Rycket som gäckar fallskärmshoppningen

Transkript

1 Rycket som gäckar fallskärmshoppningen Sportfallskärmshoppare faller fritt i över 200 kilometer i timmen innan de brutalt bromsas in när skärmen öppnar. Aktiva hoppare kan tvärnita cirka tio gånger per träningsdag och många får problem med smärtor i nacken. Studier av hastighetsförändringar och muskelaktiveringar kan leda till sätt att förebygga problemen. Anton Westman MD PhD Institutionen för neurobiologi, vårdvetenskap och samhälle, Institutionen för fysiologi och farmakologi, Karolinska Institutet AnOpIVA-kliniken, Karolinska universitetssjukhuset Huddinge U n g e f ä r samtidigt som holländaren Robin van Persie i somras hoppade upp i den brasilianska luften över Arena Ponte Nova för att nicka en långboll från Daley Blind så förbryllades vår forskargrupp över nackmusklernas precision, när de ska spännas inför plötslig yttre påverkan. Att van Persies muskler på fotbolls-vm spändes i exakt rätt ögonblick var kanske inte så konstigt, eftersom han hade ögonkontakt med bollen. Men vi har klockat nackmusklerna hos sportfallskärmshoppare, som inte ser när skärmen öppnas eftersom det sker bakom ryggen på dem. Förutser tvärniten De aktiverar en utlösningsmekanism och fortsätter sedan falla i 220 kilometer i timmen. Någon sekund senare öppnar skärmen och de tvärnitar i luften. På något sätt verkar deras nackmuskler kunna förutse när tvärniten kommer, och därför pricka in tidpunkten när de ska spännas för att hålla emot. Eftersom vi har mätt på erfarna hoppare skulle man kunna tänka sig att de undermedvetet lärt sig hur lång tid det tar från att de aktiverat utlösningsmekanismen tills rycket kommer, men detta verkar variera från hopp till hopp. Ledtråden måste finnas någon annanstans. Ännu så länge vet vi inte var. Liksom för Spaniens målvakt Iker Casillas är nackmuskelaktivitetens precision något som övergår våra huvuden. Utsatt grupp Huvud/nackekomplexets rörelseapparat är viktig i många sporter, men just fallskärmshoppare verkar vara en utsatt grupp vad gäller nackproblem. Både den svenska förbundstidningen Svensk Fallskärmssport och dess amerikanska motsvarighet The Parachutist har publicerat artiklar om skador och smärtor i rygg och nacke orsakade av fallskärmsöppningar (1), och ett flertal sportfallskärmshoppare har berättat för mig om smärtor och besvär i nacke och rygg relaterade till fallskärmsöppningar som påverkar dem på flera sätt. Besvären försämrar deras idrottsprestationer, påverkar aktiviteter i det dagliga livet, stör nattsömnen, och har i vissa fall tvingat dem att förändra eller inskränka sin hoppning. Internationellt elitsatsande svenska tävlingshoppare har tvingats avsluta sina framgångsrika tävlingskarriärer på grund av denna typ av besvär. Tävlingsaktiva hoppare kan göra tio hopp per träningsdag och ibland över 500 hopp per säsong. Alla svenska hoppare använder hjälm, och hoppare som filmar med videokamera eller tar stillbilder har vanligen kamerautrustningen på hjälmen, vilket ytterligare ökar belastningen på 36 svensk idrottsforskning 4/2014

2 Uthopp från meters höjd. Hopparna faller fritt i meter innan de löser ut sina fallskärmar. Foto: Niklas Carlberg nacken när skärmen öppnar. Det har tidigare gjorts systematiska studier av de allvarliga trauman som dödar eller svårt skadar sportfallskärmshoppare (2), men det finns inte mycket medicinsk litteratur om deras smärtor i nacke och rygg. Vår forskargrupp har därför gjort en nationell enkätstudie i Sverige för att inventera besvären (3). Vi fann att bland 658 tillfrågade svenska hoppare var ettårsprevalensen av nacksmärta 45 procent, att jämföra med 37 procent hos befolkningen i övrigt. Mer än hälften av de som hade ont sammankopplade själva sina besvär med fallskärmsöppningar. Att ha gjort många hopp under det senaste året finns bland de riskfaktorer som vi har funnit. Mäter spänningar och hastigheter Smärtor i rörelseapparaten har studerats och beskrivits på olika sätt inom flera medicinska specialiteter, men fysiologiska studier av plötslig, våldsam yttre påverkan på friska människors nackar är det ont om. Det saknas därför data att koppla våra resultat från enkätstudien till. Vad är det som faktiskt händer under fallskärmens öppning som skulle kunna ge upphov till smärtor efteråt? För att ta reda på detta så använder vi en portabel mätutrustning för att spela in en människas hastighetsförändringar och muskelaktiveringar (4). Två tredimensionella accelerometrar, som kan mäta hastighetsförändringar i alla riktningar, placeras på varje fallskärmshoppare som vi har undersökt: En vid fallskärmens infästning på fallskärmsselen och en fasttejpad på hopparens bröstrygg, precis i övergången till nacken och halsryggen. Samtidigt har vi fäst elektroder på hopparnas nackmuskler, för att mäta den elektriska spänning som skapas i nackmusklerna när de spänns. Mätmetoden FAKTA OM PROJEKTET Projektet startade år 2005 när de två sjukgymnaststudenterna och fallskärmshopparna Jenny Nilsson och Viktoria Burén uppmärksammade frekventa nackbesvär inom fallskärmssport. I projektgruppen ingår även Björn Äng, Peter Lindholm, Kristofer Gladh och Riccardo Lo Martire. Läs mer på ki.se/en/nvs/ musculoskeletal-disordersfrom-a-biopsychosocialperspective. 4/2014 svensk idrottsforskning 37

