Klíčová slova
pasivní bezpečnost * biomechanika poranění * statistika poranění * technická opatření
Summary
Hönig, M. Traumas of motorcyclists The problem of the passive safety of motorcycles and the biomechanics of the injuries of motorcyclists is recently gaining ground and is becoming one of the main themes of the motorcycle producers. The effort to limit the substantial consequences of the motorcycle traffic accidents of two more or less incompatible collision partners (motorcycle – car) leads to the current European projects having the task to improve the passive protection of motorcyclists.
Key words
passive safety * biomechanical injuries * statistics of injuries * technical measures
Pasivní bezpečnost vozidla obecně je souhrn konstrukčních opatření, jejichž cílem je účinná ochrana jak cestujících ve vozidle, tak i ostatních účastníků silničního provozu před mechanickými a biomechanickými poraněními, která vznikají vlivem sil a přetížení při kolizích vozidel. Biomechanika je mezioborová vědní disciplína spojující studium mechanických zákonitostí a vlastností biologických materiálů a systémů. Její mezioborovost spočívá jak v integraci metodických a poznatkových prostředků z klasických oborů (morfologie, fyziologie, matematika, fyzika a biofyzika, kybernetika, technická mechanika, nauka o materiálech atd.), tak v šíři aplikačních směrů (klinické lékařské obory, technické obory, společenské obory, přírodní vědy, zemědělské obory, ekologie atd.).
Biomechanika poranění je podoborem biomechaniky sledující reakce živého organismu způsobené vnějšími silami a jejich vliv na rozvoj traumatu. Problematika pasivní bezpečnosti motocyklu a biomechaniky poranění motocyklisty se dostává do popředí zájmu až v posledních letech a stává se postupně jedním z hlavních témat motocyklových výrobců. Snaha omezit závažné následky motocyklových dopravních nehod dvou víceméně nekompatibilních kolizních partnerů (motocykl – automobil) dnes vyúsťuje do evropských projektů, které mají za úkol zlepšit pasivní ochranu motocyklistů.
Motocykl je dopravní prostředek se specifickými vlastnostmi odlišnými od ostatních dopravních prostředků. Za specifické, tedy odlišné od ostatních, je možné považovat koncepční i konstrukční uspořádání, dynamiku i stabilitu a z nich vyplývající bezpečnost. Pro motocykl (jednostopé motorové vozidlo) platí, že jejich uživatele nelze ochránit uvnitř vozidla. Tato skutečnost zásadně mění přístup k řešení pasivní bezpečnosti motocyklu.
Prvky pasivní bezpečnosti, které jsou vyvinuty a běžně využívány u automobilů, nelze u motocyklu použít. Ať už jde o absorpční schopnosti karoserií (tzv. deformační zóny) nebo zádržné systémy (bezpečnostní pásy v kombinaci s airbagy), vždy se jedná o prvky, které u motocyklu nelze, popřípadě lze jen částečně, použít. Určitá skupina motocyklu, tzv. kabinové motocykly nebo skútry, na které by šlo aplikovat prvky pasivní bezpečnosti z automobilů, tvoří jen malou statisticky nevýznamnou část z celkového počtu motocyklů a nelze předpokládat její masové rozšíření. Tato skupina natolik mění charakter vozidla, že jí většina uživatelů motocyklu odmítá. Lze tedy vyslovit hypotézu, že uživatelé motocyklu jsou při dopravních nehodách méně chráněni než uživatelé jiných dopravních prostředků.
Biomechanická kritéria poranění
Aby bylo možné kvantifikovat vzniklá poranění na matematickém modelu v počítačovém softwaru nebo na dummy modelu (figurína člověka), používají se biomechanická kritéria poranění. Nejčastěji používaným kritériem pro posouzení poranění hlavy při testech motocyklistů i posádky automobilu je kritérium HIC (Head Injury Criterion). Vstupem jsou zrychlení měřená akcelerometry v těžišti hlavy figuríny, algoritmem výpočtu je upraven integrál z výsledného zrychlení v určitém časovém intervalu. Maximální hodnota by neměla překročit 1000. Kritérium vzniklo na základě experimentů na mrtvé tkáni beroucí v úvahu poškození mozku a poranění lebky na úrovni závažného zranění (dle tabulky AIS).
Poměrně časté u motocyklistů je i poranění krční páteře, neboť se helma při nárazu zepředu a zboku doslova zaklíní do krční páteře. Mechanismus poranění je pak dán setrvačnými účinky relativního pohybu hlavy, helmy a trupu. Statisticky bylo změřeno, že při setrvačném zatížení hlavy 16–25 g (g = 9,81m/s2) dochází ve 46 % ke zranění, při 34–38 g dochází k separaci v oblasti atlasu (1. krční obratel).
