足球要从娃娃抓起，脑损伤也要及时规避

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：Michael L. Lipton，译者：顾凡及，题图来自：视觉中国

1960年12月，当选总统约翰·肯尼迪（JFK）为《体育画报》（Sports Illustrated）撰写了《软美国人》（The Soft American）一文，他在其中讲到了体能对脑健康的重要性：“体能不仅是身体健康最重要的关键之一，也是充满活力和创造性的智力活动的基础。”

就像肯尼迪的许多公开讲话一样，这些有先见之明的话语直到今天仍然是正确的。神经科学家不断地发现身体健康和脑健康之间在许多层次上的显著联系：这些层次包括认知、行为、社交、情绪等多个层次。

- EGADS -

肯尼迪指出，拳击是古希腊各个城邦为增强国民体质所提倡的运动之一。但是说拳击可以促进 “充满活力和创造性的智力活动”的想法，当然就像当时《体育画报》封底的万宝路香烟广告一样与现在的认识背道而驰。虽然肯尼迪没有提到其他碰撞运动的名字，但我们可以合理地推测，美式足球也会成为他强身健体和心理健康的运动之一。

从2019年的角度来看，肯尼迪总统在宣传运动对脑健康的好处时，却忽视了和运动有关的脑损伤的风险，这似乎令人震惊。然而，在1960年，当他提出一项全面的国家计划来提高身体素质的时候，还没有人注意到和运动相关的头部创伤对脑发育和功能的不利影响。

即使在45年后，当《神经外科学》（Neurosurgery）杂志报道了”铁人迈克”韦伯斯特（Mike Webster）的慢性外伤性脑病（chronic traumatic encephalopathy，CTE）时，运动相关头部外伤的不良影响在很大程度上依然不为公众所知，即使往轻里说，也可以说是医学界对此普遍认识不足。

值得注意的是，韦伯斯特本人在打球期间从未被诊断出过脑震荡或其他形式的脑损伤。从那以后，人们的态度发生了巨大的变化，但我们对头部外伤及其不良影响的理解究竟是如何深化的？而最为重要的一点是，我们不断深入的知识究竟将如何具体指导今后的前进道路？

什么是与运动相关的头部损伤？

在运动过程中，脑部的损伤一般是由于脑在颅内急剧加速，这有时被称为 “闭合性头部损伤”。当头部受到冲击时，外力使脑在颅骨内发生震动。根据牛顿运动第三定律，脑会先向冲击点移动，然后反向运动。

然而，更为重要的是，偏离中心的撞击不可避免地会产生旋转力，导致脑的扭曲和拉伸。值得注意的是，头部的撞击力本身并不直接加在脑组织上。因此，虽然头盔和衬垫能有效防止骨折和内出血，但却不能保护脑免受加速度造成的伤害。

-  David Plunkert -

在球场上，脑部外伤是通过观察到有脑功能障碍的迹象才发现的，而不是通过任何特定的诊断检查查出来的。最常见的情况是，运动相关的脑外伤（traumatic brain injury，TBI）会导致球员出现短暂的发呆、迷失方向和迷茫。其他症状包括平衡问题、头晕、恶心和头痛等。伤势较严重时，球员可能会在短暂或较长时间内昏迷不醒。

其程度从没有症状的亚脑震荡到轻度或更严重的脑外伤（这并不太常见）。反复受伤可能会导致比单次受伤更糟糕的结果。长期来看，多次撞击所造成的聚集性损伤可能会导致神经变性之类的慢性外伤性脑病。慢性外伤性脑病是一种退行性脑疾病，在运动或军事战斗中重复性头部损伤后多年，会产生情绪、行为和认知方面的问题。

脑外伤一般根据其造成的无意识状态的持续时间进行分类。青少年中与运动有关的脑外伤绝大部分属于轻度脑外伤，即完全不发生昏迷或昏迷时间少于20分钟。脑震荡是轻度脑外伤的同义词。虽然一般不需要进行诊断性检查来检测运动相关脑震荡，但有研究应用了脑成像和别的检查方法，其结果表明，运动相关的脑震荡会改变脑的结构和功能。

