JSM, Amerika Birleşik Devletleri Gazi İşleri Bakanlığı (VA) Biyomedikal Laboratuvar Araştırma ve Geliştirme Ofisi (JSM, I01BX004896) ve patlamaya bağlı beyin hasarını araştıran Kongre tarafından yetkilendirilmiş bir VA kuruluşu olan VA Kuzeybatı Akıl Hastalıkları Araştırma Eğitim ve Klinik Merkezi'nden fon aldı. JSM, FY22 Travmatik Beyin Hasarı ve Psikolojik Sağlık Araştırma Programı Translasyonel Araştırma Ödülü'nden (W81XWH-22-TBIPHRPTRA, Ödül Numarası HT94252310755) ilgisiz fon sağladığını bildirmektedir. Yazarlar, editoryal yardımı için Andrew Shutes-David'e teşekkür eder.

Tüm prosedürler, Gazi İşleri Puget Sound Sağlık Bakım Sistemi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanan protokol #1588223 kapsamında ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberine uygun olarak gerçekleştirildi.
1. Hayvan bakımı
NOT: LLB'nin hayvan modelleri, yalnızca kullanılabilirlikleri ve şok tüpünün boyutlarını karşılama kapasitesi ile sınırlıdır. Burada açıklanan şok tüpü, farelerle kullanım için özel olarak tasarlanmıştır.
<ol><li>Deneysel ihtiyaçlara uygun olarak 3-4 aylık erkek veya dişi C57BL/6J fareleri veya diğer onaylanmış fare suşlarını/çizgilerini kullanın. Fareleri, yiyecek ve suya ad libitum erişimi olan belirli patojen içermeyen tesislerde 12 saatlik bir karanlık ışık döngüsünde tutun. Fareler tipik olarak bir kafeste 4 veya 5 ile sosyal olarak barındırılır. Tesis sıcaklıklarını 20-22 °C'de tutun.</li>
	<li>Patlama ve sahte fareler içeren kafesleri yakındaki bir bekleme alanına getirin. Tek tek fareleri kumlama odasına ve kumlama odasından aktarmak için ayrı boş kafesler getirin.</li>
</ol>2. Şok tüpü hazırlığı
<ol><li>(Güvenlik kontrolü) Belirli bir sistem için gerekli güvenlik kontrollerinin tamamlandığını onaylayın. Gaz beslemesinin (helyum) ve ana gücün kapalı/bağlantısının kesilmiş olduğundan emin olun.</li>
	<li>Gerçekleştirilecek belirli sayıda düşük yoğunluklu patlama için membranları gerektiği gibi hazırlayın (Şekil 1.1). Bu protokolde kullanılan özel şok tüpü için gerektiği gibi kesin membran boyutları:<ol><li>Makarayı kapatmak için bir yaprak plastik streç filmi 5.5" x 5.5" kareye kesin ve basınç oluşmasına izin verin.</li>
		<li>Standart 8,5" x 11" fotokopi kağıdından (75 g/m2 ağırlık) 5,5" x 11" olacak şekilde bir sayfa kesin; Elde edilen kağıdı 5,5" x 5,5" kare oluşturacak şekilde ikiye katlayın.</li>
		<li>Bir adet 500 G mylar membran (125 μm kalınlık) tabakası elde edin. NOT: Bu levhalar, standart düşük yoğunluklu kumlama ile yırtılmaz veya önemli ölçüde deforme olmaz ve bir günlük prosedür süresince yeniden kullanılabilir.</li>
	</ol></li>
	<li>Bir kare streç film ve bir kare katlanmış kağıt alın ve düz bir yüzeye koyun (Şekil 1.2). Katlanmış kağıdı streç filmin üzerine yerleştirin ve ikisini mümkün olan en iyi şekilde birbiriyle hizalayın (Şekil 1.3). Tekrarlayan patlamaları hızlandırmak için tüm membran yığınlarını şimdi düzenleyin.</li>
	<li>Mylar membranı sürücü ile makara arasına küçük bir tüpe yuvarlayarak yerleştirin (yaklaşık olarak birinin işaret parmağı kadar büyük; Şekil 1.4,1.5). Tamamen mekanizmaya yerleştirin ve sürücü bölümünü makaradan ayıran lastik contaya karşı açılmasına izin vermek için bırakın. Mylar tabakasını yerine sabitlemek için makarayı sürücüye doğru itin; Bu, makarayı şok tüpünün sürülen bölümünden çıkaracaktır.</li>
	<li>Parmaklarınızı streç filmin üst yarısının altına yerleştirin ve hem streç filmi hem de kağıdı dikkatlice kendinize doğru yuvarlayın, yanlış hizalanmadan birlikte sarılmalarını sağlayın (Şekil 1.6).</li>
	<li>Membran yığınını makara ile şok tüpünün tahrik edilen bölümleri arasına yerleştirin (Şekil 1.7).</li>
	<li>Membran yığınının, plastik conta makaraya ve kağıt borunun sürülen bölümüne bakacak şekilde açılmasına izin verin (Şekil 1.8). NOT: Bu yönlendirme, sistemin basınçlandırılabilmesi için hava geçirmez bir conta oluşturacaktır.</li>
	<li>Makara tertibatını kapatın (Şekil 1.9,1.10). Uygun şekilde, cıvataları elle veya hidrolik olarak sıkın, sürücüye sabitleme makarası-şok borusu tertibatını sistemin basınçlandırılabilmesi için sabitleyin. (Güvenlik kontrolü; Şekil 1.10) NOT: Hidrolik sistemler için, membranın değiştirilmesini gerektirebilecek ve LLB'ye maruz kalma sürecini yavaşlatabilecek teklemeleri önlemek için kapatma tertibatının hedef basıncına ulaşıldığından emin olun. Montajımızı 500 psi'de kapatmak için hidrolik kullanıyoruz.</li>
</ol>3. Hayvan hazırlama
<ol><li>Sıcaklık 37 °C'ye ayarlanmış durumda, anestezi odasının altında dolaşan su ısıtma yastığını açın (Şekil 1.11). Isı yastığının üzerine emici bir tıbbi ped yerleştirin.</li>
	<li>Bekleme odasında, bir fareyi ev kafesinden çıkarın ve boş bir transfer kafesine yerleştirin. Kafesteki fareyi patlama odasına getir.</li>
