Шлемы, которые, как доказано, предотвращают переломы черепа и повреждения головы, несомненно, имеют решающее значение для безопасности. Однако существует много споров о том, в какой степени они способны смягчить последствия сотрясений мозга. Шлемы с жесткой оболочкой и толстой подкладкой, используемые многими современными спортсменами, военнослужащими и промышленными рабочими, были в значительной степени адаптированы со времен появления ранних моделей шлемов, в которых не было внутренней прокладки.
Но обеспечивают ли эти усовершенствования конструкции дополнительную защиту?
Это вопрос, который исследователи во главе с инженером-биомедиком Миланом Тома (Milan Toma) задают в новом исследовании, опубликованном в научном журнале Applied Sciences.
Во время сотрясения мозга силы от первоначального удара заставляют мозг быстро двигаться вперед и назад (колебаться) внутри черепа и контактировать с костями черепа. Это взаимодействие между мозгом и черепом может повредить химические вещества и ткани мозга, особенно если происходит несколько взаимодействий. Цереброспинальная жидкость (ЦСЖ), которая находится в центральных полостях головного мозга и в пространстве, окружающем головной и спинной мозг, смягчает головной мозг и защищает его от ударов о череп. Однако, как показало одно из предыдущих исследований, если последующие удары происходят в быстрой последовательности, жидкость теряет свои защитные свойства, и мозг подвергается большему стрессу с каждым последующим колебанием черепа.
Хотя ни один шлем не может полностью предотвратить сотрясение мозга, некоторые исследователи считают, что конструкция шлема может играть роль в ограничении тяжести сотрясения мозга. Последние достижения в конструкции шлемов отошли от обычных шлемов с жестким корпусом и широкими подкладками. Вместо этого в них используются материалы и методы конструкции с упором на минимизацию сил, вызванных поворотами головы во время и после ударов. Эксперты считают, что эти силы в первую очередь ответственны за сотрясения мозга, что также продемонстрировали более ранние исследования ученых. Тем не менее, обычные шлемы по-прежнему широко используются в различных спортивных дисциплинах, особенно в развлекательных, таких как езда на велосипеде и скейтбординг, из-за непомерно высокой стоимости новых моделей.
«Наше новое исследование может иметь значение для будущих конструкций шлемов и ставит под сомнение текущие предположения относительно наилучшего способа защиты солдат и спортсменов от сотрясений мозга», — комментирует Тома, чьи исследования в основном сосредоточены на том, как жидкости в организме реагируют на воздействие сил.
Используя 3D-модели, Тома с соавторами, смоделировали взаимодействие мозга и черепа в условиях, напоминающих низкоскоростное лобовое столкновение. Эта сила удара аналогична столкновениям, которые испытывают спортсмены в контактных видах спорта и велосипедных авариях. Условия симуляции также учитывали наличие ликвора и характеристики многих современных шлемов: жесткий внешний вид с мягкой внутренней подкладкой.
Моделирование спроецировало несколько прямых взаимодействий между мозгом и черепом после первоначального попадания. Другими словами, нынешняя конструкция шлема мало что сделала для ограничения тяжести сотрясения мозга. Способность спинномозговой жидкости обеспечивать естественную защиту уменьшалась с каждым последующим колебанием черепа, что согласуется с более ранними исследованиями.
«Эти меньшие возвратно-поступательные движения могут показаться незначительными по сравнению с первым, однако мы показали, что они все же могут нанести серьезный ущерб», — добавляют исследователи. «Поскольку эти последующие движения головы происходят, они ставят под угрозу способность ЦСЖ внутри черепа предотвращать контакт между мозгом и костями черепа».
Результаты также подтверждают экспериментальное исследование 2020 года, проведенное другим учреждением, в котором современные военные шлемы сравнивались с шлемами без подкладок, использовавшимися во время Первой мировой войны. Удивительно, но это исследование показало, что исторические шлемы могли иметь преимущество в защите от сотрясений мозга, когда полагались исключительно на спинномозговую жидкость.
Авторы статьи завершают свое новое исследование, призывая к дополнительным научным работам, направленным на разработку усовершенствованных конструкций шлемов для лучшей защиты от сотрясений мозга. Тем не менее, ученые дают понять, что использование шлема — даже с некоторыми ограничениями — все же лучше, чем вообще отсутствие защиты для головы.
Авторы другого исследования утверждают, что сотрясения мозга могут повлиять на академическую успеваемость.