脑外伤后的恢复程度和最终结果取决于许多因素，如年龄（年龄较小和年龄较大的人风险较高）和性别（女孩似乎风险较高）。有某些基因变体（如：载脂蛋白E-e4）的伤员在严重的脑外伤后产生不良后果的风险升高了，新的研究结果表明，这种基因和其他基因变体也可能对脑震荡的恢复产生不利影响。许多尚未完全了解的环境因素也可能会影响风险。

例如，损伤前较高的智力功能起保护性作用。在单次运动相关的脑震荡后，症状通常会很快完全消失。95%以上的青少年运动员会在三个月内康复。如果症状持续超过三个月，可能会诊断出脑震荡后综合症。

药物和其他治疗方法可用于治疗运动性脑震荡的症状，但目前还没有发现药物或生物治疗可以阻止症状的发展或缩短康复时间。我们还在等待开发出有效的治疗方法，但是在医生监督下的结构性康复方案，特别是在何时可以安全地重返赛场，可以最大限度地增加完全康复的机会。

在碰撞运动的比赛过程中，头部会受到多次撞击，这些撞击并不表现出明显的脑损伤迹象或症状。但是这些 “亚脑震荡”的撞击仍然会对脑施加力，并可能诱发类似于明显脑震荡的亚临床病理变化。事实上，我们发现，亚脑震荡事件可能与大多数运动员没有注意到的脑部症状有关，这些症状可以通过仔细询问而加以发现。

亚脑震荡撞击还与脑功能和微观结构的客观改变有关，这些变化可以由脑电图（EEG）、核磁共振成像（MRI）以及正规的认知和平衡测试检查出来。在运动员的一生中，反复的头部亚脑震荡撞击的严重性，是目前备受关注的焦点。

例如，有研究表明，在前美国橄榄球联盟（NFL）的球员中，12岁之前就开始抢球与晚年认知功能更差有关。此项研究和其他研究指出，与足球、橄榄球、曲棍球、长曲棍球和其他碰撞性运动类似，抢球让球员们受到成百上千次的撞击，其中只有少数几次会造成公认的脑震荡。

看来这些撞击可能是有影响的，比起少数几次孤立的脑震荡伤害，这样大量的撞击总体所造成的影响可能更为严重。然而，对此我们还刚刚开始有所认识。

- Benedetto Cristofani -

撞击头部可能会造成严重的急性损伤，如颅骨骨折和血肿，血肿可能发生在硬膜外（颅骨与脑膜之间的出血），也可能发生在硬膜下（脑膜与脑表面之间的出血）。脑组织内出血可能是由于组织或血管撕裂导致的。在早期的美式橄榄球运动中（在引入头盔之前），由于这些较严重的损伤而导致死亡是一个主要问题，但在现代的碰撞运动中却非常少见。

头盔、软垫头套和球门柱上加了软垫，通过将冲击力分散在较大的表面积上以减轻其严重程度，从而降低了颅骨骨折和硬膜外或硬膜下血肿等并发症的风险。但保护性头套并不能减轻因颅内脑组织加速导致的脑损伤。

加深我们对脑损伤的理解

人脑是一个精致而复杂的信息处理系统。在柔软而胶状的1400克左右的新鲜脑中，有1000亿个神经元，每个神经元都向外发出一支轴突，这是一个最长可达一米的丝状突起，向附近的神经元和向脊髓发送电化学信息。

一个轴突的直径只有一个红细胞的十分之一。轴突构成了大脑的网络线路，通过多达四千亿个网络连接（称为突触）传递信息，使神经元能够共同处理信息。

值得注意的是，脑不能切换到无线网络的模式进行工作；我们完全依赖它的物理网络来实现简单功能，比如运动，而对那些体现我们人性的复杂行为，比如记忆、想象、规划未来、控制行为冲动等功能，就更需要依赖这种物理网络了。后一些功能需要在分布广泛的脑网络中处理信息。当网络受到破坏时，简单和复杂的功能都会受到不利影响。

脑结构和功能的复杂性在人体各器官和组织中都是独一无二的，因此特别容易受到伤害。当头部受到撞击时，头部急剧加速，柔软的脑在颅内移动，并被压缩、拉伸和扭曲。在某些方面，脑对这些力的承受能力非常强。例如，导致出血的情况并不常见。

尽管如此，线性和旋转力通过脑传播，造成轴突损伤，称为创伤性轴突损伤。这种类型的损伤是造成短暂性和永久性的脑网络功能障碍，以及随之而来的头部外伤后功能问题的病理基础。

