Hjälmens utveckling mot att skydda hjärnan

Prylar 13 Sep
Bild01
Hjälmen får allt fler funktioner. På 80 talet- kompakt frigolit i tjockt plastskal. Idag tillverkas lätta hjälmar som dessutom ska göra cyklisten synlig i trafiken.

Från stoppat läder till neonfärgade plastkrukor fyllda med frigolit, ­nackspänne och rotationsskydd. På 70-talet började utvecklingen av vad som är dagens hjälm, men det är inte våra hjärnor som blivit mer ­ömtåliga utan hjälmbranschen som börjat anamma det forskarna vetat i 50 år.

 

Tanken med läderhjälmen var att skydda ­personen mot skrapsår och den bars främst av tävlingscyklister. Dagens hjälm har en betydligt ädlare agenda, den ska skydda skallbenet från fraktur. För det är vad den främst gör, hjärnskakningar kan uppstå även om man bär hjälm om huvudet utsätts för en rotation när det träffar backen eller ett träd.   

Resan mot en hjälm med rotationsskydd ­började med att hjärnkirurgen Hans von Holst ville ta reda på hur hjälmarna var ­konstruerade sedan han sett att många patienter led av trauman på ­hjärnan trots att de bar hjälm vid olyckstillfället.
År 1995 kontaktade han Kungliga Tekniska Högskolan för att inleda en biomekanisk forskning i hur man förebygger nack och huvudskador. Dåvarande studenten Peter Halldin nappade och valde att doktorera i ämnet.

Bild02
Barnhjälm från -80 talet i ”flossad” frigolit.

Rakt slag är skonsammare
“Hjärnskakning är ett diffust begrepp, man vet inte riktigt vad som skadas utan man definierar hjärnskakning efter de symptom man får, som att svimma. Det forskarna kunnat se är att de som fått hjärnskakning först har utsatts för en smäll som ger rotation på huvudet” säger Peter Halldin.

En kollega till Peter på KTH, professor Svein Kleiven, ­studerade 300 knockouts inom boxning. Raka slag mot ­huvudet gick bra men fick personerna en upper cut, roterande slag, knockades dom. Inom ishockeyn finns liknande exempel.
“Min egna analys av videor från kollisioner inom ishockey gav att flertalet av kollisionerna mot huvudet inte var en rak stöt med en linjär rörelse på huvudet som resultat. Det vill säga, om hjälmtillverkare hade testat hjälmarna för snett islag och mätt huvudets rotation så hade flertalet spelare troligtvis kommit lindrigare undan”, säger Peter Halldin.

Kroppen skyddar visserligen hjärnan mot kraften från ett snett slag genom att hjärnan rör sig i den omkring­liggande cerebrospinalvätskan, trots det ger ett snett slag 6-7 gånger  större deformation i hjärnan än ett rakt slag. Detta har påvisats i olika studier bland annat i den forskning som professor Kleiven utfört på KTH. Många gånger återhämtar sig hjärnan och kroppen efter en hjärnskakning, men det kan också uppstå permanenta hjärnskador.

Bild3
”I kraschögonblicket är tyngden mot träffytan som att ha en häst på huvudet. Det gula glidskiktet gör att trots trycket mellan huvud och hjälm kan hjälmen rotera relativt huvudet och på så sätt minska påkänningarna i hjärnan”, säger Peter Halldin.

Liknar hjärnans rörelse
Efter tre år av forskning kunde Peter Halldin och Hans van Holst med forskarkollegor ta patent på MIPS, Multi-Directional Impact Protection System. Ett gult plastskal fäst på hjälmens insida som rör sig på samma sätt som hjärnan rör sig i sin cerebrospinalvätska vid en krash. Det gör att energin som når hjärnan reduceras signifikant enligt forskarna.

Idag behöver hjälmar inte skydda mot rotation för att fylla upp till kraven för CE-märkning. Hjälmarna testas i hur väl de skyddar mot skallfrakturer och designas därefter.

