В следующий раз, когда вы будете играть в Angry Birds, подумайте об этом: тот же тип датчиков, которые фиксируют движения на вашем телефоне, также играет роль в биомедицинских исследованиях, направленных на то, чтобы сделать спорт более безопасным для детей.
В течение последних трех лет исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета и Детской больницы Люсиль Паккард в Стэнфорде использовали эти датчики по-новому, чтобы понять и измерить, что происходит, когда спортсмены сталкиваются с столкновениями, приводящими к травме головного мозга.
Несмотря на то, что СМИ уделяют большое внимание сотрясениям мозга у взрослых игроков Национальной футбольной лиги, дети — как мальчики, так и девочки — также часто страдают от более лёгких, повторяющихся травм. Если говорить о цифрах, то по всей стране миллионы детей занимаются любительским спортом, в то время как в НФЛ играют всего несколько тысяч игроков. Многие юные спортсмены сейчас играют быстрее и интенсивнее, часто контактируя со льдом в различных видах спорта, таких как баскетбол, футбол и лакросс.
«Проблема сотрясений мозга более распространена, чем мы считали ранее», — говорит доктор Пол Фишер, глава отделения детской неврологии. «Теперь мы определяем сотрясение мозга в более широком смысле: как удар по голове с неврологическими эффектами, такими как головная боль, головокружение или тошнота, а не просто как потерю сознания».
13-летняя Ава Джеймс недавно обратилась в клинику Фишера с тошнотой, головокружением и головными болями после удара головой во время футбольной тренировки. Она является частью растущей тенденции: около полумиллиона детей по всей стране ежегодно обращаются в отделение неотложной помощи с сотрясениями мозга, полученными во время спортивных занятий. Многие другие не обращаются в отделение неотложной помощи и не сообщают о своих симптомах. Частота сотрясений мозга у девочек за последние 11 лет выросла на 21% в год, что превышает показатель среди мальчиков, составляющий 14% в год.
Наука об ударах
Хотя сотрясения мозга вызывают всё большую озабоченность, на самом деле очень мало известно о том, как различные типы ударов приводят к травмам головного мозга. Когда игроки получают сильный удар, травмы и их последствия иногда не ощущаются и не видны сразу. Поскольку симптомы у разных людей различаются, сотрясения мозга трудно диагностировать, часто их невозможно обнаружить с помощью компьютерной томографии, и они во многом зависят от самоотчётов игроков, если они честны.
Чтобы предсказать и предотвратить сотрясения мозга, исследователь из Стэнфорда Дэвид Камарилло, доктор философии, доцент кафедры биоинженерии, разрабатывает инновационный подход, который может стать революционным в исследовании сотрясений мозга у спортсменов.
Используя акселерометры и гироскопы, те же типы датчиков, что используются в смартфонах, лаборатория Камарилло собирает данные о черепно-мозговых травмах в процессе их получения. Благодаря замечательному партнёрству со Stanford Athletics большинство игроков футбольной команды Стэнфорда носят капы, оснащённые датчиками, которые регистрируют и измеряют физику каждого удара по голове во время тренировок и игр. Кроме того, используя сверхвысокочёткие камеры замедленной съёмки, Камарилло и его команда внимательно наблюдают и снимают столкновения, получая кадры, которые с точностью до миллисекунды показывают, как воздействие удара отражается на телах игроков.
«Эта история пока находится на ранней стадии, — говорит Камарилло, — но мы уже увидели некоторые ошеломляющие данные».
Для справки, 1 g — стандартная мера линейного ускорения свободного падения. В автомобильной аварии ускорение может достигать 50 или 100 g. При некоторых самых сильных ударах в футболе Камарилло и его команда наблюдали линейное ускорение до 150 g. Это даже не учитывает угловое ускорение — поворот головы и шеи игрока после удара. Стэнфордское исследование — одно из первых, в котором угловое ускорение было измерено как важный фактор, который также может способствовать травмам головного мозга.