当脑部受到撞击后在颅骨内晃动时，我们可能会预期脆弱的轴突会被撕裂，导致网络交通立即中断，功能丧失。而我们可能会期望在外伤发生时表现出最大的功能效应。但奇怪的是，事实并非如此。在运动中由于碰撞、摔倒、或者以头顶球所造成的头部外伤的程度，不大可能直接造成组织或轴突撕裂。

因此，与运动相关的头部外伤，包括运动相关的脑震荡，很少有像脑出血这样明显的临床影像学表现。相反，轴突上的应变会引发一系列分子和细胞事件，可能导致其功能障碍和最终变性。最终，由此产生的病变损害了脑功能。

脑外伤所引起的一连串反应最先是由轴突的亚细胞成分（如轴突的膜，也就是轴膜）上的机械性应激引起的，最终产生毒性微环境，导致进一步损伤。机械应激物导致功能异常，神经元去极化（细胞表面的电荷转移），兴奋性神经递质谷氨酸的过度释放，以及神经元内钠（Na）和钾（K）离子的平衡失调。

谷氨酸的过量释放会激活脑细胞上的n-甲基天冬氨酸（NMDA）受体，对维持细胞内Na/K平衡的细胞泵产生不利影响。兴奋性毒性，这些受体对过量的谷氨酸、NMDA和其他有毒物质的过度激活，导致神经元的进一步离子失调和代谢产物的积累，特别是钙的螯合，进一步助长了毒性微环境。

毒性微环境导致多种继发性细胞效应，造成进一步的损伤。次生损伤的一个例子是激活脑免疫细胞，如小胶质细胞和星形胶质细胞。对实验室小鼠在受控制的条件下撞击大脑皮层，这是一种严重的脑外伤模型，其结果是诱导释放氨基酸D-丝氨酸。D-丝氨酸与NMDA受体结合，导致突触损伤，突触是脑细胞之间通信的连接处。

在这种动物模型中，阻断D-丝氨酸的释放起到保护作用。人们认为长期持续的不良细胞反应和轴突运输减少是造成损伤的另一种机制。通过脑糖腺（glymphatic）系统等途径减少清除代谢产物，加剧了微环境的毒性和毒素〔如高磷酸化τ蛋白（pTau）〕的积累。在慢性外伤性脑病和其他神经退行性疾病中，都发现有由pTau形成的神经纤维结节，特别是在脑部小血管周围形成的神经纤维结节，这被认为会导致细胞死亡。

近年来，已经大大积累起有关脑损伤分子和细胞机制的知识，这些知识大部分是基于实验研究的基础之上。然而，这些研究都要用到相当严重的损伤模型，这与通常在运动中发生的损伤有很大的不同。我们对临床现象认识的另一个重要制约是，人脑损伤的机制不能直接在体内活体观察到。

然而，最近，使用放射性标记的pTau抗体使我们得以用正电子发射断层扫描（PET）进行活体检测。pTau-PET技术对活体直接检测，由于头部重复撞击造成的长期损伤方面带来很大的希望，但目前还处于早期开发阶段，尚未进入临床应用。在临床检测得到验证并得到广泛使用之前，还不能知道pTau沉积等损伤现象的真正发生率和影响。

头部外伤所引起的兴奋性毒性、神经炎症以及由此产生的毒性微环境后的程度、其演化的时间过程以及改善或持续的程度，决定了伤员是否会持续受到经久的不良影响。

在这方面，损伤随时间级联演化的机制可能是有效治疗脑损伤的关键。可以利用靶向和抑制损伤机制的方法来关闭不利的分子过程，使其在造成损伤之前就被关闭。要实现这一目标，需要识别损伤，认识损伤的时间过程，并及时进行有针对性的精准干预。

在碰撞运动的比赛过程中，头部会受到多次撞击，这些撞击并不表现出明显的脑损伤迹象或症状。但是这些 “亚脑震荡”的撞击仍然会对脑施加力，并可能诱发类似于明显脑震荡的亚临床病理变化。事实上，我们发现，亚脑震荡事件可能与大多数运动员没有注意到的脑部症状有关，这些症状可以通过仔细询问而加以发现。

