カスタムフィット計測マウスガードを使用した、サッカーのヘディング中の頭部運動学と脳緊張反応の調査

Investigation of Head Kinematics and Brain Strain Response During Soccer Heading Using a Custom-Fit Instrumented Mouthguard.

抄録

アソシエーションフットボール（一部の地域ではサッカーとも呼ばれる）は、ゴールを決めるなど、競技上の優位性を得るために意図的に頭を使うことを参加者に奨励している点でユニークである。反復的な頭部への衝撃は、長期的な神経変性疾患の発症リスクの高まりにつながる可能性が高まっている。本研究では、頭部加速度データと有限要素モデリングを用いて脳損傷リスクを推定し、異なる距離からのヘディングパスの影響を調査した。大学レベルの参加者7名が、特注の計測器付きマウスガードを装着し、直線加速度と角加速度の時間データを取得した。彼らは実験室内で、ショートパス、ミディアムパス、ロングパスを組み合わせて10回のヘディングを行った。そして、運動学的データを用いて、ピーク直線加速度、ピーク角速度、ピーク角加速度、および2つの脳損傷指標（頭部損傷基準、回転損傷基準）を算出した。また、6自由度の加速度-時間データを広く受け入れられている有限要素脳モデルに入力し、平均ピークひずみと累積ひずみ損傷測定値を用いてひずみ応答を推定した。5つのヘッダーの脳震盪リスクは25%と考えられた。平均ピーク直線加速度は26±7.9g、平均ピーク角速度は7.20±2.18rad/s、平均ピーク角加速度は1730±611rad/s、95パーセンタイルの平均ピークひずみは0.0962±0.252であった。これらのデータのいくつかは、アメリカンフットボールで報告された脳損傷の指標と類似しており、サッカーヘディングに関するさらなる調査の必要性を裏付けている。

Association football, also known as soccer in some regions, is unique in encouraging its participants to intentionally use their head to gain a competitive advantage, including scoring a goal. Repetitive head impacts are now being increasingly linked to an inflated risk of developing long-term neurodegenerative disease. This study investigated the effect of heading passes from different distances, using head acceleration data and finite element modelling to estimate brain injury risk. Seven university-level participants wore a custom-fitted instrumented mouthguard to capture linear and angular acceleration-time data. They performed 10 headers within a laboratory environment, from a combination of short, medium, and long passes. Kinematic data was then used to calculate peak linear acceleration, peak angular velocity, and peak angular acceleration as well as two brain injury metrics: head injury criterion and rotational injury criterion. Six degrees of freedom acceleration-time data were also inputted into a widely accepted finite element brain model to estimate strain-response using mean peak strain and cumulative strain damage measure values. Five headers were considered to have a 25% concussion risk. Mean peak linear acceleration equalled 26 ± 7.9 g, mean peak angular velocity 7.20 ± 2.18 rad/s, mean peak angular acceleration 1730 ± 611 rad/s, and 95th percentile mean peak strain 0.0962 ± 0.252. Some of these data were similar to brain injury metrics reported from American football, which supports the need for further investigation into soccer heading.