Och visst gör en hjälm skillnad. Forskare inom neuronik på KTH publicerade 2016 resultatet från en studie där de studerat rörelsemönstret vid tre cykelolyckor, där huvudet slog i marken, och återskapade kinematiken i en dator­modell. De jämförde resultatet med de medicinska röntgen­bilderna från de verkliga personerna, som inte bar hjälm när de kraschade, med datormodellerna med hjälm. Hjärn­vävnaden töjdes 33–43 procent mindre i det skadade området för datormodellerna med hjälm, vilket ger en minskad risk för hjärnskakning. Risken för skallfrakturer minskade mest då trycket på skallbenet gick från 80 megapascal till 10 när ett lager frigolit fanns mellan huvudet och marken. Tidigare studier om hjälmens betydelse har främst varit observationsstudier, och det exakta sambandet mellan hjälm och skadereducering har inte kartlagts.

”Raka slag mot huvudet gick bra men fick personerna en upper cut, roterande slag, knockades dom”

 

Samma metod som vid brobyggen
Peter sitter i hjälmstandardiseringskommittéen i Europa och USA. Han vill att hjälmar även ska ge skydd mot rotation för att bli godkända CE-hjälmar.

“Hjälmarna är bra och minskar risken för skallfrakturer, men skulle kunna skydda hjärnan ännu bättre. Vi jobbar med att ta fram en standardiserad testmetod där hjälmen utsätts för sneda slag”, säger Peter Halldin.

Peters kollega Madelen Fahlstedt, som även var med i ovannämnda studie, har lett arbete att utveckla en test­metod de senaste åren. Hon har använt samma datorprogram som konstruktörer jobbar med för att räkna på hållfastheten i hus, broar och bilar. I programmet kan man rekonstruera verkliga olyckor för att se hur de påverkar hållbarheten i byggnader och fordon.

“Madelen har rekonstruerat verkliga olyckor för att räkna på hur exempelvis de accelerationer som uppstår när man trillar av en cykel kombinerat med både raka och sneda i slag påverkar hjärnan. Det senare gav 3-8 gånger starkare känningar i hjärnan, oftast är det så verklighetens olyckor ser ut”, säger Peter.

Bild04
MIPS-tekniken anammas av fler och fler hjälmtillverkare. Vissa märken har börjat göra ett eget rotationsskydd i sina hjälmar.

Långsam bransch
Sedan 50-talet har forskarna vetat om att rotationsvåld ­påverkar hjärnan mer än linjärt våld. Ändå har hjälmarna bara testats mot linjärt våld fram till 2010-talet.

“Hjälmindustrin anammade inte forskningen, kanske för att de forskare som låg i framkant inom biomekanisk forskning främst jobbade åt försvaret och bilindustrin. Generellt ligger häjlm­industrin 30 år efter ­bilindustrin”, säger Peter Halldin.

Idag upplever Peter en ökad medvetenhet från människor och ett ökat intresse för skydd generellt. MIPS-tekniken har funnits i cykelhjälmar sedan 2010 men först på senare år har utbudet och efterfrågan börjat växa. Kanske ett resultat av att informationen om rotationsvåldet ökar samt att hjälmkulturen spridit sig bland cyklister och i slalombackarna.

Justera hjälmen bekvämt
En hjälm ska sitta skönt på huvudet. Inte klämma, men den ska inte heller röra sig om man skakar på huvudet och nackjusteringen är åtdragen. Hakremmen säkrar att hjälmen sitter stadigt, men ska inte vara avgörande för om hjälmen sitter kvar på huvudet. Man ska få in ett finger mellan hakan och remmen och spännena på sidan justeras under öronen.

“När huvudet slår i marken utsätts det för en hög kraft under ett antal millisekunder. Då kan hjälmen inte röra sig relativt huvudet i själva kraschögnblicket”, säger Peter Halldin.

Att efterlikna MIPS glidskikt med en hjälm som sitter löst ger inte samma funktion.

“Trycket mellan huvudet och hjälmen blir för högt, i kraschögonblicket är tyngden mot träffytan som att ha en häst på huvudet. Glidskiktet gör att även om trycket mellan huvud och hjälm är stort så kan hjälmen rotera relativt ­huvudet och på så sätt minska påkänningarna i hjärnan.”, säger Peter Halldin.

Skriv en kommentar

Kommentarer måste godkännas innan publicering. Din e-postadress visas aldrig. Fält markerade med * är obligatoriska.