+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Что делать, если выбивает пробки или автомат?

Бывает такое, что автоматы защиты электропроводки в частном доме или квартире выбивает. Чаще всего это случается зимой или летом, а межсезонье считается самым аварийно-спокойным временем. Зимой основной причиной проблем является включение слишком мощных электронагревательных приборов, а летом — рост энергопотребления бытовой техникой, повышенная влажность и температура воздуха и характерные для этого времени года перепады напряжения сети питания. 

В этой статье мы постараемся объяснить, что делать, если в вашей квартире или доме выбивает пробки (пробочные электрические предохранители), автоматы (автоматические выключатели), УЗО ( устройства защитного отключения напряжения при утечке тока с фазного провода)  или дифавтоматы (дифференциальные автоматы) 


Эта публикация прежде всего рассчитана на не профессионалов в обслуживании электросетей и содержит лишь самые общие рекомендации.

То, что необходимо знать заранее

Первое и самое важное: если у вас выбило пробки старого типа, с «жучками» — не ставьте их заново, не только из соображений безопасности. Ремонт какой угодно современной техники, включенной в неисправную сеть, может стоить гораздо дороже, чем покупка нескольких пробок-автоматов.

Перейти в раздел: Щитовое оборудование

Второе, прежде чем искать причины срабатывания автоматов защиты необходимо отключить все, что в включено в розетки или через штатные выключатели. Пробные включения и отключения проводятся только на обесточенной проводке последовательно: сначала выключаем общий автомат, затем — вынимаем вилки из розеток и выключаем выключатели. Если требуется проверить какой-нибудь прибор и светильник — сначала включаем его в розетку и только после этого включаем автомат. Придерживайтесь такого порядка действий каждый раз до тех пор, пока проблема не будет выявлена или пока не проверите всё.

 

Третье, чтобы проверить наличие напряжения чтобы в квартире при пробном включении и не рисковать дорогой техникой, пользуйтесь тестером. 

Посмотреть тестер на сайте

Вводный щит(ВЩ) и Щит автоматики(ЩА) в квартире

Чаще всего автоматика монтируется рядом с электросчетчиком на ВЩ. Если у вас стоит совсем старая защита пробками, ВЩ может быть плохо установленным, но рядом с ним вы всегда найдете распределительную коробку, от которой расходятся ветки проводки по комнатам. Внимание: ни в коем случае нельзя открывать коробку, если вы не электрик! Придется искать источник неисправности пробными включениями. 

Если же у вас стоит современная система — поиск начинается с перебора ветвей проводки. Как правило, они включены через отдельные автоматы с меньшими токами, чем главный. В таком случае поиск начинается с выключения автоматов ветвей и после нахождения неисправной ветви применяется метод пробных включений.

 

Если квартирные счетчики находятся на лестничной площадке, причину срабатывания защиты будет найти сложнее, т.к. В прихожей будет ЩА. 

Почему срабатывает защитная автоматика

В большинстве случаев это проходит по следующим причинам:

  1. Перегруженность проводки — в этом случае постоянно выбивает пробки или автомат. Необходимо проверить соответствие их номинального тока реально потребляемому, а величину реально потребляемого тока норме потребления мощности;
  2. Перегрузки вследствие колебаний напряжения сети или при включении приборов с высоким потреблением энергии;
  3. Мгновенные перегрузки за счет запуска мощных приборов с моторами, например, холодильника;
  4. Утечка тока по фазному проводу — выбивает УЗО. Например, при включении бойлера, стиральной машины и других приборов во влажных помещениях;
  5. Если выбило УЗО или автомат и они не включаются, то, скорее всего, произошло короткое замыкание. Обычно это происходит из-за неисправности какого-либо прибора или проводки, например. В очень редких случаях это неисправность непосредственно защитного автомата;

Что вызывает перегрузки чаще всего 

  • Холодильник потребляет 0,1-0,5 кВА, но в момент запуска потребляемый ток может увеличиться в 5-7 раз.
  • Ток потребления
    стиральной машины
    примерно как у холодильника, в т.ч. пусковой. Но если сработала не токовая защита, а УЗО, то проблема скорее всего не в холодильнике, а в стиральной машине.  
  • Бойлеры на 50 л потребляют 1,2-1,5 кВА; 100-150 литровые — 2-3 кВА. Водонагреватели — второй по частоте источник срабатывания УЗО. 
  • На компьютер и плоский телевизор токовая защита обычно не срабатывает, а вот УЗО сработать может.  
  • Микроволновке и кондиционеру стабильно нужно примерно одинаковое количество энергии — 1-2,5 кВА, но пусковой ток кондиционера в 2-3 раза больше рабочего.  
  • Стандартная мощность утюга с отпариванием — 2,2 кВА. 
  • Пылесос потребляет около 1,2-1,6 кВА, но его пусковая мощность в 2-3 раза выше. В некоторых случаях при эксплуатации мощность потребления может вырасти до пусковой. 
  • У настольной электроплиты потребляемая мощность точно такая же, как у утюга, а стационарной с духовкой потребуется 6-10 кВА.

Прежде всего нужно посмотреть, что было включено в момент выбивания и не было ли перебора по мощности. Если был — необходимо выключить один из приборов. Кстати, желательно, чтобы приборы с высоким потреблением энергии были подключены к разным автоматам. 

УЗО

Единственный способ определить отчего срабатывает УЗО без специальных приспособлений и профессионального образования — электросчетчик с индикаторами земли и реверса. 


Если при срабатывании УЗО загорается «Земля» — это утечка; если «Реверс» — реактивность.

Главное не перепутать аварийные индикаторы с оптическими портами многотарифных счетчиков.

Короткое замыкание

Если после отключения всех приборов автомат так и не заработал, проверить проводку на короткое замыкание можно «кустарным» методом: взять любую телефонную зарядку с индикатором (ВАЖНО: без подключенного к ней телефона) и вставить в розетку, после чего включить автомат. Если индикатор зарядки хоть немного мигнет — скорее всего, неисправен сам автомат, если же индикатор не срабатывает — скорее всего, это короткое замыкание или обрыв проводки. 

Недо- и перенапряжение

Не обязательно, но желательно дополнить свой вводный щит реле напряжения,[КАРТИНКА] который обесточивает проводку при выходе за пределы допустимого напряжения сети.  В последнее время проблема отгорания нулевого провода от перенапряжения особенно актуальна, т.к. наши квартиры стали перенасыщены мощной техникой. Проводка оказывается под напряжением свыше 300 В, а это не только смертельно опасно, но и приводит к сгоранию дорогостоящей техники.

 

Если нет возможности установить реле напряжения есть альтернативный вариант: индикатор напряжения сети. Его втыкают в ближайшую к счетчику розетку. При срабатывании любого из приборов защиты все вилки вынимают из розеток, выключают свет и пробуют включить автомат. Если табло индикатора показало 245 В — следует вызвать аварийку и оповестить соседей.

Заключение

В заключение мы хотим напомнить о том, что есть два золотых правила:

  1. Любой защитный автомат должен разрывать все проводники. 
  2. Все потенциально аварийные приборы должны быть подключены через свой автомат. 

Эти правила должны обязательно соблюдаться, особенно, если вы живете в многоквартирном доме.    

Почему выбивает пробки в квартире: причины и советы

Постоянно выбивает пробки – вывод один: залили соседи. Редко ребенок закоротит розетку. Причина очевидна: фаза проходит на землю. Случается в любой ветке, отыскать неисправность проще простого. Сейчас расскажем, как это делается. Порой иное событие беспокоит людей: допустим, холодильник выбивает пробки. Виной тому асинхронный двигатель компрессора, перегружающий неправильно выбранный автомат защиты. Сегодня обсудим, почему выбивает пробки в квартире.

Причины вылета пробок

Причин, провоцирующих вылет квартирных пробок, три:

  1. Короткое замыкание цепи.
  2. Кратковременная перегрузка током, вызванная пуском двигателей (особенно асинхронных), сваркой металла.
  3. Неисправность автоматических пробок/выключателей.

Короткое замыкание: причины

Постоянно выбивает пробку автомат – проверьте наличие мокрых пятен на потолке. Старая проводка обычно имеет нарушенную изоляцию, через мокрый бетон идут утечки. Мелкие неполадки вызывают мигание светодиодных лампочек (потолка), тяжелые ситуации сопровождаются перегоранием предохранителей распределительного щитка. Подобные ситуации – причина установить автоматические выключатели многоразового действия. Фактически присутствует шанс при выключенном оборудовании получить короткое замыкание, допустим:

Вода соседей залила розетку

Типичный потоп

Хватит небольшой толщины влажного мостика, чтобы потёк ток. Посыплются искры, возникают шумовые эффекты, люди видят голубое свечение, языки, напоминающие молнию. Ситуация, во-первых, опасна, во-вторых, провоцирует отключение света. Дифференциальный автомат защиты сработал бы сразу. Почуяв беду, отрубите электричество, пока люди живы, потом нужно терпеливо ждать, высыхания влаги.

Следует долгий период сушки. Оцените готовность проводки, руководствуясь индикаторной помощью указанных выше светодиодных ламп: есть утечка, свет моргает. Полная сушка продолжается несколько дней. Приятная новость: повреждения изоляции проводов отсутствуют, хватит разобрать розетку, просушить феном, ветродувкой (чутким присмотром исключая возникновение пожара, порчи имущества), собрать.

Оплавилась изоляция

Наихудший вариант. Пробки, автоматы защиты ставят, пытаясь избежать экстренных ситуаций. По задумке температура изоляции не должна чрезмерно подниматься, асы, подобные А. Земскову, рекомендуют недогружать домашнюю сеть на 10-20% (в худшем случае). Гарантированно пресечем ситуацию, когда внутри стены оплавился кабель, токонесущую жилу замкнуло на землю.

Электропитание квартиры вырубается, начинается поиск проблемного места. Если в щитке квартира разбита на линии, процесс сильно упрощается. Нужно вырубать поочередно автоматы, потом фазу звонить на общую шину нулевого провода: где пищит, там спалило. Потрудитесь перед процедурой повынимать штекеры из розеток, лампочки накала следует выкрутить.

Подписанные пробки подъездного щитка

Плюс ситуации – устройства защиты надписаны (см. рисунок), понятно направление поиска. Больше ветвей в квартире, проще локализовать неисправность. Теперь тяжелый случай опишем: пробки стоят. Розетка звонится тестером (электричества выключено, понятное дело), где пищит, там пробой. Пользуйтесь активно удлинителями, поможет вынести заданную точку поближе.

Исследуем распределительные коробки (круглое отверстие близ потолка), отключаем провода. Звоним (выключатели вырублены) каждую пару, не пищит – пробуем подать энергию. О ремонте проводки ниже поговорим. Аналогично тестируем освещение через патроны: при вырубленных пробках, выключателях короткое замыкание отсутствует.

Сгорел прибор

Случается, замыкание произошло внутри бытовой техники. Если микроволновка выбивает пробки, отключите от цепи, попробуйте протестировать блок питания. Проще начать вилкой: 90% шанс, на входе стоит конденсаторный фильтр для развязки по постоянному току. Начинаем звонить, везде предвидится сопротивление изоляции (три клеммы, фаза, нуль, земля). Факт очевиден, корпус изолируется от прочей линии, заранее неизвестно, на котором из двух штырей фаза.

Если фиксируется пробой, неисправность найдена внутри прибора. Сложно купить сейчас оборудование, лишенное входного фильтра, догма выполняется часто. Паяльники, настольные лампы, камины имеют сопротивление 30 – 500 Ом. Не должно вызвать срабатывание защиты (ток до 7А).

Подключенные электроприборы

Дети замкнули проводку

Редко становятся причиной дети. Строго говоря, при возникновении нештатной ситуации в первую очередь нужно проверить, что делают, где находятся. Во вторую очередь исследуется детская. По правилам розетки там ставятся со шторками. Поэтому легко заметить неполадки. Смотрим, не решился ли кто-то поиграть с сетями электроснабжения.

Прочие причины выхода пробок из строя

  • Старт двигателей

Частая причина выбивания слишком чувствительных автоматов. Классы размыкателей А, В. При старте большинства двигателей ток потребления превышает значительно номинальный. Разница достигает 7 раз. Оборудование требовательное, станок, потребляющий 5 кВт – наверняка запуск вызовет срабатывание защиты.

Пробки такой прибор выбивать не должен. Ток дуги короткого замыкания намного выше (измеряется сотнями ампер).  Выбивает пробку счетчика (с плавкой вставкой) – вряд ли причина объясняется запуском оборудования. Порекомендуем в эту розетку включить другое оборудование, посмотреть, повторится ли нештатная ситуация.

  • Завышенная нагрузка

Пробки выбило непосильной нагрузкой. Осмотрев поставленные строителями автоматы, увидите: номинал ограничен 16 амперами. Нагрузка одной пробки составляет 2,5 кВт, при долговременном превышении значения возможны отключения. Большинство современных устройств отрубает питание через пару часов при превышении номинала на 15%.

Сгорела розетка

Выводы делайте сами или ставьте другое защитное оборудование. Сегодня возможно купить счетчик, снабженный релейной защитой против перегрузки, если свет залы не так важен, водонагреватель подождет, логично ветку посадить на соответствующую клемму, будет вырубаться мощностью, превышающей номинал. «Важные» приборы продолжат работать. Старайтесь мощных потребителей разбить равными группами, каждую ветвь потреблением снабдите одинаковым. Обеспечивается некоторая защита против возможной перегрузки. В будущем включайте оборудование с умом: запуск стиральной машины выбивает пробки, попробуйте использовать розетку другой ветки, где сию минуту нет потребления. Что касается именно этого прибора, экстренное отключение вызывает сгоревший ТЭН, реже замыкает обмотки двигателя. Нечасто причиной поведения стиральной машины становится электронный блок.

Неисправность пробок, бытовой техники

Автоматы защиты нельзя проверить (исключая дифференциальные). Отсутствует тестовая кнопка, в замкнутом состоянии тестер дает нулевое сопротивление. Вроде исправный с виду автомат защиты на поверку оказывается негодным. Однополюсной проверим так: снимаем с щитка, заводим через удлинитель на любую розетку в доме. Включаем, допустим, паяльник или настольную лампу, смотрим, выбивает ли (второй автомат на щитке заведомо исправный). Вылетает рычаг – прибор сломанный. Нужно просто купить новый, выбирая равный номинальный ток, количество полюсов (рвется только фаза – полюс один).

Старайтесь брать автомат с аналогичными характеристиками. Чайник выбивает пробки, повремените думать, что будет достаточно увеличить номинальный ток. Необдуманный шаг вызовет оплавление изоляция, получим наихудший случай, упомянутый выше. Чайник функционирует неадекватно – хватайте китайский тестер. Сопротивление прибора переменному току составляет 30 Ом, для тестера (вспомогательное напряжение постоянное) цифра иногда другая (ниже реальной). Главное, чтобы отсутствовало короткое замыкание.

Приготовившись звонить электрочайник, выдерните штекер из розетки, выключатель нажмите. Воду следует вылить. Звоним взаимное сопротивление штырей вилки. Получается слишком много (больше 30), перещелкиваем выключатель, сложность ограничена плохим контактом. Замечено нулевое сопротивление, пора ругать сгоревшую спираль. Внутри стоит светодиод подсветки, ток которого ограничивается резистором. Сопротивление часто черного цвета, прозвоните непременно. Придется корпус разбирать.

Часто стиральная машина выбивает пробки, виноват прогоревший ТЭН. Обратите внимание, автоматы выключаются, когда заземление розетки оборудовано правильно. Иногда виновата дренажная помпа. В первом случае понятно: пробило медную (стальную) оболочку, фаза достигла корпуса, заземлилась нештатно. Во втором случае 230 вольт ждут своего часа, прямых путей утечки нет. Ударит кого из жильцов, сразу понятно, почему выбило пробки и не включается обратно. Заработает дренажная помпа, образуется мостик, ведущий в канализацию, через который наверняка устремится ток. Последнее станет причиной.

Указанный случай объясняет нежелательность выведения стоков нештатным путем. Обыватели заливают дренажным шлагом ванну. Моющегося может ударить током. Результат определен путем прохождения зарядов.

Меняете ТЭН. Перед включением нового нагревателя проверьте, согласно общим правилам, сопротивление изоляции (20 МОм). Потребуется внешняя установка (стандартный 500-вольтовый измеритель изоляции). Других методов нет, можно поставить максимальную шкалу измерения сопротивления тестера, убедиться: показывает максимум. Будет достаточно, чтобы избежать несчастных случаев, при сопротивлении изоляции 20 кОм образуется ток 11 мА.

Утюг выбивает пробки, когда внутрь попала вода. Повремените спешить разбирать прибор, предварительно слейте запас резервуара, высушите хорошенько. Затем прозвоните со стороны вилки, зафиксировав обрыв, попробуйте повертеть регулятор температуры. Уверены, читатели теперь знают порядок – что делать, если выбило пробки в квартире. Главное – запаситесь новыми. Причиной может стать неосторожное обращение с электрическими приборами. Бывает, знаешь, почему выбило пробки – а новые забыл купить.

Очередная причина поставить автоматы защиты. Экспериментировать можно, сколько угодно, цена ошибки невелика.

Почему выбивает ноль на автомате

Наверняка большинству наших читателей знакома ситуация, когда дома отключается электричество, ног при этом у соседей с этим все в порядке. В первую очередь нужно проверить автоматические выключатели, установленные в распределительном щите. Чаще всего именно их отключение становится причиной обесточивания домашней сети. В этой статье мы поговорим о том, почему в квартире или доме выбивает автомат. Причины этого явления могут быть разными, и важно знать их, чтобы не допустить неприятных последствий, связанных с выходом из строя электроприборов или возгоранием проводки.

Блок: 1/4 | Кол-во символов: 577
Источник: https://YaElectrik.ru/jelektroshhitok/pochemu-vybivaet-avtomat

Основное назначение автоматического выключателя?

Начнем с самого простого: для чего используют автоматические выключатели, и какие функции они выполняют.

Автоматический выключатель предназначен для защиты от перегрузки и короткого замыкания той части электропроводки, которая подключена к его клеммам. Автомат защищает только электропроводку. Ни какую бутовую технику, которая подключена к розеткам, он не защищает. Нельзя требовать от него защиты различных нагрузок типа музыкальных центров, компьютеров и аналогичных им: он принципиально не предназначен для этого.

С назначением разобрались, теперь разберем, почему выбивает автомат? При возникновении в сети короткого замыкания возрастает электрический ток, на мгновенное увеличение которого реагирует электромагнитный расцепитель автоматического выключателя. Электромагнитный расцепитель приводит в срабатывание спусковой механизм автомата и цепь разрывается. Время срабатывания в этом случае не превышает несколько сотых секунды.

Если вы решили одновременно включить большое количество электроприборов, например стиральную машинку, электрочайник, пылесос, микроволновку и т.п. в сети также возрастет электрический ток, но его значение будет на порядок меньше тока короткого замыкания — это называется перегрузом электропроводки.

При перегрузке ток в цепи превышает номинальный ток автомата и в этом случае реагирует тепловая защита – биметаллическая пластина. При перегрузке она начинает нагреваться и изгибаться, цепляя при этом спусковой механизм автомата и цепь разрывается.

Время отключения в этом случае зависит от величины перегрузки и может составлять от нескольких секунд до нескольких минут.

Понять, что автомат действительно отключился можно только при его осмотре. Для этого необходимо в щите обратить внимание на положение рычага управления (язычка). При отключении управляющий язычок переходит в нижнее положение, а в индикаторном окошке появляется цифра «0».

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1942
Источник: https://electricvdome.ru/avtomaticheskie-vikluchateli/pochemu-vybivaet-avtomat-v-shhitke.html

Особенности работы защитного автомата

Чтобы разобраться с причинами срабатывания автоматического выключателя, нужно сначала ответить на вопрос, для чего нужно это устройство и какие функции оно выполняет. Особенности работы АВ таковы:

  • Главной задачей аппарата является защита электрической проводки и подключенных к ней бытовых приборов от слишком мощного тока, возникающего по различным причинам.
  • Монтаж устройства производится на фазный контур, разрыв которого происходит при отключении пакетника. Если автомат имеет два и более полюсов, то при его срабатывании разомкнется также нулевой контур.

  • АВ может обесточивать сеть как при выключении вручную, так и при возникновении аварийной ситуации, которая может привести к повреждению элементов цепи.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 751
Источник: https://YaElectrik.ru/jelektroshhitok/pochemu-vybivaet-avtomat

Выбивает автомат: в чем причины?

Теперь непосредственно переходим к вопросу о том, почему выбивает автомат в щитке. Срабатывание автомата может происходить по следующим причинам:

  • Перегрузка в электросети.
  • Выход из строя одного из устройств, включенных в цепь.
  • Поломка осветительного прибора.
  • Неисправность защитного устройства.
  • Короткое замыкание.

Любая из перечисленных причин способна привести к тому, что АВ выбьет. Рассмотрим более подробно каждую из них.

Перегрузка

Так называется ситуация, когда величина тока в цепи превосходит номинальную, на которую рассчитан защитный выключатель. Для лучшего понимания приведем пример.

Для работы с розеточными группами в основном используются АВ, номинальный ток которых составляет 16 – 25 А. Этот показатель соответствует суммарной мощности 3,5 – 5,5 кВт. Допустим, что к розеточной группе, для защиты который установлен автоматический выключатель, рассчитанный на 25 А, подключена электроплита, мощность которой составляет 3 кВт, электрочайник на 1,3 кВт, а также СВЧ-печь на 2 кВт.

Если сложить мощность перечисленных бытовых приборов, то мы получим величину нагрузки 6,3 кВт. Учитывая, что максимальная нагрузка, выдерживаемая защитным устройством, равна 5,5 кВт, одновременное включение всех трех аппаратов приведет к тому, что автомат выбьет.

Чтобы избежать этого, не следует относиться легкомысленно к расчету суммарной нагрузки в цепи. Если подключение устройства в розеточную группу приведет к превышению суммарной мощности, его следует подсоединять к другой цепи.

Пример неправильного расчета проводки на видео:

Не пытайтесь решить проблему установкой автомата, рассчитанного на более высокую мощность. Если его номинал превысит тот, который по своему сечению способна выдержать электропроводка, проблемы неизбежны. В этом случае кабель под воздействием слишком большого тока будет греться до тех пор, пока изоляционный слой не расплавится и не вызовет КЗ, а в худшем случае – возгорание. Автомат при этом будет продолжать подавать ток в цепь вплоть до наступления замыкания. Поэтому, если при прокладке линии использован кабель сечением 2,5 мм², номинал АВ для ее защиты не должен превышать 16 А (для алюминиевого проводника) или 25 А (для медного).

Поломка бытового прибора

Если включить в розетку неисправный домашний электроприбор, то вероятность того, что автомат «вырубит», тоже довольно высока. Как найти устройство, которое стало причиной неполадок, рассмотрим на примере.

Допустим, в сеть на кухне включены электрическая плита, микроволновка и духовой шкаф. В этой цепи выбило автомат. Чтобы установить причину проблемы, действуем следующим образом:

  • Отключаем все агрегаты от сети.
  • Включаем автомат. Если без нагрузки его не выбивает – проводка и защитное устройство исправны.
  • Подключаем поочередно бытовую аппаратуру. Если, к примеру, при включении плиты и микроволновой печи цепочка работает, а при включении духовки выбивает автомат – духовой шкаф неисправен, и его необходимо либо менять, либо ремонтировать

Пример диагностики на видео:

Некоторые виды бытовых агрегатов (например, машинки для мытья посуды или кондиционеры) подключаются к сети напрямую, а не через электророзетку. Такие приборы нужно отключать от защитного устройства, установленного внутри распределительного щитка – только так получится произвести их проверку.

Неисправность приборов освещения

Теперь разберемся, из-за чего выбивает автомат при включении какого-либо осветительного прибора. В любом случае причиной является неисправность последнего, которая может быть следующей:

  • КЗ в цоколе электролампы. Чтобы найти неисправный элемент, нужно вывинтить их все и, вкручивая по одному, включать прибор освещения. Когда после вкручивания очередной лампочки при включении света АВ срабатывает – это означает, что причина проблемы найдена. Обнаруженную лампочку с пробитым цоколем нужно заменить исправной. Конечно, если перегорела единственная лампочка в приборе, и выбило автомат – причина неисправности налицо, и тратить время на ее поиски не надо.

Обратите внимание, что иногда лампочки сгорают по вине неисправного выключателя – это тоже может сопровождаться срабатыванием защитного устройства.

  • Подгорание контакта между кабелем питания и внутренней проводкой прибора. Для устранения неисправности достаточно зачистить контакт, а затем качественно заизолировать.
  • Замыкание внутри трансформатора светодиодной люстры. Если включение такого прибора приводит к выбитому автомату – высока вероятность, что проблема именно в этом. Для устранения неполадок нерабочий трансформатор нужно будет заменить исправным.

Как видим, причиной отключения АВ при выходе из строя осветительного прибора чаще всего становится короткое замыкание. Проводка при этом не успевает нагреваться до критического уровня, поэтому срабатывание вызывает не тепловой, а электромагнитный расцепитель.

Выход из строя защитного автомата

Причиной внезапного обесточивания сети могут стать и неполадки в самом автомате, но случается это очень редко, особенно если речь идет о моделях известных производителей. Но если есть подозрение на неисправность защитного устройства, его следует проверить, подключив новый, заведомо работоспособный. Можно также отсоединить контур от этого АВ и подключить его к соседнему пакетнику в распределительном щитке. Если и эти автоматы сработают – проблему нужно искать в другом месте.

Даже внешне исправный автомат может выбивать. Пример на видео:

Причиной выхода из строя автоматического выключателя может стать также длительная его эксплуатация, в ходе которой происходит естественное изнашивание его составляющих и ухудшение их технических параметров. Это касается и расцепителей. В результате устройство может сработать, даже если проводник нагрелся незначительно. Такой АВ подлежит замене.