	<li>Oksijen akış hızını 1.0 L/dk'ya (lpm) çevirin ve vakumlu temizleme sistemini açın (Şekil 1.12).</li>
	<li>İzofluranı %5'e getirin (hızlı bilinç kaybına neden olmak için) ve akışı kemirgen anestezi odasına yönlendirin (Şekil 1.13).</li>
	<li>Anesteziyi indüklemek için fareyi odaya yerleştirin (Şekil 1.14).</li>
	<li>Fare tamamen uyuşturulduktan ve 30 saniye daha stabil solunum gösterdikten sonra, odaya uzanın ve çalışmanın geri kalanı boyunca farenin kesin olarak uzun vadeli tanımlanması için fareyi yumruklayın. Patlamadan sonra iyileşme sürelerine müdahale etmekten kaçınmak için bu adımı şimdi yapmak gerekir. Ardından, kornea kurumasını önlemek için her iki göze de steril oftalmik kayganlaştırıcı uygulayın.</li>
	<li>Fareyi hazneden çıkarın ve burnunu nosekonun içine yerleştirin (Şekil 1.15). Anestezi akışını değiştirin (ör., izofluran) indüksiyon odasından burun konisine.</li>
	<li>Farenin uzuvlarını sedyeye karşı hafifçe tutmak için küçük laboratuvar bandı parçaları kullanın (Şekil 1.16).</li>
	<li>Fareyi dizginledikten sonra, her bir uzvun etrafına bir tel büküm bağı yerleştirin ve fareyi bilek ve ayak bileklerindeki sedyeye sabitleyerek sıkıca bükün (Şekil 1.17). Göğsün etrafına daha büyük bir büküm bağı yerleştirin ve farenin nefes alması kısıtlanmayacak şekilde çok gevşek bir şekilde bağlayın. Bu, uzuv kısıtlamalarından herhangi birinin gevşemesi durumunda ikincil bir kısıtlama mekanizması görevi görecektir.</li>
	<li>Sedye şok tüpüne yerleştirildiğinde sıkışmamasını sağlamak için farenin kuyruğunu kaldırın ve sol ayağın altına yerleştirin (Şekil 1.18).</li>
</ol>4. LLB prosedürü
<ol><li>Şok tüpünün hayvan maruziyeti bölümünü açın ve fareyi yaklaşmakta olan patlama dalgasına bakacak şekilde yönlendirin (Şekil 1.19).</li>
	<li>Sedyeyi hayvan maruziyeti bölümünde emniyete alın/askıya alın (Şekil 1.20).</li>
	<li>Hayvan maruziyet bölümü için kapıyı sıkıca kapatın ve anestezik akış tüpünün kapı tarafından sıkışmadığından emin olun (Şekil 1.21).</li>
	<li>Seansın geri kalanında anesteziyi% 2.5-3 izofluran, 1 lpm'ye düşürün.</li>
	<li>Sisteme uygun şekilde güç verin (Şekil 1.22).</li>
	<li>Sıkıştırılmış helyum gazı için besleme hattını bulun ve bağlayın (Şekil 1.23,1.24).</li>
	<li>Bitişikteki bir odada bulunan kumlama borusu kontrol konsoluna erişmek için kumlama odasını terk edin ve kumlama odasında personel veya hayvan kalmadığından emin olun. NOT: İşitme koruması, kurum tarafından veya operasyonel koşullar nedeniyle gerekli olabilir. Bu tür koşullar, kontrol konsolunun şok tüpü ile aynı açık alana yerleştirildiği şok tüpü düzenlemelerini içerebilir.</li>
	<li>Konsoldan, patlama olayını kaydetmek için alım yazılımını açın (Şekil 1.25'teki yeşil kutuya bakın). NOT: Bu prosedürler için, sensör verilerini 20 kilo hertz (kHz) örnekleme hızında toplarız ve bu veriler daha sonra LabView yazılımı kullanılarak işlenir. Basınç eğrilerine karşı yüksek kaliteli zaman elde etmek için ≥10 kHz'de sensör örneklemesi almanızı öneririz.</li>
	<li>Herhangi bir güvenlik kilidini devre dışı bırakın (örneğin, Şekil 1.26'da yeşil bir okla gösterilen güç kontrol tuşları).</li>
	<li>Her iki gaz deliğini de kapatın ve makaraya pasif olarak basınç uygulayın (Şekil 1.27). Sürücü tarafını kullanmayın. Kullanılan membran tabakalarının sayısına göre belirlenen hedef tepe psi'de membran kendi kendine yırtılana kadar doldurmaya devam edin.</li>
	<li>Hayvan konumundaki tepe basıncını, pozitif faz süresini ve darbeyi kaydedin. (Şekil 1.28). Doldurma mekanizmasını kapatın.</li>
	<li>Şok tüpüne geri dönün, helyum besleme hattının bağlantısını kesin ve püskürtme kontrol devresine giden güç kaynağını kapatın (Şekil 1.29).</li>
	<li>Aynı hayvan üzerinde tekrarlanan LLB maruziyetleri yapmak için, makarayı açın, makara zarı yığınını çıkarın ve ardından başka bir makara zarı yığınını yuvarlayın ve yerleştirin (Şekil 1.30, 1.31, 1.32). Membran yığınını düzleştirin ve düzeneği yeniden kapatın. NOT: Ampirik olarak tanımlanmış SOF eğitimi sırasında düşük seviyeli patlama maruziyetlerinin klinik deneyimini modellemek için, fareleri günde 5-6 LLB'ye maruz bırakıyoruz ve günlük maruziyetleri muhafazakar ~ 20 kümülatif toplam psi45 ile sınırlıyoruz. Mekanik ve doz-yanıt ilişkilerini vurgulayan çalışmalar, alternatif olarak, seans başına tanımlanmış aşırı basınç parametreleri ile tutarlı sayıda LLB maruziyeti kullanmayı seçebilir.</li>
	<li>Mevcut hayvan için son LLB'den sonra, anesteziyi açık bırakarak şok tüpünden çıkarın (Şekil 1.33).</li>
	<li>Anestezi altındayken hayvanı çözün. Anestezi burun konisinden çıkarın ve ısıtılmış su yastığının üzerine sırt üstü yerleştirin (Şekil 1.34).</li>