亚脑震荡撞击还与脑功能和微观结构的客观改变有关，这些变化可以由脑电图（EEG）、核磁共振成像（MRI）以及正规的认知和平衡测试检查出来。在运动员的一生中，反复的头部亚脑震荡撞击的严重性，是目前备受关注的焦点。

-  Lisa Tegtmeier -

将脑外伤与其他常见的损伤进行对比，是很有启发意义的。骨折或肌肉撕裂在外伤发生的那一刻就发生并完成了。随后，身体就开始修复损伤。当肝脏在机动车碰撞中受损时，接着就会再生新的功能肝脏组织。但如上文所述，脑损伤是一个由外伤引发的过程，随时间演变。如果不加以控制，所造成的病变可能是不可逆转的。

幸运的是，对于绝大多数头部受伤的运动员来说，在单次头部外伤后的数分钟到数周内，症状就会迅速消失。当上述不良的分子和细胞反应级联在造成轴突永久性损伤前就消退时，就有可能得到恢复。

然而，一旦轴突变性，它们既不能修复，也不能再生或被替换。损伤背景以及先天和环境因素，可能对认识头部损伤恢复的时间过程和恢复程度的千差万别都至关重要。然而，我们现在还刚开始认识有关细节，这是目前深入研究的重点。

脑损伤千变万化

两个运动速度相近的长曲棍球运动员在球场上迎头相撞。两人都立即出现了迷茫和失衡的症状。两人都没有被撞到失去意识。两人都被诊断为运动相关的脑震荡，并下场休息。其中一名球员在一周内感觉恢复正常，并在医生的指导下逐渐恢复体力活动。而他的队友在三个月后仍有症状，不再能参加长曲棍球比赛，而且在学习上也有问题。

那些照顾脑震荡患者的人都很熟悉下列难题：两个相似的人似乎经历了类似的伤害，但在症状和完全恢复所需的时间上却大相径庭。虽然通常脑震荡都可以完全康复，但还是有相当一小部分患者遗留有症状和功能障碍，有些甚至是永久性的。

在曲棍球的情形中，每个球员的脑可能都经历了类似的生物力学损伤，但其损伤的严重程度、时间过程、损伤所造成的分子和细胞后果的持久性等方面都各不相同，并导致每个球员的康复速度和完全康复的程度存在差异。有持续症状的球员的父母向他们的医生表达了对儿子长期前景的担忧；不仅仅担忧其目前功能障碍的恢复，而且还担忧以后神经变性（如慢性外伤性脑病）的风险。

现在人们已经普遍认识到了脑外伤的复杂性，但我们才刚刚开始梳理出各种情况是如何相互影响和相互作用而产生最终结果的。所涉及的众多因素可以粗略地分为：（a） 伤情；（b） 球员特性；（c）伤前或伤后的环境因素。伤情，如撞击的方向和力度，以及以前是否受到过撞击和撞击的时间，这些是决定脑部生物力学损伤程度的因素。另一方面，球员特性和环境因素可能在决定撞击时脑的反应，以及头部外伤后的分子和细胞反应的演变过程及其恢复中发挥作用。

例如，与男孩相比，女孩头部受到撞击较少，但报告出更多脑震荡症状，而且从运动相关的脑震荡中恢复的时间也较长。女孩的颈部肌肉比男孩发育得差，限制了女孩在撞击时头部的稳定能力，因此，女孩的头部加速和最终造成的脑加速更快。

那么这些生物力学特征，是否就是造成脑损伤风险性别差异的唯一关键所在呢？还是性激素也有影响，如月经周期中的黄体酮的减少等，是否造成了女孩的脆弱期？更普遍的因素是，基因变异、智商、营养、性格和许多其他因素可能也是对包括运动相关脑震荡在内的头部损伤所作的反应和恢复的个体差异的原因。

科学家们刚刚开始认识到，基因和性别等因素可能会如何协同作用，从而加剧或减轻运动相关脑震荡和头部重复性撞击所造成的不良影响。

- Albee Shen -

多次撞击：有意和无意的撞击

在像橄榄球、足球、曲棍球和长曲棍球等热门的运动中，球员之间彼此碰撞是此类比赛的一大特点。在橄榄球运动中，对某些球员的位置来说，碰撞可能是每一次比赛中都不可避免的特点。即使指示球员们不要“用头带球”，但他们还是经常会相互碰撞，与地面、门柱或其他设备发生碰撞。