Из-за чего выбивает дифференциальный автоматический выключатель?

Защитный автомат дифференциального типа может обесточивать сеть по тем же причинам, что и обычный (если сильно греется проводка или произошло КЗ). Но поскольку в его составе, кроме расцепителей, имеется УЗО, он реагирует и на ток утечки, поэтому отыскать причину срабатывания дифавтомата не так просто.

Если такое устройство срабатывает без видимой причины, нужно провести более тщательную проверку.

Осмотрите размыкатель, если нужно – подтяните контакты. Проверьте состояние электропроводки в распределительном щите. Если фазная жила касается заземленного металлического корпуса, это может стать причиной выбивания дифференциального автомата, хотя и не приведет к замыканию.

Допустим, что в щите неисправностей не обнаружено. Следовательно, в защищаемой электроцепи имеет место утечка тока. Ее причины могут быть следующими:

  • Неисправный электроприбор. Если пробивает на его корпус, срабатывает УЗО дифавтомата, задача которого состоит в том, чтобы не допустить поражения людей током.
  • Замыкание между собой провода защитного заземления и нулевой фазы, что иногда делают неопытные электромонтеры.

  • Сильная гроза. Мощные электрические разряды нередко становятся причиной выбивания дифференциального защитного устройства. В этом случае АВ лучше не включать, пока гроза не утихнет.
  • Изношенный изоляционный слой старой электропроводки. В этом случае утечка электротока происходит через микротрещины и вызывает срабатывание автомата. Поскольку такие повреждения плохо видны невооруженным глазом, а неисправный кабель не греется, обнаружить проблему бывает нелегко.
  • Запавшая кнопка «Тест» на аппарате или поврежденная корпусная часть также приводит к срабатыванию прибора. Неисправное устройство в этом случае подлежит замене.
  • Установка автомата не по схеме.

Дифференциальный автомат время от времени нужно проверять путем нажатия кнопки «Тест» при отключенной нагрузке. Исправный аппарат должен выключиться. Если же он продолжает работать, это говорит о нарушении защитной функции и необходимости замены устройства.

Почему выбивает УЗО – наглядно на видео:

Неисправность проводки

Причинами отключения АВ может стать:

  • Изношенный изоляционный слой кабеля.
  • Плохой контакт в выключателе или электророзетке.

Если проблема в выключателе или розетке, то для устранения неисправности нужно вскрыть элемент, зачистить подгоревшее место и правильно подсоединить кабель. При изношенной изоляции, особенно если дело касается скрытой проводки, найти проблему нелегко.

В этом случае поможет специальный прибор – трассоискатель, с помощью которого можно обнаружить повреждения кабеля, даже если он скрыт в стене.

Определив место неполадок, его нужно вскрыть и устранить неисправность, после чего вновь заделать канавку.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 8502
Источник: https://YaElectrik.ru/jelektroshhitok/pochemu-vybivaet-avtomat

Нужно ли ставить автомат на ноль

Друзья, как известно для защиты электропроводки применяются автоматические выключатели. Если рассматривать однофазную сеть (фаза и ноль) то здесь могут применяться однополюсные или двухполюсные автоматы. В данной статье, я бы хотел разобраться, в каких случаях применяются те или иные автоматические выключатели и нужно ли ставить автомат на ноль.

В 90 % случаев однофазного питания применяются именно однофазные автоматы, которые при аварии связанной с появлением больших токов отключают только фазу. Нулевой провод при этом не разрывается так как заводится и подключается напрямую к нулевой шине.

Применение двухполюсных автоматических выключателей в данном случае позволяет разрывать одновременно фазу и ноль. Такие автоматы применяют если необходимо запитать потребителей отдельной линией, например водонагреватель, розетку для стиральной машинки, электроплиту. Это очень удобно, если возникает необходимость полностью отсоединить таких потребителей от электрической сети – одним щелчком отключается фаза и ноль.

К тому же двухполюсные автоматы применяют в качестве вводных и устанавливают перед счетчиком электроэнергии. Давайте рассмотрим, в каких случаях допускается разрывать нулевой провод и почему в большинстве силовых схем ставить двухполюсный автомат запрещено.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1303
Источник: https://electrik-ufa.ru/avtomaty/pochemu-vybivaet-nol-na-avtomate

Что нельзя делать, если автомат отключается?

К сожалению люди, не понимают, что автоматический выключатель в первую очередь используется для защиты, а не просто для включения/отключения проводки во время ремонта. При частом срабатывании автомата неопытные электрики не хотят разбираться с причинами такого поведения и просто предлагают заменить его на более мощный.

Запрещается заменять автомат на более мощный.

Например, если в щите установлен 16-ти амперный автомат менять его на 25-ти амперный запрещено. Ничем хорошим это не кончится, так как из-за больших токов может элементарно сгореть сама защищаемая электропроводка.

Мы ответили на вопросы о том, почему выбивает автомат. Как видим, причины этого одинаковы для городской квартиры, дачи и загородного дома. Более того, правила наших дальнейших действий идентичны вне зависимости от места нахождения автомата: вводной и распределительный щитки или щиток на столбе.

При понимании принципов работы автомата неисправность вполне можно устранить самому. Если же необходимой уверенности нет, то лучше всего вызвать мастера, который быстро выявит место неисправности и качественно выполнит ремонт.

на сайте:

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 1171
Источник: https://electricvdome.ru/avtomaticheskie-vikluchateli/pochemu-vybivaet-avtomat-v-shhitke.html

Заключение

В этом материале мы разобрались с тем, какими причинами, кроме чрезмерного нагревающегося кабеля, может быть вызвано срабатывание защитного автомата. Теперь вы знаете, что нужно делать, когда перегорает лампочка с одновременным отключением защитного устройства, а также как устранить неисправность при перегорании проводки внутри электрического элемента или в случае выхода из строя бытового прибора.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 411
Источник: https://YaElectrik.ru/jelektroshhitok/pochemu-vybivaet-avtomat

Почему срабатывает автомат на 25А?

Звонит знакомый – проблема с электричеством.
Живёт в своём доме.

Говорит, с некоторых пор вдруг стало выбивать автомат на 25А, включенный по нулевому проводу.

У него там проводка довольно старая, а сам он вселился в дом только несколько лет назад.

А проводка старым хозяином была выполнена следующим образом:
Со столба провода идут в опломбированный ящик, приколоченный к наружной стене дома. В ящике – электрощётчик и сдвоенный автоомат. С ящика идут два провода в дом и заводятся на два отдельных автомата по 25А. То есть, на один автомат идёт фаза, а на другой – ноль.
Ну и после этих автоматов уже идёт проводка по дому.

Так вот, с некоторых пор вруг стало выбивать один из этих автоматов – ток, который по нулю. Тот, что на фазе – не выбивает.
Выбить может и днём и ночью. Иногда утром уедут куда, а вечером возвращаются – автомат выбило. При этом во всём доме работают только два холодильника и двигатель водяного насоса отопления (газовый котёл).

Холодильники отключал – не помогает. Насос пока не пробовал отключать.

Что может быть? Что м как проверить?

P.S.
Забыл сказать – у него кроме газовой плиты есть ещё и электроплита (4 конфорки + духовка). Подключена отдельным кабелем прямо на эти вводные автоматы. Плиту тоже отключал – не помогает. Правда автомат на плиту прерывает только фазу, а ноль идёт прямо на вводный автомат.

DWD: автомат на 25А, включенный по нулевому проводу.

DWD: То есть, на один автомат идёт фаза, а на другой – ноль.

DWD: вечером возвращаются – автомат выбило.

Наверное 0 после автомата заземлён, или автомату кирдык.

ПВГ, это он уже знает – я ему вчера часа два мораль читал и “пугал” электричеством.
Обещал нулевой провод пустить напрямую.

DWD: Обещал нулевой провод пустить напрямую.

ну во первых ПВГ сказал -выкинуть в0 автомат
но прежде надоб узнать вот что
-если контур заземления и его соединение с 0-СУП если да то все просто-при обрыве 0 на ВЛ между центром звезды ТП и ВЛ -весь ток перекоса прет через ваш контур и его выбивает-я уж не говорю что при силном перекосе напряга моглаб дойти до линейного=380в.
делайте проводку как положено и проверте нуль НА ВЛ-визуално хотяб-при явных проблемах а также по резултатам замера напряга -трясите энергетиков!(ЭС)-записывайте напряжение в сети в течение суток-поставте измеритель напряга -они есть на DIN и в розетку
СОВЕТУЮ СРОЧНО ВРЕЗАТЬ РН на входе-чтоб в случае чего с ними(ЭС) не судится
ПС очень полезно защитное отключение С ТТв 0 проводе -при перекосе выбивает входной автомат(у него снимается верхня круглая заглушка-отсечка и УЗОшный блок прикручивается на автомат- ПОСЛЕ НЕГО-он не имеет своих контактов(толко реле диф тока) а выбивает ЛЮБОЙ DIN автомат

musor: СОВЕТУЮ СРОЧНО ВРЕЗАТЬ РН на входе-чтоб в случае чего с ними(ЭС) не судится

По современным нормативам при вводе в индивидуальный дом владелец обязан иметь повторное заземление (R менее 4 ом) и соответственно образованием вторичного нуля и земли для внутренней разводки. В этом случае ему не грозит обрыв нуля на подстанции и на подводящих линиях. Ну и собственно он избавляется от опасности перекоса фаз и пожара внутри дома по причине превышения напряжения. Конечно мы можем себе задать вопрос о том что на его ноль в случае обрыва “сядут” остальные дома. но в общем-то и они обязаны быть заземлены и в конце концов сработает сдвоенный вводной автомат, что опломбирован.

При удельном сопротивлении земли r > 100 Ом×м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01r раз, но не более десятикратного.

Так а ВЛ (воздушная линия) тут при чём? Это требование к выполнению повторного заземления при вводе к индивидуальному потребителю с установкой отдельного (вводного) прибора учёта. Там требуют не более 4 ом, я регулярно сдаю коттеджи под присоединение. Со столбами не знаю, я их не устанавливаю, и, соответственно, не землю .

Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 3902
Источник: https://electrik-ufa. ru/avtomaty/pochemu-vybivaet-nol-na-avtomate

Выбивает автомат при попадаии нулевого провода на корпус электроприбора

Новый панельный дом. В квартире сделан ремонт в том числе проводка. Во время подключения варочной панели несколько раз выбивало автомат в подъездном щитке. Оказалось что происходит это при попадании нулевого (синего проводника) на корпус варочной панели (нижнюю крышку из металла). В квартире есть собственный шиток с входным автоматом и автоматами для групп. Автомат для варочной панели на этом щитке отдельный. Что самое интересное, что автомат в подъездном щитке выбивает когда автомат на панель в квартирном щитке в состоянии выключен и на фазе (белый провод) точно нет напряжени (проверено индикаторной отверткой). Панель в итоге подключил и она работает. Но этот прикол очень напрягает.

  1. Насколько это нормально?
  2. В чем может быть причина?

Вероятно в подъезде выбивает не автомат (автоматический выключатель), а УЗО или ДИФавтомат. Это нормальное явление. Сделайте фото или хотя бы маркировку напишите, того устройства которое выбивает и думаю всё станет ясно.

Фото в ближайшее время размещу. Извините за глупый вопрос, но разве автомат (на щитке в квартире) при его выключеним не должен “разомкнуть” ноль? Как автомат (или Узо) в подъезже “узнал” что было соприкосновение нуля с корпусо прибора?

pyhtelka написал:
Извините за глупый вопрос, но разве автомат (на щитке в квартире) при его выключеним не должен “разомкнуть” ноль? Как автомат (или Узо) в подъезже “узнал” что было соприкосновение нуля с корпусо прибора?

pyhtelka , автомат в щитке квартиры отключает только фазу. Остальное то зачем вам знать? И зачем вы там что то делаете с проводами если ничего не понимаете.

pyhtelka написал:
Извините за глупый вопрос, но разве автомат (на щитке в квартире) при его выключеним не должен “разомкнуть” ноль? Как автомат (или Узо) в подъезже “узнал” что было соприкосновение нуля с корпусо прибора?

pyhtelka , автомат в щитке квартиры отключает только фазу. Остальное то зачем вам знать? И зачем вы там что то делаете с проводами если ничего не понимаете.

olegaa2
Чтобы понимать есть ли в проводке косяк и в чем. Электрики делавшие работу лица заинтересованные.
В ваших последних двух предложениях содержится противоречие.

pyhtelka написал:
Извините за глупый вопрос, но разве автомат (на щитке в квартире) при его выключеним не должен “разомкнуть” ноль? Как автомат (или Узо) в подъезже “узнал” что было соприкосновение нуля с корпусо прибора?

Вопрос не глупый, а вполне себе правильный. Только как бы попроще объяснить. Автоматический выключатель в квартире это обычно аппарат и отключает он только фазу. Ноль и заземление благополучно доходят до конечных точек не разрываясь. Задача УЗО или ДифА отслеживать утечку тока “налево” (на корпус прибора например) и отключать подачу электричества в кратчайшие сроки и при малом (чаще 30мА) токе утечки. В идеале между нулём и заземлением потенциала (напряжения) быть не должно , но такое бывает крайне редко. И при замыкании нуля и заземления это напряжение (даже несколько вольт) вызывает протекание тока по этим проводам. И вот УЗО “видит” что по фазе ток не протекает, а по нулю он есть и этот дисбаланс вызывает его срабатывание.
Надеюсь более или менее понятно .

Автора надо направить в тему” зачем нужны 2Р АВ” или как она там)
Димон в очередной раз опозорен))), вот она “утечка с нуля”))))

SB3 написал:
Автора надо направить в тему” зачем нужны 2Р АВ” или как она там)
Димон в очередной раз опозорен))), вот она “утечка с нуля”))))

SB3 ,э не товарищь опозорен жопорукий электрик допустивший соединение ноля с корпусом варки и утечки с ноля там нет , запомните это .Это КЗ ноль- земля а не утечка .
термины и определения (ГОСТ Р 50571)

Ток утечки — ток, который протекает в землю или на сторонние проводящие части в электрически неповрежденной цепи.
Вы пальчиком не туда попали

Димон114 написал:
жопорукий электрик допустивший соединение ноля с корпусом варки

Не, а как вы себе это представляете. . ну, реально. Расскажите нам, а лучше покажите фото.

Как, блин, можно соединить нейтраль с корпусом варочной, подключенным через PE.

Проектирование, монтаж, сбор щитов – [email protected]

Alexey_Spb написал:
Не, а как вы себе это представляете.. ну, реально.

Вы “усилениние” ноля, в исполнении электриков советской закалки , не понимающих как работает диффзащита, не разу что ль не видели ? И как вариант – “усиление” – земли.

Димон114 написал:
жопорукий электрик допустивший соединение ноля с корпусом варки

Не, а как вы себе это представляете.. ну, реально. Расскажите нам, а лучше покажите фото.

Как, блин, можно соединить нейтраль с корпусом варочной, подключенным через PE.

Alexey_Spb , а что там представлять то первое сообщение гляньте ключевое – вовремя подключения обычно это выглядит так- накидывают петлю вокруг болтика клемника и оборачивают жилу провода вокруг жилы . И все , там у некоторых варок расстояние милиметра два до крышки или по вашему как ? При подключении варки ноль сразу обгорел и оплавился ? Ну если на 0.75 кв мм посадили мож и так но это жопорукости не отменяет
Вы уж sb3 не уподобляйтесь , он чем больше пишет тем больше сам себя зарывает в электроглупостях к чему не понятно только . Сто раз уж объяснили 2р ав не к чему в домашней проводке за редким исключением .дождемся фоток и посмотрим с чего это некоторые ( не ТС естественно ему позволительно ) начали свой позор в этой теме

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 5340
Источник: https://electrik-ufa.ru/avtomaty/pochemu-vybivaet-nol-na-avtomate

Кол-во блоков: 9 | Общее кол-во символов: 23899
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:
  1. https://electricvdome.ru/avtomaticheskie-vikluchateli/pochemu-vybivaet-avtomat-v-shhitke.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 3113 (13%)
  2. https://YaElectrik.ru/jelektroshhitok/pochemu-vybivaet-avtomat: использовано 4 блоков из 4, кол-во символов 10241 (43%)
  3. https://electrik-ufa.ru/avtomaty/pochemu-vybivaet-nol-na-avtomate: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 10545 (44%)

Выбивает пробки или автомат: в чем проблема

На чтение 7 мин. Просмотров 8.9k. Обновлено

Александр Георгиевич Кондратьев

По образованию инженер-электрик, работал электронщиком, главным инженером на пищевом предприятии, генеральным директором строительной организации.

Каждый человек попадал в ситуацию, когда в доме гаснет свет. Причиной часто бывает  аварийное отключение автоматов. Не все могут разобраться, почему выбивает пробки возле электрического счетчика.

Как работают автоматические выключатели

До недавнего времени вводные щиты комплектовались плавкими предохранителями или пробками. После перегорания требовалась их замена.

Так как нагрузки в домах были небольшие, в щитах были смонтированы два плавких предохранителя. Один защищал фазу, а второй был смонтирован на нулевом проводе.

Сейчас в щитах монтируются автоматические выключатели. Они обеспечивают защиту линии и бытовую технику от перегрузки и короткого замыкания. В щите их устанавливают несколько,для защиты конкретной линии.

Например, один защищает линию электроосвещения, а другой стиральную машину и т.д. Таким образом, легко определить, где произошла неисправность.

Каждый автоматический выключатель:

  • Может отключаться определенное количество раз. Это зависит от типа и производителя;
  • Срабатывает при превышении номинального тока за определенное время. То есть его выбивает не сразу, а по прошествии некоторого времени, если в сети имеется нагрузка, превышающая номинальную;
  • Имеет конечное значение тока короткого замыкания. Этот параметр указывается на корпусе автомата.

Конструктивно выключатель совмещает два уровня защиты. При превышении нагрузки нагревается биметаллическая пластина. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее нагреется пластина, и сработает защита.

Если произошло короткое замыкание в сети, ток резко возрастает и срабатывает электромагнитный расцепитель. В результате предохранитель за доли секунды обесточивает линию.

Кроме автоматических выключателей на щите монтируют устройства УЗО. Эти приборы отключают линии при утечках тока, которые превышают нормативные. Они рассчитаны на токи утечки равные 30 мА, а в помещениях с повышенной влажностью монтируют УЗО с током отключения 10 мА.

Возможные причины частого срабатывания

Исправные электрические сети рассчитаны работать длительное время. Однако в жизни возникают ситуации, когда происходит срабатывание автомата. Если это единичный случай, то не стоит паниковать. Но при регулярном срабатывании необходимо определить неисправность.

Вероятными причинами могут быть:

  • Отказ самого автомата. Он возможен в случае использования дешевых или не качественных комплектующих китайского производства;
  • В защищаемую линию включена нагрузка, мощность которой превышает допустимую. То есть в сети присутствует перегрузка;
  • Повреждение линии. В результате возникает короткое замыкание. Дефект устойчивый и требует немедленного устранения;
  • Плохой контакт. Он может быть в любом месте. Например, в месте подключения провода к автомату, розетке, вилке бытового прибора и т. п.;
  • Единичные отключения происходят при перегорании лампы накаливания или скачке напряжения в сети;
  • Выбивать может и при включении оборудования, которое использует электродвигатель. При пуске возникают большие пусковые токи. Если выключатель подобран неправильно, то это может стать вероятной причиной отключения;
  • Причиной срабатывания может стать повышенная температура в щите. Но эта неисправность возникает крайне редко, в случае если щиток смонтирован в зоне повышенной температуры.

Перегрузка сети

Вероятной причиной, когда срабатывает устройство защиты, является перегрузка сети. Появляется выбивающий ток. Он возникает при подключении мощной нагрузки к одной линии.Например, к одной розетке подключили стиральную машину, электронагреватель, приемник.

Через некоторое время автомат выключится. Не следует сразу включать устройство защиты. Ему необходимо время, чтобы вернуться в рабочее состояние. То есть биметаллическая пластина должна остыть.

Только после этого его можно включить в работу. Но перед этим следует распределить нагрузку по другим линиям.

Коротит электропроводка

Если происходит короткое замыкание в электропроводке, на щите мгновенно выбивает автомат. При попытке повторного включения он не включается. Даже через некоторое время его выбивает.

Неисправность требует немедленного решения. Если ее не исправить, то дом останется без света до устранения дефекта.

Эта неисправность может привести к пожару или поражению электрическим током. Если у собственника нет необходимого навыка или ему не удалось устранить неисправность, следует вызвать специалиста.

Неисправность бытовой техники

Срабатывание приборов защиты может спровоцировать неисправность бытовых приборов. Обычно неисправность проявляется в момент подключения устройства к сети.

При обнаружении неисправного прибора его обесточивают. А в розетку подключают исправный прибор. Если после этого защита не срабатывает, это говорит о неисправности первого прибора и его необходимо ремонтировать.

Как устранить неисправность и включить свет

Если у собственника нет необходимого опыта в ремонте электропроводки, то рекомендуется немедленно вызвать специалиста. Он произведет диагностику, выявит неисправный узел и отремонтирует.

Не следует шутить с электричеством. Неисправная проводка может привести к пожару или поражению электрическим током.

При наличии минимальных знаний проверку проводят по следующему алгоритму:

  • Отключают все приборы и освещение;
  • Производят осмотр проводки и состояние автоматов в щите. Не должно быть запаха гари, а все автоматы должны быть холодными на ощупь;
  • Повторно подают напряжение через электрощиток. Если все нормально, постепенно подключают нагрузку. Выявляют неисправный прибор и его отключают. Если самостоятельно невозможно произвести ремонт, его отдают в мастерскую.

Хуже обстоят дела при возникновении короткого замыкания электролинии. Здесь требуются специальные знания, а иногда и специальные приборы. В этом случае целесообразно вызвать электрика.

Нередко неисправность возникает из-за поломки автомата. Отказавшее комплектующее заменяют новым. При осмотре обращают внимание на надежность подсоединения проводов. Ослабленные крепления подтягивают.

Подбираем защитное устройство

Неправильно рассчитанное устройство защиты может привести к плачевным результатам. Это может быть регулярное отключение автомата или, что хуже, произойдет возгорание проводки. Что приведет к пожару в помещении.

При выборе номинала автоматического выключателя руководствуются сечением провода, которым разведено электричество по квартире или дому. Учитывают материал, из которого изготовлены проводники, и способ прокладки.

В старых постройках электропроводка выполнялась алюминиевыми проводами и часто прокладывалась открытым способом. Сейчас применение алюминиевых проводников для обеспечения электроэнергией домов или квартир запрещено.

Для этих целей используют медные проводники. Существующую проводку меняют редко. Поэтому и подбор средств защиты производят по сечению проложенных проводников.

Для этого:

  • По таблице подбирают подходящий автомат по току. Но он должен быть равен или меньше допустимого тока проводника;
  • Рекомендуется одновременно распределить нагрузку на группы. Защитить их самостоятельными приборами;
  • Общий автомат должен иметь значение тока больше, чем у других, а остальные меньшее. Что гарантирует защиту от перегрузок.

Подбор устройства отключения должен производиться, исходя из конкретных условий. От правильно рассчитанного и подобранного устройства зависит сохранность бытовых приборов, безопасность проживающих в доме людей и пожаробезопасность.

Как включить электричество на счетчике

Правилами безопасной эксплуатации электроустановок запрещается подключать нагрузку непосредственно на счетчик без коммутационных устройств. Нагрузку подключают в щите, где смонтированы предохранители.

Схема подключения должна иметь следующий вид:

  • К дому или квартире подводится электроэнергия;
  • Она подключается непосредственно к счетчику через автомат;
  • Счетчик и автомат помещается в отдельный бокс и опечатывается;
  • Монтируется общее устройство отключения;
  • К нему подходят линии защищающие свет, розетки, стиральную машину и приборы, смонтированные на кухне;
  • Каждая нагрузка должна быть защищена своим предохранителем.

При этом должна соблюдаться последовательность отключения предохранителей. Первыми должны отключаться автоматы защиты нагрузки. А общий автомат должен выключить всю электроэнергию, обеспечив защиту электросчетчика.

Полезная статья? Оцените и поделитесь с друзьями! 

Выбивает автомат (причины, что делать)

Каждый проживающий в частном доме либо квартире сталкивался с ситуацией, когда в жилище неожиданно прекращается подача электроэнергии, причем у соседей в это время все исправно. Сначала следует проверить расположенные в щитке автоматические приборы, так как именно они в большинстве случаев являются причиной выключения домашней сети. Читайте также статью ⇒ Защита от короткого замыкания.

Причины отключения

Причинами выключения автовыключателей могут быть различные факторы, начиная от неисправности самого прибора до проблем с электропроводкой или прибором.

Выбивание автоматов может происходить в силу множества причин, зависящих от различных факторов

Перегрузка сети

Если в щитке установлен автовыключатель на 25А, а в сеть одновременно включена нагрузка, превышающая эту величину, то вполне логично предположить, что спустя некоторое время произойдет отключение прибора. Таким способом обеспечивается защита проводки от перегревания и последующего воспламенения.

Одной из причин периодического отключения автомата является слишком большое количество подключенных электроприборов

Как определить, что прибор выключился именно из-за перегрузки? Скорее всего, устройство подключится вновь и заново отключится спустя небольшой временной промежуток. Процесс будет повторяться до тех пор, пока из розетки не выключится какой-либо электроприбор.

Совет №1: В таком случае крайне нежелательно заменять автомат на иную модель, с большим номиналом. Лучшее решение — устроить отдельную проводку и группу розеток запитать от нее на дополнительный автовыключатель.