	<li>Hayvan su yastığına yerleştirildikten sonra, bir zamanlayıcı başlatın ve fare kendi başına ventral tarafına (yani midesine) dönene kadar geçen süreyi kaydedin (Şekil 1.35). Bu süreyi doğru zaman olarak kaydedin. Fare iyileştikten sonra, onu ev kafesine geri koyun ve gerektiğinde izlemeye devam edin.</li>
</ol>5. Çok günlü prosedürler
<ol><li>SOF Yakın Çeyrek Savaşı eğitimi sırasında kullanılan ihlal ücretlerinden kaynaklanan rutin LLB maruziyetlerini modellemek için, 5 standart çalışma haftası boyunca toplam 15 gün boyunca haftada 3 gün (Pazartesi'den Cuma'ya kadar) fareler üzerinde tekrarlanan günlük maruziyetler gerçekleştirin.</li>
</ol>6. Tepe LLB basınçlarının değiştirilmesi
<ol><li>Daha güçlü membran malzemeleri kullanarak veya sadece ek membranları istifleyerek tepe basıncını artırın. Örneğin, ~ 20 psi tepe basıncı üretmek için Mylar Roll Clear 0.005 (500 G) membran (hem sürücü hem de makara membranı olarak kullanıldığında) veya ~ 10 psi tepe basıncı üretmek için Mylar Roll Clear 0.002 (200 G) membran kullanın.</li>
	<li>Deneysel ihtiyaçları karşılamak için patlamanın pozitif faz süresi ve darbesi parametrelerini ayarlayın. Pozitif faz sürelerini ve darbeleri ayarlamak için, sıkıştırılmış gaz kaynaklarını47,49 değiştirerek veya mümkün olduğunda sürücü uzunluğunu değiştirerek hedef koşulları ampirik olarak belirleyin. Yukarıdaki protokol, idealize edilmiş bir Friedlander eğrisine benzer keskin bir tepe basıncı ve dalga formu oluşturmak için helyum kullanır.</li>
</ol>7. Doku toplama
NOT: Doku toplama uygulamaları deneysel ihtiyaçlara göre ayarlanabilir.
<ol><li>Fareyi 210 mg / kg pentobarbital ile intraperitoneal enjeksiyon yoluyla uyuşturun.</li>
	<li>Fareyi çubuklu veya önceden yapılmış bir ağ ile bir fare veya sıçan kafesine yerleştirin; Kafesli fareyi bir çeker ocak içine yerleştirin.</li>
	<li>Fare yanıt vermediğinde, kafesin üstündeki çubukların üzerine sırt üstü koyun ve perfüzyon sırasında yerinde kalmasına yardımcı olmak için ağzını çubuklardan birinin etrafına kapatın.</li>
	<li>Midenin derisini tutun, yukarı doğru çekin ve karın boşluğunda bir delik açmak için büyük bir makas kullanın, organların hiçbirini kesmemeye dikkat edin. Göğüs kafesinin daha serbest eklemlenmesini sağlamak için kaburgaların tabanı boyunca daha fazla kesmeye devam edin.</li>
	<li>Bir kanama durdurucu kullanarak, fareye yandan yaklaşın ve dokuyu doğrudan göğüs kafesinin üstünden tutun, göğüs kafesinin tabanını kolay erişilebilir bir konumda açılı tutmak için kanama durdurucuyu geri yuvarlayın. Kanama durdurucuyu yerinde tutmak için bir çift forseps veya benzeri bir alet kullanın.</li>
	<li>Küçük bir çift cerrahi makas kullanarak, kalbe erişim sağlamak için diyaframı dikkatlice kesin. Kalbi, alt kısmı doğrudan göğüs kafesinin açık tabanından dışarı bakacak şekilde hafifçe açılandırmak için bir çift forseps kullanın. Hızlı çalışın, böylece perfüzyon sırasında kalp atmaya devam edecektir.</li>
	<li>Kan topluyorsanız, kalbi bir çift forseps ile tutun ve 0,5 "25 G iğne ile uçlu 3 mL'lik bir şırınga kullanarak sağ ventrikülü dikkatlice delin. Ventrikülün altından yerleştirin ve ventrikülün karşı tarafını delmemeye dikkat ederek uzunlamasına ilerleyin. 0.5-1.0 mL kan toplanana veya akış durana kadar şırıngayı yavaşça çekin ve ardından şırıngayı çıkarın.</li>
	<li>Kanın ve perfüzatın akmasını sağlamak için sağ atriyumda küçük bir kesi kesmek için bir çift cerrahi makas kullanın. Kalbi bir çift forseps ile tutun ve alttan sokarak sol ventriküle dikkatlice 25 G'lik bir kelebek iğne yerleştirin. Kelebek iğneyi bir tutma kelepçesi ile veya elle yerinde tutun.</li>
	<li>Hayvanı perfüze edin.<ol><li>50 mL fosfat tamponlu salin (PBS) içeren bir şırıngayı bir kelebek iğnesine bağlayın ve yaklaşık 10 mL / dak hızında perfüze edin. Uygun perfüzyonun bir işareti olarak karaciğerin ağarmasını arayın. Şırınga boşaltıldıktan sonra, kelebek iğnesinden ayırın.</li>
		<li>Mikroskopi için dokuların hazırlanması için, boş PBS şırıngasını 50 mL% 10 nötr tamponlu formalin (NBF) veya% 4 formaldehit çözeltisi içeren bir şırınga ile değiştirin. Formalin ile perfüze etmek için yukarıdaki adımları tekrarlayın. NOT: Perfüze farenin perfüzyon sırasında seğirdiği gözlemlenmelidir; Bu, prosedür tamamlandıktan sonra tüm vücut titizliği veya sertliği ile sonuçlanmalıdır.</li>
	</ol></li>
	<li>Kelebek iğneyi kalpten çıkarın ve doku toplamak için fareyi kafes çubuklarından çıkarın.</li>
	<li>İhtiyaca göre hedef organları çıkarın ve alt parçalara ayırın; Taze, sabitlenmemiş malzemeler toplandığında buz üzerinde prosedürler gerçekleştirmeye dikkat edin.</li>
	<li>Sıvı nitrojen içinde toplanan sabitlenmemiş dokuları hızlı bir şekilde dondurun ve protein veya RNA hedeflerini test eden protokollerde kullanılana kadar -80 ° C'de saklayın.</li>
	<li>Sabit dokular için, formalin ile doldurulmuş etiketli 50 mL konik bir tüpe çıkarın (organ başına bir tüp).</li>
</ol>

