JAM: теннисные мячи могут вызывать травмы головного мозга

Фото из открытых источников
Исследователи из Южного методистского университета в Далласе изучили уникальный вопрос: может ли теннисный мяч вызвать черепно-мозговую травму? Это исследование, опубликованное в журнале Journal of Applied Mechanics, дает представление о редком, но возможном риске в виде спорта, который известен своей безопасностью по сравнению с контактными видами спорта.
 
Исследовательская группа под руководством профессора машиностроения Синь-Линь Гао и его бывшего аспиранта Юнцяна Ли использовала передовое компьютерное моделирование для имитации удара теннисного мяча по голове человека.
 
Этот метод, широко используемый при изучении автомобильных аварий, позволил им проанализировать различные сценарии.
 
Их выводы интригуют:
 

• Сотрясения от теннисных мячей редки, но могут произойти, если мяч летит быстрее 40 метров в секунду. Для контекста, эта скорость превышает максимальную скорость гепарда.


• Боковая часть головы более уязвима для травм, чем лоб или макушка.


• Удар под углом 90 градусов с большей вероятностью приведет к травме, чем удар под углом 30 или 60 градусов.


• Интересно, что вращение мяча не оказывает существенного влияния на вероятность получения травмы головы.

 
Профессор Гао подчеркнул важность понимания травм головы в теннисе — популярном во всем мире виде спорта, в котором участвуют миллионы игроков.
 
Особое внимание в исследовании уделялось вопросу о том, может ли теннисный мяч стать причиной серьезной травмы головы, например черепно-мозговой травмы, которая возникает, когда большая сила нарушает нормальную работу мозга.
 
Сотрясения мозга, классифицируемые как легкие черепно-мозговые травмы, обычно не опасны для жизни, но могут приводить к таким симптомам, как головные боли, головокружение и проблемы с концентрацией внимания, которые длятся неделями или месяцами.
 
Методология исследования включала модели конечных элементов (FE), которые являются сложными вычислительными инструментами. Эти модели разбивают сложные проблемы на более мелкие части, что облегчает их изучение.
 
Исследователи использовали модель FE теннисного мяча и головы человека, предоставленную Глобальным консорциумом моделей человеческого тела. Этот консорциум создает реалистичные 3D-модели человека для исследований симуляции столкновений.
 
Команда создала компьютерную модель теннисного мяча на основе реальных экспериментов и использовала ее вместе с моделью головы в своих симуляциях.
 
Они использовали систему под названием LS-DYNA, которая использует математические алгоритмы для моделирования физических явлений. Например, алгоритм, разработанный для проверки эластичности резины, помог им имитировать поведение мозговой ткани.
 
С помощью этого моделирования исследователи смогли определить, может ли сила удара теннисного мяча, изменяющаяся по скорости и углу удара, вызвать удар мозговой ткани о череп достаточно сильный, чтобы вызвать сотрясение мозга.
 
Чтобы убедиться в точности своих выводов, Гао и Ли сопоставили свои результаты с предыдущими исследованиями черепно-мозговых травм, включая исследования на человеческих трупах и наблюдения за людьми с сотрясениями мозга.
 
Предыдущие исследования группы по травмам головы от ударов мячей для гольфа и баллистических ударов также послужили основой для сравнения.
 
Хотя исследование было сосредоточено на мужчинах, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, будут ли женщины и дети подвергаться аналогичным рискам. Однако ведущий исследователь Гао считает, что результаты, вероятно, будут схожими в разных группах.
 
Это исследование проливает свет на редко рассматриваемый аспект безопасности в теннисе, способствуя нашему пониманию травм головы, связанных со спортом, за пределами более часто обсуждаемого контекста высококонтактных видов спорта.