Читайте также статью ⇒ Что такое короткое замыкание и перегрузка сети?

Короткое замыкание

Причинами возникновения короткого замыкания могут быть:

  • неисправность подключенных к сети приборов;
  • повреждение домашней электропроводки.

Автомат отключается при коротких замыканиях, но при включении — мгновенно отключается вновь. Если причина кроется в неисправности электроприбора, то проблема решается достаточно просто — его следует отключить от питания. Когда приборов одновременно подключено несколько, то придется поочередно отключать их от сети до тех пор, пока автомат заново не включится.

Если выбивается автовыключатель по причине короткого замыкания в электропроводке, то поиск и устранение неисправности займет гораздо больше времени. При наличии в щитке вводного автомата и нескольких отводящих, но при этом выбивает только вводный прибор, то, скорее всего, замыкание следует искать в самом щитке. При выбивании отходящих устройств, следует выяснить, для питания какой именно группы он установлен и отключить либо группу розеток, либо группу освещения.

Срабатывает автомат группы розеток

В первую очередь следует вынять из розеток вилки всех подключенных электроприборов и попытаться включить автомат. Если устройство снова выбило, необходимо раскрыть все распредкоробки и розетки. 9 из 10 всех неисправностей связано с местами соединений контактов.

Если при визуальном осмотре никаких результатов в поиске добиться не удалось, необходимо заняться разъединением проводов в распредкоробках. Затем при помощи мультиметра придется прозвонить диоды — один щуп прибора соединяется с нулевой жилой, а второй — с фазной. Если замыкание обнаружено, мультиметр подаст звуковой сигнал, а на его дисплее отобразится сопротивление, равное нулю.

Таким нехитрым способом можно выявить отрезок поврежденной проводки на участке от распредкоробки до розетки либо меду двумя смежными коробками. Для включения автовыключателя потребуется отсоединить неисправный участок и по возможности заменить его.

Отключение автомата группы освещения

Для поиска повреждений в первую очередь необходимо отключить все осветительные приборы. Если автомат включился после этого, то следует выполнить поочередное отключение осветительных приборов. На поврежденном устройстве автомат снова выбьет.

Теперь остается только определить, в каком именно месте находится повреждение или дефект. Светильник следует разобрать, снять патрон и сам выключатель. Если замыкание происходит внутри самого осветительного устройства, причины его будут хорошо заметны невооруженным глазом.

Если причина кроется в группе освещения, необходимо искать причину в светильнике

Если же в светильнике ничего не обнаружено, причина может заключаться только в проводке — на участке от прибора до выключателя. Проверяется место расположения неисправности при помощи мультиметра.

Автомат отключается из-за собственной неисправности

Автомат может отключаться по причине наличия в нем некачественных деталей либо недостаточно хорошей сборки. Наиболее распространенный вариант неисправности автомата — не выдерживание производителем параметров теплового расцепителя. При этом заявленный параметр на 25А не соответствует действительности. Проверить параметры автомата можно при помощи токоизмерительных клещей, определив фактическую нагрузку.

Случай отключения автомата из-за собственного дефекта не такой уж и редкий

Если дома токоизмерительных клещей нет в наличии, то можно на некоторое время перебросить провода с подозрительного прибора на другой, сомнений в параметрах и работоспособности которого нет сомнений, и заново определить все показатели под нагрузкой.

Совет №2: Чтобы избежать подобной ситуации необходимо покупать автоматы только от проверенных производителей.

Выбивает автомат с УЗО

Автомат с УЗО может выбивать из-за системы электропитания по следующим причинам.

  1. Недостаточная емкость защитного устройства, низкое качество его сборки либо некорректное выполнение его регулировки. Это вариант является самым распространенным, отключение УЗО возможно даже при выполнении стиральной машинкой любой своей функции, даже такой наименее энергоемкой, как слив воды. Для решения такой проблемы необходимо либо заменить сам автомат либо корректно выполнить его регулировку. Читайте также статью ⇒ Способы заземления стиральной машины в квартире и частном доме.
Отключение может произойти и при выполнении стиральной машинкой своих функций
  1. Слишком высокая нагрузка на счетчик. При подключении к сети стиральной машинки в таком случае потребуется отключение других мощных потребителей тока, например, электрическую плиту. кондиционер либо СВЧ-печь.
  2. Повреждения электропроводки либо розетки. Для проверки и обнаружения причины потребуется подключение прибора с примерно такой же мощностью. Если автомат с УЗО выбивает повторно, значит, причина кроется в проводке.

Замена либо регулирование УЗО должны выполнять специалисты. В противном случае при самовольном вмешательстве в конструкцию и настройки автомата, пробок либо счетчика возможен перегрев электросети и ее возгорание.

Почему выбивает без подключенной нагрузки?

Часто в индивидуальных домах и квартирах автомат выбивается даже без какой-либо подключенной нагрузки без причин. Помимо уже приведенных факторов, приводящих к отключению, такая ситуация может возникнуть по причине перегружения розеточной группы.

При разработке проекта и прокладке проводки с идеальной точностью определить нагрузку на каждую из групп розеток невозможно. Как правило, на любую группу из 3-4 розеток устанавливается один автовыключатель. Но при установке мощного защитного прибора, величина номинального тока имеющихся розеток существенно снижается.

Перегрузка при этом возникает, если к одной группе розеток единовременно подключаются утюг, электроплита, микроволновая печь и любые другие мощные приборы. В итоге автовыключатель обязательно сработает. Такие случаи можно исключить только способом распределения мощной нагрузки равномерно по нескольким группам розеток. Если же такая возможность отсутствует, то включение в сеть нескольких мощных потребителей следует исключить и подключать их поочередно.

Причины отключения дифавтоматов

Дифавтомат предназначен для обесточивания сети по тем же причинам, что и обыкновенный в тех случаях, когда произошло короткое замыкание или проводка сильно перегревается. Но так как в его конструкции, помимо расцепителей, присутствует еще и УЗО, то дифавтомат срабатывает также и на ток утечки, потому выявить причины его сработки — дело не такое уж и простое.

Совет №2: При сработке дифавтомата без видимой на то причины следует провести самую тщательную проверку, заключающуюся в следующем.

Сначала нужно осмотреть размыкатель, при необходимости подтянуть клеммы. Далее проверяется состояние проводки в распредщитке. Касание фазной жилой находящегося под заземлением стального корпуса щитка может служить причиной сработки дифавтоматом, хотя к замыканию привести не может.

При возникновении короткого замыкания дифференциального автомата может возникнуть сильное искрение

Если в щитке не обнаружено каких-либо неисправностей, делаем вывод о том, что в электрической цепи имеется утечка тока. Причинами утечки могут быть:

  • неисправность самого прибора;
  • замыкание между собой нулевой фазы и жилы защитного заземления;
  • сильная грозовая активность, приводящая к выбиванию дифавтомата;
  • изношенность изоляции электропроводки, при которой утечка тока происходит сквозь микротрещины даже без перегревания кабеля;
  • западание тестовой кнопки;
  • неверная установка устройства с нарушением схемы подключения.

Дифавтомат необходимо периодически проверять нажимом кнопки «Тест» при неподключенной нагрузке.

Работоспособный аппарат должен при этом отключиться. Если дифавтомат продолжает функционировать, то это свидетельствует о неисправности защиты. В таком случае прибор подлежит замене.

Оцените качество статьи:

все основные причины и их устранение

Летом чаще всего выбивает автомат защиты любого типа (см. далее) домовой/квартирной электропроводки. Причины – рост энергопотребления бытовой техникой, повышенная температура и влажность воздуха в сочетании с характерными именно для летнего периода колебаниями напряжения сети электропитания. Зимой защитная автоматика срабатывает чаще всего при включении излишне мощных электронагревательных приборов, а межсезонье время в общем-то аварийно-спокойное.

Настоящая публикация рассчитана прежде всего на обычных жильцов, не электриков и электротехнических работников. Мы постараемся пояснить, что нужно делать, если в квартире/частом доме выбивает пробки (пробочные электрические предохранители), автомат защиты по току (защитный автомат или просто автомат) и устройства защитного отключения напряжения при утечке тока с фазного провода (дифференциальный автомат или просто дифавтомат либо устройство защитного отключения – УЗО), или устройство защиты от перенапряжения сети (токовое реле).

Также далее изложено, как самостоятельно определить источник предаварийной ситуации с точностью до розетки или электроприбора. Ремонт «виновных» – холодильников, стиральных машин, электронагревателей воды (бойлеров) и пр. потенциально аварийных устройств это отдельный круг тем, также как и устройство защитного заземления для них. Особо рассмотрены вопросы, что делать, если выбивает УЗО, т.к. эти устройства не дублируют токовую защиту и в быту появились сравнительно недавно.

Примечание: защитное заземление – единственный способ обеспечить себе 100% электробезопасность. Самая совершенная защитная автоматика только снижает вероятность поражения электротоком в аварийных и предаварийных ситуациях до некоторой весьма малой, но не нулевой величины.

Что нужно знать заранее

Первое, если у вас выбило пробки старого типа с плавкими вставками, ни в коем случае не ставьте в них «жучки», но сейчас уже не только по соображениям безопасности. Современная бытовая техника насыщена электроникой. Загрубление плавкого предохранителя источник неполадок не ремонтирует и не устраняет. Включение чего угодно – от планшета до утюга и стиралки – в неисправную сеть может стоить ремонта многократно более дорогого, чем покупка пары-двух пробок-автоматов, вполне заменяющих автомат токовой защиты.

Второе, до определения причины срабатывания автоматики защиты все, что включено в розетки или через штатные выключатели, должно быть отключено. Отключения и пробные включения производятся только на обесточенной проводке последовательно по потребителям: выключаем общий автомат (см. далее) или пробки-автоматы, вынимаем все вилки из розеток, выключаем выключатели. Нужно проверить какой-то прибор или светильник – включаем в розетку или выключателем, включаем общий автомат или пробки. Требуется для проверки подключить следующий прибор, или светильник – снова выключаем общую автоматику, подключаем и т.д.

Подручные средства для проверки наличия напряжения в розетках

Третье, предположим, что у вас нет тестера, индикатора-фазоуказателя и вы вообще представления не имеете, что это такое. В таком случае проверить наличие напряжения в квартире при пробном включении, не рискуя собой и дорогой техникой, можно с помощью зарядного устройства для телефона со световым индикатором (слева на рис.) или светодиодного фонарика с подзарядкой (справа). Зарядку включают в розетку без телефона, а фонарик – не включая света. Ни в каких нормативных документах возможности использования этих устройств в таком качестве не предусмотрено, но для дилетанта они даже безопаснее индикатора фазы и тестера: ухватиться по неопытности за оголенную часть щупа или пытаться померять напряжение тестером, включенным на измерение тока, невозможно. Сами «квази-индикаторы» на аварийной сети могут выйти из строя (проводники внутри них очень тонкие), но они недороги и ремонтопригодны. Однако мы забегаем вперед, сначала нужно добраться туда, где выбило.

ВЩ и ЩА

Защитная автоматика в квартире чаще всего монтируется рядом с электросчетчиком на вводном щите ВЩ. Если защита пробками, ВЩ может быть совершенно допотопным (поз. 1 на рис.), халтурно сделанным, поз. 2, но рядом с ВЩ всегда найдется распределительная коробка (дозатор, «доза», показано красной стрелкой). Из дозатора расходятся ветви проводки по комнатам. Так вот, открывать дозатор, не будучи электриком, нельзя. Источник неисправности в таком случае нужно искать пробными включениями (см. выше и далее).

Вводные щиты и щит автоматики в квартире

В квартире с ВЩ современного типа (поз. 3) поиск, отчего защиту вышибает, начинается в перебора ветвей проводки: они включены через отдельные автоматы на токи меньшие, чем общий (главный). В таком случае сначала выключают автоматы ветвей, включают главный автомат, и, включая по очереди автоматы ветвей, находят неисправную, а ее уже проверяют, как в пред. случае. Если квартирные счетчики на лестничной клетке, то вместо ВЩ в прихожей будет щит автоматики ЩА. В таком случае труднее будет найти причину срабатывания защиты по реактивности, см. далее.

Примечание: УЗО (показаны зелеными стрелками) во время проверки на ток должны быть включены. Проверку на утечку производят прежде, чем на перегрузку по току, т.к. утечка опаснее для людей.

Причины срабатывания защитной автоматики

Автоматика защиты в большинстве случаев срабатывает по следующим причинам:

  1. Проводка перегружена – постоянно выбивает пробки или токовый автомат. Нужно проверить соответствие их номинального тока реально потребляемому, а величину последнего – норме потребления мощности, см. далее;
  2. Кратковременные перегрузки при включении мощных потребителей либо вследствие колебаний напряжения сети – защиту выбивает нерегулярно, чаще всего при включении какого-то прибора;
  3. Мгновенные перегрузки по току за счет пусковых токов устройств бытовой техники – часто выбивает пробки в момент включения приборов с электромоторами; прежде всего – холодильника, см. также далее;
  4. Утечка тока по фазному проводу – выбивает УЗО, чаще всего при включении стиральной машины, бойлера, света в ванной, подвале и др. приборов во влажных помещениях;
  5. Выбило автоматику, токовую или УЗО, и не включается – короткое замыкание либо замыкание фазы на землю. Скорее всего, из-за неисправности какого-то из приборов, но возможна и неисправность проводки, напр., вследствие замокания. Очень редко – неисправность самого защитного автомата;
  6. Выбило реле напряжения – напряжение в сети вышло за пределы допустимого.

Перегрузки

Допустим, у вас вылетели пробки в момент включения какого-то из приборов. На защитных автоматах всегда обозначается их номинальный рабочий ток; точнее – его эффективное значение. Амплитудное в 1,4 раза больше, но в сети 50 Гц длительность полуволны напряжения 10 мс, а время срабатывания электромеханической автоматики ок. 30 мс, так что об амплитуде тока пока не думаем.

Далее, 1 кВА потребляемой мощности при эффективном напряжении 220 В означает ток 4,55 А. Норма потребления городской квартиры – 3,5 кВА; защита ставится на ток 16 А. Покупать пробки на 25 А и более смысла нет, т.к. в щитке на лестничной клетке стоят автоматы на 16 А, хозяин которых – эксплуатант дома. Для частного дома норма потребления 5 кВА, защита на 25 А. На особняки, таунхаузы, коттеджные поселки и др. дорогое жилье норма потребления по умолчанию 10 кВА и защита на 50 А, но там платят за электричество по повышенному тарифу. А теперь посмотрим, что сколько в квартире может «намотать» до выбивания защиты:
  • Холодильник – 0,1-0,5 кВА, но в момент пуска (как захолодит) потребляемый ток увеличивается в 5-7 раз. При том же напряжении мощность от сети на 1-5 с уйдет 0,5-3,5 кВА. Срабатывание УЗО возможно в момент пуска от реактивности, см. далее.
  • Стиральная машина – ток потребления примерно как у холодильника, в т.ч. пусковой. Однако, если срабатывает не токовая защита, а УЗО, то причину нужно искать прежде всего здесь.
  • Водонагреватель – бойлеры на 50 л снабжаются ТЭНами на 1,2-1,5 кВА; 100-150 литровые – на 2-3 кВА. Ток потребления при нагреве стабилен. Второй по частоте источник срабатывания УЗО.
  • Компьютер, плоский телевизор и др. приборы с импульсными блоками питания (ИБП). Токовая защита их чаще всего «не видит», т.к. потребляемая мощность невелика, но УЗО они могут заставить сработать от емкостной утечки на корпус.
  • Микроволновка также стабильно берет 1-2,5 кВА, в зависимости от ее типа.
  • Кондиционер по потребляемой мощности примерно равен микроволновке, а его пусковой ток в 2-3 раза больше рабочего.
  • Утюг – старые делались на 1 кВА; теперь стандартная мощность утюга с отпариванием 2,2 кВА.
  • Современный пылесос – рабочая потребляемая мощность ок. 1,2-1,6 кВА, но пусковая в 2-3 раза выше. При засорении насадки или, допустим, засасывании в нее ковра рабочая мощность может возрастать до пусковой.
  • Электроплита – у настольной потребляемая мощность как у утюга, а все блины стационарной плюс духовка возьмут 6-10 кВА. Велика вероятность утечки и срабатывания УЗО вследствие нарушения изоляции от высокой температуры.

Итак, прежде всего смотрим, что было включено в момент выбивания, и не было ли перебора по мощности. Если да – отключаем какой-то из приборов, напр. бойлер. Кстати, водонагреватель, стационарная электроплита и, весьма желательно, стиралка должны быть включены через отдельные автоматы и УЗО, даже если ВЩ старого типа с пробками.

Следующий момент – пылесос. Выключаем его, пробуем включить главный автомат. Все в порядке? Включаем пылесос. Не выбивает? Работаем аккуратнее и, желательно, на время уборки отключаем самые мощные приборы, напр. бойлер.

Возможна и такая ситуация: ничего по сравнению с прежним не изменилось, но при включении современного холодильника с саморазморозкой вышибает защиту. Скорее всего, в нем скрытая неисправность: вышел из строя или «расконтачился» пусковой электрический конденсатор. Холодильник будет холодить, двигатель компрессора все равно запустится от пусковой обмотки, но пусковой ток и длительность процесса запуска возрастут. Если пусковой конденсатор не полностью вышел из строя, а потерял емкость, ситуация может быть нерегулярной. Вдруг на счетчике с аварийными индикаторами (см. далее) в таком случае подмигивает «Реверс» или «Возврат», то на 99% виноват пусковой конденсатор.

С микроволновкой возможно нечто подобное из-за колебаний напряжения сети. Магнетрону, греющему своим излучением продукты, требуется стабильное электропитание, поэтому источник питания (ИП) хороших мироволновок строят по принципу бустера: при падении напряжения сети ток потребления пропорционально возрастает. Норма колебаний напряжения сети – 185-245 В, но многие модели микроволновок рассчитаны на их пределы 195-235 В. Т.е. получается, что сетевое напряжение вроде еще в норме, но микроволновка берет уже больше ее паспортной мощности.

Утечки и реактивность

УЗО в продаже есть, в общем, 2-х систем: электромеханические дифференциальные автоматы, или просто дифавтоматы, и электронные; последние нередко и называют УЗО, чтобы отличить их от дифавтоматов. Те и другие реагируют на разность токов в фазном и нулевом проводах, но дифавтомату она для срабатывания нужна в 30 мА, а срабатывает он прим. за 10-30 мс. Электронные УЗО быстрее и чувствительнее.

Если вы только собираетесь ставить УЗО, то важно будет знать, что в сетях электропитания с глухозаземленной нейтралью (в РФ такая) электронные УЗО в принципе не способны стабильно работать: они предназначены для сетей с изолированной нейтралью. Как при покупке или выборе в интернете различить дифавтомат и электронное УЗО, см. видео:

Видео: отличие дифавтомата от УЗО

Примечание: типовая схема снабжения проводки дифавтоматами такова. После главного токового автомата ставят общее УЗО на общий номинальный ток потребления. Его выход разветвляют на 2 УЗО с меньшим током. К одному из них подключают осветительные и розеточные ветви, а к другому – всех «мокрых» потребителей – стиралку, бойлер, ванную, подвал – каждого через свой токовый автомат. Такое решение обеспечивает большую четкость срабатывания электромеханических УЗО, т.к. наиболее вероятные утечки суммируются.

Помимо утечки, любое УЗО может сработать вследствие несовпадения фаз напряжения и тока в цепи, это т. наз. сработка по реактивности. Если, напр., в холодильнике «отвалился» пусковой конденсатор, то сработка дифавтомата весьма вероятна, а электронное УЗО выбьет обязательно. То же произойдет, если микроволновка или другой прибор с ИП бустерного типа работает на пониженном напряжении. Подробнее о причинах срабатывания УЗО можно узнать из следующего ролика:

Видео: причины срабатывания УЗО
Как поймать реактивность и утечку

Единственная возможность без специальных приборов и образования определить, отчего срабатывает УЗО – электросчетчик с индикаторами земли и реверса, поз. 1 на рис. справа. зеленые стрелки. Если при срабатывании УЗО на мгновение вспыхивает «Земля», это утечка. Если «Реверс» – реактивность. Только не путайте аварийные индикаторы с оптическими портами многотарифных счетчиков, поз. 2, красная стрелка.

Электросчетчики с аварийной индикацией и оптическим портом для программирования

КЗ

Если по отключении всех приборов выбитый автомат все равно не включается, то проверить проводку на короткое замыкание (КЗ) можно описанными выше «квази-индикаторами»: зарядку или фонарик включают в сеть и пробуют включить автомат. Если «лампочка» (светодиод) зарядки или фонарика хоть чуть мигнут, наверное, неисправен автомат – его контакты не фиксируются в замкнутом положении. Если же «квази-индикатор» при этом не подает признаков жизни – скорее всего, КЗ или обрыв проводки.

О прозвонке проводки

ИБП современной бытовой техники полностью от сети сами не отключаются никогда. Поэтому, если вы электрик и собираетесь прозванивать проводку индукционным мегомметром (меггером), не забудьте вынуть все вилки из розеток. Иначе стоимость ремонта погоревшего может приблизиться к стоимости замены проводки.

Пере- и недонапряжение

Реле напряжения и бытовой указатель напряжения электросети

Весьма и весьма желательно дополнить свой ВЩ реле напряжения (слева на рис.), обесточивающим всю проводку при выходе напряжения сети за заданные пределы. В последнее время защита от перенапряжения стала особенно актуальной: вследствие насыщения быта мощными электроприборами участились случаи отгорания нулевого провода. При этом проводка оказывается под напряжением свыше 300 В. Реально – 320-360 В; теоретически – под фазным напряжением 380 В. Это не только смертельно опасно, но и вызывает массовое сгорание, в прямом смысле, дорогостоящей техники.

Если реле напряжения не по карману, или поставить его нет возможности, спасти от отгорания нуля может индикатор напряжения сети (справа на рис.). Его держат в розетке, ближайшей к счетчику. При срабатывании любого из устройств защиты все вилки вынимают из розеток, светильники выключают, и пробуют включить выбитый автомат. Вдруг на табло мигнуло более 245 В – немедленно вызывают аварийщиков и оповещают соседей.

Пробочная специфика

В квартире с проводкой, защищенной пробками-автоматами, возможна и такая ситуация: пробки включены, «лампочка» на счетчике показывает, что подвод сети есть, а в розетках – ничего. Не торопитесь тогда прозванивать проводку, проверьте сначала пробки. Их ремонт возможен, никак не в ущерб технике безопасности, своими силами без опыта.

Крышки пробок-автоматов снимаются, если вывинтить всего 1 болтик, бирюзовая стрелка на рис. Затем смотрим, как припаян к ламели «холодный» конец токовой обмотки. При некачественной сборке он будет припаян встык, и тогда «горячий» конец обмотки оказывается в опасной близости к ламели, красные стрелки. В опасной – потому, что, если горячий конец закоротит на ламель, пробка превратится в «жучка» и ни от чего не защитит. А пайка встык нередко разваливается, и вроде бы включенная пробка ток не пропускает.

Устройство и возможная неисправность пробки-автомата

Вдруг пайка отвалилась, нужно немного наклонить и повернуть обмотку; ток срабатывания от этого не изменится. Но теперь можно холодный конец обмотки загнуть крючком, обвести вокруг ламели и надежно припаять, а горячий конец отогнуть подальше от ламели, красные стрелки.

Примечание: при обратной сборке пробки-автомата проследите, чтобы включающая кнопка (толстая) встала в пазы как надо. Если ее перевернуть на 180 градусов, кнопка под нажатием уйдет в корпус без щелчка, а контакты не замкнутся.

Главное – профилактика

В заключение посмотрим, как должна быть устроена электропроводка в квартире, чтобы автоматы и пробки выбивало как можно реже. Главное тут – включать защитную автоматику ради грошовой экономии только в разрыв фазного провода, как справа на рис. – грубейшая ошибка.

Правильное и неправильное включение защитной автоматики в квартирную электропроводку

Во-первых, в некоторых аварийных ситуациях на сети с глухозаземленной нейтралью на нулевом проводе возможно появление фазного напряжения; чем это чревато – см. выше. Во-вторых, и от проблем с электриками такое включение на гарантирует: если ноль проводки цельный, то есть способы воровать электричество. Пусть это делал кто-то на стороне, но диспетчер заметит, а доказывать инспектору, что верблюд это не вы, достанется вам.

Любая защитная автоматика должна разрывать при срабатывании все подходящие проводники (в сетях с глухозаземленной нейтралью – 2, фазу и ноль), это первое. А второе, все потенциально аварийные устройства и приборы должны включаться каждое через свой автомат токовой защиты, слева на рис. Если же вы живете в многоквартирном доме, устроить контур защитного заземления для которого нет возможности, эти правила должны соблюдаться неукоснительно.

***

© 2012-2020 Вопрос-Ремонт.ру

Загрузка…

что еще почитать:

Вывести все материалы с меткой:

Почему выбивает автомат у дизельного генератора?

Главная — Полезные статьи-Почему выбивает автомат у дизельного генератора?

Дизельный генератор часто используется для загородных домов, на стройках и т. д. Он позволяет проводить работы при отсутствии электричества. Аппарат обладает высокой мощностью. Если пользователи не пренебрегают правилами эксплуатации, то генератор работает дольше без поломок. Но все равно иногда у дизельного устройства возникают неполадки.

Также появилась возможность взять генератор в аренду. Она может быть полезной для людей, которые хотят взять устройство на время.

Оборудование представляет собой сложную систему, поэтому некоторые неисправности нельзя устранить самостоятельно, для этого потребуется помощь квалифицированных специалистов. Людям, которые желают приобрести аппарат, необходимо знать, по каким причинам генератор может быть неисправен, почему есть проблемы и как их можно устранить.