这样的碰撞和摔倒是许多直接击打头部的原因。然而，即使在没有直接撞击的情况下，撞击身体或摔倒也会引起脑的快速加速。由此产生的力会以与鞭打损伤*相同的方式传送到脑。

*译者注：whiplash injury，往往指由车祸造成的颈部过度屈伸造成损伤。

除了意外碰撞和摔倒造成的创伤外，足球运动还有另外一个独特的头部重复撞击的来源。足球运动员在比赛和练习中，有意识地反复用头顶球，以改变球的运动进程。在我们对成年业余足球运动员的工作中，我们发现，头球的场合很多。有些球员根本不做头球，但很多其他球员每年都会做成千上万次。

虽然这些球对头的撞击，通常比球员和球员相撞时所产生的头部加速度要小，而且通常是亚脑震荡，但它们可能会在短时间内非常密集地重复发生。如果脑对第一次撞击的分子和细胞反应还没过去，又发生了第二次或更多次撞击，那么第二次撞击的效果可能会被放大，脑在早就受到损伤和处于脆弱的情况下，就会受到实质性的打击。

如果撞击之间的间隔很密集，那么无论发生的是多次运动相关的脑震荡，还是亚脑震荡的重复性头部撞击，都可能成为“超强撞击”，其总的不良影响，可能会大于虽然次数差不多相同，但撞击时间相隔足够大因而能从每次撞击后完全恢复过来时产生的总影响。因此，对发生运动性脑震荡后最重要的建议之一是，应该避免再接着受到任何头部损伤，直到症状完全消失为止。

对什么人来说，何种程度才算过大？

我们发现，在所有的碰撞运动中都会有重复性的头部撞击，尽管撞击后并不总是有症状或受伤。研究表明，长期来看，重复性头部撞击与认知功能的恶化和脑的结构性改变有关。此外，受到重复性头部撞击的时间和次数可能都对风险大小有影响。

在我们自己对足球运动员的研究和其他人对美式足球的调查中，重复性头部撞击都与不良影响有关。然而，这种关系似乎是非线性的。也就是说，相对较少次数的这种撞击似乎一般都没有多大问题，但大量撞击则与不良影响密切相关。我们的研究结果表明存在某个阈值，低于此值时风险完全可以接受。

确定这种阈值，就有可能通过监测重复性头部撞击，并在接近到阈值时减少撞击机会，从而保护球员。在“理智投球”（Pitch Smart）项目中已成功地实行了类似的方法，该项目监测青少年棒球运动员的投球活动以减少上肢损伤。

然而，为了实现基于阈值的干预措施的承诺，我们需要知道如何正确确定风险阈值。这样的方案还必须纳入个人风险因素（如上文所述）；一刀切的方法不可能保护弱势人群。

现在和未来：长期的延迟效应

在职业碰撞运动员中所发现的神经退行性慢性外伤性脑病，使头部重复性撞击成为人们注意的焦点。直到死后在显微镜下检查脑时才被诊断出的球员，往往是在他们的运动生涯结束后很久，而且也不再受到重复性的脑撞击之后很久，才开始表现出慢性外伤性脑病症状。

此外，在尸检时发现，在行为上没有表现出慢性外伤性脑病征兆的球员的脑中，也发现有慢性外伤性脑病的病理特征。虽然慢性外伤性脑病的发展机制仍有待阐明，但有一个假设是，重复性头部撞击诱发了持续的损伤过程和亚临床脑病变的积累，其形式为pTau清除不畅，即使在撞击停止后也会继续下去。只有当脑病变积累到足够程度时，才会出现明显的症状。

在许多方面，重复性的头部撞击所产生的演变后果，和其他一些我们所熟知的情况很相像。环境接触的毒性影响，如铅中毒，会以类似的方式引起临床疾病：在症状表现出来之前，亚临床病理在脑中不断积累。通过监测铅水平，当验血发现有亚临床变化时，通过避免接触，可以避免明显的临床疾病和不可逆的损害。

