Nyt hjelmdesign kan håndtere sportsdrejninger

Som neurolog, Robert Knight har set, hvad der sker, når hjernen styrter voldsomt rundt inde i kraniet. Og han er klar over de ofte tragiske konsekvenser.

Gennem sine 40 år som akademisk forsker og læge, University of California, Berkeley, professor i psykologi og neurovidenskab har kendt studerende og venner, hvis liv og karriere blev afsporet af hovedskader fra cykel- og bilulykker. Han har holdt hjerner i hænderne ødelagt af utilsigtede slag mod hovedet.

Ikke overraskende, han kryber sig sammen, når han forestiller sig sine unge børnebørn falde af en cykel og slå deres hoveder.

Så, Knight opfandt en bedre hjelm - en med mere effektiv polstring for at dæmpe virkningerne af et direkte hit, men endnu vigtigere, en innovativ ydre skal, der roterer for at absorbere vridningskræfter, som nutidens hjelme ikke beskytter mod.

Hans design er fleksibelt nok til at give beskyttelse til fodbold- og hockeyspillere – som får de mest alvorlige og hyppigste slag i hovedet – såvel som politiet, soldater, snowboardere og alle, der har hjelm eller hat på. Og ja, cyklister, også.

De fleste mennesker tror, ​​at en hjernerystelse - et blåt mærke i hjernen - er den farligste type traume, men en vridende bevægelse er lige så slem, fordi det kan rive hjernefibre. Mens beefy linemen udvikler stærke halse, der kan modstå et begrænset drejningsmoment, børn og unge - herunder de fleste gymnasiefodboldspillere - gør det ikke.

"En direkte lineær påvirkning af hovedet er bestemt ikke god, men derudover der er rotationskræfter, der vrider hjernen. Det er ligesom i boksning, hvor et roundhouse-slag kommer ind, hovedet drejer, og de er ude, " sagde Knight. "Det er fordi hjernen bare ikke er designet til at tage rotation; du ender med skader på kritiske forbindelsesfibre i hjernen."

BrainGuard

For otte år siden, han grundlagde et firma, BrainGuard, at udvikle det nye hjelmdesign og tiltrække interesse fra store hjelmproducenter. Indtil nu, han og hans firemandshold har produceret prototype fodbold, hockey, baseball, cykel, motorcykel, sports- og snesportshjelme.

"Fordi jeg er neurolog, Jeg vil gerne se noget derude, der forbedrer livskvaliteten for mennesker ved at mindske traumatisk hjerneskade og dens resulterende virkninger på hjernen og følelsesmæssig og kognitiv og adfærdsmæssig funktion, " sagde ridder, tidligere leder af UC Berkeleys Helen Wills Neuroscience Institute. "Det er mit håb."

UC Berkeleys chef for fodboldudstyr, Tim Feaster, første gang prøvet på hjelmen for et år siden, da han var assisterende udstyrschef hos Oakland Raiders, og efterfølgende hjalp Knight med at få det ind i hovedet på et par Cal-spillere, hvem kunne lide det, sagde Feaster.

"Jeg synes, teknologien er utrolig fascinerende, " han sagde, tilføjer, at han "absolut" ville tilbyde fodboldhjelmen til sit hold, når den er certificeret. "Jeg har aldrig set noget lignende:en ydre skal, der bevæger sig over den indre skal, var spændende for mig. Det var så opfindsomt, det gav mening den måde, det bevægede sig på. Jeg tænkte, at de faktisk kunne have noget her. "

Feaster indrømmede, at en spillers valg af hjelm - i øjeblikket kan Cal-fodboldspillere vælge mellem mere end 15 stilarter fra fire producenter - ofte handler mere om æstetik end sikkerhed. Og hjernerystelse er den største bekymring.

"Men jeg er alt for at få fyre til i det mindste at prøve det, hvis jeg tror på det, " sagde han. "Enhver måde, hvorpå en ny teknologi i det mindste kan begrænse skaden, Jeg er alt for det."

TBI, verdens førende dødsårsag og handicap

Knight citerer overraskende tal om omfanget af traumatisk hjerneskade (TBI) i USA. Centers for Disease Control and Prevention sporede 2,9 millioner amerikanere ramt af TBI i 2014, primært fra fald og motorstyrt. Mens de fleste af skaderne var milde hjernerystelser, i alt 288, 000 indlæggelser og 57, 000 dødsfald. Verdenssundhedsorganisationen anslår, at TBI vil være den førende dødsårsag og handicap i verden i år.

Endnu, disse tal tegner sig ikke for mange sportsrelaterede hjernerystelser, der ikke resulterer i et ER-besøg, men tvinger en spiller til at sidde ude resten af ​​spillet. Brain Injury Research Institute vurderer, at der var 135, 000 sportsrelaterede hjernerystelser hos personer i alderen 5 til 18 år mellem 2001 og 2005. Mens hjernerystelse symptomer – hovedpine, kvalme, træthed, forvirring eller hukommelsesproblemer, søvnforstyrrelser og humørsvingninger - forsvinder typisk, den kumulative virkning af gentagne milde hjernerystelser kunne være alvorlig.

"De fleste mennesker tror, ​​at indersiden af ​​kraniet er en dejlig glat beholder, som en æggeskal, holder den dyrebare hjerne, "sagde han." Det er ikke sandt. Indersiden af ​​kraniet er fyldt med alle slags benede kamme, der kan være ganske ødelæggende, ligner hvis jeg slår dig i armen, og du får et blåt mærke. Men hvis du slår hjernen, blodet starter en kaskade af reaktioner, der faktisk dræber hjerneceller."

Når blå mærker sker igen og igen, selv uden hjernerystelse, en person kan få kronisk traumatisk encefalopati (CTE), en tilstand, der har udløst kontrovers i løbet af det sidste årti, og som var genstand for filmen Concussion fra 2015, hvor Will Smith spillede hovedrollen.