Кроме того, инциденты, которые ранее могли быть засчитаны как один удар, на самом деле являются двумя последовательными столкновениями. Игрок получает первоначальный удар во время захвата, но мозг получает повторную травму при ударе головой о землю, что приводит к двойному удару, вызывающему более одного сотрясения.
Проводя измерения как в травматических, так и в нетравматических ситуациях, Камарилло стремится сузить и определить пороговые значения для травм. «Наша конечная цель, — говорит он, — раскрыть механизм сотрясения мозга, чтобы разработать более эффективные профилактические меры, особенно для молодых спортсменов, подверженных риску повреждения мозга и нарушениям когнитивного развития».
Хотя исследование может занять ещё пять или десять лет, данные, собранные у футболисток Стэнфордского университета, также могут помочь определить «дозы» воздействия, которым подвергаются дети и подростки во время активного отдыха. Благодаря гранту Фонда Дэвида и Люсиль Паккард, проект теперь расширяется и включает тестирование других типов носимых головных датчиков, которые могут быть более широко использованы в женском спорте, где капы не являются обязательным оборудованием. Это фундаментальное исследование и пилотные исследования с участием спортсменок Стэнфордского университета, занимающихся лакроссом и футболом, могут помочь исследователям лучше понять различные последствия черепно-мозговых травм в женском спорте.
Джеральд Грант, доктор медицинских наук, член Американской коллегии хирургов, доцент кафедры нейрохирургии, недавно поступил в Детскую больницу имени Люсиль Паккард в Стэнфорде, но быстро воспользовался возможностью продолжить исследования в области сотрясений мозга, полученных в спорте. Будучи ветераном ВВС США и детским нейрохирургом, Грант лечил пациентов самых разных категорий: от солдат с сотрясениями мозга, полученными в результате взрывов в Ираке, до всё большего числа девочек с сотрясениями мозга, полученными в футбольной клинике.
Грант отмечает, что всё больше исследований показывают, что травмы головы могут иметь кумулятивный эффект. «Это не просто сильный удар, — говорит он, — а серия повторяющихся, более слабых ударов, которые со временем могут привести к серьёзным последствиям».
«Учитывая, что среднестатистический студент-футболист делает сотни или тысячи ударов головой за сезон, нам необходимо лучше понимать эти проблемы и открыто говорить о них», — добавляет Грант. С момента своего прибытия в Стэнфорд прошлой осенью Грант вместе с Камарилло, Фишером и другими продвигал исследования, используя огромный опыт университета.
«У нас в Стэнфорде потрясающие спортсмены и учёные — мы как греческий город-государство Спарта», — с улыбкой отмечает Фишер. Шутки в сторону, здесь действительно наблюдается уникальное сочетание элитного атлетизма и глубокого интеллектуального любопытства, даже у игроков и тренеров, которые охотно и активно участвуют в исследованиях. Кроме того, возможность сотрудничества между такими дисциплинами, как инженерия, биодизайн и медицина, в Стэнфордском университете облегчает достижение прогресса.
Педиатры Фишер и Грант спешат обратить внимание обеспокоенных родителей на то, что положительные эффекты от занятий спортом для детей, такие как улучшение физического здоровья, улучшение внешнего вида и самооценки, значительно перевешивают риски черепно-мозговой травмы. После двух недель отдыха 13-летняя футболистка Ава была готова вернуться к нормальной жизни, хотя головные боли утихли только через пять месяцев. Исследователи продолжают работать над более точными показателями для прогнозирования и предотвращения черепно-мозговых травм, но при этом призывают тренеров, игроков и родителей больше знать о сотрясениях мозга, в том числе о важности соблюдения правил и использования надлежащей защитной экипировки, предоставления юным спортсменам достаточного времени для физического и психологического восстановления, а также возвращения в школу перед игровым полем.
Эта статья была опубликована в издании Lucile Packard Children's News весной 2014 года.