然而，如果接触时间过长，病理变化可能无法恢复。通过确定累积的脑损伤在什么时候变得不可逆，并设计出识别接近危险水平的方法，就可以避免重复性头部撞击造成持久性脑功能障碍。一种能够识别异常蛋白质〔如pTau或神经丝轻链（neurofilament light chains）〕等的验血方法，可以在高危运动员出现症状之前就筛查出累积性脑部病变。

最近，食品和药物管理局批准了这样一种血液生物标志物，用于评估头部受伤后颅内出血的风险。目前，其他几种潜在的生物标志物正在开发或研制中，以从验血中检测脑损伤病理。

慢性外伤性脑病已经成为书籍、电影和新闻报道的主题。然而，与全球数以亿计的青少年和成年业余运动员相比，受影响的球员数量就只是个小数目了。如果较新的技术，如神经影像学和血液生物标记物等，证实重复性头部撞击对这一大群人的脑结构和功能产生不利影响，并导致长期明显的脑功能障碍，那么对社会健康的这一重大挑战就需要加以解决。

体育锻炼收获最大化：风险与收益

那么，肯尼迪告诫说要追求身体健康，将其作为“有活力和创造性的智力活动的基础”，这话又该怎么看呢？我们已经广泛地探讨了头部外伤不良影响所带来的风险，但同时有证据强烈表明，身体活动能改善认知功能、情绪调节、睡眠和其他一系列积极的结果。

身体健康的学生在典型的学业测试中表现更好。参与团队运动（其中有许多运动可能会涉及到重复性的头部撞击）在培养社交能力、领导力等方面有额外的好处。除此之外，心理活动对身体健康也有积极的影响，可以延缓和减轻老年人的衰老。

- Kerry Hyndman -

我们应该如何权衡这些好处，和与运动相关的脑震荡和头部重复撞击的风险呢？请想一下下面的思想实验：假设参加橄榄球校队的好处，被由于挡球和夹击造成的重复性头部撞击的不利影响所抵消。在一天（或一个赛季或一个学年）末了，橄榄球运动员在学校里的表现就好像他们完全不参加运动一样。

同时，对于校队游泳运动员来说，比起把时间花在图书馆里来说，体能训练和团队合作可能更能提高学习成绩。是应该引导青少年运动员进行非碰撞性运动，还是应该对这些高风险的运动项目进行改进？对于这些问题还没有人能给出答案，因为个体和他们对头部外伤的反应是如此多样和复杂，所以很难给出这些问题的答案。这里面涉及到的因素远不止只是运动和成绩这么简单。

综合考虑，奋勇向前

体育活动提供了一条大众化的健身途径，这对短期健康和长期健康都极为重要。另一方面，重复性头部撞击可能会对脑发育和功能产生不利影响，这对家长和运动员来说都是一种可怕的前景，可能会使碰撞运动带来的健身好处化为乌有。

影响头部重复性撞击造成损伤的大量因素非常复杂，包括运动相关的脑震荡和亚脑震荡撞击，以及这些因素在运动员中的种种表现形式，再加上缺乏明确的证据来为风险收益评估提供依据，这一切只会增加这种担忧的不确定性。

然而，现有知识明显地说明，可以识别出并充分认识导致不良影响的种种因素，从而得以设计干预措施，将风险降到最低，最大限度地提高运动带来的好处。

我们必须促进体育活动：体育活动如果不受脑功能障碍的影响，那么它对教育和智力发展的好处是显而易见的。那么，能否减少碰撞运动的激烈程度？对于最终不太可能成为职业运动员的青少年运动员来说，如果他们通过按证据进行风险评估来监测和控制头部重复性撞击的风险，或者特别是对于那些高风险的人来说，选择像跑步或游泳等非碰撞性运动，那么他们是否真的会有什么损失吗？

碰撞运动源远流长，包括体育管理组织在内的文化机构及其许多倡导者都会淡化风险，并会发现广大听众接受他们的意见。在外行媒体和科学文献中，关于头部重复性撞击的研究结果，通常被尽量往轻里说或者归因于方法论的局限性。

因此，家长和教育工作者应大力提倡进行必要的大规模研究，以确定相关的危险因素和特征，并制定和实施预防干预措施。只有这样，青少年运动员才能发挥运动对“充满活力和创造性的智力活动”的潜力。

原文：https://www.dana.org/article/rethinking-youth-sports/

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：Michael L. Lipton，译者：顾凡及