Дизельный аппарат разделяется на две части – дизельный привод и генератор, который вырабатывает электричество. Поломки обычно относятся к одной из этих двух частей. Какие неполадки могут возникнуть?

 

Существует несколько видов неисправностей:

Неисправности электрической части

 Например, аппарат работает нормально, не вырабатывает электроэнергию, это происходит по ряду следующих причин:

●       Повреждение электропроводки, окисление контактов – чтобы устранить поломку, необходимо выполнить проверку всех проводов, их состояние и, если нужно, провести зачистку контактов;

●       Устарели графитовые щетки – владельцу требуется заменить старые щетки на новые;

●       Отключение автомата из-за перегоревших пробок – снова попытаться включить автомат и сменить плавкую ставку пробок;

●       Нарушение обмотки устройства – понадобится смена ротора, либо, как вариант, можно приобрести новый аппарат;

●       Проблемы с автоматикой и системой защиты – в этом случае помочь смогут только специалисты.

Если выбивает автомат электросети

●       Мощность превышает допустимую норму из-за бытовой техники – нужно отключить часть приборов;

●       Плохо работает автоматика генератора – в данной ситуации потребуется помощь специалистов.

Во время работы устройства чувствуется запах гари

●       Проблема с проводкой – требуется проверить ее состояние, и если неисправность найдена, необходимо заменить старый провод на новый;

●       Кабели, которые подключили электростанцию, повреждены – производится замена кабелей.

Есть много других видов неисправностей дизельного генератора, многие из них сложные и требуют вмешательства профессионалов. 

Почему боксеры «нокаутируют»? »Science ABC

Я был готов посмотреть основные моменты боя между претендентом Конором МакГрегором и чемпионом Хосе Альдо за титул чемпиона UFC в полулегком весе. Я записал поединок, потому что не хотел вставать рано утром. С бутербродом и холодным чаем в одной руке с дистанционным управлением в другой я нажал кнопку воспроизведения. Поединок начался, история должна была закрываться.

Бац!… .Чтобы закончился бой, потребовалось 13 секунд. После нескольких позиционных движений Хосе совершил левый джеб, и прежде чем он смог его завершить, МакГрегор смог нанести быстрый левый удар в челюсть.Комментатор закричал: «Все кончено !!!». Я сел, опустив челюсти. Я с нетерпением ждал долгой и интригующей битвы, но все, что у меня получилось, это 13 секунд щадящего действия и один точный левый хук. Я даже не начал с бутерброда.

Как можно выложить человека, который готовился к бою более 6 месяцев, всего за 13 секунд? Это то, что в боевых видах спорта называется нокаутом или «нокаутом». Рефери остановил бой, потому что … ты почти мертв !!

Что такое «нокаут»?

«Нокаут» можно охарактеризовать как ощущение дезориентации.Это может быть нечеткое зрение, потеря координации конечностей, нарушение равновесия или онемение тела. Эти ощущения усиливаются, когда человек получает серию ударов руками, ногами, локтем или коленом, пока не будет нанесен нокаутирующий удар, и, наконец, он не потеряет сознание.

Ваш мозг — это мягкий мягкий орган, расположенный внутри черепа. Он залит кровью и связан с вашим черепом несколькими артериями, нервами и венами. Это очень нежная, хрупкая часть вашего тела и одна из причин, по которой вы можете прочитать этот пост и понять.

(источник: scifighting.com)

Возьмите кусок желе и положите его в стакан. Немного встряхните. Вы обнаружите, что желе могло немного потерять форму, может быть, даже раскололось на несколько частей. Это то, через что проходит ваш мозг, когда ваша голова получает сильный удар.

Когда боец ​​получает сильный удар, внутри головы трясется мозг. Сетка нервов и кровеносных сосудов, связанных с мозгом, также перемещается. Это движение может быть вызвано не одним ударом.Это также может быть серия ударов, которая приводит к значительному движению мозга внутри вашего черепа, как желе внутри стакана.

(источник: tytnetwork.com)

Это вызывает движения головного мозга и ствола мозга, что приводит к полному зависанию некоторых функций. Если вы уроните консоль или телефон, он может зависнуть, и вам, возможно, придется подключить его снова или перезагрузить. Ваш мозг делает то же самое. Он отключается на некоторое время, в результате чего вы теряете все движения тела и перезагружаетесь.

Вам не нужны большие мускулы или огромная сила, чтобы кого-то нокаутировать. Как говорит Конор МакГрегор, «точность важнее мощности, время важнее скорости». Ключевым фактором для нокаута является поворот головы после удара. Таким образом, вы можете ударить кого-нибудь прямо по голове, но это не приведет к потере сознания. Вам нужно попасть в нужные области.

Наиболее эффективное место для удара по человеку, которое может привести к нокауту, — это подбородок или челюсть.Простая причина … Удар челюсти человека с достаточной силой и идеальным углом заставит голову вращаться. Это вызывает максимальное движение черепа и тем самым влияет на мозг. Также вредным может быть удар по голове сбоку. Если ударить кого-нибудь по голове, голова начнет кружиться, вызывая движение в мозгу.

Сейчас не только профессионалы теряют сознание. Это также случается с обычными людьми в хороший прекрасный день.Предположим, мы попали в аварию во время вождения или поскользнулись на полу во время ходьбы, нас может вырубить, потому что наша голова может отскочить от твердой поверхности, вызывая движение в мозгу, и это приводит к потере сознания.

Как не попасть в нокаут?

Статьи по теме

Статьи по теме

Если вы участвуете в драке, старайтесь держать подбородок втянутым и держать руки прижатыми к голове, как у боксеров.Это поможет свести к минимуму эффект от ударов по голове. Это может оставить у вас несколько тяжелых синяков на руках и по бокам головы, но, если повезет, вы сможете достаточно защититься, чтобы убежать или получить несколько ударов самостоятельно.

Если тебя вырубили по какой-либо другой причине, это просто невезение….

Что происходит в мозгу, когда вас «вырубают»

Предоставлено: Pixabay

J ab, джеб, правый хук .«Восемь, девять, десять, тебя нет!»

В мгновение ока от удачного удара вы можете улететь, даже если вы упадете на пол. На это надеется любой профессиональный боксер — или опасается, если он попадет не на ту сторону. Но что происходит в мозгу, когда он получает такую ​​травму?

Мозг очень хрупкий. Он почти полностью состоит из кровеносных сосудов и нервов. Мы говорим о мягкой, рыхлой массе ткани, которая контролирует все нейронные высшие функции и командует вами как человеком.Но, несмотря на этот недостаток, мозг в этом отношении чрезвычайно устойчив к травмам и «отключениям», действуя как своего рода защитный механизм.

Предоставлено: Университет Рочестера,

. Вся эта мягкая масса плавает в прозрачной бесцветной жидкости, называемой спинномозговой жидкостью, которая защищает мозг от контакта с черепом. Если удар достаточно хорош, он может вызвать врезание мозга в череп из-за ускорения, вызванного ударом, и замедления, вызванного мышцами и сухожилиями, пытающимися предотвратить дальнейшее вращение головы.

Когда мозг врезается в череп, вы получаете травму — клетки мозга буквально начинают умирать от физического воздействия. Это происходит несколько раз, когда мозг то и дело отскакивает от стенок черепа, пока энергия от удара не рассеется.

Травма вызывает одновременное срабатывание подавляющего числа нейромедиаторов. Такое поведение вызывает перегрузку нервной системы, вызывая сбой системы в виде временного паралича.

Другой механизм, вызывающий потерю сознания, связан с тем, как кровь поступает в мозг. Рефлекторная область в головном мозге, называемая синусом, регулирует приток крови и кислорода к голове, но хороший удар в челюсть может вызвать сотрясение синуса. Этого молниеносного изменения потока крови и кислорода может быть достаточно, чтобы вызвать затемнение.

Может пройти от пары секунд до пары минут, прежде чем человек сможет прийти в сознание — все зависит от силы удара.Некоторые люди могут избавиться от этого, и у них остается только головная боль. Другие, которым повезло меньше, могут столкнуться с серьезными проблемами со здоровьем в результате сотрясения мозга, такими как церебральное кровотечение и даже смерть.

Удар нокаутом часто оставляет жертв с проблемами с памятью, изменениями настроения, замешательством и более медленной скоростью обработки информации. Если вы страдаете от многократных ударов по голове, как это часто делают спортсмены, занимающиеся контактными видами спорта, возможно потеря объема мозга в лобных и задних отделах мозга по мере отмирания белого вещества.Хронические повреждения, такие как изменения личности и слабоумие, являются одними из рисков, с которыми сталкиваются футбольные спортсмены или боксеры.

Удар профессионального боксера может содержать 400 килограммов силы, но вам не нужно наносить такой сильный удар, чтобы кого-то нокаутировать. Скорее, гораздо важнее нацеливание. Это потому, что, как было сказано ранее, нокауты случаются, когда мозг вращается очень быстро. Кто-то может серьезно пострадать, если ударить по макушке, но не может потерять сознание. Другое дело — один и тот же удар по подбородку или боковой области челюсти.

Если вам не повезло, и вы получили сотрясение мозга, будь то драка или несчастный случай, лучшее лекарство — отдых. Если через несколько дней головные боли не прекратятся, немедленно обратитесь к врачу.

Как удар может вас нокаутировать?

Передний нейрол.2020; 11: 570566.

Андерс Ханелл

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

Эльхам Ростами

1 Отделение нейрохирургии, Отделение нейробиологии, Уппсальский университет, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт (KI), Стокгольм, Швеция

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт ), Стокгольм, Швеция

Отредактировал: Андраш Буки, Университет Печ, Венгрия

Рецензировал: Дэвид Ф.Мини, Пенсильванский университет, США; Серджио Баньято, Институт Фонда Дж. Джильо, Италия

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Нейротравма» журнала «Границы в неврологии»

Поступила в редакцию 8 июня 2020 г .; Принято 18 сентября 2020 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY). Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой.Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Abstract

Со временем было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих, почему сознание может быть так быстро потеряно, а затем спонтанно восстановлено после механической травмы головы. Нокаутирующий удар в боксе — это относительно однородная форма черепно-мозговой травмы, и поэтому его можно использовать для проверки предсказаний этих гипотез. Хотя ни одна из выдвинутых гипотез не может считаться полностью подтвержденной, образование пор после растяжения мембраны аксональной клетки, механопорация, является сильным соперником.Здесь мы утверждаем, что теоретические основы механопорации можно укрепить путем сравнения с экспериментальным методом электропорации.

Ключевые слова: черепно-мозговая травма, сотрясение мозга, бокс, механопорация, механочувствительный (МС) ионный канал

История нокаутов

Пропорции руки человека отличаются от рук других приматов, у которых, как правило, более длинные пальцы. Наиболее вероятная причина этого — эволюционное давление, направленное на повышение ловкости рук, чтобы позволить лучше использовать инструмент.Однако форма человеческой руки также позволяет ей образовывать кулак, который можно использовать для нанесения сильных ударов. Вероятно, это было очень распространено в доисторические времена, и было высказано предположение, что способность насильственно доминировать над другими также способствовала эволюции человеческой руки (1).

Несмотря на то, что самым ранним использованием ударов кулаком, вероятно, было насильственное разрешение конфликтов, в ранних исторических записях, таких как «Илиада» Гомера, есть упоминания об организованных соревнованиях. Здесь есть описание того, как Тамон организовывает бой, в котором Эпей использует свои мускулистые кулаки, чтобы сразить Эвриала с землей, и выигрывает первый приз у сильного шестилетнего мула.Этот вид древнего бокса, известный как пигмахия, также практиковался на Олимпийских играх древней эпохи. Традиция продолжалась в Римской империи, а затем постепенно изменилась на протяжении веков, чтобы окончательно развиться в современный бокс.

В то время как традиция сражаться исключительно с помощью ударов руками, по-видимому, была ограничена на Ближнем Востоке и в Европе, существует множество примеров боевых искусств, сочетающих удары руками и ногами со всего мира. Эти практики теперь объединились в крупномасштабную индустрию развлечений, хотя известные симптомы ударов в голову включают необратимое повреждение мозга и смерть.

Симптомы удара

Удар по голове, не приводящий к потере сознания, все же может вызвать состояние, характеризующееся снижением скорости реакции и замешательством. Это в просторечии называется вялым, поскольку напоминает человека, который выпил слишком много грога, алкогольного напитка. Также может быть нарушена походка, и тогда говорят, что у больного развились спагетти-ноги. Это опасно для боксера, так как снижает способность защищаться от дальнейших ударов.

Более сильный удар может вызвать потерю сознания, как правило, с почти мгновенным началом. Наблюдая за видеопоследовательностями нокаутов, можно сделать вывод, что цель удара в большинстве случаев теряет сознание до того, как может приземлиться последующий удар. Обычно это приводит к полной потере мышечного тонуса, и боксер падает на пол. К счастью, сознание обычно восстанавливается самопроизвольно в течение нескольких минут или меньше. Потеря сознания, от которой человек быстро оправился, была названа ранними исследователями commotio cerebri (потрясенный мозг).Они отличали это от contusio cerebri (ушиб головного мозга), при котором функция была потеряна и никогда не восстанавливалась (2, 3). Это также наблюдается в боксе, где нокаутированные боксеры иногда не приходят в сознание и не выдерживают своих травм.

Но независимо от того, восстановлено сознание или нет, ясно, что области мозга, отвечающие за поддержание сознания, должны быть повреждены силой входящего удара.

Биомеханика нокаута

Чтобы удар мог повредить мозг, сила удара должна каким-то образом передаваться через череп в ткани мозга.Ранняя теория была предложена Чарльзом Б. Кассасой и изложена Мартландом в 1928 г. (4). Эта теория предполагает, что удар приводит к вдавлению черепа, что вызывает импульс гидростатического давления в субарахноидальном пространстве, который затем передается через периваскулярное пространство, чтобы достичь более глубоких областей мозга (). Однако предположение о том, что деформация черепа является ключевым компонентом сотрясения мозга, противоречило работе Денни-Брауна и Рассела в 1940-х годах, которые продемонстрировали важность движения головы (5).Ускорение головы приводит к растяжению самой ткани мозга, поэтому важно учитывать направление входящего удара и то, как он заставляет голову двигаться.

Схема гипотезы Кассасы о сотрясении мозга, описанной Мартландом в 1928 году, которую он приписал Чарльзу Б. Кассасе. Первый шаг — это вдавливание черепа под действием механической силы. Затем волна гидростатического давления распространяется из субарахноидального пространства и вдоль периваскулярного пространства, вызывая кольцевые кровоизлияния и гидростатический шок в нейроны.Воспроизведено с разрешения Martland (4).

Ретроспективный анализ боксерских нокаутов показал, что они, как правило, вызваны зацепом сбоку челюсти, который вызывает вращение головы в горизонтальной плоскости. Апперкоты в подбородок также могут вызвать потерю сознания, в то время как прямые удары по лицу маловероятны (6). Это объясняет термин «стеклянная челюсть», который на протяжении более 100 лет относился к боксеру, которого легко нокаутировали ударом в челюсть. Однако слабость, скорее всего, связана не с самой челюстью, а скорее из-за неспособности мышц шеи уменьшить движение головы или неспособности боксера заметить приближающийся удар.

Было высказано предположение, что потеря сознания вызвана нарушением работы аксонов в восходящей ретикулярной активирующей системе (7–9). С другой стороны, работа Оммаи и Дженнарелли в 1960-х и 1970-х годах (10) предполагает, что кора головного мозга является областью мозга, наиболее чувствительной к механическим травмам. Недавнее биомеханическое моделирование также показывает, что деформации тканей, вызываемые нокаутом, значительно выше в коре головного мозга по сравнению с более каудальными областями (6).Это соответствует большему смещению положения переднего мозга по сравнению со стволом мозга, когда голова вращается в горизонтальной плоскости. Следовательно, хотя современные описания обычно делают упор на область ствола мозга, может быть преждевременно исключать, например, нарушение клауструма или нарушение таламо-кортикальных колебаний как причину нокаутов в боксе. Но независимо от анатомического расположения поражения, должен существовать способ преобразования механических сил воздействия в нейрональную дисфункцию.

Судорожная гипотеза

Согласно этой гипотезе, механические силы удара вызывают деполяризацию мембраны нейрональной клетки, что приводит к неконтролируемому высвобождению потенциалов действия. В таком случае потеря сознания происходила бы по механизму, подобному большому эпилептическому припадку. Одна из первых формулировок этой гипотезы была сделана в 1944 г. Уокером и др. (11, 12), которые, по-видимому, были вдохновлены наблюдением судорожных движений у лабораторных животных после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Однако в 1940-х годах судорожные движения после травм головы у людей считались очень редким явлением. Это объяснялось тем, что неподготовленные прохожие не заметили эти временные события, и это объяснение было разумным в то время. Однако использование видеокамер на спортивных мероприятиях изменило это, и современный невролог имеет широкие возможности для подробного анализа событий, вызвавших сотрясение мозга. Это четко установило, что судорожные движения возникают не только в регби и подобных видах спорта после нокаута (13–15), но также, что это явление, по-видимому, редко встречается в боксе.

Судорожная гипотеза, таким образом, имеет некоторые достоинства, хотя в большинстве случаев она не может объяснить наблюдаемые симптомы.

Сосудистые гипотезы

Когда нокаут приводит к летальному исходу, компьютерная томография обычно выявляет обширное церебральное кровоизлияние, что позволяет предположить, что разрыв кровеносных сосудов является основной формой первичного повреждения в этом случае. Мартланд предположил, что импульс гидростатического давления, проходящий по периваскулярному пространству, разорвет коллатеральные кровеносные сосуды, что приведет к тому, что он назвал кольцевыми кровоизлияниями (4).Однако теперь известно, что травма головного мозга, которая приводит к кратковременной потере сознания, обычно не вызывает кровоизлияния, видимого на компьютерной томографии. Даже если бы это было так, это было бы необратимым и не объясняло бы самопроизвольное возвращение сознания.

Временное снижение кровотока, с другой стороны, могло бы объяснить временный характер потери сознания, наблюдаемой при нокаутах. Это суть гипотезы под названием острая компрессионная анемия, которую Троттер описал в речи перед Медицинским обществом Лондона в 1924 году (16).Основная идея заключается в том, что при ударе череп будет вдавлен, что приведет к уменьшению внутричерепного объема, что ограничит церебральный кровоток. Однако эта теория не согласуется с требованием ускорения головы и в настоящее время считается неверной.

Однако существуют и другие возможные причины снижения мозгового кровотока, например, те, которые были описаны для различных форм обморока. Однако эта аргументация не включает описание первичного повреждения, и неясно, как механические силы могут привести к уменьшению кровотока.Более того, хотя мозгу требуется постоянный приток кислорода и питательных веществ, он имеет ограниченные запасы энергии, которых хватает на несколько секунд. Любая гипотеза боксерских нокаутов, которая вращается вокруг снижения мозгового кровотока, должна, таким образом, объяснять, как потеря сознания может проявляться так быстро.

Введение представления о том, что сотрясение мозга требует ускорения мозговой ткани, снизило интерес к сосудистым теориям, и акцент сместился в сторону растяжения аксонов как ключевого события.

Разрыв микротрубочек

Нормальные движения тела приводят к растяжению аксонов в периферической нервной системе, которые в этом случае могут легко регулировать их длину без повреждения (17). С другой стороны, быстрое растяжение, которое происходит при черепно-мозговой травме (ЧМТ), делает аксоны хрупкими и вызывает разрыв микротрубочек (18, 19). Это может привести к нарушению транспорта аксонов, с последующим набуханием аксонов из-за накопления транспортных пузырьков и, в конечном итоге, отсоединением аксона.До сих пор это было продемонстрировано только на моделях in vitro , но если это так, это будет представлять собой тип первичной травмы в результате сотрясения мозга. Хотя этот механизм важен для долгосрочных эффектов, он, однако, маловероятен для объяснения острой потери сознания, поскольку микротрубочки не требуются для распространения потенциалов действия. Следовательно, острые симптомы можно лучше объяснить повреждением самой мембраны аксональной клетки или ее встроенных ионных каналов.

Механочувствительные ионные каналы

Механочувствительные ионные каналы находятся в нескольких частях тела, например в сердце, мочевом пузыре и внутреннем ухе, где они необходимы для нормальной физиологии. С другой стороны, неизвестно, чтобы мозг полагался на механочувствительные ионные каналы для нормальной работы. Но, однако, возможно, что ионные каналы, которые обычно открываются в ответ на изменения мембранного потенциала или связывания лиганда, могут быть затронуты механической нагрузкой в ​​экстремальных условиях.Гиперполяризация нейронов после открытия таких механочувствительных ионных каналов K + была предложена как причина потери сознания при боксерских нокаутах (20). Было высказано предположение, что для ЧМТ в целом роль могут играть несколько других механочувствительных ионных каналов, включая пьезорецепторы, рецепторы NMDA, рецепторы TRP, а также потенциал-чувствительные натриевые каналы (21-25). Было высказано предположение, что механочувствительные ионные каналы играют роль на более поздних стадиях ЧМТ, где они могут играть роль в развитии вторичного повреждения (26, 27).

Механическое напряжение, вызванное ускорением мозга, присутствует только в течение очень короткого периода времени, и можно было бы ожидать, что эти ионные каналы вернутся в нормальное состояние почти сразу. Однако, если бы большая часть нейронов мозга была одновременно гиперполяризована или деполяризована, можно предположить, что потребуется время, чтобы нормальные паттерны возбуждения вновь проявились. Однако, если это так, неизвестно, и предстоит еще много экспериментальной работы, прежде чем роль механочувствительных ионных каналов можно будет считать исчерпывающе описанной и полностью проверенной.

Один из возможных путей — изучить последствия отключения или изменения генов механочувствительных ионных каналов на животных моделях. Явным ограничением здесь является то, что животных анестезируют перед индукцией травмы головного мозга, и удаление высокоэкспрессированных ионных каналов может ограничить жизнеспособность до травмы. Другой подход состоит в том, чтобы получить подробное описание для каждого механочувствительного ионного канала механических напряжений, необходимых для открытия и ионной селективности, а также анатомического и субклеточного распределения.Затем это может служить основой для компьютерного моделирования того, как растяжение мембраны и открытие каналов влияют на нейронные сети.

Ключевым моментом для подтверждения этой гипотезы, таким образом, было бы объяснение того, как кратковременное растяжение мембраны может нарушить сознание в масштабе времени от секунд до минут. Однако это не будет проблемой для механизма, который увеличивает проницаемость клеточной мембраны с отсроченной обратимостью.

Гипотеза механопорации

Формирование пор в клеточной мембране, вызванное механическими силами, называется механопорацией, которая в основном исследовалась с помощью молекулярных маркеров для оценки проницаемости клеточной мембраны после экспериментальной травмы головного мозга (28, 29).Вкратце, процедура начинается с введения маркера, который заполняет внеклеточное пространство мозга. Затем индуцируется травма мозга, и маркер диффундирует в клетки с повышенной проницаемостью мембраны. После периода вымывания маркер выводится из внеклеточного пространства, но все еще присутствует в скомпрометированных клетках либо из-за недостаточного времени для диффузии из клетки, либо из-за восстановления целостности мембраны.

Если маркер больше поры, он не сможет пройти через нее, поэтому радиус молекулярного маркера можно использовать для оценки нижней границы размера поры.Было использовано несколько маркеров, включая пероксидазу хрена (HRP) с радиусом 3 нм (28, 30), 3000 Да декстран-тетраметилродамин (TRITC-декстран) с радиусом примерно 1 нм (31, 32) и Lucifer Yellow. радиусом 0,7 нм (31, 33). Таким образом, по меньшей мере, часть пор должна иметь радиус, по меньшей мере, 3 нм, хотя некоторые из них могут быть больше, и если распределение пор по размеру широкое, большинство пор может быть меньше.

Хотя приток молекулярного маркера можно использовать для оценки размера пор, он, однако, не дает никакой информации о форме пор или ориентации фосфолипидов на краю пор.Поскольку он основан на диффузии меченых молекул, он также может дать лишь приблизительную оценку кинетики образования пор и повторного запечатывания. Однако недавнее компьютерное моделирование продемонстрировало, что поры могут образовываться за доли секунды после растяжения клеточной мембраны, хотя кинетика закрытия пор не оценивалась (34, 35). Компьютерное моделирование также показывает, что образование пор в коре головного мозга препятствует генерации потенциала действия (36), что соответствует потере сознания без припадков, что обычно наблюдается при нокаутах в боксе.С другой стороны, вопрос о том, можно ли объяснить эпилептическую активность, которая иногда наблюдается после нокаута, механопорацией.

Однако проходы через клеточную мембрану обычно стабилизируются белками, такими как аквапорины или ионные каналы, чтобы избежать воздействия молекул воды на гидрофобные фосфолипидные хвосты. Это заставляет задуматься о том, как стабилизируются поры без белкового компонента и как долго они могут оставаться открытыми. В то время как существующие исследования механопорации не решают эти проблемы, существует независимое направление исследований, а именно электропорация (36, 37).

В экспериментальном методе электропорации через клеточную суспензию пропускают электрический ток, который вызывает поры клеточной мембраны, которые остаются открытыми достаточно долго, чтобы позволить генетическому материалу диффундировать в клетки. Согласно современным теориям в этой области, поры могут быть либо гидрофобными, либо гидрофильными (38), в зависимости от ориентации фосфолипидов внутри мембраны (). На основании того, что известно из кинетических исследований, гидрофобные поры по своей природе нестабильны и закрываются за доли секунды, в то время как гидрофильные поры закрываются за время от секунд до минут (39, 40).