Farelerde Yüksek Derecede Tekrarlayan Düşük Seviyeli Patlamayı Modellemek için Shocktube Yöntemi

Yazarların ifşa edecek herhangi bir mali çıkarı yoktur.

Yetersiz anladığımız şeyi yeterince tedavi edemiyoruz ve yüksek derecede tekrarlayan LLB maruziyeti ile ilgili yaralanma mekanizmalarını henüz anlamıyoruz. Birçok SOF personeli, operasyonel hizmetten sonraki beş ila on yıl içinde yüksek derecede tekrarlayan LLB maruziyeti ile ilişkili olduğu düşünülen sağlıkla ilgili bozuklukların geliştiğini bildirmektedir50,51. Bazı SOF personeli, LLB maruziyetinden hemen sonra akut travmatik beyin hasarı (TBI) benzeri nörobilişsel etkiler geliştirir39. Ayrıca, klinisyenler, patlamaya maruz kalmaktan kaynaklanan semptomların sıklıkla geleneksel tedavilere dirençli olduğunu ve bunun da SOF ve klinisyenleri alternatif tedavilere bakmaya itebileceğini bildirmektedir52,53. SOF'un LLB'ye ve aşırı basınç mekanizmalarına(45) sık sık maruz kalmasına, ortaya çıkan semptomların şiddetine ve tedavi direncine ve patlama ile ilişkili astroglial yara izlerinin51 belgelenmiş modeline rağmen, uzun vadeli sağlık sonuçları nispeten bilinmemektedir. Klinisyenler ve askeri liderlik, yaralanma mekanizmalarını ve patofizyolojiyi ortaya çıkarmak için modelleme araştırmalarına güvenmektedir. Bu modeller, patoloji sürecini erken tanımlamak, kesintiye uğratmak, önlemek ve tedavi etmek için politikalar ve stratejiler geliştirmek için kritik öneme sahiptir.
En önemlisi, yaygın askeri LLB maruziyetlerinin fare modellemesinin sağlık tahmin modellerini bilgilendirmesi beklenmektedir. Klinik uygulama, patlama ile ilgili patoloji için kimin en büyük risk altında olabileceğini, hangi patlama özelliklerinin en ciddi sonuçlara neden olduğunu ve patlama maruziyetinin kronikliğine, dozuna veya özgüllüğüne bağlı olarak hastalık sürecinin nasıl gelişebileceğini belirleyen LLB öngörücü modellerden faydalanacaktır. Bu nedenle, tekrarlayan LLB maruziyetinin modellenmesi, maruziyetlerin SOF ve diğer Hizmet üyelerinin sağlık sonuçlarını nasıl etkileyeceğine dair hipotezler ve tahminler geliştirmede esastır. Tahmin ve yaralanma mekanizması modelleri, teşhis ve tedavinin yanı sıra semptomlara ve maruziyete dayalı olarak göreve dönüş kararlarını da bilgilendirecektir.
Farelerde blast kaynaklı TBI (bTBI) çalışması, özellikle insanlarda kronik tekrarlayan hafif bTBH'yi takiben sonuçları öngören modellerin geliştirilmesiyle son yıllarda önemli ilerlemeler kaydetmiştir54,55. Şok tüpleri kullanılarak orta-yüksek seviye patlamaya maruz kalma çalışması, yüzlerce PubMed indeksli makale 46,56,57,58 ile iyi bir şekilde geliştirilmişken, rutin askeri eğitim aşırı basınçlarına (<6 psi tepe basıncı40) yakın patlama çalışmalarında şok tüpü kullanımı daha az gelişmiştir ve yakın tarihli bir PubMed aramasında ondan az makale tanımlanmıştır 19,20, 22,23,26,27,28. Bu az çalışılmış alanın geliştirilmesini kolaylaştırmak için, sunulan model, farelerde tutarlı LLB aşırı basınçları, patlama sonrası geri kazanım ve izleme için temel hususlara odaklanırken, bu modelin açık alan patlayıcılarının kullanımına göre birkaç belirgin avantajına dikkat çekmektedir. Gerçekten de, tanımlanan laboratuvar LLB modelinin, kronik tekrarlayan LLB'yi takiben klinik sonuçların öngörücü modellerinin geliştirilmesini sağlayabileceğini savunuyoruz.
LLB modeli, özellikle hayvan refahı açısından açık alan patlayıcı patlatma modellerine göre kritik avantajlar sunar. Açık alan modelleri %3-8 mortalite oranlarınaneden olabilir 25,36, oysa bu laboratuvar tabanlı LLB modeli herhangi bir kayıp göstermez. Bu ayrım, özellikle neredeyse hiçbir kursiyerin LLB maruziyetinden ölümcül sonuçlar yaşamadığı askeri eğitime özgü yüksek kümülatif maruziyetleri simüle ederken çok önemlidir. Apne veya ölümcül pulmoner travma gibi diğer ölüm nedenlerinin belirgin yokluğu, modelin güvenilirliğini ve tutarlılığını sağlayarak, tekrarlayan LLB'nin klinik olarak ilgili etkileri üzerine yapılan çalışmalar için tercih edilen bir seçenek olarak konumlandırır.
Bu protokol, sürücü, makara ve tahrik edilen bölümlerden oluşan üç parçalı bir tasarıma sahip "açık uçlu" bir şok tüpüne özgüdür. Son derece tekrarlayan LLB'ler, protokolde uygun değişikliklerle diğer şok tüpü tasarımlarıyla elde edilebilir. Açık uçlu şok tüpü tasarımları, patlamaya bağlı nörotravmanın incelenmesi için sıklıkla kullanılmaktadır 46,47,48. Açık bir çıkış ucuna sahip açık uçlu şok tüpü, üretilen şok dalgasının, tüpün karşı ucundan çıkmadan önce hedefiyle (örneğin hayvan denek) karşılaştığı tüpün uzunluğu boyunca serbestçe yayılmasına izin verir. Bu tasarım, açık alanda meydana gelecekleri gibi patlama patlamalarının özelliklerine yaklaşan nispeten saf birincil patlama aşırı basınçlarının yeniden üretilmesini ve incelenmesini kolaylaştırır48. Sonuç olarak, ampirik olarak ölçülen patlama aşırı basınç dalgasının doğruluğu, idealize edilmiş bir Friedlander dalgası ile karşılaştırılır; Bu, belirli bir aşırı basınç olayı üretmek için tüp performansının değerlendirilmesine izin verir. LLB maruziyetini modellemek için, orijinal olarak ~25 fitlik bir mesafeden 200+ lbs trinitrotoluen (TNT) üzerindeki HLB patlamalarının etkilerini yeniden üretmek için tasarlanmış, daha önce tarif edilmiş, özel olarak inşa edilmiş, açık uçlu bir patlama tüpü kullanıyoruz. Yüksek tepe aşırı basınçlarını mümkün kılmak için, makaradan bir zar ile ayrılan ve gazın sürücüde sızdırmaz hale getirildiği sürücüye bir gaz basınçlandırılır. Makara da açık uçlu bölümden başka bir zar ile ayrılır. Bu ikinci zar, makaranın ayrı olarak basınçlandırılmasını sağlar. Çift odacıklı sistem, sürücüdeki gazların membranın normal yırtılma noktasını geçecek şekilde basınçlandırılmasını sağlar. Bunun nedeni, basınçlı makaranın bir tampon görevi görmesi, sürücü ve makaranın arayüzündeki zarı desteklemesi ve böylece yırtılmasını önlemesidir. Şok tüpü operatörü hedef basınçta bir şok dalgası oluşturmak istediğinde, elektronik bir valf makaradan gazı tahliye eder, makaradaki basıncı hızla düşürür ve sürücü bölümündeki aşırı basınçlı gazın hem sürücü hem de makara zarlarını yırtmasına ve hedef bölgede hayvanla karşılaştığı yerde tüpün uzunluğu boyunca hızla genişlemesine izin verir. Bu tasarımın yüksek performanslı tüplerinde LLB'nin incelenmesini sağlayan temel değişiklik, sürücüyü bloke etmemiz ve makarayı yalnızca düşük eşikli membranlarla birlikte kullanmamızdır.