Især hos fodboldlinjemænd, CTE har ført til en epidemi af tidlig demens, humørsvingninger og endda selvmord blandt pensionerede professionelle spillere. I en undersøgelse af 202 tidligere fodboldspillere, hvis hjerner blev doneret efter døden, 3 af 14, eller 21 % af dem, der kun havde spillet i gymnasiet, viste tegn på CTE. Af dem, der spillede fodbold på college, 48 af 53, eller 91 %, havde CTE. Af NFL (National Football League) spillere, 110 af 111 havde CTE.

"Det er den store gorilla i rummet for NFL og NHL (National Hockey League), "Sagde Knight.

Endnu, mens kontusioner og blodpropper i hjernen er et stort problem, lige så skadelige er de rifter, der opstår, når hjernefibre rives og snos.

"Hjernen fungerer ved, at en celle sender på sin forbindelsesfiber gennem et axon for at signalere en anden celle, " sagde han. "Når du får disse komplekse vridnings- og rotationskræfter, du får kompression, spænding og klipning, og du kan faktisk mekanisk beskadige og rive dine forbindelsesfibre i stykker.

De bedste hjelme i dag, inklusive dem, der bruges af NFL, omfatte polstring, der gør et anstændigt stykke arbejde med at absorbere energi fra et direkte hovedkollision og forhindre, at slagets fulde kraft når frem til hjernen. Men de tager ikke højde for hits, der klikker og roterer hovedet. Den ydre skal af Knights fodboldhjelm er i stand til at rotere omkring en tomme i forhold til den indvendige skal, som er fastspændt til hovedet; dette absorberer det farlige moment, der kan forårsage permanent hjerneskade. Mere sfæriske hjelme, som dem til cykler og snowboardere, kunne dreje omkring halvanden tomme, absorberer endnu mere rotationsenergi, han sagde.

For at tillade denne hjelm rotation, Knight placerer kompakte plastikstivere mellem den indre og ydre skal. Stiverne gør det muligt for den ydre skal at glide i forhold til den indre skal fastspændt til hovedet - i det væsentlige en rotationsstøddæmper.

Eftermontering af dagens hjelme

Knight og BrainGuard CTO Ram Gurumoorthy, der har en Berkeley Ph.D. i teknik, sige, at deres design ikke tilføjer ekstra vægt eller tykkelse til en fodboldhjelm, og at mange hjelmmodeller i dag kunne eftermonteres ved at tilføje den nye ydre skal og stivere. Designet, som også inkluderer en lighter, kulfiber ansigtsmaske, kan tilpasses enhver sport eller rekreation:klatring, off-road og terrænsport, samt baseball, lacrosse, rugby og vandpolo, en af ​​de farligste sportsgrene for hjernerystelse. Den samme indre skal med en udskiftelig ydre skal fungerer også til industrielle hjelme og til brandmænd og militære hjelme.

"Det skønne ved hjelmen er, at det er en modulær platform, hvilket betyder, at indmaden - indersiden fastgjort til hovedet - forbliver den samme eller ganske ens, og den ydre skal alene kan ændre sig, afhængigt af sporten, "Sagde Knight.

BrainGuards fodboldhjelm bestod certificeringsprocessen for National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment i november, hvilket nu betyder, at Knights firma kan tilbyde det til gymnasiet, college og professionelle teams, når et produktionssystem er sat op. Det er ved at oprette en lille produktionslinje til at producere omkring 1, 000 fodboldhjelme - nok til at teste designet med nogle få gymnasie- og universitetshold - og leder efter investorpenge til at betale for sprøjtestøbeforme og produktionslinjer til cykel, motorcykel- og snesportshjelme.

"Jeg vil understrege, at fodboldhjelme på markedet i dag er effektive. Det, vi forsøger at gøre, er at gøre dem mere effektive, "Sagde Knight.

I deres virksomheds garage i en industripark i Point Richmond, Californien, Knight og Gurumoorthy har bygget en state-of-the-art hjelmtestmaskine til at sammenligne BrainGuard med kommercielle hjelme. Knight siger, at det nye design er 25 til 50 procent bedre end noget andet på markedet, med hensyn til dæmpning af rotationskræfter. Deres design er særligt effektivt til frontale stød, der bidrager til CTE, som starter i frontallappen, Sagde Knight.

"Vores hjelm kan reducere rotationskraften med op til det halve, men du fjerner det ikke. Dette er ikke et vidundermiddel; vi reducerer påvirkningen af ​​slag mod hovedet, " han sagde.

Et mere effektivt middel til at reducere traumatiske hovedskader ville være at forbyde tacklingsfodbold for børn under 13 år – mange spiller i Pop Warner Little Scholars Inc.-ligaerne – og at ændre den måde, ældre spillere bruger deres hoveder på under træning og leg. Medmindre kontaktsport er forbudt, hvilket er usandsynligt, en bedre hjelm vil i det mindste reducere antallet af hjernerystelser, skaden fra gentagne underhjernerystelser og chancerne for at udvikle CTE.

Knights største frygt er, at bedre hjelme ville tilskynde til mere voldelig og farlig adfærd.

"Jeg er mest bekymret for, at hvis du tager en bedre kraftreducerende hjelm frem, folk vil ikke være opmærksomme på andre ting, de burde gøre for at reducere kraften til deres hoveder, som at reducere eller fjerne hjelm-til-hjelm kontakt, " sagde han. "Min drøm er, at en dag, mit 8-årige barnebarn skal have en cykelhjelm på, der er godt designet, så den ene gang hun falder af sin cykel, hun vil få et dramatisk fald i chancen for, at hun får en alvorlig hjerneskade."