Возможное расположение фосфолипидов в порах, созданных механопорацией. (A) Мембрана клетки до повреждения, где кружки указывают на головные группы гидрофильных фосфолипидов, а линии указывают на хвосты гидрофобных фосфолипидов. (B) Конфигурация фосфолипидов в поре гидрофобной мембраны, где гидрофобные хвосты обращены к краю поры. Считается, что поры этого типа очень нестабильны и закрываются за доли секунды. (C) Конфигурация фосфолипида в гидрофильной поре.Здесь группы полярных головок обращены к краю поры, что предотвращает немедленное схлопывание поры. Однако скопление хвостов жирных кислот по краям вызывает нестабильность и в течение нескольких минут приводит к закрытию поры.

Можно утверждать, что после образования поры кинетика повторного запечатывания не должна зависеть от природы сил, которые приводят к ее созданию. Если это правда, то пораженные нейроны в нокаутированном боксере будут повторно запечатаны в течение нескольких минут, что приведет к возвращению сознания.Таким образом, временные рамки как для образования, так и для самопроизвольного закрытия пор хорошо соответствуют наблюдаемым симптомам. Механопорация потенциально также может быть первоначальным триггером для долгосрочных последствий нокаута, например, если приток Ca 2+ активирует протеазы или если отток внутриклеточных белков запускает нейровоспалительный ответ.

Экспериментальные доказательства механопорации, однако, пока косвенные и основываются на притоке маркерных веществ в моделях животных и моделировании in silico .Более прямые доказательства, такие как визуализация реальных пор, все еще недоступны, и остается еще много работы, прежде чем механопорация может считаться полностью подтвержденной.

Преимущества понимания нокаутов

Может быть, видеть человека, которого нокаутировали, а затем быстро приходит в сознание, настолько распространено, что это воспринимается как должное. Но из приведенного выше описания должно быть ясно, что эту последовательность событий трудно объяснить на клеточном и молекулярном уровне. По сравнению с сотрясением мозга в целом характеристики пациента и механические силы в боксерском нокауте очень однородны и поэтому могут служить подходящей отправной точкой.По общему признанию, временные рамки первичного повреждения исключают любое медицинское вмешательство, и поэтому будущие терапевтические средства должны будут нацеливаться на вторичные процессы повреждения. Тем не менее, было бы очень полезно полностью выверенное и подробное описание первичной травмы в боксерских нокаутах и ​​сотрясения мозга в целом. Это потенциально может позволить определить безопасный уровень механической нагрузки на ткани мозга, что поможет в разработке защитного снаряжения и регулировании занятий спортом. Более глубокое понимание патофизиологического механизма также увеличит шансы найти лучшее лечение для пациентов с постконкуссивным синдромом, хронической травматической энцефалопатией и диффузным повреждением аксонов.И, возможно, лучшее понимание того, как теряется сознание, может стать первым шагом к пониманию самого сознания.

Вклад авторов

Хиджры подготовили оригинал рукописи. ER внесла новые идеи, идеи и знания в окончательную рукопись. Оба автора внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Спасибо профессору Перу Энбладу за ценные комментарии к этой рукописи и Тиму Хауэллсу за тщательную вычитку.

Примечания

Финансирование. Исследование финансировалось отделением неврологии / нейрохирургии Упсальского университета, Швеция.

Ссылки

1. Morgan MH, Carrier DR. Защитная опора человеческого кулака и эволюция рук гомининов. J Exp Biol. (2013) 216: 236–44. 10.1242 / jeb.075713 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2.МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясение мозга: история клинических и патофизиологических концепций и заблуждений. Неврология. (2001) 57: 2283–9. 10.1212 / WNL.57.12.2283 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Martland HS. Пунш пьян. ДЖАМА. (1928) 91: 1103–7. 10.1001 / jama.1928.02700150029009 [CrossRef] [Google Scholar] 6. Курнуайе Дж., Хошизаки ТБ. Динамическая реакция головы и деформация тканей мозга при боксерских ударах с потерей сознания и без. Clin Biomech. (2019) 67: 96–101. 10.1016 / j.clinbiomech.2019.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Чан Ш., Ким О.Л., Ким С.Х., Ким Дж.Б. Связь между потерей сознания, тяжестью черепно-мозговой травмы и повреждением восходящей ретикулярной активирующей системы у пациентов с черепно-мозговой травмой. Am J Phys Med Rehabil. (2019) 98: 1067–71. 10.1097 / PHM.0000000000001243 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Jang SH, Lee J, Kwon HG. Нарушение сознания из-за повреждения активирующей системы восходящей ретикулярной системы. Перевод Neurosci. (2018) 9: 209–10.10.1515 / tnsci-2018-0030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Оммая А.К., Дженнарелли Т.А. Сотрясение мозга и травматическая потеря сознания. Соотношение экспериментальных и клинических наблюдений за тупыми травмами головы. Головной мозг. (1974) 97: 633–54. 10.1093 / brain / 97.1.633 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Уокер Э.А., Коллрос Дж. Дж., Дело Т. Дж.. Физиологические основы сотрясения мозга. J Neurosurg. (1944) 1: 103–6. 10.3171 / jns.1944.1.2.0103 [CrossRef] [Google Scholar] 12. Шоу Н.А. Нейрофизиология сотрясения мозга.Prog Neurobiol. (2002) 67: 281–344. 10.1016 / S0301-0082 (02) 00018-7 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Хоссейни А.Х., Лифшиц Дж. Сила повреждения мозга умеренной величины вызывает реакцию фехтования. Медико-спортивные упражнения. (2009) 41: 1687–97. 10.1249 / MSS.0b013e31819fcd1b [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясения: частота встречаемости в спорте и рекомендации по лечению. Sports Med. (1998) 25: 131–6. 10.2165 / 00007256-199825020-00005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15.Теньи Д., Дьимеси С., Хорват Р., Ковач Н., Абрахам Н., Дарнаи Г. и др. . Сотрясения: анализ видео на YouTube. Эпилепсия. (2016) 57: 1310–6. 10.1111 / epi.13432 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Смит DH, Мини Д.Ф., Шулл WH. Диффузное повреждение аксона при травме головы. J Head Trauma Rehabil. (2003) 18: 307–16. 10.1097 / 00001199-200307000-00003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Тан-Шомер, доктор медицины, Пател А.Р., Баас П.В., Смит Д.Х. Механическое разрушение микротрубочек в аксонах во время динамического растяжения лежит в основе замедленной эластичности, разборки микротрубочек и дегенерации аксонов.FASEB J. (2010) 24: 1401–10. 10.1096 / fj.09-142844 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Тан-Шомер, доктор медицины, Джонсон В.Э., Баас П.В., Стюарт В., Смит Д.Х. Частичное прерывание аксонального транспорта из-за разрыва микротрубочек объясняет формирование периодического варикозного расширения вен после травматического повреждения аксонов. Exp Neurol. (2012) 233: 364–72. 10.1016 / j.expneurol.2011.10.030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Готтлиб PA. редактор. Тур де Форс. В: Актуальные темы в мембранах.Амстердам: Эльзевир; п. 1–36. [Google Scholar] 22. Heyburn L, Abutarboush R, Goodrich S, Urioste R, Batuure A, Statz J, et al. . Повторяющееся низкоуровневое избыточное давление при взрыве приводит к эндоваскулярным нарушениям и изменениям TDP-43 и Piezo2 в модели взрыва TBI на крысах. Фронт Neurol. (2019) 10: 766. 10.3389 / fneur.2019.00766 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Гу И, Юккола П., Ван Кью, Эспарза Т., Чжао Й, Броди Д. и др. . Полярность инициации варикозного расширения вен механочувствительности центрального нейрона.J Cell Biol. (2017) 216: 2179–99. 10.1083 / jcb.201606065 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Tehse J, Taghibiglou C. Упущенный из виду аспект эксайтотоксичности: глутамат-независимая эксайтотоксичность при черепно-мозговых травмах. Eur J Neurosci. (2018) 49: 1157–70. 10.1111 / ejn.14307 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25. Манеши М.М., Маки Б., Гнанасамбандам Р., Белин С., Попеску Г.К., Сакс Ф. и др. . Механический стресс активирует рецепторы NMDA в отсутствие агонистов. Научный доклад (2017) 7: 39610.10.1038 / srep39610 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Эрнандес ML, Chatlos T, Gorse KM, Lafrenaye AD. Нарушение нейрональной мембраны происходит поздно после диффузной травмы головного мозга у крыс и включает субпопуляцию NeuN-отрицательных нейронов коры. Фронт Neurol. (2019) 10: 1238. 10.3389 / fneur.2019.01238 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Lafrenaye AD, Krahe TE, Povlishock JT. Умеренно повышенное внутричерепное давление после диффузной черепно-мозговой травмы связано с обострением нейрональной патологии и поведенческой патологии у крыс.J Cereb Blood Flow Metab. (2014) 34: 1628–36. 10.1038 / jcbfm.2014.122 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Петтус Э. Х., Повлишок Я. Т. Характеристика отдельного набора интрааксональных ультраструктурных изменений, связанных с травматическим изменением проницаемости аксолеммы. Brain Res. (1996) 722: 1–11. 10.1016 / 0006-8993 (96) 00113-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Фаркаш О., Лифшиц Дж., Повлишок Дж. Т.. Механопорация, вызванная диффузной черепно-мозговой травмой: необратимый или обратимый ответ на травму? J Neurosci.(2006) 26: 3130-40. 10.1523 / JNEUROSCI.5119-05.2006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Rennke HG, Patel Y, Venkatachalam MA. Клубочковая фильтрация белков: клиренс анионной, нейтральной и катионной пероксидазы хрена у крыс. Kidney Int. (1978) 13: 278–88. 10.1038 / ki.1978.41 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. LaPlaca MC, Lessing MC, Prado GR, Zhou R, Tate CC, Geddes-Klein D, et al. . Механопорация является потенциальным индикатором деформации тканей и последующей дегенерации после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Clin Biomech. (2019) 64: 2–13. 10.1016 / j.clinbiomech.2018.05.016 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Чой Дж. Дж., Ван С., Тунг И. С., Моррисон Б., Конофагу Э. Молекулы различных фармакологически значимых размеров могут пересекать индуцированное ультразвуком открытие гематоэнцефалического барьера in vivo. Ультразвук Med Biol. (2010) 36: 58–67. 10.1016 / j.ultrasmedbio.2009.08.006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Хейман Н.С., Берт Дж. М.. Затрудненная диффузия через водную пору описывает инвариантную селективность окрашивания соединений Cx43.Biophys J. (2008) 94: 840–54. 10.1529 / biophysj.107.115634 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Montanino A, Saeedimasine M, Villa A, Kleiven S. Локальные деформации аксолеммы предполагают, что механопорация является триггером повреждения аксонов. Фронт Neurol. (2020) 11:25. 10.3389 / fneur.2020.00025 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Мерфи М.А., Хорстемейер М.Ф., Гвалтни С.Р., Стоун Т., ЛаПлака М., Ляо Дж. И др. Наномеханика разрушения фосфолипидного бислоя при двухосном растяжении полосы с использованием молекулярной динамики.Модель Simul Mater Sci Eng. (2016) 24: 055008 10.1088 / 0965-0393 / 24/5/055008 [CrossRef] [Google Scholar] 36. Бут Д.Л., Ю. Б., Кудела П., Андерсон В. С., Феттель Ю. М., Франащук П. Я. Влияние повреждения мембраны нейронов на потенциал локального поля в крупномасштабном моделировании коры головного мозга. Фронт Neurol. (2017) 8: 236. 10.3389 / fneur.2017.00236 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Кумар П., Нагараджан А., Учил П.Д. Электропорация. Cold Spring Harb Protoc. (2019) 2019: 519–25. 10.1101 / PDB.top096271 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Саулис Г., Сауле Р. Размер пор, созданных электрическим импульсом: микросекундные и миллисекундные импульсы. Biochim Biophys Acta. (2012) 1818: 3032–9. 10.1016 / j.bbamem.2012.06.018 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 40. Саулис Г., Венслаускас М.С., Нактинис Дж. Кинетика повторного закрытия пор в клеточных мембранах после электропорации. J Electroanal Chem Interfacial Electrochem. (1991) 321: 1–13. 10.1016 / 0022-0728 (91) 85564-6 [CrossRef] [Google Scholar]

Как удар может вас нокаутировать?

Передний нейрол.2020; 11: 570566.

Андерс Ханелл

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

Эльхам Ростами

1 Отделение нейрохирургии, Отделение нейробиологии, Уппсальский университет, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт (KI), Стокгольм, Швеция

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт ), Стокгольм, Швеция

Отредактировал: Андраш Буки, Университет Печ, Венгрия

Рецензировал: Дэвид Ф.Мини, Пенсильванский университет, США; Серджио Баньято, Институт Фонда Дж. Джильо, Италия

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Нейротравма» журнала «Границы в неврологии»

Поступила в редакцию 8 июня 2020 г .; Принято 18 сентября 2020 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY). Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой.Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Abstract

Со временем было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих, почему сознание может быть так быстро потеряно, а затем спонтанно восстановлено после механической травмы головы. Нокаутирующий удар в боксе — это относительно однородная форма черепно-мозговой травмы, и поэтому его можно использовать для проверки предсказаний этих гипотез. Хотя ни одна из выдвинутых гипотез не может считаться полностью подтвержденной, образование пор после растяжения мембраны аксональной клетки, механопорация, является сильным соперником.Здесь мы утверждаем, что теоретические основы механопорации можно укрепить путем сравнения с экспериментальным методом электропорации.

Ключевые слова: черепно-мозговая травма, сотрясение мозга, бокс, механопорация, механочувствительный (МС) ионный канал

История нокаутов

Пропорции руки человека отличаются от рук других приматов, у которых, как правило, более длинные пальцы. Наиболее вероятная причина этого — эволюционное давление, направленное на повышение ловкости рук, чтобы позволить лучше использовать инструмент.Однако форма человеческой руки также позволяет ей образовывать кулак, который можно использовать для нанесения сильных ударов. Вероятно, это было очень распространено в доисторические времена, и было высказано предположение, что способность насильственно доминировать над другими также способствовала эволюции человеческой руки (1).

Несмотря на то, что самым ранним использованием ударов кулаком, вероятно, было насильственное разрешение конфликтов, в ранних исторических записях, таких как «Илиада» Гомера, есть упоминания об организованных соревнованиях. Здесь есть описание того, как Тамон организовывает бой, в котором Эпей использует свои мускулистые кулаки, чтобы сразить Эвриала с землей, и выигрывает первый приз у сильного шестилетнего мула.Этот вид древнего бокса, известный как пигмахия, также практиковался на Олимпийских играх древней эпохи. Традиция продолжалась в Римской империи, а затем постепенно изменилась на протяжении веков, чтобы окончательно развиться в современный бокс.

В то время как традиция сражаться исключительно с помощью ударов руками, по-видимому, была ограничена на Ближнем Востоке и в Европе, существует множество примеров боевых искусств, сочетающих удары руками и ногами со всего мира. Эти практики теперь объединились в крупномасштабную индустрию развлечений, хотя известные симптомы ударов в голову включают необратимое повреждение мозга и смерть.

Симптомы удара

Удар по голове, не приводящий к потере сознания, все же может вызвать состояние, характеризующееся снижением скорости реакции и замешательством. Это в просторечии называется вялым, поскольку напоминает человека, который выпил слишком много грога, алкогольного напитка. Также может быть нарушена походка, и тогда говорят, что у больного развились спагетти-ноги. Это опасно для боксера, так как снижает способность защищаться от дальнейших ударов.

Более сильный удар может вызвать потерю сознания, как правило, с почти мгновенным началом. Наблюдая за видеопоследовательностями нокаутов, можно сделать вывод, что цель удара в большинстве случаев теряет сознание до того, как может приземлиться последующий удар. Обычно это приводит к полной потере мышечного тонуса, и боксер падает на пол. К счастью, сознание обычно восстанавливается самопроизвольно в течение нескольких минут или меньше. Потеря сознания, от которой человек быстро оправился, была названа ранними исследователями commotio cerebri (потрясенный мозг).Они отличали это от contusio cerebri (ушиб головного мозга), при котором функция была потеряна и никогда не восстанавливалась (2, 3). Это также наблюдается в боксе, где нокаутированные боксеры иногда не приходят в сознание и не выдерживают своих травм.

Но независимо от того, восстановлено сознание или нет, ясно, что области мозга, отвечающие за поддержание сознания, должны быть повреждены силой входящего удара.

Биомеханика нокаута

Чтобы удар мог повредить мозг, сила удара должна каким-то образом передаваться через череп в ткани мозга.Ранняя теория была предложена Чарльзом Б. Кассасой и изложена Мартландом в 1928 г. (4). Эта теория предполагает, что удар приводит к вдавлению черепа, что вызывает импульс гидростатического давления в субарахноидальном пространстве, который затем передается через периваскулярное пространство, чтобы достичь более глубоких областей мозга (). Однако предположение о том, что деформация черепа является ключевым компонентом сотрясения мозга, противоречило работе Денни-Брауна и Рассела в 1940-х годах, которые продемонстрировали важность движения головы (5).Ускорение головы приводит к растяжению самой ткани мозга, поэтому важно учитывать направление входящего удара и то, как он заставляет голову двигаться.

Схема гипотезы Кассасы о сотрясении мозга, описанной Мартландом в 1928 году, которую он приписал Чарльзу Б. Кассасе. Первый шаг — это вдавливание черепа под действием механической силы. Затем волна гидростатического давления распространяется из субарахноидального пространства и вдоль периваскулярного пространства, вызывая кольцевые кровоизлияния и гидростатический шок в нейроны.Воспроизведено с разрешения Martland (4).

Ретроспективный анализ боксерских нокаутов показал, что они, как правило, вызваны зацепом сбоку челюсти, который вызывает вращение головы в горизонтальной плоскости. Апперкоты в подбородок также могут вызвать потерю сознания, в то время как прямые удары по лицу маловероятны (6). Это объясняет термин «стеклянная челюсть», который на протяжении более 100 лет относился к боксеру, которого легко нокаутировали ударом в челюсть. Однако слабость, скорее всего, связана не с самой челюстью, а скорее из-за неспособности мышц шеи уменьшить движение головы или неспособности боксера заметить приближающийся удар.

Было высказано предположение, что потеря сознания вызвана нарушением работы аксонов в восходящей ретикулярной активирующей системе (7–9). С другой стороны, работа Оммаи и Дженнарелли в 1960-х и 1970-х годах (10) предполагает, что кора головного мозга является областью мозга, наиболее чувствительной к механическим травмам. Недавнее биомеханическое моделирование также показывает, что деформации тканей, вызываемые нокаутом, значительно выше в коре головного мозга по сравнению с более каудальными областями (6).Это соответствует большему смещению положения переднего мозга по сравнению со стволом мозга, когда голова вращается в горизонтальной плоскости. Следовательно, хотя современные описания обычно делают упор на область ствола мозга, может быть преждевременно исключать, например, нарушение клауструма или нарушение таламо-кортикальных колебаний как причину нокаутов в боксе. Но независимо от анатомического расположения поражения, должен существовать способ преобразования механических сил воздействия в нейрональную дисфункцию.

Судорожная гипотеза

Согласно этой гипотезе, механические силы удара вызывают деполяризацию мембраны нейрональной клетки, что приводит к неконтролируемому высвобождению потенциалов действия. В таком случае потеря сознания происходила бы по механизму, подобному большому эпилептическому припадку. Одна из первых формулировок этой гипотезы была сделана в 1944 г. Уокером и др. (11, 12), которые, по-видимому, были вдохновлены наблюдением судорожных движений у лабораторных животных после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Однако в 1940-х годах судорожные движения после травм головы у людей считались очень редким явлением. Это объяснялось тем, что неподготовленные прохожие не заметили эти временные события, и это объяснение было разумным в то время. Однако использование видеокамер на спортивных мероприятиях изменило это, и современный невролог имеет широкие возможности для подробного анализа событий, вызвавших сотрясение мозга. Это четко установило, что судорожные движения возникают не только в регби и подобных видах спорта после нокаута (13–15), но также, что это явление, по-видимому, редко встречается в боксе.

Судорожная гипотеза, таким образом, имеет некоторые достоинства, хотя в большинстве случаев она не может объяснить наблюдаемые симптомы.

Сосудистые гипотезы

Когда нокаут приводит к летальному исходу, компьютерная томография обычно выявляет обширное церебральное кровоизлияние, что позволяет предположить, что разрыв кровеносных сосудов является основной формой первичного повреждения в этом случае. Мартланд предположил, что импульс гидростатического давления, проходящий по периваскулярному пространству, разорвет коллатеральные кровеносные сосуды, что приведет к тому, что он назвал кольцевыми кровоизлияниями (4).Однако теперь известно, что травма головного мозга, которая приводит к кратковременной потере сознания, обычно не вызывает кровоизлияния, видимого на компьютерной томографии. Даже если бы это было так, это было бы необратимым и не объясняло бы самопроизвольное возвращение сознания.

Временное снижение кровотока, с другой стороны, могло бы объяснить временный характер потери сознания, наблюдаемой при нокаутах. Это суть гипотезы под названием острая компрессионная анемия, которую Троттер описал в речи перед Медицинским обществом Лондона в 1924 году (16).Основная идея заключается в том, что при ударе череп будет вдавлен, что приведет к уменьшению внутричерепного объема, что ограничит церебральный кровоток. Однако эта теория не согласуется с требованием ускорения головы и в настоящее время считается неверной.

Однако существуют и другие возможные причины снижения мозгового кровотока, например, те, которые были описаны для различных форм обморока. Однако эта аргументация не включает описание первичного повреждения, и неясно, как механические силы могут привести к уменьшению кровотока.Более того, хотя мозгу требуется постоянный приток кислорода и питательных веществ, он имеет ограниченные запасы энергии, которых хватает на несколько секунд. Любая гипотеза боксерских нокаутов, которая вращается вокруг снижения мозгового кровотока, должна, таким образом, объяснять, как потеря сознания может проявляться так быстро.

Введение представления о том, что сотрясение мозга требует ускорения мозговой ткани, снизило интерес к сосудистым теориям, и акцент сместился в сторону растяжения аксонов как ключевого события.

Разрыв микротрубочек

Нормальные движения тела приводят к растяжению аксонов в периферической нервной системе, которые в этом случае могут легко регулировать их длину без повреждения (17). С другой стороны, быстрое растяжение, которое происходит при черепно-мозговой травме (ЧМТ), делает аксоны хрупкими и вызывает разрыв микротрубочек (18, 19). Это может привести к нарушению транспорта аксонов, с последующим набуханием аксонов из-за накопления транспортных пузырьков и, в конечном итоге, отсоединением аксона.До сих пор это было продемонстрировано только на моделях in vitro , но если это так, это будет представлять собой тип первичной травмы в результате сотрясения мозга. Хотя этот механизм важен для долгосрочных эффектов, он, однако, маловероятен для объяснения острой потери сознания, поскольку микротрубочки не требуются для распространения потенциалов действия. Следовательно, острые симптомы можно лучше объяснить повреждением самой мембраны аксональной клетки или ее встроенных ионных каналов.

Механочувствительные ионные каналы

Механочувствительные ионные каналы находятся в нескольких частях тела, например в сердце, мочевом пузыре и внутреннем ухе, где они необходимы для нормальной физиологии. С другой стороны, неизвестно, чтобы мозг полагался на механочувствительные ионные каналы для нормальной работы. Но, однако, возможно, что ионные каналы, которые обычно открываются в ответ на изменения мембранного потенциала или связывания лиганда, могут быть затронуты механической нагрузкой в ​​экстремальных условиях.Гиперполяризация нейронов после открытия таких механочувствительных ионных каналов K + была предложена как причина потери сознания при боксерских нокаутах (20). Было высказано предположение, что для ЧМТ в целом роль могут играть несколько других механочувствительных ионных каналов, включая пьезорецепторы, рецепторы NMDA, рецепторы TRP, а также потенциал-чувствительные натриевые каналы (21-25). Было высказано предположение, что механочувствительные ионные каналы играют роль на более поздних стадиях ЧМТ, где они могут играть роль в развитии вторичного повреждения (26, 27).

Механическое напряжение, вызванное ускорением мозга, присутствует только в течение очень короткого периода времени, и можно было бы ожидать, что эти ионные каналы вернутся в нормальное состояние почти сразу. Однако, если бы большая часть нейронов мозга была одновременно гиперполяризована или деполяризована, можно предположить, что потребуется время, чтобы нормальные паттерны возбуждения вновь проявились. Однако, если это так, неизвестно, и предстоит еще много экспериментальной работы, прежде чем роль механочувствительных ионных каналов можно будет считать исчерпывающе описанной и полностью проверенной.

Один из возможных путей — изучить последствия отключения или изменения генов механочувствительных ионных каналов на животных моделях. Явным ограничением здесь является то, что животных анестезируют перед индукцией травмы головного мозга, и удаление высокоэкспрессированных ионных каналов может ограничить жизнеспособность до травмы. Другой подход состоит в том, чтобы получить подробное описание для каждого механочувствительного ионного канала механических напряжений, необходимых для открытия и ионной селективности, а также анатомического и субклеточного распределения.Затем это может служить основой для компьютерного моделирования того, как растяжение мембраны и открытие каналов влияют на нейронные сети.

Ключевым моментом для подтверждения этой гипотезы, таким образом, было бы объяснение того, как кратковременное растяжение мембраны может нарушить сознание в масштабе времени от секунд до минут. Однако это не будет проблемой для механизма, который увеличивает проницаемость клеточной мембраны с отсроченной обратимостью.

Гипотеза механопорации

Формирование пор в клеточной мембране, вызванное механическими силами, называется механопорацией, которая в основном исследовалась с помощью молекулярных маркеров для оценки проницаемости клеточной мембраны после экспериментальной травмы головного мозга (28, 29).Вкратце, процедура начинается с введения маркера, который заполняет внеклеточное пространство мозга. Затем индуцируется травма мозга, и маркер диффундирует в клетки с повышенной проницаемостью мембраны. После периода вымывания маркер выводится из внеклеточного пространства, но все еще присутствует в скомпрометированных клетках либо из-за недостаточного времени для диффузии из клетки, либо из-за восстановления целостности мембраны.