LLB deneylerinin güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini sağlamak için, kurulum sırasında belirli eylemler gerçekleştirilmelidir. Kolları ve bacakları bilek ve ayak bileklerinden sıkıca sabitlemek çok önemlidir. Bu, bedensel hareket ve patlamaya maruz kalmadaki değişkenliği en aza indirir ve kafa karıştırıcı sonuçlara yol açabilecek istenmeyen yaralanmaları önler. Ek olarak, bileklerin ve ayak bileklerinin içe doğru döndürülmesi, eklerin hareketini hayvanın orta hattına doğru yönlendirmeye yardımcı olur ve sonraki motor performans değerlendirmelerini etkileyebilecek distal yaralanma riskini azaltır. Başın düzleşmesi ve omurga eğriliği, hareket açıklığındaki potansiyel farklılıkları azaltmaya yardımcı olduğu için, denekler arasında tek tip patlama maruziyetini sağlamada bir diğer önemli faktördür. Anestezi için kullanılan izofluran yüzdesinin arttırılması, birkaç gün veya haftaya yayılan protokoller için önerilir. Bu ayarlama, uzatılmış deney süresi boyunca tutarlı anestezi derinliğinin korunmasına yardımcı olur. Deneyimlerimize göre, yeterli anesteziyi sürdürmek için% 0.5 izofluran'da bir artış yeterlidir.
Bununla birlikte, tüm patlama tüpü tasarımları için, özellikle de borunun sürülen bölüme yerleştirilmesine izin vermeyen tam muhafazalara sahip olanlar için, nosekon yoluyla anestezi verilmesi mümkün olmayabilir. Bu gibi durumlarda, enjekte edilebilir anestezikler tercih edilebilir. Tekrarlanan ardışık patlamaların verilmesi için ne kadar zaman gerektiğini belirlemenizi ve ardından prosedür boyunca bilinç kaybını sürdürmek için yeterli anestezik uygulanmasını öneririz. Uygun anestezi bakımını sağlamak için bu modifiye yöntemin geliştirilmesi sırasında ek hayvan refahı kontrolleri gerekli olabilir. Ayrıca, enjektablların kullanımı, düzeltme süresi önlemlerinin toplanması gibi post-post yanıt izlemeyi imkansız hale getirebilir.
Hayvan araştırmalarında etik hususlar çok önemlidir ve bu laboratuvar tabanlı LLB modeli, kapsamlı patlama sonrası kurtarma ve izleme protokollerini içerir. Patlamaya maruz kaldıktan sonra, nefes almada zorluk, kendilerini düzeltememe, 2 saatlik bir gözlem süresinden sonra ambulatuvar olmama durumu, nöbet benzeri hareketler, garip hareketler, görme bozukluğu ve iç kanama veya kırık uzuv kanıtları dahil olmak üzere insani uç noktalar yakından izlenir. Özellikle, LLB patlama fareleri deneylerimizde bu koşulların hiçbirini sergilememiştir. Bununla birlikte, HLB'ler sırasında, genellikle operatör hatası nedeniyle uzuv kırıkları meydana gelebilir. Bu riski azaltmak, sedye emniyeti sırasında ellerin ve ayakların hayvanın orta hattına doğru döndürülmesini içerir. Bu teknik, patlama rüzgarının uzantıları geriye doğru süpürmesini ve ilişkili kemikleri kırmasını önler.
Bu tekrarlayan LLB modelinin avantajları, etik hususların ötesine geçerek pratik ve metodolojik yönlere kadar uzanır. Laboratuvar tabanlı tasarımı, patlayıcıların taşınması ihtiyacını ortadan kaldırarak güvenliği ve erişilebilirliği artırır. Model, son derece tekrarlanabilir ve özelleştirilebilir, bu da araştırmacıların farklı gaz türleri, cihaz ayarları ve membran güçleri kullanarak maruz kalma parametrelerini etkilemelerine olanak tanır. Açık alan patlama kinetiğini49 yeniden üretme yeteneği nedeniyle burada seçilen helyum, güvenilir bir temelsağlayabilir 47,59,60. Tepe basıncının ayarlanması, tutma membranı kalınlığının veya mukavemetinin modifiye edilmesiyle ampirik olarak elde edilir ve bu da belirli deneysel gereksinimler için ince ayar yapılmasını sağlar. Son olarak, LLB modeli, mevsimsel veya hava durumu değişikliklerinin veriler, hayvan maruziyeti ve diğer deneysel faktörler üzerindeki etkisini ortadan kaldırır. Bu tutarlılık, sağlam ve güvenilir sonuçlar sağlayarak, bu tekrarlayan LLB modelini uzunlamasına ve son derece tekrarlayan patlatma araştırmaları için paha biçilmez bir araç haline getirir.
Patlama ile ilişkili nörotravmayı anlamak, yaralanma mekanizmalarının, patlama yoğunluğu ölçümlerinin ve eşik değerlerinin aydınlatılmasını gerektirir. Bununla birlikte, patlama senaryolarında insan beyin hasarı mekanizmalarını çevreleyen belirsizlikler vardır. Patlamaya maruz kalmayı takiben insan yaralanması için daha önce önerilen kriterler hayvan çalışmalarına dayanıyordu, ancaktür 61 arasında eksik ölçeklendirme kriterleri nedeniyle bu çalışmaları doğrudan insanlara uygulamak zordur. Hayvan vücut kütlesine dayalı akciğer hasarı ölçeklendirmesi, kabul edilen kriterlerin varlığı göz önüne alındığında bir istisnadır62,63. Bununla birlikte, vücut 64,65 veya beyin kütlesi66'ya dayanan beyin etkileri için önerilen ölçeklendirme yasaları, özellikle beynin içindeki ve çevresindeki koruyucu yapılarla ilgili olarak bilinen ve bilinmeyen anatomik farklılıkları göz ardı eder. Kütle ölçeklendirmesi, hem kuşlarda 67,68,69 hem de insanlarda70 yapılan çalışmalarla çelişen daha küçük gövdeli türlerde daha yüksek yaralanma risklerini öngörmektedir. Bu nedenle, doğru ölçeklendirme yasalarının geliştirilmesi, türler arasında dış patlama olayı yoğunluğu ile iç beyin etkileri arasındaki ilişkinin ampirik olarak anlaşılmasını gerektirir. LLB'ler söz konusu olduğunda, hayvan modellerinde veya insanlarda tek veya kronik maruziyet hakkında çok az şey bilinmektedir. Sonuç olarak, LLB yoğunluk aralığında gelecekteki ölçeklendirme yasalarının geliştirilmesini bilgilendirmek için gereken ampirik çalışmalar, yöntemimiz tarafından katalize edilebilir.
Özetle, bu laboratuvar tabanlı şok tüpü modeli, farelerde LLB maruziyetinin kronik etkilerinin araştırılmasında önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Tutarlı aşırı basınçları modellemek için prosedürleri dahil ederek, patlama sonrası geri kazanım ve izlemeye öncelik vererek ve alternatif modellere göre belirgin avantajları vurgulayarak, bu laboratuvar tabanlı LLB modeli, kronik LLB maruziyetine bağlı yaralanmalara ilişkin anlayışımızı geliştirmek için güvenilir ve etik bir seçim sağlayabilir.