Při pohybu hlavy dozadu dochází k rozlomení těla obratlů, zlomeninám oblouku, k porušení spojujících vazů a následně k poškození míchy, které často vede k ochrnutí částí těla (kvadruplegie, paraplegie). Pro poranění páteře nebyla dosud vyvinuta jednoduchá a přitom komplexní kritéria poranění. Je to dáno pestrostí mechanismů poranění, směrové závislosti odezvy na působící síly, časovou závislostí působících sil atd. Měří se tedy hodnoty síly, momentu a případně kritérium NIC.
Další sledovanou oblastí jsou poranění hrudníku, kde závažná poranění jsou příčinou smrti u 25 % dopravních úrazů. K poranění hrudníku počítáme nejen poranění hrudní stěny, ale i nitrohrudních orgánů. Poranění mohou vznikat nárazem tupým předmětem (např. bok automobilu) nebo jako pronikající poranění (např. řídítka). Poranění tupým předmětem, stlačením nebo nárazem na tvrdou podložku bývají provázena zlomením žeber a hematomy stěn hrudníku. Pronikající poranění mohou vést k poranění stěn hrudních nebo poranění vnitřních orgánů. Pronikající poranění nejsou při dopravních nehodách až tak příliš častá, takže v kritériích není o nich dále uvažováno.
Poranění lze rozdělit na otevřená a uzavřená a lze je rovněž rozdělit na:
* komoce (otřes) – při prudkém nárazu na hrudník nebo při pádu na záda,* kontuze (zhmoždění) – provázená zlomeninami žeber, poraněním jater, sleziny, ledvin, bránice, spojené s těžkými dýchacími potížemi,* komprese (stlačení) – při tlaku na rozepjaté plíce vedoucí až k roztržení plic nebo při náhlém stlačení hrudníku v okamžiku vdechu.
Častým následkem u všech těchto poranění je otok plic. Mechanismus poranění je dán přímým silovým působením, šířením rázové vlny nebo setrvačnými silami. Biomechanická kritéria poranění hrudníku vychází zpravidla z experimentálních dat. Kritéria poranění postavená na náhradních mechanických modelech, zjednodušujících příliš složitost problematiky, nedávají dobré výsledky. Nejjednodušší kritéria vycházejí z měření jedné veličiny, kupř. kritérium 3MS, které říká, že kumulativní zrychlení větší než 60 g naměřené při zkoušce nesmí mít delší dobu trvání než 3 ms, nebo kritérium ThPC (Thorax Performence Criterion), definující maximální deformaci hrudníku na 75 mm čelně. Mezi složitější kritéria patří např. kritérium V*C (Viscous Criterion) – kritérium měkkých tkání.
Další sledovanou částí je poranění pánve, které je závažným poraněním vedoucím ke ztrátě stability celého těla. Kromě toho může vést k masivnímu krvácení. Pro oblast pánve zatím existují pouze dvě plnohodnotná kritéria (např. PSPF), která však bohužel neumožňují vyhodnotit poměrně limitní zrychlení a deformaci motocyklisty při nárazu pánve do nádrže motocyklu, tedy deformaci svalové tkáně. Tato deformace i zrychlení nabývá ještě na významu při aplikaci motocyklového airbagu.
Poslední sledovanou částí jsou dolní končetiny, které bývají často poškozeny během nárazu při pohybu po motocyklu nebo nárazem do kolizního partnera. Pro klasifikaci se používá kritéria FPC (Femur Performance Criterion), přičemž síla na stehenní kost nesmí překročit 10 kN. Jsou pochopitelně měřena ještě další kritéria, ale pro náš účel a pro prvotní pochopení problému by měla výše uvedená kritéria jako příklady postačit.
Statistika míst nejčastějších zranění
Nejvhodnější pro pochopení problému je použít německou statistiku, která obsahuje o mnoho více informací a vychází z mnohem většího počtu nehod než česká. Ještě je však nutné rozdělit poranění jednotlivých části těla během nárazu do čelní struktury automobilu nebo boku automobilu (Obr. 1A, B).
Rozdělení poranění jednotlivých části těla během nárazu zepředu
Každý třetí motocyklista má po čelní srážce s osobním automobilem (115 dle ISO 13232) zraněnou spodní část nohy (chodidlo až koleno), minimálně frakturu kosti. Dále pak je velmi často zraněna ruka (nadloktí, předloktí), následována nohou v oblasti stehna a trupem (Obr. 2). Na obrázku je ukázána statistika nejčastěji zraněných částí těla motocyklisty při kolizi s osobním automobilem. Na levé straně s označením AIS 2+ jsou uvedena střední zranění, rozdělení dle tabulky AIS (Abbreviated Injury Scale), která má za úkol klasifikovat a sumarizovat množství jednotlivých zranění a jejich závažnost pak vyjadřuje určitým klasifikačním číslem od 0 (bez zranění) až do 6 (zranění nelze přežít). Pravá strana obrázku ukazuje procenta statistiky velmi vážného zranění (+ 4).