Если маркер больше поры, он не сможет пройти через нее, поэтому радиус молекулярного маркера можно использовать для оценки нижней границы размера поры.Было использовано несколько маркеров, включая пероксидазу хрена (HRP) с радиусом 3 нм (28, 30), 3000 Да декстран-тетраметилродамин (TRITC-декстран) с радиусом примерно 1 нм (31, 32) и Lucifer Yellow. радиусом 0,7 нм (31, 33). Таким образом, по меньшей мере, часть пор должна иметь радиус, по меньшей мере, 3 нм, хотя некоторые из них могут быть больше, и если распределение пор по размеру широкое, большинство пор может быть меньше.

Хотя приток молекулярного маркера можно использовать для оценки размера пор, он, однако, не дает никакой информации о форме пор или ориентации фосфолипидов на краю пор.Поскольку он основан на диффузии меченых молекул, он также может дать лишь приблизительную оценку кинетики образования пор и повторного запечатывания. Однако недавнее компьютерное моделирование продемонстрировало, что поры могут образовываться за доли секунды после растяжения клеточной мембраны, хотя кинетика закрытия пор не оценивалась (34, 35). Компьютерное моделирование также показывает, что образование пор в коре головного мозга препятствует генерации потенциала действия (36), что соответствует потере сознания без припадков, что обычно наблюдается при нокаутах в боксе.С другой стороны, вопрос о том, можно ли объяснить эпилептическую активность, которая иногда наблюдается после нокаута, механопорацией.

Однако проходы через клеточную мембрану обычно стабилизируются белками, такими как аквапорины или ионные каналы, чтобы избежать воздействия молекул воды на гидрофобные фосфолипидные хвосты. Это заставляет задуматься о том, как стабилизируются поры без белкового компонента и как долго они могут оставаться открытыми. В то время как существующие исследования механопорации не решают эти проблемы, существует независимое направление исследований, а именно электропорация (36, 37).

В экспериментальном методе электропорации через клеточную суспензию пропускают электрический ток, который вызывает поры клеточной мембраны, которые остаются открытыми достаточно долго, чтобы позволить генетическому материалу диффундировать в клетки. Согласно современным теориям в этой области, поры могут быть либо гидрофобными, либо гидрофильными (38), в зависимости от ориентации фосфолипидов внутри мембраны (). На основании того, что известно из кинетических исследований, гидрофобные поры по своей природе нестабильны и закрываются за доли секунды, в то время как гидрофильные поры закрываются за время от секунд до минут (39, 40).

Возможное расположение фосфолипидов в порах, созданных механопорацией. (A) Мембрана клетки до повреждения, где кружки указывают на головные группы гидрофильных фосфолипидов, а линии указывают на хвосты гидрофобных фосфолипидов. (B) Конфигурация фосфолипидов в поре гидрофобной мембраны, где гидрофобные хвосты обращены к краю поры. Считается, что поры этого типа очень нестабильны и закрываются за доли секунды. (C) Конфигурация фосфолипида в гидрофильной поре.Здесь группы полярных головок обращены к краю поры, что предотвращает немедленное схлопывание поры. Однако скопление хвостов жирных кислот по краям вызывает нестабильность и в течение нескольких минут приводит к закрытию поры.

Можно утверждать, что после образования поры кинетика повторного запечатывания не должна зависеть от природы сил, которые приводят к ее созданию. Если это правда, то пораженные нейроны в нокаутированном боксере будут повторно запечатаны в течение нескольких минут, что приведет к возвращению сознания.Таким образом, временные рамки как для образования, так и для самопроизвольного закрытия пор хорошо соответствуют наблюдаемым симптомам. Механопорация потенциально также может быть первоначальным триггером для долгосрочных последствий нокаута, например, если приток Ca 2+ активирует протеазы или если отток внутриклеточных белков запускает нейровоспалительный ответ.

Экспериментальные доказательства механопорации, однако, пока косвенные и основываются на притоке маркерных веществ в моделях животных и моделировании in silico .Более прямые доказательства, такие как визуализация реальных пор, все еще недоступны, и остается еще много работы, прежде чем механопорация может считаться полностью подтвержденной.

Преимущества понимания нокаутов

Может быть, видеть человека, которого нокаутировали, а затем быстро приходит в сознание, настолько распространено, что это воспринимается как должное. Но из приведенного выше описания должно быть ясно, что эту последовательность событий трудно объяснить на клеточном и молекулярном уровне. По сравнению с сотрясением мозга в целом характеристики пациента и механические силы в боксерском нокауте очень однородны и поэтому могут служить подходящей отправной точкой.По общему признанию, временные рамки первичного повреждения исключают любое медицинское вмешательство, и поэтому будущие терапевтические средства должны будут нацеливаться на вторичные процессы повреждения. Тем не менее, было бы очень полезно полностью выверенное и подробное описание первичной травмы в боксерских нокаутах и ​​сотрясения мозга в целом. Это потенциально может позволить определить безопасный уровень механической нагрузки на ткани мозга, что поможет в разработке защитного снаряжения и регулировании занятий спортом. Более глубокое понимание патофизиологического механизма также увеличит шансы найти лучшее лечение для пациентов с постконкуссивным синдромом, хронической травматической энцефалопатией и диффузным повреждением аксонов.И, возможно, лучшее понимание того, как теряется сознание, может стать первым шагом к пониманию самого сознания.

Вклад авторов

Хиджры подготовили оригинал рукописи. ER внесла новые идеи, идеи и знания в окончательную рукопись. Оба автора внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Спасибо профессору Перу Энбладу за ценные комментарии к этой рукописи и Тиму Хауэллсу за тщательную вычитку.

Примечания

Финансирование. Исследование финансировалось отделением неврологии / нейрохирургии Упсальского университета, Швеция.

Ссылки

1. Morgan MH, Carrier DR. Защитная опора человеческого кулака и эволюция рук гомининов. J Exp Biol. (2013) 216: 236–44. 10.1242 / jeb.075713 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2.МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясение мозга: история клинических и патофизиологических концепций и заблуждений. Неврология. (2001) 57: 2283–9. 10.1212 / WNL.57.12.2283 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Martland HS. Пунш пьян. ДЖАМА. (1928) 91: 1103–7. 10.1001 / jama.1928.02700150029009 [CrossRef] [Google Scholar] 6. Курнуайе Дж., Хошизаки ТБ. Динамическая реакция головы и деформация тканей мозга при боксерских ударах с потерей сознания и без. Clin Biomech. (2019) 67: 96–101. 10.1016 / j.clinbiomech.2019.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Чан Ш., Ким О.Л., Ким С.Х., Ким Дж.Б. Связь между потерей сознания, тяжестью черепно-мозговой травмы и повреждением восходящей ретикулярной активирующей системы у пациентов с черепно-мозговой травмой. Am J Phys Med Rehabil. (2019) 98: 1067–71. 10.1097 / PHM.0000000000001243 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Jang SH, Lee J, Kwon HG. Нарушение сознания из-за повреждения активирующей системы восходящей ретикулярной системы. Перевод Neurosci. (2018) 9: 209–10.10.1515 / tnsci-2018-0030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Оммая А.К., Дженнарелли Т.А. Сотрясение мозга и травматическая потеря сознания. Соотношение экспериментальных и клинических наблюдений за тупыми травмами головы. Головной мозг. (1974) 97: 633–54. 10.1093 / brain / 97.1.633 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Уокер Э.А., Коллрос Дж. Дж., Дело Т. Дж.. Физиологические основы сотрясения мозга. J Neurosurg. (1944) 1: 103–6. 10.3171 / jns.1944.1.2.0103 [CrossRef] [Google Scholar] 12. Шоу Н.А. Нейрофизиология сотрясения мозга.Prog Neurobiol. (2002) 67: 281–344. 10.1016 / S0301-0082 (02) 00018-7 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Хоссейни А.Х., Лифшиц Дж. Сила повреждения мозга умеренной величины вызывает реакцию фехтования. Медико-спортивные упражнения. (2009) 41: 1687–97. 10.1249 / MSS.0b013e31819fcd1b [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясения: частота встречаемости в спорте и рекомендации по лечению. Sports Med. (1998) 25: 131–6. 10.2165 / 00007256-199825020-00005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15.Теньи Д., Дьимеси С., Хорват Р., Ковач Н., Абрахам Н., Дарнаи Г. и др. . Сотрясения: анализ видео на YouTube. Эпилепсия. (2016) 57: 1310–6. 10.1111 / epi.13432 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Смит DH, Мини Д.Ф., Шулл WH. Диффузное повреждение аксона при травме головы. J Head Trauma Rehabil. (2003) 18: 307–16. 10.1097 / 00001199-200307000-00003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Тан-Шомер, доктор медицины, Пател А.Р., Баас П.В., Смит Д.Х. Механическое разрушение микротрубочек в аксонах во время динамического растяжения лежит в основе замедленной эластичности, разборки микротрубочек и дегенерации аксонов.FASEB J. (2010) 24: 1401–10. 10.1096 / fj.09-142844 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Тан-Шомер, доктор медицины, Джонсон В.Э., Баас П.В., Стюарт В., Смит Д.Х. Частичное прерывание аксонального транспорта из-за разрыва микротрубочек объясняет формирование периодического варикозного расширения вен после травматического повреждения аксонов. Exp Neurol. (2012) 233: 364–72. 10.1016 / j.expneurol.2011.10.030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Готтлиб PA. редактор. Тур де Форс. В: Актуальные темы в мембранах.Амстердам: Эльзевир; п. 1–36. [Google Scholar] 22. Heyburn L, Abutarboush R, Goodrich S, Urioste R, Batuure A, Statz J, et al. . Повторяющееся низкоуровневое избыточное давление при взрыве приводит к эндоваскулярным нарушениям и изменениям TDP-43 и Piezo2 в модели взрыва TBI на крысах. Фронт Neurol. (2019) 10: 766. 10.3389 / fneur.2019.00766 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Гу И, Юккола П., Ван Кью, Эспарза Т., Чжао Й, Броди Д. и др. . Полярность инициации варикозного расширения вен механочувствительности центрального нейрона.J Cell Biol. (2017) 216: 2179–99. 10.1083 / jcb.201606065 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Tehse J, Taghibiglou C. Упущенный из виду аспект эксайтотоксичности: глутамат-независимая эксайтотоксичность при черепно-мозговых травмах. Eur J Neurosci. (2018) 49: 1157–70. 10.1111 / ejn.14307 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25. Манеши М.М., Маки Б., Гнанасамбандам Р., Белин С., Попеску Г.К., Сакс Ф. и др. . Механический стресс активирует рецепторы NMDA в отсутствие агонистов. Научный доклад (2017) 7: 39610.10.1038 / srep39610 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Эрнандес ML, Chatlos T, Gorse KM, Lafrenaye AD. Нарушение нейрональной мембраны происходит поздно после диффузной травмы головного мозга у крыс и включает субпопуляцию NeuN-отрицательных нейронов коры. Фронт Neurol. (2019) 10: 1238. 10.3389 / fneur.2019.01238 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Lafrenaye AD, Krahe TE, Povlishock JT. Умеренно повышенное внутричерепное давление после диффузной черепно-мозговой травмы связано с обострением нейрональной патологии и поведенческой патологии у крыс.J Cereb Blood Flow Metab. (2014) 34: 1628–36. 10.1038 / jcbfm.2014.122 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Петтус Э. Х., Повлишок Я. Т. Характеристика отдельного набора интрааксональных ультраструктурных изменений, связанных с травматическим изменением проницаемости аксолеммы. Brain Res. (1996) 722: 1–11. 10.1016 / 0006-8993 (96) 00113-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Фаркаш О., Лифшиц Дж., Повлишок Дж. Т.. Механопорация, вызванная диффузной черепно-мозговой травмой: необратимый или обратимый ответ на травму? J Neurosci.(2006) 26: 3130-40. 10.1523 / JNEUROSCI.5119-05.2006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Rennke HG, Patel Y, Venkatachalam MA. Клубочковая фильтрация белков: клиренс анионной, нейтральной и катионной пероксидазы хрена у крыс. Kidney Int. (1978) 13: 278–88. 10.1038 / ki.1978.41 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. LaPlaca MC, Lessing MC, Prado GR, Zhou R, Tate CC, Geddes-Klein D, et al. . Механопорация является потенциальным индикатором деформации тканей и последующей дегенерации после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Clin Biomech. (2019) 64: 2–13. 10.1016 / j.clinbiomech.2018.05.016 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Чой Дж. Дж., Ван С., Тунг И. С., Моррисон Б., Конофагу Э. Молекулы различных фармакологически значимых размеров могут пересекать индуцированное ультразвуком открытие гематоэнцефалического барьера in vivo. Ультразвук Med Biol. (2010) 36: 58–67. 10.1016 / j.ultrasmedbio.2009.08.006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Хейман Н.С., Берт Дж. М.. Затрудненная диффузия через водную пору описывает инвариантную селективность окрашивания соединений Cx43.Biophys J. (2008) 94: 840–54. 10.1529 / biophysj.107.115634 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Montanino A, Saeedimasine M, Villa A, Kleiven S. Локальные деформации аксолеммы предполагают, что механопорация является триггером повреждения аксонов. Фронт Neurol. (2020) 11:25. 10.3389 / fneur.2020.00025 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Мерфи М.А., Хорстемейер М.Ф., Гвалтни С.Р., Стоун Т., ЛаПлака М., Ляо Дж. И др. Наномеханика разрушения фосфолипидного бислоя при двухосном растяжении полосы с использованием молекулярной динамики.Модель Simul Mater Sci Eng. (2016) 24: 055008 10.1088 / 0965-0393 / 24/5/055008 [CrossRef] [Google Scholar] 36. Бут Д.Л., Ю. Б., Кудела П., Андерсон В. С., Феттель Ю. М., Франащук П. Я. Влияние повреждения мембраны нейронов на потенциал локального поля в крупномасштабном моделировании коры головного мозга. Фронт Neurol. (2017) 8: 236. 10.3389 / fneur.2017.00236 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Кумар П., Нагараджан А., Учил П.Д. Электропорация. Cold Spring Harb Protoc. (2019) 2019: 519–25. 10.1101 / PDB.top096271 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Саулис Г., Сауле Р. Размер пор, созданных электрическим импульсом: микросекундные и миллисекундные импульсы. Biochim Biophys Acta. (2012) 1818: 3032–9. 10.1016 / j.bbamem.2012.06.018 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 40. Саулис Г., Венслаускас М.С., Нактинис Дж. Кинетика повторного закрытия пор в клеточных мембранах после электропорации. J Electroanal Chem Interfacial Electrochem. (1991) 321: 1–13. 10.1016 / 0022-0728 (91) 85564-6 [CrossRef] [Google Scholar]

Как удар может вас нокаутировать?

Передний нейрол.2020; 11: 570566.

Андерс Ханелл

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

Эльхам Ростами

1 Отделение нейрохирургии, Отделение нейробиологии, Уппсальский университет, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт (KI), Стокгольм, Швеция

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт ), Стокгольм, Швеция

Отредактировал: Андраш Буки, Университет Печ, Венгрия

Рецензировал: Дэвид Ф.Мини, Пенсильванский университет, США; Серджио Баньято, Институт Фонда Дж. Джильо, Италия

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Нейротравма» журнала «Границы в неврологии»

Поступила в редакцию 8 июня 2020 г .; Принято 18 сентября 2020 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY). Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой.Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Abstract

Со временем было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих, почему сознание может быть так быстро потеряно, а затем спонтанно восстановлено после механической травмы головы. Нокаутирующий удар в боксе — это относительно однородная форма черепно-мозговой травмы, и поэтому его можно использовать для проверки предсказаний этих гипотез. Хотя ни одна из выдвинутых гипотез не может считаться полностью подтвержденной, образование пор после растяжения мембраны аксональной клетки, механопорация, является сильным соперником.Здесь мы утверждаем, что теоретические основы механопорации можно укрепить путем сравнения с экспериментальным методом электропорации.

Ключевые слова: черепно-мозговая травма, сотрясение мозга, бокс, механопорация, механочувствительный (МС) ионный канал

История нокаутов

Пропорции руки человека отличаются от рук других приматов, у которых, как правило, более длинные пальцы. Наиболее вероятная причина этого — эволюционное давление, направленное на повышение ловкости рук, чтобы позволить лучше использовать инструмент.Однако форма человеческой руки также позволяет ей образовывать кулак, который можно использовать для нанесения сильных ударов. Вероятно, это было очень распространено в доисторические времена, и было высказано предположение, что способность насильственно доминировать над другими также способствовала эволюции человеческой руки (1).

Несмотря на то, что самым ранним использованием ударов кулаком, вероятно, было насильственное разрешение конфликтов, в ранних исторических записях, таких как «Илиада» Гомера, есть упоминания об организованных соревнованиях. Здесь есть описание того, как Тамон организовывает бой, в котором Эпей использует свои мускулистые кулаки, чтобы сразить Эвриала с землей, и выигрывает первый приз у сильного шестилетнего мула.Этот вид древнего бокса, известный как пигмахия, также практиковался на Олимпийских играх древней эпохи. Традиция продолжалась в Римской империи, а затем постепенно изменилась на протяжении веков, чтобы окончательно развиться в современный бокс.

В то время как традиция сражаться исключительно с помощью ударов руками, по-видимому, была ограничена на Ближнем Востоке и в Европе, существует множество примеров боевых искусств, сочетающих удары руками и ногами со всего мира. Эти практики теперь объединились в крупномасштабную индустрию развлечений, хотя известные симптомы ударов в голову включают необратимое повреждение мозга и смерть.

Симптомы удара

Удар по голове, не приводящий к потере сознания, все же может вызвать состояние, характеризующееся снижением скорости реакции и замешательством. Это в просторечии называется вялым, поскольку напоминает человека, который выпил слишком много грога, алкогольного напитка. Также может быть нарушена походка, и тогда говорят, что у больного развились спагетти-ноги. Это опасно для боксера, так как снижает способность защищаться от дальнейших ударов.

Более сильный удар может вызвать потерю сознания, как правило, с почти мгновенным началом. Наблюдая за видеопоследовательностями нокаутов, можно сделать вывод, что цель удара в большинстве случаев теряет сознание до того, как может приземлиться последующий удар. Обычно это приводит к полной потере мышечного тонуса, и боксер падает на пол. К счастью, сознание обычно восстанавливается самопроизвольно в течение нескольких минут или меньше. Потеря сознания, от которой человек быстро оправился, была названа ранними исследователями commotio cerebri (потрясенный мозг).Они отличали это от contusio cerebri (ушиб головного мозга), при котором функция была потеряна и никогда не восстанавливалась (2, 3). Это также наблюдается в боксе, где нокаутированные боксеры иногда не приходят в сознание и не выдерживают своих травм.

Но независимо от того, восстановлено сознание или нет, ясно, что области мозга, отвечающие за поддержание сознания, должны быть повреждены силой входящего удара.

Биомеханика нокаута

Чтобы удар мог повредить мозг, сила удара должна каким-то образом передаваться через череп в ткани мозга.Ранняя теория была предложена Чарльзом Б. Кассасой и изложена Мартландом в 1928 г. (4). Эта теория предполагает, что удар приводит к вдавлению черепа, что вызывает импульс гидростатического давления в субарахноидальном пространстве, который затем передается через периваскулярное пространство, чтобы достичь более глубоких областей мозга (). Однако предположение о том, что деформация черепа является ключевым компонентом сотрясения мозга, противоречило работе Денни-Брауна и Рассела в 1940-х годах, которые продемонстрировали важность движения головы (5).Ускорение головы приводит к растяжению самой ткани мозга, поэтому важно учитывать направление входящего удара и то, как он заставляет голову двигаться.

Схема гипотезы Кассасы о сотрясении мозга, описанной Мартландом в 1928 году, которую он приписал Чарльзу Б. Кассасе. Первый шаг — это вдавливание черепа под действием механической силы. Затем волна гидростатического давления распространяется из субарахноидального пространства и вдоль периваскулярного пространства, вызывая кольцевые кровоизлияния и гидростатический шок в нейроны.Воспроизведено с разрешения Martland (4).

Ретроспективный анализ боксерских нокаутов показал, что они, как правило, вызваны зацепом сбоку челюсти, который вызывает вращение головы в горизонтальной плоскости. Апперкоты в подбородок также могут вызвать потерю сознания, в то время как прямые удары по лицу маловероятны (6). Это объясняет термин «стеклянная челюсть», который на протяжении более 100 лет относился к боксеру, которого легко нокаутировали ударом в челюсть. Однако слабость, скорее всего, связана не с самой челюстью, а скорее из-за неспособности мышц шеи уменьшить движение головы или неспособности боксера заметить приближающийся удар.

Было высказано предположение, что потеря сознания вызвана нарушением работы аксонов в восходящей ретикулярной активирующей системе (7–9). С другой стороны, работа Оммаи и Дженнарелли в 1960-х и 1970-х годах (10) предполагает, что кора головного мозга является областью мозга, наиболее чувствительной к механическим травмам. Недавнее биомеханическое моделирование также показывает, что деформации тканей, вызываемые нокаутом, значительно выше в коре головного мозга по сравнению с более каудальными областями (6).Это соответствует большему смещению положения переднего мозга по сравнению со стволом мозга, когда голова вращается в горизонтальной плоскости. Следовательно, хотя современные описания обычно делают упор на область ствола мозга, может быть преждевременно исключать, например, нарушение клауструма или нарушение таламо-кортикальных колебаний как причину нокаутов в боксе. Но независимо от анатомического расположения поражения, должен существовать способ преобразования механических сил воздействия в нейрональную дисфункцию.

Судорожная гипотеза

Согласно этой гипотезе, механические силы удара вызывают деполяризацию мембраны нейрональной клетки, что приводит к неконтролируемому высвобождению потенциалов действия. В таком случае потеря сознания происходила бы по механизму, подобному большому эпилептическому припадку. Одна из первых формулировок этой гипотезы была сделана в 1944 г. Уокером и др. (11, 12), которые, по-видимому, были вдохновлены наблюдением судорожных движений у лабораторных животных после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Однако в 1940-х годах судорожные движения после травм головы у людей считались очень редким явлением. Это объяснялось тем, что неподготовленные прохожие не заметили эти временные события, и это объяснение было разумным в то время. Однако использование видеокамер на спортивных мероприятиях изменило это, и современный невролог имеет широкие возможности для подробного анализа событий, вызвавших сотрясение мозга. Это четко установило, что судорожные движения возникают не только в регби и подобных видах спорта после нокаута (13–15), но также, что это явление, по-видимому, редко встречается в боксе.

Судорожная гипотеза, таким образом, имеет некоторые достоинства, хотя в большинстве случаев она не может объяснить наблюдаемые симптомы.

Сосудистые гипотезы

Когда нокаут приводит к летальному исходу, компьютерная томография обычно выявляет обширное церебральное кровоизлияние, что позволяет предположить, что разрыв кровеносных сосудов является основной формой первичного повреждения в этом случае. Мартланд предположил, что импульс гидростатического давления, проходящий по периваскулярному пространству, разорвет коллатеральные кровеносные сосуды, что приведет к тому, что он назвал кольцевыми кровоизлияниями (4).Однако теперь известно, что травма головного мозга, которая приводит к кратковременной потере сознания, обычно не вызывает кровоизлияния, видимого на компьютерной томографии. Даже если бы это было так, это было бы необратимым и не объясняло бы самопроизвольное возвращение сознания.

Временное снижение кровотока, с другой стороны, могло бы объяснить временный характер потери сознания, наблюдаемой при нокаутах. Это суть гипотезы под названием острая компрессионная анемия, которую Троттер описал в речи перед Медицинским обществом Лондона в 1924 году (16).Основная идея заключается в том, что при ударе череп будет вдавлен, что приведет к уменьшению внутричерепного объема, что ограничит церебральный кровоток. Однако эта теория не согласуется с требованием ускорения головы и в настоящее время считается неверной.

Однако существуют и другие возможные причины снижения мозгового кровотока, например, те, которые были описаны для различных форм обморока. Однако эта аргументация не включает описание первичного повреждения, и неясно, как механические силы могут привести к уменьшению кровотока.Более того, хотя мозгу требуется постоянный приток кислорода и питательных веществ, он имеет ограниченные запасы энергии, которых хватает на несколько секунд. Любая гипотеза боксерских нокаутов, которая вращается вокруг снижения мозгового кровотока, должна, таким образом, объяснять, как потеря сознания может проявляться так быстро.

Введение представления о том, что сотрясение мозга требует ускорения мозговой ткани, снизило интерес к сосудистым теориям, и акцент сместился в сторону растяжения аксонов как ключевого события.

Разрыв микротрубочек

Нормальные движения тела приводят к растяжению аксонов в периферической нервной системе, которые в этом случае могут легко регулировать их длину без повреждения (17). С другой стороны, быстрое растяжение, которое происходит при черепно-мозговой травме (ЧМТ), делает аксоны хрупкими и вызывает разрыв микротрубочек (18, 19). Это может привести к нарушению транспорта аксонов, с последующим набуханием аксонов из-за накопления транспортных пузырьков и, в конечном итоге, отсоединением аксона.До сих пор это было продемонстрировано только на моделях in vitro , но если это так, это будет представлять собой тип первичной травмы в результате сотрясения мозга. Хотя этот механизм важен для долгосрочных эффектов, он, однако, маловероятен для объяснения острой потери сознания, поскольку микротрубочки не требуются для распространения потенциалов действия. Следовательно, острые симптомы можно лучше объяснить повреждением самой мембраны аксональной клетки или ее встроенных ионных каналов.

