外伤性损伤

如前所述，在系列的一端，对正常的脑功能来说，内源性微力学（micromechanical）能量是重要的；然而在系列的另一端，相当大的机械力作用于脑，可以造成意识的丧失、不可逆的神智功能缺损、进行性的神经变性甚至死亡。脑震荡和外伤性脑损害（traumatic brain injury，TBI）的有害后果，近来引起神经科学界的浓厚兴趣。然而，对颅部损伤的力学后果，我们知道得很少；同样，对颅部损伤如何触发一系列有害的分子信号传导通路，这些通路又如何转过来产生TBI的种种临床表现，我们也知之甚少。与前面讨论过的脑的细胞力学特征相一致，有证据提示，外伤性损伤至少可以作用于蛋白质、离子通道、细胞骨架和细胞质膜［5］。

由鞭打式损伤引起的弥散性轴突损伤，导致进行性的神经变性。这种损伤是由于河鲀毒素（TTX）敏感钠通道的力学性激活所引起，最终导致钙介导的细胞兴奋毒性。类似的现象是否也关联到导致脑震荡或TBI的头部损伤，还有待研究。整联蛋白介导的Rho（ρ）激活也可以是轻度TBI以后弥散性轴突损害的重要原因。在质膜水平上，作为对TBI的反应，大鼠机械打孔（mechanoporation）导致膜电导增加。类似地，TBI诱导的机械打孔可以触发轴突起泡（blebbing）以及局灶性微管破裂。例如，星状胶质细胞的中间丝被显示可以保护脑和脊髓免受力学损伤，也介导中枢神经系统的损伤反应。此外，细胞外基质（ECM）的重新建模及断裂过程，被认为参与了调制脑损伤的反应［5］。

通过中枢神经系统力学特征的研究，如何能够更好地进行TBI的治疗预防？通过获得对脑回路细胞力学特征的基本了解，神经科学将会处于较好的位置，以探讨联系到TBI的种种挑战。当前我们并不充分了解，机械能量在多大程度上调节内源性脑功能，所以要想了解极端冲击力如何破坏中枢神经系统的天然力学特征，仍然比较困难。仅凭这些事实就表明，需要强调研究脑功能的力学生物学［5］。