.
최적화되지 않은 실험은 불규칙한 압력 프로파일을 표시할 수 있습니다. 피크 압력이 예기치 않게 낮아지는 경우는 가스의 조기 방출 또는 느린 방출을 나타낼 수 있으며, 이로 인해 구동 쇼크 튜브 섹션의 길이를 따라 가스가 급격히 팽창하여 대상 영역의 동물과 만나는 것을 방지할 수 있습니다. 가스 압력의 조기 손실은 종종 부적절하게 밀봉된 드라이버 또는 스풀 섹션의 결과입니다. 이는 멤브레인의 결함 또는 드라이버-스풀-쇼크 튜브 어셈블리의 부적절한 조임으로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 경우 생물학적 샘플은 외상의 징후가 감소할 수 있습니다.
데이터 해석에는 압력-시간 프로파일을 관찰된 생물학적 반응과 연결하는 작업이 포함됩니다. 성공적인 실험은 피크 압력 및 지속 시간과 같은 선택한 폭발 매개변수가 조사 중인 예상 또는 확립된 생물학적 반응을 이끌어낸다는 것을 보여줍니다. 특정 압력 특징과 생물학적 결과 간의 상관 관계는 인과 관계를 설정하는 데 도움이 됩니다. 종단 연구는 최종 LLB 후 6개월 동안 연구 시점에서 관찰된 동물 손실이 없기 때문에 이 프로토콜에 의해 가능해졌습니다(그림 5).
LLB 노출 후 임상 결과의 범위는 미묘하고 잘 이해되지 않습니다. LLB에 대한 반복적인 노출은 역사적으로 사람과 생쥐 모두에게 해로운 것으로 간주되어 왔습니다. 이것은 2-5psi에서 노출된 후 정상적인 보행, 행동 및 신체 활동으로의 빠른 복귀에 의해 뒷받침됩니다. 그러나 압도적인 급성 신경 감각 증상이나 행동 변화가 없다고 해서 부정적인 잠복 효과의 존재를 배제하지는 않습니다. LLB 관련 표현형은 기껏해야 미묘하기 때문에 모든 범위의 영향은 적극적인 연구가 필요한 영역이며 임상적으로 유의한 결과를 유발하기 위해 상당한 시간이나 반복이 필요할 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig01.jpg"> 그림 1: repeated murine LLB의 쇼크튜브 모델에 대한 절차적 단계. 쇼크튜브의 준비(단계 1-10)와 동물 준비 단계(단계 11-18)에 따라 마우스는 튜브에서 제거되기 전(단계 33)하기 전에 하나 이상의 LLB(단계 19-32)에 노출됩니다. 그런 다음 마우스를 따뜻하게 가열된 가열 패드 위에 등을 대고 놓습니다(단계 34). 동물이 복부 쪽으로 뒤집히는 데 걸리는 시간은 올바른 시간으로 기록됩니다(단계 35). 약어: LLB = Low-level blast. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig02.jpg"> 그림 2: 4psi 부근의 노출에 대한 대표적인 압력-시간 곡선. (A) 첨가제 스택은 2-4.5 peak psi 범위에서 선형 피크 압력을 제공합니다. (B) 1장, (C) 2장, (D) 3장, (E) 4장에 대한 이상적인 Friedlander 곡선(파란색)과 비교하여 3-6개의 쇼크튜브 폭발(빨간색)에서 평균을 낸 대표 압력 대 시간(밀리초) 프로필. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig03.jpg"> 그림 3: 피사체 간 간격. 단일 폭발을 설정하고 실행하려면 평균 9.8분 ± 1.9분(평균 ± 평균의 표준 오차(sem))이 필요합니다. 추가 폭발 노출은 이벤트당 1.7 ± 0.4분(평균 ± sem)이 추가로 필요합니다. 점은 개별 동물의 결과를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig04.jpg"> 그림 4: 3주 동안 매우 반복적인 LLB에 노출되는 동안의 일일 교정 시간. 이 그래프는 LLB 노출 3주에 걸친 가짜 정규화 교정 시간을 나타냅니다. LLB 마우스는 15일 동안 총 90번의 LLB 노출에 대해 매일 6번의 폭발 노출을 받았습니다. 평균 과압 특성은 (± sem) 3.05 ± 0.07 피크 psi, 0.94 ± 0.04 양의 위상 지속 시간, 2 ± 0.1 psi * msec 임펄스였습니다. p-값은 2-way ANOVA의 결과를 반영합니다. 약어: LLB = Low-level blast. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig05.jpg"> 그림 5: 매우 반복적인 LLB 노출에 따른 동물 감소에 대한 실험실 쇼크튜브 LLB 모델의 효과. 첫 번째 LLB 노출(1일)부터 모든 연구 노출(19일 종료) 및 6개월 회복 기간(19일) 후 6개월 회복 기간(199일)까지 가짜(N = 24) 및 LLB 마우스(N = 32)의 감소율. 관찰된 기간 동안 가짜 그룹과 LLB 그룹의 감소율 사이에는 유의한 차이가 없었습니다. LLB 마우스는 평균 4.78 ± 0.01 피크 psi 및 3.16 ± 0.023 psi∙ms 임펄스에서 평균 62회의 노출을 경험했습니다. 노출은 일상적인 위반 훈련 중 최근에 보고된 SOF 과압 노출을 모델링하기 위해 연속 3주 동안 마우스에게 투여되었다45. 약어: LLB = 저수준 폭발; SOF = 특수 작전 부대. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

여기에 제시된 것은 마우스를 사용하여 반복적인 저강도 폭발 노출을 생성하는 방법입니다.

Exposure to explosive blasts is a significant risk factor for brain trauma among exposed persons. Although the effects of large blasts on the brain are ...

우리의 연구는 쥐에서 반복적인 낮은 수준의 폭발 노출의 장기적인 영향에 초점을 맞추고 있습니다. 우리의 목표는 군사 훈련 중 이러한 노출의 장기적인 영향을 결정하는 것입니다. 동물 연구의 경우 낮은 수준의 폭발의 영향은 미묘하며 연구팀은 종종 전자 현미경과 같은 기술을 사용하여 폭발과 가짜 쥐 간의 차이를 감지합니다. 우리의 연구는 폭발 반복이 증가하면 더 접근하기 쉬운 현미경 기술을 사용하여 이러한 차이를 더 쉽게 감지할 수 있음을 시사합니다.현재 저강도 폭발이라고도 하는 낮은 수준의 폭발 노출과 이러한 노출을 여러 날에 걸쳐 사용하는 모델에 대한 문헌은 매우 제한적입니다. 우리는 이러한 격차를 해결하기 위해 며칠에 걸쳐 여러 번의 낮은 수준의 폭발을 포함하도록 프로토콜을 설계했습니다.

modeling-highly-repetitive-low-level-blast-exposure-in-mice

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Modeling Highly Repetitive Low-level Blast Exposure in Mice

453 조회수.  United States Army Special Operations Command. 우리의 연구는 쥐에서 반복적인 낮은 수준의 폭발 노출의 장기적인 영향에 초점을 맞추고 있습니다. 우리의 목표는 군사 훈련 중 이러한 노출의 장기적인 영향을 결정하는 것입니다. 동물 연구의 경우 낮은 수준의 폭발의 영향은 미묘하며 연구팀은 종종 전자 현미경과 같은 기술을 사용하여 폭발과 가짜 쥐 간의 차이를 감지합니다. 우리의 연구는 폭발 반복이 증가하면 더 ?...