Při bočním nárazu (413 dle ISO 13232) jsou nejčastěji zraněny končetiny, přesto ne však v takové míře jako při čelní kolizi, dále pak následuje poranění rukou, nohou, méně častěji pak nadloktí, hrudník a hlava (Obr. 3). Na obrázku je opět ukázána statistika nejčastěji zraněných části těla motocyklisty při kolizi s osobním automobilem. Na levé straně s označením AIS 2+ jsou uvedena střední zranění a na pravé opět procenta statistiky velmi závažného poranění. Velmi zajímavé zjištění je rovněž to, že nejčastější zranění jsou v obou případech (zepředu, z boku) jen málokdy smrtelná, ale velmi často dlouhodobá nebo mají nějaké dlouhodobé následky.
Poměrně častá těžká zranění motocyklistů, ale i poměrně velká nehodovost motocyklistů nás vede k úvaze, jak vzniku traumatu zabránit. Možností se skýtá poměrně mnoho, i když výsledky mohou být velmi omezené. Z psychologického hlediska (např. agresivita řízení), nebo dopravního hlediska (např. dopravní opatření na silnicích) to v tomto článku hodnotit nebudeme, chtěli bychom ale poukázat na opatření ryze konstrukčního a technického směru.
Hlavním technickým opatřením by v budoucnu měl být airbag (Obr. 4), a to buď již ve vestě, kde by byl především určen k ochraně krční a hrudní páteře a hrudníku, a dále pak by se měl stále častěji objevovat na motocyklech airbag umístěný na nádrži, který by byl určen pro ochranu hrudníku, hlavy a páteře a který by měl rovněž usměrňovat pohyb horních končetin. Dalším opatřením by měl být holenní nárazník, zabraňující alespoň částečně jakékoli fraktuře spodních končetin.
Prostřednictvím airbagu na nádrži a holenních nárazníků by se rovněž měly stabilizovat pánev a břicho tak, aby se zabránilo tvrdému kontaktu se struk-turou motocyklu. Výzkumy na toto téma provedené na ČVUT v Praze a HTW Dresden prokazují, že aplikace motocyk-lového airbagu jsou opravdu velmi vhodné a mohly by alespoň částečně snížit množství smrtelných a těžkých úrazů při motocyklových nehodách. Již dnes je možné na trhu koupit motocykl s airbagem (Honda GL1800A Gold Wing), takže lze doufat, že i do budoucna počet nabízených motocyklů s prvky pasivní bezpečnosti poroste, i když z ekonomického hlediska cena motocyklu vzroste.
Výzkum prováděný na ČVUT v Praze a HTW Dresden dále zkoumal nejen aplikaci airbagu, ale zabýval se konkrétními návrhy i konkrétním řešením na jednotlivých motocyklech. Z hlediska medicínského lze konstatovat, že jsou to snahy chvályhodné, neboť by mohly přispět ke snížení zranění motocyklistů – ať již prevencí, poukázáním na určitý problém, ale i samotným návrhem řešení. Je však také pochopitelné, že bez pomoci psychologů a sociologů se snížit počet usmrcených a zraněných na našich silnicích úspěšně nedá, protože pouze pochopením rizik a důsledků agresivního a soutěživého chování na silnicích mohou konstruktéři, designéři, simulační specialisté spolu dosáhnout lepšího výsledku, tak aby se snížila potřeba nutné lékařské pomoci v této oblasti.
Ing. Martin Hönig, ČVUT, Dopravní fakulta, Katedra dopravní techniky e-mail: m-honig@email.cz
Literatura
BERG, FA., RÜCKER, P. Prüfverfahren für die passive Sicherhiet motorisierter Zweiräder. Stuttgart, 2004.
FIRST, J., KOVANDA, J., LENK, J. Technická zpráva „Kolize motocykl – automobil“. FD ČVUT, VYZ616. 003/04, 11/2004.
KOVANDA, J., ŠATOCHIN, V. Pasivní bezpečnost vozidel. Praha : ČVUT, 2000.
KRAMER, F. Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen. Dresden, 2006. Seminární práce na HTW Drážďany z předmětu odborné znalecké vědy, Vorträge Sachverständigenwesen an der HTW Dresden, 2005–6.
SELIVANOV, VV. Mechanika razrušenija deformiruemogo tela. MGTU imeni N. E. Baumana, Moskva, 2006 Přednášky z předmětu biomedicinskaja mechanika, Moskva, 2007.