Düşük seviyeli patlamaya (LLB) maruz kalma, bireyler veya yapılar tipik olarak küçük endüstriyel kazalardan, kontrollü yıkımlardan veya belirli askeri eğitim faaliyetlerinden kaynaklanan nispeten düşük büyüklükte patlayıcı kuvvete maruz kaldığında meydana gelir. Buna karşılık, yüksek seviyeli patlamaya (HLB) maruz kalma, askeri muharebede, terörist saldırılarda veya büyük ölçekli kazara patlamalarda yaygın olarak karşılaşılan yoğun ve potansiyel olarak yıkıcı büyüklüklerde patlayıcı kuvvete maruz kalmayı gerektirir. Bu nedenle, LLB ve HLB arasındaki temel ayrım, patlayıcı olayların yoğunluğunda ve buna bağlı olarak, maruz kalan kişilerin fiziksel veya fonksiyonel yaralanma yaşamadan önce tekrarlanan maruziyetleri tolere etme yeteneğinde yatmaktadır. Bu bağlamda, HLB maruziyetinin etkileri, LLB maruziyetinin etkilerinden daha belirgin olma eğilimindedir. Bu nedenle, önemli LLB maruziyeti olan kişiler, kümülatif etkileri fark edilebilir hale gelene kadar tespit edilemeyen yavaş gelişen yaralanmalar veya eksiklikler için yüksek risk altında olabilir.
Devam eden araştırmalar, patlamaya maruz kalmanın yoğunluk veya tekrarlama gibi özelliklerinin yaralanmaya nasıl neden olabileceğine dair anlayışımızı geliştirmeyi amaçlamaktadır, böylece önleme ve tıbbi yönetimi daha iyi yönlendirebiliriz. Askeri tıpta, patlamaya maruz kalmanın klinik etkilerini anlamak büyük önem taşır ve sonuç olarak, bu sonuçları bildirebilecek hayvan modellerine ihtiyaç vardır. Hayvan modelleri HLB'nin etkilerini aydınlatmaya yardımcı olsa da, LLB maruziyetlerinin etkileri büyük ölçüde yeterince çalışılmamıştır. Çok sayıda modelleme çalışması, inç kare başına 10 pound (psi) tepe basıncına yakın veya üzerindeki patlama aşırı basınçlarının etkilerini inceler 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16,17,18, ancak az sayıda rapor 1 ila 7 psi arasında değişen basınç seviyelerine odaklanmaktadır 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31, 32,33,34,35,36, askeri eğitim ortamlarında daha yaygın olan 37,38,39,40 ve güvenli çevresel maruziyet için 4 psi'lik tarihsel eşiğin yakınına düşer. Bu nedenle, LLB'nin sık kullanılan tepe basınçlarının incelenmesi için yöntemlerin daha geniş bir şekilde yaygınlaştırılması, askeri tıbba ve kuvvet optimizasyonuna uygulama için hızlı klinik içgörüleri katalize etmeye yardımcı olabilir.
LLB'nin mesleki riski ile çeşitli klinik tanılar arasında önemli bir ilişki, askeri LLB41,42,43,44'ün epidemiyolojik araştırmalarından ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmalar, kötü tanımlanmış doza bağlı bir ilişkiyi desteklemektedir ve tekrarlayan LLB maruziyetleri yüksek riskleri göstermektedir41. Bu, artan kümülatif patlama maruziyetinin askeri ortamlarda klinik sonuçların şekillenmesinde çok önemli bir rol oynadığını göstermektedir.
10 psi'nin altındaki LLB'nin önceki hayvan modelleme çalışmaları, maruziyetin etkilerini araştırmak için öncelikle patlayıcılar veya şok tüpü sistemleri kullanmıştır. Bu modeller tipik olarak bir ila üç maruziyetin etkilerini incelese de, yine de mekanik 19,20,30,31, nöropatolojik 29,31,33 ve davranışsal sonuçların 19,20,23,25,32,34 , askeri eğitim ortamına özgü düşük yoğunluklu patlama maruziyetleri ile ilişkili.
Açık alan patlayıcıları tarafından üretilen tek LLB'leri inceleyen çalışmalar, travma sonrası stresle sıklıkla ilişkili ince beyin patolojileri ve davranış değişikliklerine dair kanıtlar bildirmiştir. Woods ve meslektaşları24, 2.5-5.5 psi'de mikroskobik beyin hasarını tespit edemediler, ancak kütle spektrometresi ile beyin dokusu glikosfingolipidlerindeki kantitatif değişiklikleri tespit ettiler. Aynı tepe basınçlarını ve deneysel tasarımı kullanarak, Rubovitch ve meslektaşları25, ışık mikroskobu ile ölçüldüğünde benzer bir beyin patolojisi eksikliği ile meydana gelen patlamaları takiben davranış değişiklikleri gözlemlediler. Bununla birlikte, daha sonraki patolojik araştırmada,6.7 psi LLB'ye maruz kalan farelerde elektron mikroskobu 29,30,31,32,33 ile beyin miyelini, mitokondri, nöronlar ve nörovaskülatürde kesin ultrastrüktürel hasar tanımlandı. İlginç bir şekilde, ~ 10 psi ve daha az basınçlı açık alan patlayıcıları kullanan birkaç LLB çalışması, tek bir maruziyetten sonra yaklaşık% 3-8 mortalite bildirmektedir25,36.
Benzer sonuçlar daha önce laboratuvar şok tüpleri kullanılarak yapılan birkaç çalışma ile not edilmiştir. Şok tüpleri tarafından üretilen tek LLB'leri inceleyen çalışmalarda, nöral hücre iskeleti hasarı ve tek bir 1.7 psi patlamaya maruz kaldıktan sonra gelişen nöronal ateşleme modellerindeki değişikliklere dair kanıtlar bulunmuştur22. 4 psi'de, LLB'ye maruz kalan sıçanlarda korpus kallozum disfonksiyonunun nörodavranışsal eksikliklere eşlik ettiği bildirilmiştir23. Havada ölçülen patlama süresiyle karşılaştırıldığında, Chavko ve meslektaşları27 , patlama aşırı basıncının pozitif faz süresinin, 5.8 psi'ye maruz kalan sıçanların beyinlerinde önemli ölçüde daha uzun olduğunu buldular. Benzer yaralanma tepkilerinin biyoimzaları, 7.5 psi maruziyetini takiben farelerde, Ahmed ve meslektaşlarının35 maruziyetten bir ay sonrasına kadar spesifik inflamatuar, metabolik, vasküler ve nöral yaralanma proteinlerinin serum seviyelerinde saptanabilir değişiklikler bildirdiği bir çalışma ile desteklenebilir. İlginç bir şekilde, bu çalışma aynı zamanda maruziyetten 24 saat sonra% 4,5 mortalite bildirmiştir.
Tek bir 20 dakikalık maruz kalma seansında üç şok tüpü LLB'yi inceleyen çalışmalarda, 1.4 ile 8.7 psi arasındaki LLB'ler, sıçanlarda intrakraniyal basınçta (ICP) psi'ye bağlı artışlara neden oldu, gözlemlenebilir ICP değişiklikleri daha düşük psi20 için daha uzun sürdü ve bilişsel değişikliklere neden oldu19,20. Domuzları kullanarak, aynı grup, çeşitli askeri teçhizattan üç adet 4 psi LLB maruziyetinin, hayvanlar ekipmanın21 insan kullanımını simüle eden topçu pozisyonlarına yerleştirildiğinde histolojik nöropatolojiye neden olmak için yeterli olduğunu belirledi.
Bu çalışmalar, sınırlı maruziyet ve iyileşme süreleri koşulları altında ortaya çıkabilecek LLB maruziyetinin çeşitli etkilerini toplu olarak göstermektedir. Tekrarlayan LLB maruziyeti, kalıcı bilişsel ve davranışsal eksikliklere neden oluyor gibi görünmektedir ve bu etkilerin klinik olarak ne zaman anlamlı hale gelebileceğini daha iyi belirleyebilmemiz için kümülatif etkilerin incelikli bir şekilde anlaşılmasına duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır; bu, özellikle yüksek düzeyde tekrarlayan LLB'ye maruz kalan askeri kursiyerler için geçerlidir. Bunu başarmak için, mevcut literatür, birkaç gün boyunca bir ila birkaç patlamayı aşan rutin askeri eğitim maruziyetlerinin klinik deneyimlerini yeterince modellemediğinden, yeni çalışmalara ihtiyaç vardır.
Özel Harekat Kuvvetleri (SOF), rutin maruziyetler sırasında önemli ve oldukça tekrarlayan LLB'ye dayanabilir. Yakın zamanda yapılan bir araştırma, patlayıcı bir giriş ihlali ekibindeki tüm pozisyonlarda anonimleştirilen temsili maruziyetin, bir eğitim haftası boyunca 184 kümülatif tepe psi kadar yüksek olduğunu tahmin ediyor42. Bu, kısmen, personele monte edilmiş patlama göstergeleri tarafından ölçüldüğü üzere, her biri ortalama 6 psi tepe basıncına sahip, günde kullanılan 4 ihlal ücretinin muhafazakar bir tahminine dayanmaktadır; Flashbang'leri ve diğer cihazları hesaba katmaz45. Rutin bir eğitim döngüsü birkaç hafta sürebilir. SOF üyelerinin eğitimi gibi klinik LLB deneyimlerinin incelenmesini kolaylaştırmak için, yüksek derecede tekrarlayan LLB maruziyetinin bir laboratuvar şok tüpü modelini sunuyoruz. Yerleşik pnömatik şok tüpü sistemlerine(46,47,48) dayanan yöntem, 2 psi ve daha yüksek basınçların yüksek oranda tekrarlanabilir araştırmalarına izin verir. Prosedür hava durumu gibi dış faktörlere bağlı değildir, gözlenen mortalite ile sonuçlanmaz ve laboratuvar tabanlıdır. Sonuç olarak, yöntem, haftalar ila aylar süren çalışmalar için aynı deneklerde sürekli, günlük tekrarlayan LLB maruziyetlerini mümkün kılar ve askeri eğitimin yüksek kaliteli araştırmasını kolaylaştırır.

<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

Patlayıcı patlamalara maruz kalmak, maruz kalan kişiler arasında beyin travması için önemli bir risk faktörüdür. Büyük patlamaların beyin üzerindeki etkileri iyi anlaşılmış olsa da, askeri eğitim sırasında meydana gelenler gibi daha küçük patlamaların etkileri daha az anlaşılmıştır. Bu küçük, düşük seviyeli patlamaya maruz kalma, askeri işgal ve eğitim temposuna göre de büyük ölçüde değişir, bazı birimler birkaç yıl boyunca az sayıda maruz kalma yaşarken, diğerleri birkaç hafta içinde yüzlerce maruz kalma yaşar. Hayvan modelleri, düşük seviyeli patlama maruziyetini takiben hem yaralanma mekanizmalarını hem de uzun vadeli klinik sağlık risklerini belirlemede önemli bir araçtır. Bu geniş maruziyet aralığını özetleyebilen modeller, bu farklı risk profillerinde akut ve kronik yaralanma sonuçlarını bilgilendirmek için gereklidir.
Birkaç düşük seviyeli patlama maruziyetini takip eden sonuçlar mekanik çalışma için kolayca modellense de, bir kariyer boyunca meydana gelen kronik maruziyetler, haftalar ve aylar boyunca sıklıkla meydana gelen tekrarlanan maruziyetlerle patlama yaralanması paradigmaları tarafından daha iyi modellenebilir. Burada, farelerde yüksek derecede tekrarlayan düşük seviyeli patlama maruziyetini modellemek için yöntemler gösterilmiştir. Prosedürler, aşırı basınç parametrelerini ve maruziyetlerin sayısını veya aralığını ayarlamak için ölçeklendirilebilen, açık alan patlama maruziyetinin yerleşik ve yaygın olarak kullanılan pnömatik şok tüpü modellerine dayanmaktadır. Bu yöntemler daha sonra mekanik araştırmaları mümkün kılmak veya incelenen klinik grupların rutin patlama maruziyetlerini özetlemek için kullanılabilir.

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.

Yazar Spotlight: Farelerde Düşük Seviyeli Patlama Maruziyetlerinin Uzun Vadeli Etkilerinin Deşifre Edilmesi

Farelerde Yüksek Derecede Tekrarlayan Düşük Seviyeli Patlama Maruziyetinin Modellenmesi

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.

