Исследование Стэнфорда поставило под сомнение роль вращения головы при сотрясениях

Ускорение головы по прямой может лучше предсказывать сотрясение мозга, чем её вращение, показало исследование учёных Стэнфордского университета и их коллег. Результаты ставят под сомнение принятое почти 85 лет назад представление о том, что основной причиной таких травм становится именно вращательное движение.

Исследователи проанализировали данные датчиков, встроенных в капы спортсменов из семи видов спорта. В выборку вошли 203 мужчины и женщины; учёные изучили 47 ударов, после которых диагностировали сотрясение, и 3804 удара без такой травмы. Удары снимали на видео, а наличие сотрясения определяли медики на месте либо специалисты, позднее оценивавшие признаки травмы — например, дезориентацию и нарушение равновесия.

В математической модели пиковое линейное ускорение оказалось самым точным показателем риска сотрясения. Добавление данных о пиковом вращательном ускорении не улучшило прогноз, хотя учёт пиковой угловой скорости немного повысил его точность. Исследование опубликовано 9 ноября в журнале Annals of Biomedical Engineering.

«Мы ожидали подтвердить гипотезу Холборна, но обнаружили обратное: линейное движение головы лучше предсказывало сотрясение, чем вращательное», — сказала ведущий автор работы Джессика Таунс, аспирантка программы по биоинженерии.

Порог риска может быть ниже

По расчётам авторов, удар, вызывающий линейное ускорение в 100 g — то есть в 100 раз превышающее ускорение свободного падения, — связан с 50-процентным риском сотрясения. Для сравнения, средний удар по голове в американском футболе составляет около 25 g. При ускорении в 150 g риск, согласно данным датчиков в капах, превышал 99%.

Ранее часто приводили порог в 192 g для 50-процентного риска. Эта оценка была получена с помощью датчиков, закреплённых на шлемах. Авторы нового исследования отмечают, что шлем может смещаться относительно головы и поэтому не всегда точно измеряет её движение.

«Порог оказался ниже, чем считалось: опасными могут быть уровни ускорения, которые раньше воспринимали как безопасные», — отметила Таунс. По словам старшего автора работы Дэвида Камарилло, до сих пор остаётся неясным, почему сотрясения происходят даже у спортсменов в шлемах; одним из объяснений может быть недооценка линейного ускорения.

Практически любое столкновение вызывает и прямое, и вращательное движение головы. Результаты не означают, что вращение безвредно: оно лишь оказалось менее точным показателем сотрясения в изученных случаях. Авторы также проанализировали несколько травм у детей младше 14 лет и предположили, что для них порог может быть значительно ниже. Для надёжных выводов о детях нужны дополнительные данные.

Возможные последствия для защиты

Выводы могут повлиять на требования к спортивным шлемам и рекомендации по безопасности. Многие современные решения, включая скользящие внутренние элементы шлемов, направлены на уменьшение вращения головы. Если линейное ускорение тоже играет самостоятельную роль, разработчикам защиты придётся учитывать и этот фактор.

В лаборатории исследователи сравнили стандартные шлемы для американского футбола со шлемами, оснащёнными наполненными жидкостью прокладками. При всех испытанных уровнях удара новая конструкция снижала пиковое линейное ускорение. При самых сильных ударах расчётный риск сотрясения составил 73,3% для стандартного шлема и 55,7% для модели с жидкими прокладками. Камарилло — сооснователь компании SoftShox, которой Стэнфорд лицензировал эту технологию и которая производит такие прокладки.

Как именно линейное ускорение повреждает мозг, пока не установлено. Среди возможных объяснений исследователи называют удар мозга о внутреннюю поверхность черепа и кавитацию — образование и схлопывание микроскопических пузырьков из-за изменения давления. Команда разрабатывает физические и компьютерные модели, чтобы изучить эти процессы.

Гипотеза о ведущей роли вращения восходит к работам шотландского физика А. Х. С. Холборна, выполненным во время Второй мировой войны. Он предположил, что вращение растягивает и деформирует мозг, поскольку его части движутся с разной скоростью. По словам Камарилло, это объяснение основывалось на механике, а не на биологических исследованиях. Новая работа использовала самый крупный и разнообразный на сегодняшний день набор данных с датчиков в капах, однако число зафиксированных сотрясений остаётся небольшим. Авторы подчёркивают, что результаты необходимо проверить в дальнейших исследованиях.

Оригинал этой публикации впервые появился на medstand.ru.