Механочувствительные ионные каналы

Механочувствительные ионные каналы находятся в нескольких частях тела, например в сердце, мочевом пузыре и внутреннем ухе, где они необходимы для нормальной физиологии. С другой стороны, неизвестно, чтобы мозг полагался на механочувствительные ионные каналы для нормальной работы. Но, однако, возможно, что ионные каналы, которые обычно открываются в ответ на изменения мембранного потенциала или связывания лиганда, могут быть затронуты механической нагрузкой в ​​экстремальных условиях.Гиперполяризация нейронов после открытия таких механочувствительных ионных каналов K + была предложена как причина потери сознания при боксерских нокаутах (20). Было высказано предположение, что для ЧМТ в целом роль могут играть несколько других механочувствительных ионных каналов, включая пьезорецепторы, рецепторы NMDA, рецепторы TRP, а также потенциал-чувствительные натриевые каналы (21-25). Было высказано предположение, что механочувствительные ионные каналы играют роль на более поздних стадиях ЧМТ, где они могут играть роль в развитии вторичного повреждения (26, 27).

Механическое напряжение, вызванное ускорением мозга, присутствует только в течение очень короткого периода времени, и можно было бы ожидать, что эти ионные каналы вернутся в нормальное состояние почти сразу. Однако, если бы большая часть нейронов мозга была одновременно гиперполяризована или деполяризована, можно предположить, что потребуется время, чтобы нормальные паттерны возбуждения вновь проявились. Однако, если это так, неизвестно, и предстоит еще много экспериментальной работы, прежде чем роль механочувствительных ионных каналов можно будет считать исчерпывающе описанной и полностью проверенной.

Один из возможных путей — изучить последствия отключения или изменения генов механочувствительных ионных каналов на животных моделях. Явным ограничением здесь является то, что животных анестезируют перед индукцией травмы головного мозга, и удаление высокоэкспрессированных ионных каналов может ограничить жизнеспособность до травмы. Другой подход состоит в том, чтобы получить подробное описание для каждого механочувствительного ионного канала механических напряжений, необходимых для открытия и ионной селективности, а также анатомического и субклеточного распределения.Затем это может служить основой для компьютерного моделирования того, как растяжение мембраны и открытие каналов влияют на нейронные сети.

Ключевым моментом для подтверждения этой гипотезы, таким образом, было бы объяснение того, как кратковременное растяжение мембраны может нарушить сознание в масштабе времени от секунд до минут. Однако это не будет проблемой для механизма, который увеличивает проницаемость клеточной мембраны с отсроченной обратимостью.

Гипотеза механопорации

Формирование пор в клеточной мембране, вызванное механическими силами, называется механопорацией, которая в основном исследовалась с помощью молекулярных маркеров для оценки проницаемости клеточной мембраны после экспериментальной травмы головного мозга (28, 29).Вкратце, процедура начинается с введения маркера, который заполняет внеклеточное пространство мозга. Затем индуцируется травма мозга, и маркер диффундирует в клетки с повышенной проницаемостью мембраны. После периода вымывания маркер выводится из внеклеточного пространства, но все еще присутствует в скомпрометированных клетках либо из-за недостаточного времени для диффузии из клетки, либо из-за восстановления целостности мембраны.

Если маркер больше поры, он не сможет пройти через нее, поэтому радиус молекулярного маркера можно использовать для оценки нижней границы размера поры.Было использовано несколько маркеров, включая пероксидазу хрена (HRP) с радиусом 3 нм (28, 30), 3000 Да декстран-тетраметилродамин (TRITC-декстран) с радиусом примерно 1 нм (31, 32) и Lucifer Yellow. радиусом 0,7 нм (31, 33). Таким образом, по меньшей мере, часть пор должна иметь радиус, по меньшей мере, 3 нм, хотя некоторые из них могут быть больше, и если распределение пор по размеру широкое, большинство пор может быть меньше.

Хотя приток молекулярного маркера можно использовать для оценки размера пор, он, однако, не дает никакой информации о форме пор или ориентации фосфолипидов на краю пор.Поскольку он основан на диффузии меченых молекул, он также может дать лишь приблизительную оценку кинетики образования пор и повторного запечатывания. Однако недавнее компьютерное моделирование продемонстрировало, что поры могут образовываться за доли секунды после растяжения клеточной мембраны, хотя кинетика закрытия пор не оценивалась (34, 35). Компьютерное моделирование также показывает, что образование пор в коре головного мозга препятствует генерации потенциала действия (36), что соответствует потере сознания без припадков, что обычно наблюдается при нокаутах в боксе.С другой стороны, вопрос о том, можно ли объяснить эпилептическую активность, которая иногда наблюдается после нокаута, механопорацией.

Однако проходы через клеточную мембрану обычно стабилизируются белками, такими как аквапорины или ионные каналы, чтобы избежать воздействия молекул воды на гидрофобные фосфолипидные хвосты. Это заставляет задуматься о том, как стабилизируются поры без белкового компонента и как долго они могут оставаться открытыми. В то время как существующие исследования механопорации не решают эти проблемы, существует независимое направление исследований, а именно электропорация (36, 37).

В экспериментальном методе электропорации через клеточную суспензию пропускают электрический ток, который вызывает поры клеточной мембраны, которые остаются открытыми достаточно долго, чтобы позволить генетическому материалу диффундировать в клетки. Согласно современным теориям в этой области, поры могут быть либо гидрофобными, либо гидрофильными (38), в зависимости от ориентации фосфолипидов внутри мембраны (). На основании того, что известно из кинетических исследований, гидрофобные поры по своей природе нестабильны и закрываются за доли секунды, в то время как гидрофильные поры закрываются за время от секунд до минут (39, 40).

Возможное расположение фосфолипидов в порах, созданных механопорацией. (A) Мембрана клетки до повреждения, где кружки указывают на головные группы гидрофильных фосфолипидов, а линии указывают на хвосты гидрофобных фосфолипидов. (B) Конфигурация фосфолипидов в поре гидрофобной мембраны, где гидрофобные хвосты обращены к краю поры. Считается, что поры этого типа очень нестабильны и закрываются за доли секунды. (C) Конфигурация фосфолипида в гидрофильной поре.Здесь группы полярных головок обращены к краю поры, что предотвращает немедленное схлопывание поры. Однако скопление хвостов жирных кислот по краям вызывает нестабильность и в течение нескольких минут приводит к закрытию поры.

Можно утверждать, что после образования поры кинетика повторного запечатывания не должна зависеть от природы сил, которые приводят к ее созданию. Если это правда, то пораженные нейроны в нокаутированном боксере будут повторно запечатаны в течение нескольких минут, что приведет к возвращению сознания.Таким образом, временные рамки как для образования, так и для самопроизвольного закрытия пор хорошо соответствуют наблюдаемым симптомам. Механопорация потенциально также может быть первоначальным триггером для долгосрочных последствий нокаута, например, если приток Ca 2+ активирует протеазы или если отток внутриклеточных белков запускает нейровоспалительный ответ.

Экспериментальные доказательства механопорации, однако, пока косвенные и основываются на притоке маркерных веществ в моделях животных и моделировании in silico .Более прямые доказательства, такие как визуализация реальных пор, все еще недоступны, и остается еще много работы, прежде чем механопорация может считаться полностью подтвержденной.

Преимущества понимания нокаутов

Может быть, видеть человека, которого нокаутировали, а затем быстро приходит в сознание, настолько распространено, что это воспринимается как должное. Но из приведенного выше описания должно быть ясно, что эту последовательность событий трудно объяснить на клеточном и молекулярном уровне. По сравнению с сотрясением мозга в целом характеристики пациента и механические силы в боксерском нокауте очень однородны и поэтому могут служить подходящей отправной точкой.По общему признанию, временные рамки первичного повреждения исключают любое медицинское вмешательство, и поэтому будущие терапевтические средства должны будут нацеливаться на вторичные процессы повреждения. Тем не менее, было бы очень полезно полностью выверенное и подробное описание первичной травмы в боксерских нокаутах и ​​сотрясения мозга в целом. Это потенциально может позволить определить безопасный уровень механической нагрузки на ткани мозга, что поможет в разработке защитного снаряжения и регулировании занятий спортом. Более глубокое понимание патофизиологического механизма также увеличит шансы найти лучшее лечение для пациентов с постконкуссивным синдромом, хронической травматической энцефалопатией и диффузным повреждением аксонов.И, возможно, лучшее понимание того, как теряется сознание, может стать первым шагом к пониманию самого сознания.

Вклад авторов

Хиджры подготовили оригинал рукописи. ER внесла новые идеи, идеи и знания в окончательную рукопись. Оба автора внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Спасибо профессору Перу Энбладу за ценные комментарии к этой рукописи и Тиму Хауэллсу за тщательную вычитку.

Примечания

Финансирование. Исследование финансировалось отделением неврологии / нейрохирургии Упсальского университета, Швеция.

Ссылки

1. Morgan MH, Carrier DR. Защитная опора человеческого кулака и эволюция рук гомининов. J Exp Biol. (2013) 216: 236–44. 10.1242 / jeb.075713 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2.МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясение мозга: история клинических и патофизиологических концепций и заблуждений. Неврология. (2001) 57: 2283–9. 10.1212 / WNL.57.12.2283 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Martland HS. Пунш пьян. ДЖАМА. (1928) 91: 1103–7. 10.1001 / jama.1928.02700150029009 [CrossRef] [Google Scholar] 6. Курнуайе Дж., Хошизаки ТБ. Динамическая реакция головы и деформация тканей мозга при боксерских ударах с потерей сознания и без. Clin Biomech. (2019) 67: 96–101. 10.1016 / j.clinbiomech.2019.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Чан Ш., Ким О.Л., Ким С.Х., Ким Дж.Б. Связь между потерей сознания, тяжестью черепно-мозговой травмы и повреждением восходящей ретикулярной активирующей системы у пациентов с черепно-мозговой травмой. Am J Phys Med Rehabil. (2019) 98: 1067–71. 10.1097 / PHM.0000000000001243 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Jang SH, Lee J, Kwon HG. Нарушение сознания из-за повреждения активирующей системы восходящей ретикулярной системы. Перевод Neurosci. (2018) 9: 209–10.10.1515 / tnsci-2018-0030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Оммая А.К., Дженнарелли Т.А. Сотрясение мозга и травматическая потеря сознания. Соотношение экспериментальных и клинических наблюдений за тупыми травмами головы. Головной мозг. (1974) 97: 633–54. 10.1093 / brain / 97.1.633 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Уокер Э.А., Коллрос Дж. Дж., Дело Т. Дж.. Физиологические основы сотрясения мозга. J Neurosurg. (1944) 1: 103–6. 10.3171 / jns.1944.1.2.0103 [CrossRef] [Google Scholar] 12. Шоу Н.А. Нейрофизиология сотрясения мозга.Prog Neurobiol. (2002) 67: 281–344. 10.1016 / S0301-0082 (02) 00018-7 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Хоссейни А.Х., Лифшиц Дж. Сила повреждения мозга умеренной величины вызывает реакцию фехтования. Медико-спортивные упражнения. (2009) 41: 1687–97. 10.1249 / MSS.0b013e31819fcd1b [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясения: частота встречаемости в спорте и рекомендации по лечению. Sports Med. (1998) 25: 131–6. 10.2165 / 00007256-199825020-00005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15.Теньи Д., Дьимеси С., Хорват Р., Ковач Н., Абрахам Н., Дарнаи Г. и др. . Сотрясения: анализ видео на YouTube. Эпилепсия. (2016) 57: 1310–6. 10.1111 / epi.13432 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Смит DH, Мини Д.Ф., Шулл WH. Диффузное повреждение аксона при травме головы. J Head Trauma Rehabil. (2003) 18: 307–16. 10.1097 / 00001199-200307000-00003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Тан-Шомер, доктор медицины, Пател А.Р., Баас П.В., Смит Д.Х. Механическое разрушение микротрубочек в аксонах во время динамического растяжения лежит в основе замедленной эластичности, разборки микротрубочек и дегенерации аксонов.FASEB J. (2010) 24: 1401–10. 10.1096 / fj.09-142844 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Тан-Шомер, доктор медицины, Джонсон В.Э., Баас П.В., Стюарт В., Смит Д.Х. Частичное прерывание аксонального транспорта из-за разрыва микротрубочек объясняет формирование периодического варикозного расширения вен после травматического повреждения аксонов. Exp Neurol. (2012) 233: 364–72. 10.1016 / j.expneurol.2011.10.030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Готтлиб PA. редактор. Тур де Форс. В: Актуальные темы в мембранах.Амстердам: Эльзевир; п. 1–36. [Google Scholar] 22. Heyburn L, Abutarboush R, Goodrich S, Urioste R, Batuure A, Statz J, et al. . Повторяющееся низкоуровневое избыточное давление при взрыве приводит к эндоваскулярным нарушениям и изменениям TDP-43 и Piezo2 в модели взрыва TBI на крысах. Фронт Neurol. (2019) 10: 766. 10.3389 / fneur.2019.00766 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Гу И, Юккола П., Ван Кью, Эспарза Т., Чжао Й, Броди Д. и др. . Полярность инициации варикозного расширения вен механочувствительности центрального нейрона.J Cell Biol. (2017) 216: 2179–99. 10.1083 / jcb.201606065 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Tehse J, Taghibiglou C. Упущенный из виду аспект эксайтотоксичности: глутамат-независимая эксайтотоксичность при черепно-мозговых травмах. Eur J Neurosci. (2018) 49: 1157–70. 10.1111 / ejn.14307 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25. Манеши М.М., Маки Б., Гнанасамбандам Р., Белин С., Попеску Г.К., Сакс Ф. и др. . Механический стресс активирует рецепторы NMDA в отсутствие агонистов. Научный доклад (2017) 7: 39610.10.1038 / srep39610 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Эрнандес ML, Chatlos T, Gorse KM, Lafrenaye AD. Нарушение нейрональной мембраны происходит поздно после диффузной травмы головного мозга у крыс и включает субпопуляцию NeuN-отрицательных нейронов коры. Фронт Neurol. (2019) 10: 1238. 10.3389 / fneur.2019.01238 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Lafrenaye AD, Krahe TE, Povlishock JT. Умеренно повышенное внутричерепное давление после диффузной черепно-мозговой травмы связано с обострением нейрональной патологии и поведенческой патологии у крыс.J Cereb Blood Flow Metab. (2014) 34: 1628–36. 10.1038 / jcbfm.2014.122 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Петтус Э. Х., Повлишок Я. Т. Характеристика отдельного набора интрааксональных ультраструктурных изменений, связанных с травматическим изменением проницаемости аксолеммы. Brain Res. (1996) 722: 1–11. 10.1016 / 0006-8993 (96) 00113-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Фаркаш О., Лифшиц Дж., Повлишок Дж. Т.. Механопорация, вызванная диффузной черепно-мозговой травмой: необратимый или обратимый ответ на травму? J Neurosci.(2006) 26: 3130-40. 10.1523 / JNEUROSCI.5119-05.2006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Rennke HG, Patel Y, Venkatachalam MA. Клубочковая фильтрация белков: клиренс анионной, нейтральной и катионной пероксидазы хрена у крыс. Kidney Int. (1978) 13: 278–88. 10.1038 / ki.1978.41 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. LaPlaca MC, Lessing MC, Prado GR, Zhou R, Tate CC, Geddes-Klein D, et al. . Механопорация является потенциальным индикатором деформации тканей и последующей дегенерации после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Clin Biomech. (2019) 64: 2–13. 10.1016 / j.clinbiomech.2018.05.016 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Чой Дж. Дж., Ван С., Тунг И. С., Моррисон Б., Конофагу Э. Молекулы различных фармакологически значимых размеров могут пересекать индуцированное ультразвуком открытие гематоэнцефалического барьера in vivo. Ультразвук Med Biol. (2010) 36: 58–67. 10.1016 / j.ultrasmedbio.2009.08.006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Хейман Н.С., Берт Дж. М.. Затрудненная диффузия через водную пору описывает инвариантную селективность окрашивания соединений Cx43.Biophys J. (2008) 94: 840–54. 10.1529 / biophysj.107.115634 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Montanino A, Saeedimasine M, Villa A, Kleiven S. Локальные деформации аксолеммы предполагают, что механопорация является триггером повреждения аксонов. Фронт Neurol. (2020) 11:25. 10.3389 / fneur.2020.00025 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Мерфи М.А., Хорстемейер М.Ф., Гвалтни С.Р., Стоун Т., ЛаПлака М., Ляо Дж. И др. Наномеханика разрушения фосфолипидного бислоя при двухосном растяжении полосы с использованием молекулярной динамики.Модель Simul Mater Sci Eng. (2016) 24: 055008 10.1088 / 0965-0393 / 24/5/055008 [CrossRef] [Google Scholar] 36. Бут Д.Л., Ю. Б., Кудела П., Андерсон В. С., Феттель Ю. М., Франащук П. Я. Влияние повреждения мембраны нейронов на потенциал локального поля в крупномасштабном моделировании коры головного мозга. Фронт Neurol. (2017) 8: 236. 10.3389 / fneur.2017.00236 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Кумар П., Нагараджан А., Учил П.Д. Электропорация. Cold Spring Harb Protoc. (2019) 2019: 519–25. 10.1101 / PDB.top096271 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Саулис Г., Сауле Р. Размер пор, созданных электрическим импульсом: микросекундные и миллисекундные импульсы. Biochim Biophys Acta. (2012) 1818: 3032–9. 10.1016 / j.bbamem.2012.06.018 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 40. Саулис Г., Венслаускас М.С., Нактинис Дж. Кинетика повторного закрытия пор в клеточных мембранах после электропорации. J Electroanal Chem Interfacial Electrochem. (1991) 321: 1–13. 10.1016 / 0022-0728 (91) 85564-6 [CrossRef] [Google Scholar]

Как удар может вас нокаутировать?

Передний нейрол.2020; 11: 570566.

Андерс Ханелл

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

Эльхам Ростами

1 Отделение нейрохирургии, Отделение нейробиологии, Уппсальский университет, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт (KI), Стокгольм, Швеция

1 Отделение нейрохирургии, Отделение неврологии, Уппсальский университет, Упсала, Швеция

2 Отделение неврологии, Каролинский институт ), Стокгольм, Швеция

Отредактировал: Андраш Буки, Университет Печ, Венгрия

Рецензировал: Дэвид Ф.Мини, Пенсильванский университет, США; Серджио Баньято, Институт Фонда Дж. Джильо, Италия

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Нейротравма» журнала «Границы в неврологии»

Поступила в редакцию 8 июня 2020 г .; Принято 18 сентября 2020 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY). Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой.Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Abstract

Со временем было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих, почему сознание может быть так быстро потеряно, а затем спонтанно восстановлено после механической травмы головы. Нокаутирующий удар в боксе — это относительно однородная форма черепно-мозговой травмы, и поэтому его можно использовать для проверки предсказаний этих гипотез. Хотя ни одна из выдвинутых гипотез не может считаться полностью подтвержденной, образование пор после растяжения мембраны аксональной клетки, механопорация, является сильным соперником.Здесь мы утверждаем, что теоретические основы механопорации можно укрепить путем сравнения с экспериментальным методом электропорации.

Ключевые слова: черепно-мозговая травма, сотрясение мозга, бокс, механопорация, механочувствительный (МС) ионный канал

История нокаутов

Пропорции руки человека отличаются от рук других приматов, у которых, как правило, более длинные пальцы. Наиболее вероятная причина этого — эволюционное давление, направленное на повышение ловкости рук, чтобы позволить лучше использовать инструмент.Однако форма человеческой руки также позволяет ей образовывать кулак, который можно использовать для нанесения сильных ударов. Вероятно, это было очень распространено в доисторические времена, и было высказано предположение, что способность насильственно доминировать над другими также способствовала эволюции человеческой руки (1).

Несмотря на то, что самым ранним использованием ударов кулаком, вероятно, было насильственное разрешение конфликтов, в ранних исторических записях, таких как «Илиада» Гомера, есть упоминания об организованных соревнованиях. Здесь есть описание того, как Тамон организовывает бой, в котором Эпей использует свои мускулистые кулаки, чтобы сразить Эвриала с землей, и выигрывает первый приз у сильного шестилетнего мула.Этот вид древнего бокса, известный как пигмахия, также практиковался на Олимпийских играх древней эпохи. Традиция продолжалась в Римской империи, а затем постепенно изменилась на протяжении веков, чтобы окончательно развиться в современный бокс.

В то время как традиция сражаться исключительно с помощью ударов руками, по-видимому, была ограничена на Ближнем Востоке и в Европе, существует множество примеров боевых искусств, сочетающих удары руками и ногами со всего мира. Эти практики теперь объединились в крупномасштабную индустрию развлечений, хотя известные симптомы ударов в голову включают необратимое повреждение мозга и смерть.

Симптомы удара

Удар по голове, не приводящий к потере сознания, все же может вызвать состояние, характеризующееся снижением скорости реакции и замешательством. Это в просторечии называется вялым, поскольку напоминает человека, который выпил слишком много грога, алкогольного напитка. Также может быть нарушена походка, и тогда говорят, что у больного развились спагетти-ноги. Это опасно для боксера, так как снижает способность защищаться от дальнейших ударов.

Более сильный удар может вызвать потерю сознания, как правило, с почти мгновенным началом. Наблюдая за видеопоследовательностями нокаутов, можно сделать вывод, что цель удара в большинстве случаев теряет сознание до того, как может приземлиться последующий удар. Обычно это приводит к полной потере мышечного тонуса, и боксер падает на пол. К счастью, сознание обычно восстанавливается самопроизвольно в течение нескольких минут или меньше. Потеря сознания, от которой человек быстро оправился, была названа ранними исследователями commotio cerebri (потрясенный мозг).Они отличали это от contusio cerebri (ушиб головного мозга), при котором функция была потеряна и никогда не восстанавливалась (2, 3). Это также наблюдается в боксе, где нокаутированные боксеры иногда не приходят в сознание и не выдерживают своих травм.

Но независимо от того, восстановлено сознание или нет, ясно, что области мозга, отвечающие за поддержание сознания, должны быть повреждены силой входящего удара.

Биомеханика нокаута

Чтобы удар мог повредить мозг, сила удара должна каким-то образом передаваться через череп в ткани мозга.Ранняя теория была предложена Чарльзом Б. Кассасой и изложена Мартландом в 1928 г. (4). Эта теория предполагает, что удар приводит к вдавлению черепа, что вызывает импульс гидростатического давления в субарахноидальном пространстве, который затем передается через периваскулярное пространство, чтобы достичь более глубоких областей мозга (). Однако предположение о том, что деформация черепа является ключевым компонентом сотрясения мозга, противоречило работе Денни-Брауна и Рассела в 1940-х годах, которые продемонстрировали важность движения головы (5).Ускорение головы приводит к растяжению самой ткани мозга, поэтому важно учитывать направление входящего удара и то, как он заставляет голову двигаться.

Схема гипотезы Кассасы о сотрясении мозга, описанной Мартландом в 1928 году, которую он приписал Чарльзу Б. Кассасе. Первый шаг — это вдавливание черепа под действием механической силы. Затем волна гидростатического давления распространяется из субарахноидального пространства и вдоль периваскулярного пространства, вызывая кольцевые кровоизлияния и гидростатический шок в нейроны.Воспроизведено с разрешения Martland (4).

Ретроспективный анализ боксерских нокаутов показал, что они, как правило, вызваны зацепом сбоку челюсти, который вызывает вращение головы в горизонтальной плоскости. Апперкоты в подбородок также могут вызвать потерю сознания, в то время как прямые удары по лицу маловероятны (6). Это объясняет термин «стеклянная челюсть», который на протяжении более 100 лет относился к боксеру, которого легко нокаутировали ударом в челюсть. Однако слабость, скорее всего, связана не с самой челюстью, а скорее из-за неспособности мышц шеи уменьшить движение головы или неспособности боксера заметить приближающийся удар.

Было высказано предположение, что потеря сознания вызвана нарушением работы аксонов в восходящей ретикулярной активирующей системе (7–9). С другой стороны, работа Оммаи и Дженнарелли в 1960-х и 1970-х годах (10) предполагает, что кора головного мозга является областью мозга, наиболее чувствительной к механическим травмам. Недавнее биомеханическое моделирование также показывает, что деформации тканей, вызываемые нокаутом, значительно выше в коре головного мозга по сравнению с более каудальными областями (6).Это соответствует большему смещению положения переднего мозга по сравнению со стволом мозга, когда голова вращается в горизонтальной плоскости. Следовательно, хотя современные описания обычно делают упор на область ствола мозга, может быть преждевременно исключать, например, нарушение клауструма или нарушение таламо-кортикальных колебаний как причину нокаутов в боксе. Но независимо от анатомического расположения поражения, должен существовать способ преобразования механических сил воздействия в нейрональную дисфункцию.

Судорожная гипотеза

Согласно этой гипотезе, механические силы удара вызывают деполяризацию мембраны нейрональной клетки, что приводит к неконтролируемому высвобождению потенциалов действия. В таком случае потеря сознания происходила бы по механизму, подобному большому эпилептическому припадку. Одна из первых формулировок этой гипотезы была сделана в 1944 г. Уокером и др. (11, 12), которые, по-видимому, были вдохновлены наблюдением судорожных движений у лабораторных животных после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Однако в 1940-х годах судорожные движения после травм головы у людей считались очень редким явлением. Это объяснялось тем, что неподготовленные прохожие не заметили эти временные события, и это объяснение было разумным в то время. Однако использование видеокамер на спортивных мероприятиях изменило это, и современный невролог имеет широкие возможности для подробного анализа событий, вызвавших сотрясение мозга. Это четко установило, что судорожные движения возникают не только в регби и подобных видах спорта после нокаута (13–15), но также, что это явление, по-видимому, редко встречается в боксе.