Patlayıcı patlama kuvvetlerine maruz kaldıktan sonra farelerde deneysel sonuçları araştırırken, olayın basınca karşı zaman analizi yoluyla kaydedilmesi ve karakterize edilmesi, deneyin başarısını değerlendirmek için çok önemlidir. Patlama sırasında basınçtaki dinamik değişikliklerin ölçülmesini içeren bu yöntem, araştırmacıların patlamaların biyolojik sistemler üzerindeki etkilerini anlamalarına yardımcı olur.
Başarılı deneylerde, basınç kayıtları iyi tanımlanmış ve kontrollü bir dalga modeli sergiler. Basınç artışı keskindir ve beklenen süreler içinde en yüksek değerlere ulaşır (Şekil 2). Müteakip basınç düşüşü, enerjinin verimli bir şekilde dağıldığını gösteren Friedlander dalga formu ile örneklenen öngörülebilir bir eğriyi takip eder. Yaralanma değerlendirmesi açısından, 15-20 dakika içinde meydana gelen altı patlama ile çok tekrarlayan LLB maruziyeti yapılırken bile, LLB deneylerinde açık bir yaralanma belirtisi yoktur (Şekil 3). Bununla birlikte, tekrarlayan LLB maruziyetini takiben düzeltme sürelerinin analizi, patlama farelerinin sahte farelerden daha hızlı bilince geri döndüğünü göstermektedir (Şekil 4). Bu nedenle, tekrarlayan LLB, maruziyetten sonra akut nörodavranışsal uyarılma tepkilerinde tekrarlanabilir değişikliklere neden olur.
Optimal olmayan deneyler düzensiz basınç profilleri gösterebilir. Tepe basınçlarının beklenmedik bir şekilde bastırıldığı durumlar, gazın erken veya yavaş bir şekilde salındığını gösterebilir ve hedef alandaki hayvanla karşılaşmak için tahrik edilen şok tüpü bölümünün uzunluğu boyunca gaz genleşmesinin keskin bir şekilde serbest bırakılmasını önleyebilir. Erken gaz basıncı kaybı, genellikle uygun şekilde kapatılmamış sürücü veya makara bölümlerinin sonucudur. Bu, membrandaki kusurlardan veya sürücü-makara-şok borusu tertibatının yetersiz sıkılmasından kaynaklanabilir. Bu gibi durumlarda, biyolojik numuneler azalmış travma belirtileri gösterebilir.
Veri yorumlama, basınç-zaman profillerinin gözlemlenen biyolojik tepkilerle ilişkilendirilmesini içerir. Başarılı deneyler, tepe basıncı ve süresi gibi seçilen patlama parametrelerinin, araştırılan beklenen veya kurulan biyolojik tepkileri ortaya çıkardığını göstermektedir. Spesifik basınç özellikleri ve biyolojik sonuçlar arasındaki korelasyonlar, nedensel ilişkilerin kurulmasına yardımcı olur. Boylamsal çalışmalar, son LLB'den 6 ay sonra çalışma zaman noktaları için gözlenen hayvan kaybının olmaması nedeniyle bu protokol tarafından sağlanır (Şekil 5).
LLB maruziyetini takiben klinik sonuçların aralığı belirsizdir ve tam olarak anlaşılamamıştır. LLB'lere tekrar tekrar maruz kalma, tarihsel olarak hem insanlar hem de fareler için zararlı olarak kabul edilmiştir. Bu, 2-5 psi'de maruziyetlerin ardından normal ambulasyon, davranış ve fiziksel aktiviteye hızlı bir dönüş ile desteklenir. Bununla birlikte, ezici akut nörosensoriyel semptomların veya davranış değişikliklerinin olmaması, olumsuz sinsi etkilerin varlığını engellemez. LLB ile ilişkili fenotipler en iyi ihtimalle ince olduğundan, tüm etkiler aktif bir araştırma alanıdır ve klinik olarak anlamlı sonuçları tetiklemek için önemli ölçüde zaman veya tekrarlama gerektirebilir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig01.jpg"> Şekil 1: Tekrarlanan murin LLB'nin şok tüpü modeli için prosedür adımları. Hem şok tüpünün hazırlanmasının (Adım 1-10) hem de hayvan hazırlama aşamalarının (Adım 11-18) ardından, fareler tüpten çıkarılmadan önce bir veya daha fazla LLB'ye (Adım 19-32) maruz bırakılır (Adım 33). Fareler daha sonra ısıtılmış bir ısıtma yastığına sırt üstü yerleştirilir (Adım 34). Hayvanın ventral tarafına dönmesi için geçen süre, doğrultma süresi olarak kaydedilir (Adım 35). Kısaltma: LLB = Düşük seviyeli patlama. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig02.jpg"> Şekil 2: 4 psi'ye yakın maruziyetler için temsili basınç-zaman eğrileri. (A) Katkı yığınları, 2-4.5 tepe psi aralığında doğrusal tepe basınçları sağlar. (B) 1 sayfa, (C) 2 sayfa, (D) 3 yaprak ve (E) 4 yaprak için idealize edilmiş Friedlander eğrileri (mavi) ile karşılaştırıldığında, 3-6 şok tüpü patlamasından (kırmızı) ortalama olarak alınan temsili basınca karşı zaman (milisaniye) profilleri. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig02large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig03.jpg"> Şekil 3: Konular arası aralık. Tek bir patlatmanın ayarlanması ve yürütülmesi ortalama 9,8 ± 1,9 dakika gerektirir (ortalamanın (sem) ortalama ± standart hatası). Ek patlama maruziyetleri, olay başına ek 1,7 ± 0,4 dakika gerektirir (ortalama ± sem). Noktalar, tek tek hayvanlardan elde edilen sonuçları temsil eder. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig03large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig04.jpg"> Şekil 4: 3 haftalık yüksek derecede tekrarlayan LLB maruziyetleri sırasında günlük düzeltme süreleri. Grafik, 3 haftalık LLB maruziyeti boyunca sahte normalleştirilmiş düzeltme sürelerini temsil eder. LLB fareleri, 15 gün boyunca meydana gelen toplam 90 LLB maruziyeti için 6 günlük patlama maruziyetine maruz bırakıldı. Ortalama aşırı basınç özellikleri (± sem) 3.05 ± 0.07 tepe psi, 0.94 ± 0.04 pozitif faz süresi ve 2 ± 0.1 psi * msn dürtü idi. p değerleri, 2 yönlü ANOVA'dan elde edilen sonuçları yansıtır. Kısaltma: LLB = Düşük seviyeli patlama. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig04large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig05.jpg"> Şekil 5: Laboratuvar şok tüpü LLB modelinin, yüksek oranda tekrarlayan LLB maruziyetlerini takiben hayvan yıpranması üzerindeki etkileri. Sahte (N = 24) ve LLB fareleri (N = 32) için ilk LLB maruziyetinden (1. gün) tüm çalışma maruziyetlerine (19. gün biten) ve 6 aylık bir iyileşme döneminden sonra (199. gün) yıpranma oranları. Gözlenen süre boyunca sahte ve LLB gruplarının yıpranma oranları arasında anlamlı bir fark yoktu. LLB fareleri, ortalama 4.78 ± 0.01 tepe psi ve 3.16 ± 0.023 psi dürtü ile ortalama 62 maruz kalma yaşadı. Maruziyetler, rutin ihlal eğitimi45 sırasında yakın zamanda bildirilen SOF aşırı basınç maruziyetlerini modellemek için art arda 3 hafta boyunca haftada 5 gün (yani Pazartesi-Cuma) farelere uygulandı. Kısaltma: LLB = Düşük seviyeli patlama; SOF = Özel Harekat Kuvvetleri. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig05large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Burada, fareler kullanılarak tekrarlanan düşük yoğunluklu patlama maruziyetleri üretmek için yöntemler sunulmaktadır.

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 ...

Araştırmamız, farelerde tekrarlanan düşük seviyeli patlama maruziyetinin uzun vadeli etkilerine odaklanmaktadır. Amacımız, askeri eğitim sırasında bu maruziyetin uzun vadeli etkilerini belirlemektir Hayvan araştırmaları için, düşük seviyeli patlamanın etkileri incedir ve araştırma ekipleri, patlama ve sahte fareler arasındaki farkları tespit etmek için genellikle elektron mikroskobu gibi teknikler kullanır. Çalışmamız, artan patlama tekrarının, daha erişilebilir mikroskopi teknikleri kullanarak bu farklılıkların tespit edilmesini kolaylaştırdığını öne sürüyor.Şu anda hem düşük yoğunluklu patlamalar olarak da adlandırılan düşük seviyeli patlama maruziyetleri hem de bu maruziyetleri birkaç gün boyunca kullanan modeller hakkında çok sınırlı literatür bulunmaktadır. Bu boşlukları gidermek için protokolümüzü birçok gün boyunca birden fazla düşük seviyeli patlama içerecek şekilde tasarladık.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Modeling Highly Repetitive Low-level Blast Exposure in Mice

456 Görüntüleme.  United States Army Special Operations Command. Araştırmamız, farelerde tekrarlanan düşük seviyeli patlama maruziyetinin uzun vadeli etkilerine odaklanmaktadır. Amacımız, askeri eğitim sırasında bu maruziyetin uzun vadeli etkilerini belirlemektir Hayvan araştırmaları için, düşük seviyeli patlamanın etkileri incedir ve araştırma ekipleri, patlama ve sahte fareler arasındaki farkları tespit etmek için genellikle elektron mikroskobu gibi teknikler kullanır. Çalışmamız, artan patlama tekrarının, daha erişilebil...