Британские исследователи впервые экспериментально установили, что удар футбольного мяча по голове вызывает внутри черепа волны давления. Было выявлено, что различные типы мячей оказывают разную нагрузку на мозг — разница может достигать 55 раз, при этом классические кожаные мячи становятся наиболее опасными при намокании.

Долгосрочные риски для здоровья футболистов

В последние годы научное сообщество и футбольные организации уделяют особое внимание возможным долгосрочным последствиям для здоровья профессиональных игроков. Эпидемиологические исследования, проведённые в Великобритании, Швеции и Франции, показали, что у бывших футболистов повышен риск развития нейродегенеративных заболеваний. Ранее подобные патологии чаще связывали с боксом и американским футболом.

Основным фактором риска считаются многократные удары мячом по голове, которые происходят на протяжении всей спортивной карьеры. Ранее учёные анализировали ускорение головы, силу удара и движение черепа, что позволяло оценить риск сотрясения мозга или переломов, но не объясняло механизм возникновения микроповреждений тканей, приводящих к медленной деградации мозга спустя годы.

Экспериментальная методика

Исследователи из Университета Лафборо разработали специальный суррогат головы для максимально реалистичного моделирования. Вместо стандартных манекенов, применяемых в автомобильных краш-тестах, была создана половинка черепа из пластика, идентичного по механическим свойствам человеческой кости, напечатанная на 3D-принтере. Внутренняя полость черепа была заполнена гелем, имитирующим по плотности и скорости распространения звука ткани мозга и спинномозговую жидкость.

В центре геля, на глубине пяти миллиметров от внутренней поверхности черепа, был установлен высокочувствительный датчик — гидрофон, способный фиксировать малейшие колебания давления в жидкой среде. Футбольные мячи разгонялись пневматической пушкой до скоростей, характерных для реальной игры — от 13 до 23 метров в секунду.

Результаты экспериментов

В ходе 430 экспериментов с 20 различными мячами — от исторических кожаных реплик середины XX века до современных синтетических моделей, используемых на крупнейших турнирах — было установлено, что каждый удар мяча создаёт волну давления, достигающую датчика внутри черепа за первые 100 микросекунд. Это в тысячи раз быстрее, чем начинается смещение головы. Вся энергия ударной волны высвобождается менее чем за полмиллисекунды.

Максимальное зафиксированное давление достигло 31 килопаскаля, что сопоставимо с давлением внутри мощного гидравлического пресса, применяемого для формовки металла в промышленности. Этот показатель превышает предельно допустимые уровни воздействия ударной волны для военнослужащих США на тренировках, установленные на отметке 27 килопаскалей.

Влияние типа мяча и условий игры

Воздействие разных мячей оказалось неодинаковым. Разница в пиковом давлении достигала девяти раз, а в передаваемой энергии — почти 55 раз. Современные синтетические и клееные мячи создавали наиболее мощные волны, тогда как традиционные кожаные мячи в сухом состоянии демонстрировали самый низкий уровень давления. Однако после пребывания во влажной среде, что моделировало игру под дождём, масса кожаных мячей увеличивалась, а создаваемое ими давление возрастало в четыре-пять раз, приближаясь к показателям самых жёстких синтетических мячей.