Судорожная гипотеза, таким образом, имеет некоторые достоинства, хотя в большинстве случаев она не может объяснить наблюдаемые симптомы.

Сосудистые гипотезы

Когда нокаут приводит к летальному исходу, компьютерная томография обычно выявляет обширное церебральное кровоизлияние, что позволяет предположить, что разрыв кровеносных сосудов является основной формой первичного повреждения в этом случае. Мартланд предположил, что импульс гидростатического давления, проходящий по периваскулярному пространству, разорвет коллатеральные кровеносные сосуды, что приведет к тому, что он назвал кольцевыми кровоизлияниями (4).Однако теперь известно, что травма головного мозга, которая приводит к кратковременной потере сознания, обычно не вызывает кровоизлияния, видимого на компьютерной томографии. Даже если бы это было так, это было бы необратимым и не объясняло бы самопроизвольное возвращение сознания.

Временное снижение кровотока, с другой стороны, могло бы объяснить временный характер потери сознания, наблюдаемой при нокаутах. Это суть гипотезы под названием острая компрессионная анемия, которую Троттер описал в речи перед Медицинским обществом Лондона в 1924 году (16).Основная идея заключается в том, что при ударе череп будет вдавлен, что приведет к уменьшению внутричерепного объема, что ограничит церебральный кровоток. Однако эта теория не согласуется с требованием ускорения головы и в настоящее время считается неверной.

Однако существуют и другие возможные причины снижения мозгового кровотока, например, те, которые были описаны для различных форм обморока. Однако эта аргументация не включает описание первичного повреждения, и неясно, как механические силы могут привести к уменьшению кровотока.Более того, хотя мозгу требуется постоянный приток кислорода и питательных веществ, он имеет ограниченные запасы энергии, которых хватает на несколько секунд. Любая гипотеза боксерских нокаутов, которая вращается вокруг снижения мозгового кровотока, должна, таким образом, объяснять, как потеря сознания может проявляться так быстро.

Введение представления о том, что сотрясение мозга требует ускорения мозговой ткани, снизило интерес к сосудистым теориям, и акцент сместился в сторону растяжения аксонов как ключевого события.

Разрыв микротрубочек

Нормальные движения тела приводят к растяжению аксонов в периферической нервной системе, которые в этом случае могут легко регулировать их длину без повреждения (17). С другой стороны, быстрое растяжение, которое происходит при черепно-мозговой травме (ЧМТ), делает аксоны хрупкими и вызывает разрыв микротрубочек (18, 19). Это может привести к нарушению транспорта аксонов, с последующим набуханием аксонов из-за накопления транспортных пузырьков и, в конечном итоге, отсоединением аксона.До сих пор это было продемонстрировано только на моделях in vitro , но если это так, это будет представлять собой тип первичной травмы в результате сотрясения мозга. Хотя этот механизм важен для долгосрочных эффектов, он, однако, маловероятен для объяснения острой потери сознания, поскольку микротрубочки не требуются для распространения потенциалов действия. Следовательно, острые симптомы можно лучше объяснить повреждением самой мембраны аксональной клетки или ее встроенных ионных каналов.

Механочувствительные ионные каналы

Механочувствительные ионные каналы находятся в нескольких частях тела, например в сердце, мочевом пузыре и внутреннем ухе, где они необходимы для нормальной физиологии. С другой стороны, неизвестно, чтобы мозг полагался на механочувствительные ионные каналы для нормальной работы. Но, однако, возможно, что ионные каналы, которые обычно открываются в ответ на изменения мембранного потенциала или связывания лиганда, могут быть затронуты механической нагрузкой в ​​экстремальных условиях.Гиперполяризация нейронов после открытия таких механочувствительных ионных каналов K + была предложена как причина потери сознания при боксерских нокаутах (20). Было высказано предположение, что для ЧМТ в целом роль могут играть несколько других механочувствительных ионных каналов, включая пьезорецепторы, рецепторы NMDA, рецепторы TRP, а также потенциал-чувствительные натриевые каналы (21-25). Было высказано предположение, что механочувствительные ионные каналы играют роль на более поздних стадиях ЧМТ, где они могут играть роль в развитии вторичного повреждения (26, 27).

Механическое напряжение, вызванное ускорением мозга, присутствует только в течение очень короткого периода времени, и можно было бы ожидать, что эти ионные каналы вернутся в нормальное состояние почти сразу. Однако, если бы большая часть нейронов мозга была одновременно гиперполяризована или деполяризована, можно предположить, что потребуется время, чтобы нормальные паттерны возбуждения вновь проявились. Однако неизвестно, так ли это на самом деле, и предстоит еще много экспериментальной работы, прежде чем роль механочувствительных ионных каналов можно будет считать исчерпывающе описанной и полностью проверенной.

Один из возможных путей — изучить последствия отключения или изменения генов механочувствительных ионных каналов на животных моделях. Явным ограничением здесь является то, что животных анестезируют перед индукцией травмы головного мозга, и удаление высокоэкспрессированных ионных каналов может ограничить жизнеспособность до травмы. Другой подход состоит в том, чтобы получить подробное описание для каждого механочувствительного ионного канала механических напряжений, необходимых для открытия и ионной селективности, а также анатомического и субклеточного распределения.Затем это может служить основой для компьютерного моделирования того, как растяжение мембраны и открытие каналов влияют на нейронные сети.

Ключевым моментом для подтверждения этой гипотезы, таким образом, было бы объяснение того, как кратковременное растяжение мембраны может нарушить сознание в масштабе времени от секунд до минут. Однако это не будет проблемой для механизма, который увеличивает проницаемость клеточной мембраны с отсроченной обратимостью.

Гипотеза механопорации

Формирование пор в клеточной мембране, вызванное механическими силами, называется механопорацией, которая в основном исследовалась с помощью молекулярных маркеров для оценки проницаемости клеточной мембраны после экспериментальной травмы головного мозга (28, 29).Вкратце, процедура начинается с введения маркера, который заполняет внеклеточное пространство мозга. Затем индуцируется травма мозга, и маркер диффундирует в клетки с повышенной проницаемостью мембраны. После периода вымывания маркер выводится из внеклеточного пространства, но все еще присутствует в скомпрометированных клетках либо из-за недостаточного времени для диффузии из клетки, либо из-за восстановления целостности мембраны.

Если маркер больше поры, он не сможет пройти через нее, поэтому радиус молекулярного маркера можно использовать для оценки нижней границы размера поры.Было использовано несколько маркеров, включая пероксидазу хрена (HRP) с радиусом 3 нм (28, 30), 3000 Да декстран-тетраметилродамин (TRITC-декстран) с радиусом примерно 1 нм (31, 32) и Lucifer Yellow. радиусом 0,7 нм (31, 33). Таким образом, по меньшей мере, часть пор должна иметь радиус, по меньшей мере, 3 нм, хотя некоторые из них могут быть больше, и если распределение пор по размеру широкое, большинство пор может быть меньше.

Хотя приток молекулярного маркера можно использовать для оценки размера пор, он, однако, не дает никакой информации о форме пор или ориентации фосфолипидов на краю пор.Поскольку он основан на диффузии меченых молекул, он также может дать лишь приблизительную оценку кинетики образования пор и повторного запечатывания. Однако недавнее компьютерное моделирование продемонстрировало, что поры могут образовываться за доли секунды после растяжения клеточной мембраны, хотя кинетика закрытия пор не оценивалась (34, 35). Компьютерное моделирование также показывает, что образование пор в коре головного мозга препятствует генерации потенциала действия (36), что соответствует потере сознания без припадков, что обычно наблюдается при нокаутах в боксе.С другой стороны, вопрос о том, можно ли объяснить эпилептическую активность, которая иногда наблюдается после нокаута, механопорацией.

Однако проходы через клеточную мембрану обычно стабилизируются белками, такими как аквапорины или ионные каналы, чтобы избежать воздействия молекул воды на гидрофобные фосфолипидные хвосты. Это заставляет задуматься о том, как стабилизируются поры без белкового компонента и как долго они могут оставаться открытыми. В то время как существующие исследования механопорации не решают эти проблемы, существует независимое направление исследований, а именно электропорация (36, 37).

В экспериментальном методе электропорации через клеточную суспензию пропускают электрический ток, который вызывает поры клеточной мембраны, которые остаются открытыми достаточно долго, чтобы позволить генетическому материалу диффундировать в клетки. Согласно современным теориям в этой области, поры могут быть либо гидрофобными, либо гидрофильными (38), в зависимости от ориентации фосфолипидов внутри мембраны (). На основании того, что известно из кинетических исследований, гидрофобные поры по своей природе нестабильны и закрываются за доли секунды, в то время как гидрофильные поры закрываются за время от секунд до минут (39, 40).

Возможное расположение фосфолипидов в порах, созданных механопорацией. (A) Мембрана клетки до повреждения, где кружки указывают на головные группы гидрофильных фосфолипидов, а линии указывают на хвосты гидрофобных фосфолипидов. (B) Конфигурация фосфолипидов в поре гидрофобной мембраны, где гидрофобные хвосты обращены к краю поры. Считается, что поры этого типа очень нестабильны и закрываются за доли секунды. (C) Конфигурация фосфолипида в гидрофильной поре.Здесь группы полярных головок обращены к краю поры, что предотвращает немедленное схлопывание поры. Однако скопление хвостов жирных кислот по краям вызывает нестабильность и в течение нескольких минут приводит к закрытию поры.

Можно утверждать, что после образования поры кинетика повторного запечатывания не должна зависеть от природы сил, которые приводят к ее созданию. Если это правда, то пораженные нейроны в нокаутированном боксере будут повторно запечатаны в течение нескольких минут, что приведет к возвращению сознания.Таким образом, временные рамки как для образования, так и для самопроизвольного закрытия пор хорошо соответствуют наблюдаемым симптомам. Механопорация потенциально также может быть первоначальным триггером для долгосрочных последствий нокаута, например, если приток Ca 2+ активирует протеазы или если отток внутриклеточных белков запускает нейровоспалительный ответ.

Экспериментальные доказательства механопорации, однако, пока косвенные и основываются на притоке маркерных веществ в моделях животных и моделировании in silico .Более прямые доказательства, такие как визуализация реальных пор, все еще недоступны, и остается еще много работы, прежде чем механопорация может считаться полностью подтвержденной.

Преимущества понимания нокаутов

Может быть, видеть человека, которого нокаутировали, а затем быстро приходит в сознание, настолько распространено, что это воспринимается как должное. Но из приведенного выше описания должно быть ясно, что эту последовательность событий трудно объяснить на клеточном и молекулярном уровне. По сравнению с сотрясением мозга в целом характеристики пациента и механические силы в боксерском нокауте очень однородны и поэтому могут служить подходящей отправной точкой.По общему признанию, временные рамки первичного повреждения исключают любое медицинское вмешательство, и поэтому будущие терапевтические средства должны будут нацеливаться на вторичные процессы повреждения. Тем не менее, было бы очень полезно полностью выверенное и подробное описание первичной травмы в боксерских нокаутах и ​​сотрясения мозга в целом. Это потенциально может позволить определить безопасный уровень механической нагрузки на ткани мозга, что поможет в разработке защитного снаряжения и регулировании занятий спортом. Более глубокое понимание патофизиологического механизма также увеличит шансы найти лучшее лечение для пациентов с постконкуссивным синдромом, хронической травматической энцефалопатией и диффузным повреждением аксонов.И, возможно, лучшее понимание того, как теряется сознание, может стать первым шагом к пониманию самого сознания.

Вклад авторов

Хиджры подготовили оригинал рукописи. ER внесла новые идеи, идеи и знания в окончательную рукопись. Оба автора внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Спасибо профессору Перу Энбладу за ценные комментарии к этой рукописи и Тиму Хауэллсу за тщательную вычитку.

Примечания

Финансирование. Исследование финансировалось отделением неврологии / нейрохирургии Упсальского университета, Швеция.

Ссылки

1. Morgan MH, Carrier DR. Защитная опора человеческого кулака и эволюция рук гомининов. J Exp Biol. (2013) 216: 236–44. 10.1242 / jeb.075713 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2.МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясение мозга: история клинических и патофизиологических концепций и заблуждений. Неврология. (2001) 57: 2283–9. 10.1212 / WNL.57.12.2283 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Martland HS. Пунш пьян. ДЖАМА. (1928) 91: 1103–7. 10.1001 / jama.1928.02700150029009 [CrossRef] [Google Scholar] 6. Курнуайе Дж., Хошизаки ТБ. Динамическая реакция головы и деформация тканей мозга при боксерских ударах с потерей сознания и без. Clin Biomech. (2019) 67: 96–101. 10.1016 / j.clinbiomech.2019.05.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Чан Ш., Ким О.Л., Ким С.Х., Ким Дж.Б. Связь между потерей сознания, тяжестью черепно-мозговой травмы и повреждением восходящей ретикулярной активирующей системы у пациентов с черепно-мозговой травмой. Am J Phys Med Rehabil. (2019) 98: 1067–71. 10.1097 / PHM.0000000000001243 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Jang SH, Lee J, Kwon HG. Нарушение сознания из-за повреждения активирующей системы восходящей ретикулярной системы. Перевод Neurosci. (2018) 9: 209–10.10.1515 / tnsci-2018-0030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Оммая А.К., Дженнарелли Т.А. Сотрясение мозга и травматическая потеря сознания. Соотношение экспериментальных и клинических наблюдений за тупыми травмами головы. Головной мозг. (1974) 97: 633–54. 10.1093 / brain / 97.1.633 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Уокер Э.А., Коллрос Дж. Дж., Дело Т. Дж.. Физиологические основы сотрясения мозга. J Neurosurg. (1944) 1: 103–6. 10.3171 / jns.1944.1.2.0103 [CrossRef] [Google Scholar] 12. Шоу Н.А. Нейрофизиология сотрясения мозга.Prog Neurobiol. (2002) 67: 281–344. 10.1016 / S0301-0082 (02) 00018-7 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Хоссейни А.Х., Лифшиц Дж. Сила повреждения мозга умеренной величины вызывает реакцию фехтования. Медико-спортивные упражнения. (2009) 41: 1687–97. 10.1249 / MSS.0b013e31819fcd1b [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. МакКрори PR, Беркович SF. Сотрясения: частота встречаемости в спорте и рекомендации по лечению. Sports Med. (1998) 25: 131–6. 10.2165 / 00007256-199825020-00005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15.Теньи Д., Дьимеси С., Хорват Р., Ковач Н., Абрахам Н., Дарнаи Г. и др. . Сотрясения: анализ видео на YouTube. Эпилепсия. (2016) 57: 1310–6. 10.1111 / epi.13432 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Смит DH, Мини Д.Ф., Шулл WH. Диффузное повреждение аксона при травме головы. J Head Trauma Rehabil. (2003) 18: 307–16. 10.1097 / 00001199-200307000-00003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Тан-Шомер, доктор медицины, Пател А.Р., Баас П.В., Смит Д.Х. Механическое разрушение микротрубочек в аксонах во время динамического растяжения лежит в основе замедленной эластичности, разборки микротрубочек и дегенерации аксонов.FASEB J. (2010) 24: 1401–10. 10.1096 / fj.09-142844 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Тан-Шомер, доктор медицины, Джонсон В.Э., Баас П.В., Стюарт В., Смит Д.Х. Частичное прерывание аксонального транспорта из-за разрыва микротрубочек объясняет формирование периодического варикозного расширения вен после травматического повреждения аксонов. Exp Neurol. (2012) 233: 364–72. 10.1016 / j.expneurol.2011.10.030 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Готтлиб PA. редактор. Тур де Форс. В: Актуальные темы в мембранах.Амстердам: Эльзевир; п. 1–36. [Google Scholar] 22. Heyburn L, Abutarboush R, Goodrich S, Urioste R, Batuure A, Statz J, et al. . Повторяющееся низкоуровневое избыточное давление при взрыве приводит к эндоваскулярным нарушениям и изменениям TDP-43 и Piezo2 в модели взрыва TBI на крысах. Фронт Neurol. (2019) 10: 766. 10.3389 / fneur.2019.00766 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Гу И, Юккола П., Ван Кью, Эспарза Т., Чжао Й, Броди Д. и др. . Полярность инициации варикозного расширения вен механочувствительности центрального нейрона.J Cell Biol. (2017) 216: 2179–99. 10.1083 / jcb.201606065 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Tehse J, Taghibiglou C. Упущенный из виду аспект эксайтотоксичности: глутамат-независимая эксайтотоксичность при черепно-мозговых травмах. Eur J Neurosci. (2018) 49: 1157–70. 10.1111 / ejn.14307 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25. Манеши М.М., Маки Б., Гнанасамбандам Р., Белин С., Попеску Г.К., Сакс Ф. и др. . Механический стресс активирует рецепторы NMDA в отсутствие агонистов. Научный доклад (2017) 7: 39610.10.1038 / srep39610 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Эрнандес ML, Chatlos T, Gorse KM, Lafrenaye AD. Нарушение нейрональной мембраны происходит поздно после диффузной травмы головного мозга у крыс и включает субпопуляцию NeuN-отрицательных нейронов коры. Фронт Neurol. (2019) 10: 1238. 10.3389 / fneur.2019.01238 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Lafrenaye AD, Krahe TE, Povlishock JT. Умеренно повышенное внутричерепное давление после диффузной черепно-мозговой травмы связано с обострением нейрональной патологии и поведенческой патологии у крыс.J Cereb Blood Flow Metab. (2014) 34: 1628–36. 10.1038 / jcbfm.2014.122 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Петтус Э. Х., Повлишок Я. Т. Характеристика отдельного набора интрааксональных ультраструктурных изменений, связанных с травматическим изменением проницаемости аксолеммы. Brain Res. (1996) 722: 1–11. 10.1016 / 0006-8993 (96) 00113-8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Фаркаш О., Лифшиц Дж., Повлишок Дж. Т.. Механопорация, вызванная диффузной черепно-мозговой травмой: необратимый или обратимый ответ на травму? J Neurosci.(2006) 26: 3130-40. 10.1523 / JNEUROSCI.5119-05.2006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Rennke HG, Patel Y, Venkatachalam MA. Клубочковая фильтрация белков: клиренс анионной, нейтральной и катионной пероксидазы хрена у крыс. Kidney Int. (1978) 13: 278–88. 10.1038 / ki.1978.41 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. LaPlaca MC, Lessing MC, Prado GR, Zhou R, Tate CC, Geddes-Klein D, et al. . Механопорация является потенциальным индикатором деформации тканей и последующей дегенерации после экспериментальной черепно-мозговой травмы.Clin Biomech. (2019) 64: 2–13. 10.1016 / j.clinbiomech.2018.05.016 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Чой Дж. Дж., Ван С., Тунг И. С., Моррисон Б., Конофагу Э. Молекулы различных фармакологически значимых размеров могут пересекать индуцированное ультразвуком открытие гематоэнцефалического барьера in vivo. Ультразвук Med Biol. (2010) 36: 58–67. 10.1016 / j.ultrasmedbio.2009.08.006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Хейман Н.С., Берт Дж. М.. Затрудненная диффузия через водную пору описывает инвариантную селективность окрашивания соединений Cx43.Biophys J. (2008) 94: 840–54. 10.1529 / biophysj.107.115634 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Montanino A, Saeedimasine M, Villa A, Kleiven S. Локальные деформации аксолеммы предполагают, что механопорация является триггером повреждения аксонов. Фронт Neurol. (2020) 11:25. 10.3389 / fneur.2020.00025 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Мерфи М.А., Хорстемейер М.Ф., Гвалтни С.Р., Стоун Т., ЛаПлака М., Ляо Дж. И др. Наномеханика разрушения фосфолипидного бислоя при двухосном растяжении полосы с использованием молекулярной динамики.Модель Simul Mater Sci Eng. (2016) 24: 055008 10.1088 / 0965-0393 / 24/5/055008 [CrossRef] [Google Scholar] 36. Бут Д.Л., Ю. Б., Кудела П., Андерсон В. С., Феттель Ю. М., Франащук П. Я. Влияние повреждения мембраны нейронов на потенциал локального поля в крупномасштабном моделировании коры головного мозга. Фронт Neurol. (2017) 8: 236. 10.3389 / fneur.2017.00236 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Кумар П., Нагараджан А., Учил П.Д. Электропорация. Cold Spring Harb Protoc. (2019) 2019: 519–25. 10.1101 / PDB.top096271 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Саулис Г., Сауле Р. Размер пор, созданных электрическим импульсом: микросекундные и миллисекундные импульсы. Biochim Biophys Acta. (2012) 1818: 3032–9. 10.1016 / j.bbamem.2012.06.018 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 40. Саулис Г., Венслаускас М.С., Нактинис Дж. Кинетика повторного закрытия пор в клеточных мембранах после электропорации. J Electroanal Chem Interfacial Electrochem. (1991) 321: 1–13. 10.1016 / 0022-0728 (91) 85564-6 [CrossRef] [Google Scholar]

Как происходит нокаут?

Это самый жестокий момент в спорте, когда жертва остается окровавленной, в синяках и полностью избитой.Но ущерб гораздо глубже, чем думают фанаты.

Способность нокаутировать противника одним ударом — это навык, к которому стремятся все бойцы.

Тот единственный сильный удар, который мгновенно завершит схватку, — это то, чего жаждут все поклонники боевых видов спорта.

Но что на самом деле происходит в голове у бойца, когда он получает один из тех нокаутирующих ударов? И каковы возможные последствия?

На этой неделе мы видели, как боец ​​киви Уилл Куорри потерял сознание в андеркарте на поединке Джозефа Паркера в Новой Зеландии.Кворри был так сильно ранен своим противником, что его ноги подкосились, и он упал с ринга на стол потрясенных зрителей.

Посмотрите видео с Джозефом Паркером, нокаутом выше

В результате драки Куорри получил настолько серьезное сотрясение мозга, что врачи рекомендовали ему не возвращаться на ринг до ноября этого года.

После того, как с помощью компьютерной томографии была устранена серьезная травма головного мозга, киви удалось уйти с относительно небольшими травмами, страдая от кратковременных головных болей и помутнения зрения.

Так что же на самом деле приводит к тому, что боец ​​теряет сознание и получает сотрясение мозга? Мы сломали науку о нокауте, чтобы выяснить, какой урон эти сокрушительные удары могут нанести мозгу бойца.

НАУКА НОКАУТА

Когда человека ударяют по голове с большой силой, это заставляет голову и шею трястись в том направлении, в котором его толкает сила. Затем эта сила воздействует на движение мозга.

Наш мозг находится внутри черепа, плавая в церебральной жидкости, предназначенной для защиты его от травм.Когда боец ​​получает сильный удар, резкое движение шокирует мозг, который не успевает приспособиться к быстрому ускорению и замедлению черепа. Это, в свою очередь, заставляет мозг перемещаться в церебральной жидкости, сталкиваясь с внутренней частью черепа и вызывая травму мягких тканей мозга.

Мозг бойца, в зависимости от приложенной силы, обычно отскакивает в противоположном направлении и подвергается дальнейшему удару в результате удара по поверхности черепа.

Представьте его как яйцо «Киндер-сюрприз», игрушечная капсула внутри — это ваш мозг. Когда вы встряхиваете яйцо, вы можете почувствовать, как капсула подпрыгивает внутри шоколадной оболочки.

Та же самая концепция применима к движению мозга бойца после того, как он получил нокаутирующий удар.

В результате подавляющей стимуляции, которую получает ткань мозга, тело посылает в мозг ряд нейротрансмиттеров и избыточное кровоснабжение, пытаясь восстановить повреждение.

По словам невролога и врача бокса Энтони Алесси, когда кровоснабжение мозга недостаточно для восстановления уровня повреждений, боец ​​теряет сознание.

«После черепно-мозговой травмы сердце должно обеспечивать достаточный кровоток, чтобы мозг мог восстановить себя. Если спрос превышает предложение, мозг отключается и в конечном итоге приводит к потере сознания », — сказал доктор медицины Энтони Алесси.

Алесси сказал Popular Mechanics , что ступни боксера — первый признак того, что он может быть на грани нокаута.

«Они становятся плоскими, что означает неспособность приспособиться. Боксеры не могут быстро двигаться вперед или назад, — сказал Алесси.

«Когда вы смотрите на их ноги, вы понимаете, что такое же нарушение координации происходит и с их верхними конечностями в их руках. И в конце концов они не могут защитить себя ».

Воздействие мощного «нокаутирующего» удара может быть разрушительным.

ФАКТЫ

Согласно исследованию, проведенному в 2014 году Американской ассоциацией неврологических хирургов , сила удара профессионального боксера примерно такая же, как у шара для боулинга весом 9 кг, движущегося со скоростью 32 км / ч и сталкивающегося с ним. с головой человека.

Неудивительно, что исследования показывают, что около 90 процентов профессиональных боксеров будут переносить ту или иную форму черепно-мозговой травмы в течение своей карьеры, в то время как многочисленные исследователи обнаружили, что от 15 до 40 процентов боксеров проявляли признаки хронической черепно-мозговой травмы.

Это привело к приблизительно 488 смертельным случаям, связанным с боксом, в период с 1960 по 2011 год, причем 66 процентов из них были связаны с травмами головы и шеи.

РАЗРУШАЮЩИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

Несмотря на значительный прогресс в протоколах сотрясения мозга и лечении в последние годы, смерть в спортивных единоборствах по-прежнему остается шокирующей реальностью.

Только в 2014 году трое профессиональных боксеров были убиты нокаутом, нанесенным им во время запланированных боев. Финдил Мвеласе из Южной Африки, Оскар Гонсалес из Мексики и японский боец ​​Тесшин Окада скончались, так и не придя в сознание после нокаута.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *