mini|Ein Ski- und ein Gleitschirmhelm mini|Kletterhelm mit Stirnlampe mini|Sporthelm beim Boxen
Ein Sporthelm schützt den Kopf eines Sportlers. Dies kann ein Schutz sein: vor Fremdkörpern, beispielsweise vor herunterfallenden Steinen für den Fall eines Sturzes auf den Kopf bei einem Zusammenstoß des Kopfes mit Personen oder Gegenständen.
Im Sport, speziell bei Kontaktsport und bei sogenannten Risikosportarten ist die Kopfverletzung oft Teil des typischen Verletzungsmusters. Kopfverletzungen als Folge von Sport-Unfällen können den outcome aufgrund der lebensbedrohlichen Blutungen und Gewebeschäden im Schädelinneren negativ beeinflussen. C Hessler, NM Meenen et al.: Causes, injuries, therapy and possibilities of prevention of equine-related accidents. Results of a 2-center-study. Unfallchirurg. 2014 Feb;117(2):123-7. Besonders verstärkt in Zusammenhang mit Thoraxverletzungen, weil hier die Sauerstoffversorgung gestört ist, neben dem Blutkreislauf ein zentraler Pfeiler für die autonome Schadensbegrenzung beim Schädel-Hirn-Trauma. Daher wird in vielen Sportarten zur Reduktion der Verletzungsschwere das Tragen eines Sporthelmes empfohlen, in einigen ist es vorgeschrieben, z. B. in Deutschland beim GleitschirmfliegenHomepage Deutscher Hängegleiterverband und bei Reitsport-Wettbewerben. Bei vielen Wettkämpfen ist das Tragen eines Helms bzw. eines geeigneten Kopfschutzes vorgeschrieben.
Moderne Sporthelme Moderne einfache Sporthelme mit einer harten Außenschale sind meist aus widerstandsfähigem Kunststoffmaterial wie Polycarbonaten oder ABS hergestellt, oft durch Glas-, Aramid- oder Kohlenstofffasern verstärkt. An dieser Schale sind die Fixierungsmittel (Gurte, Polsterung) angebracht. Der Übergang zu industriellen Schutzhelmen (Bauhelm, Forsthelm usw.) ist fließend; Helme müssen je nach Einsatzzweck unterschiedliche Prüfnormen erfüllen.
Der technische Aufbau eines komplexen Reithelms und anderer Sporthelme für risikoreiche Sportarten besteht aus zwei Schichten mit jeweils spezialisierter Funktion: Einer dünnen hart-elastischen Außenhülle aus widerstandsfähigem Kunststoffmaterial. Diese Hülle dient der Fixierung der Helmanbauten wie dem Visier und der Fixierung des Helms auf dem Kopf durch Vergurtung, dem Schutz der für die Dämpfungsfunktion entscheidenden Styroporschicht gegen scharfkantige Gegenstände, sowie als Gleitfläche beim Aufprall. Unter dieser elastischen Schutzschicht befindet sich die stoßdämpfende dicke Schale aus deformierbarem Styropor. Der Schaum aus Polystyrol dient der Dämpfung der auf den Kopf wirkenden stumpfen Kräfte dadurch, dass die winzigen luftgeschäumten Kunststoffpartikel nachgeben und sich dadurch dauerhaft verformen und verdichten. Die Schaumschicht kann an der Auftrittsstelle der Kraft durchaus um ½ Zentimeter komprimiert werden, vergleichbar mit einer Knautschzone am PKW. Durch diese endgültige Verformung bzw. Zerstörung der Schaumstruktur des Styropor wird die einwirkende Kraft eines Sturzes verarbeitet, d. h. aufgenommen und eine deutlich geringere Kraft an den zu schützenden Kopf weitergeleitet. Nach jedem Sturz muss daher ein Helm ausgetauscht werden, weil das Styropor definitiv verformt ist und daher bei einem erneuten Sturz keine Dämpfung mehr erreichen würde.
Erkannte aber ungelöste Probleme mini|Reithelm Vielseitigkeit nach einem Sturz: Trotz Helm diffus axonale Schädigung mit schwersten bleibenden Unfallfolgen Schwerstes SHT
Ein wesentlicher Aspekt von Kopfverletzungen beim Sport ist bei der Helmkonstruktion und bei den diversen Helmnormen bisher nicht berücksichtigt: Helme sind zur Dämpfung von Kräften konstruiert, die senkrecht auf den Sportlerkopf auftreffen. Dabei soll der Helm die auf den Schädel wirkende Kraft so verringern, dass schwere oder tödliche Verletzungen, früher vornehmlich definiert als Schädelfrakturen, vermieden werden. Die entsprechende Grenzkraft ist mit Hilfe von Tier- und Leichenexperimenten in den 70er Jahren auf 200G festgelegt worden ES Gurdjian: Protection of the Head and Neck in Sports, JAMA 182/5: 509-512, 1962 SO Lindgren: Studies in head Injuries: Intracranial Pressure Pattern during impact, Lancet. 1964 Jun 6;1(7345):1251-3 AJ McLean, Biomechanics of closed head injury, in Head Injury pp. 25-37. Edited by Peter Reilly and Ross Bullock. 1997 Chapman & Hall, LondonN.Yogandandan: Biomechanics of Skull Fracture, Journal of Neurotrauma Volume 12, Number 4, 659-668, 1995 . Wir wissen aber inzwischen: Durch den Aufprall auf den Boden oder auf Hindernisse erhalten Kopf und Helm und damit auch das Gehirn jedoch immer auch einen Rotationsimpuls, der sich auch auf die Halswirbelsäule auswirktA.Hamel: Effects of fall conditions and biological variability on the mechanism of skull fractures caused by falls, Int J Legal Med (2013) 127:111–118. Rotationsimpulse sind in der überwiegenden Zahl der Fälle für die Schwere von Schädel-Hirn-Traumen verantwortlich. Dies wurde bei Untersuchungen bei Boxern festgestellt.F. Unterharnscheidt, (1969) Pathomorphology of Experimental Head Injury Due To Rotational Acceleration, Acta neuropath. (Berlin) 12, 200--204F.Unterharnscheidt, 1972, Die traumatischen Hirnschäden. Mechanogenese, Pathomorphologie und Klinik, Z. Rechtsmedizin 71, ][53--221 Es kommt aufgrund des ausgeprägten rotatorischen Bewegungsspielraums der Hirnsubstanz innerhalb der Kalotte eher als bei geradem Aufprall zu Gefäß- und Gewebezerreißung und damit zu lebensbedrohlichen Blutungen. Besondere Aufmerksamkeit erfordert, dass der Helm durch seine Struktur den Kopf-Helm-Radius deutlich vergrößert und damit den rotatorischen Impuls erheblich verstärkt, womit der Helm selber die Unfallfolgen verschlimmern kann.A Post:Rotational Acceleration, Brain Tissue Strain, and the Relationship to Concussion, J Biomech Eng. 2015 Mar;137(3) Weil diese Rotationskraft grundsätzlich eine vitale Gefährdung darstellt, besteht durch die Verschieblichkeit der Kopfhaut gegenüber dem knöchernen Schädel bereits ein natürlicher biologischer „Sicherheitsmechanismus“A Trotta: Evaluation of the head-helmet sliding properties in an impact test, J Biomech 2018 Jun 25:75:28-34. Dieser brachte den damit ausgestatteten Menschen einen Sicherheitsvorteil in der Evolution. Diesen Rotationsenergie-spezifischen Effekt versucht seit einigen Jahren eine eingeschobene dünne Gleitschicht zwischen Helmschale und Kopf zu imitieren, die seit wenigen Jahren als Multi-Directional Impact Protection System (MIPS) in bewährte und existierende Helmkonzepte integriert wird. Ein sicherer Nachweis der vermehrten Schutzfunktion konnte bisher nicht erbracht werden.
Notwendige Entwicklung Eine weitere noch nicht gelöste Herausforderung an Sporthelme ist die Tatsache, dass es sich bei einem großen Teil der durch Sturz verursachten Schädelhirntraumen um leichte Formen wie Gehirnerschütterung J.C. Maroon: Cerebral Concussion: A Historical Perspective, in: Niranjan A, Lunsford LD (eds): Concussion. Prog Neurol Surg. Basel, Karger, 2014, vol 28, pp 1–13 handelt. Diese leichten SHT werden durch Helme in keiner Weise verhindert.R. R. Navarro:Protective Equipment and the Prevention of ConcussionV What Is the Evidence?Current Sports Medicine Reports, Volume 10c Number 1c January/February 2011, 27-31 Dazu sind die Helme generell zu steifT.A.Connor, R.Burek et al.: Do equestrian helmets prevent concussion? A retrospective analysis of head injuries and helmet damage from real-world equestrian accidents, Sports Medicine - Open (2019) 5:19, ihre Styropor-Dämpfungs-Schicht ist nur zur Dämpfung schwerster Kräfte geeignet. Ob zukünftig die Entwicklung von Helmkonzepten gelingt, die bei schwersten und leichten SHT eine Schutzwirkung entfalten, ist fraglich. GrundlagenforschungM Fahlstedt: Ranking and Rating Bicycle Helmet Safety Performance in Oblique Impacts Using Eight Different Brain Injury Model, Annals of Biomedical Engineering, Vol. 49, No. 3, March 2021 (Ó 2021) pp. 1097–1109R Ouckama:Evaluation of a flexible force sensor for measurement of helmet foam impact performance, Journal of Biomechanics 44 (2011) 904–909 zu diesen Verletzungen wird intensiv betrieben u. a. unter Verwendung von finite Elemente TechnikenMA Forero Rueda: Finite element modelling of equestrian helmet impacts exposes the need to address rotational kinematics in future helmet designs, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering Vol. 14, No. 12, Dezember 2011, 1021–1031Xiaogai Li: An anatomically detailed and personalizable head injury model:Significance of brain and white matter tract morphological variability on strain, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 20:403–431, 2020 021 20:403–431, doi:10.1007/s10237-020-01391-8. Direkten Einfluss auf die Entwicklung neuer Helmkonzepte hat die Forschung nicht. Existierende europäische EN1384:2023, US-amerikanische ASTM F1163 und britische PAS 015 und BS EN 1384 Helm-Standards und Normen zementieren die existierenden Schutzkonzepte und verhindern damit ökonomische Chancen für neue Produkte nach aktuellen wissenschaftlichen ErkenntnissenM. Chapman, K Thompson: Stakeholder Views on the Potential Benefits and Feasibility of an Equestrian Industry-Specific Health, Safety and Welfare Management System, Animals 2024, 14, 3450 . Allerdings: Das Problem ist wahrgenommen und die FEI hat eine Arbeitsgruppe eingesetzt.
Risikoerhöhung Eine die Sicherheitswirkung eines Helms massiv beeinträchtigende Entwicklung findet sich in einigen Sportarten: So werden Action-Camcorder fest auf Helmen verschraubt, um eindrucksvolle Sportbilder produzieren zu können. Bei einem Sturz kommt es durch den fixierten Helmaufbau aber zu erheblichen zusätzlichen Rotationsimpulsen auf den Kopf des Sportlers mit möglicher deutlicher Zunahme der schweren Hirnverletzungen. Damit wird die Schutzwirkung eines Sporthelms erheblich gemindert. (Nicht verletzungsrelevant ist hingegen die Idee der sturzgetriebenen Invasion der Helmkamera in die Struktur des Helms und damit des Kopfes des Sportlers.) Trotz des guten Schutzhelms könnte bei Michael Schumacher durch die nachgewiesene Anbringung einer Kamera ein deutlicher zusätzlicher Rotationsimpuls bei der Aufprallenergie mitgewirkt und das Hirntrauma gefährlich verschärft haben.
Arten Aus verschiedenen Anforderungen haben sich verschiedene Arten von Sporthelmen entwickelt: besonders leicht – beispielsweise Fahrradhelme temperaturunempfindlich – beispielsweise Ski- und Snowboardhelme viel Energie aufnehmend – beispielsweise Motorradhelme und Automobilsporthelme besonders robust – beispielsweise Kletter-/Steinschlaghelme, Footballhelme und Reithelme Verstellmöglichkeit nach Größe und Form des Visiers (Gitter oder Halbschutz) im Eishockey und Inlinehockey nach innen und außen gepolstert – beispielsweise Boxerhelme Wasser- und luftdicht – beispielsweise Taucherhelme Wasserunempfindlich – beispielsweise Kajakhelme Es gibt auch Mehrzweckhelme, welche die Prüfnormen für mehrere Sportarten erfüllen, beispielsweise Skihelme, die auch für Klettern, Skaten und Radfahren geeignet sind. Reithelme, welche auch die Fahrradhelm- und die Ski-Normen erfüllen.
Reithelm mini|Reithelm