3 X-fas Z-fas Deceleration (G) X Z Total Tid (ms) Figur 1. Grafen illustrerar hastighetsförändringar under en sportfallskärms öppningsförlopp, angivna i multipler av tyngdaccelerationen vid jordytan (G). Tid anges i millisekunder (ms) med fallskärmsöppningens början satt till ms. Hastighetsförändringar i X-led (bakåt-framåt genom en människokropp) visas med röd linje. Förändringar i Z-led (nedåt-uppåt genom en människokropp) visas med grön linje. Den totala hastighetsförändringen visas med lila linje. Initial förändringstakt av hastighetsförändringarna, kallad jerk, illustreras med svart linje. Ju brantare svart linje, desto högre jerk. kallas elektromyografi. Innan hopparna åkt upp i flygplanet har de fått spänna alla uppkopplade muskler allt vad de orkar. Den spänning vi då uppmätt kallar vi för 100 procent, det vill säga den maximala frivilligt uppnådda elektriska muskelspänningen. Vi spelar in data från accelerometrarna och de elektromyografiska elektroderna synkroniserat, så att vi kan relatera muskelaktiveringarna till hastighetsförändringarna, och till något som på stridspilot-engelska kallas G onset rate, men som mer korrekt bör benämnas jerk. På svenska betyder det engelska substantivet jerk antingen drummel/tokstolle eller knyck/ryck, och det är alltså rycket vi studerar (läsaren ombedes här ha den goda smaken att inte skämta om huruvida det är stolligt att hoppa från flygplan). Det fysikaliska begreppet jerk uttrycker hastighetsförändringsförändringen, eller om man så vill, förändringstakten av accelerationen. Acceleration, hastighetsförändring, mäts i meter per kvadratsekund, det vill säga meter per sekund per sekund. För att göra siffrorna mer lättbegripliga brukar man ofta uttrycka en acceleration i multipler av tyngdaccelerationen vid jordytan och kalla detta för G. Vad denna tidskrifts läsare just nu erfar med rumpan (givet en sittande position i en skön fåtölj) kallas för ett G. Fyra gånger tyngre Jerk mäts i meter per kubiksekund, eller G per sekund. I våra studerade fallskärmshoppares fall så är de under fallskärmsöppningen utsatta för hastighetsförändringar av i genomsnitt fyra G, och hastighetsförändringsförändringar av som mest 59 G/s. Fyra G innebär att man upplever sig väga fyra gånger mer än vanligt. Om hopparna hade ökat sin inbromsning från ett till fyra G lite mjukt så tror vi att deras nackar kanske skulle ha kunnat klara sig skapligt. Men det rör sig alltså om en förfärlig tvärnit som på G-kurvans brantaste ställe når 59 G/s. Vi tror att denna plötslighet kan vara en av mekanismerna bakom nacksmärtorna. Det neuromuskulära systemet kanske inte riktigt kan hantera ett sådant ryck, som stimulerar hjärnans motoriska centra att reagera, kanske överreagera, för att hålla emot de befintliga yttre krafterna, och i förväntan på ännu större yttre krafter. Snabbare än reflexerna Som nämndes inledningsvis så aktiveras nackmusklerna nästan exakt samtidigt som rycket kommer, trots att hopparna inte ser när skärmen vecklas ut. Av de muskelaktiveringar som vi har registrerat låg tre fjärdedelar inom 50 millisekunders fördröjning från ryckets början, vilket är snabbare än de reflexer vi känner till. Hos flera försökspersoner har till och med muskelaktiveringen inletts ett par tusendels sekunder före ryckets början. Vi tror att detta kan vara rutinerade hoppares inlärda sätt att skydda sin nacke, något som erfa- 38 svensk idrottsforskning 4/2014

4 Muskelaktivitet (%) Tid (s) Figur 2. Grafen visar en sportfallskärmshoppares samtliga nackmusklers medelaktivitet under en fallskärmsöppning, angivet i procent av hopparens maximala frivilligt uppnådda elektriska muskelspänning före hoppet. De svartstreckade linjerna markerar fallskärmsöppningens initiala fas. renhetsmässigt lagrats i hjärnan, men vad som är triggermekanismen vet vi ännu inte. Försökspersonerna har en synkroniserad höghastighetsvideokamera på magen som filmar upp mot huvud/nackekomplexet och skärmen som öppnar ovanför. Med stöd av videodata spekulerar vi huruvida det kanske är fallskärmens bärremmar, som lyfter från hopparens axlar innan rycket, som ger en signal via känseln. Elitsatsande svenska tävlingshoppare har tvingats avsluta sina framgångsrika tävlingskarriärer på grund av denna typ av besvär. Flera av musklerna spänns så hårt under fallskärmsöppningen att den elektriska spänningen överstiger referensvärdet på 100 procent, det vill säga att vissa nackmuskler spänns hårdare än vad hopparen förmår med sin medvetna viljekraft. Den nedre/bakre delen av nackens supramaximala muskelaktivitet varar i genomsnitt en och en halv tiondels sekund. Är det under denna korta tidsrymd, upprepad om och om igen för varje hopp, som orsaken till nacksmärtorna ska sökas? Att just musklerna i nedre/bakre delen av nacken aktiveras så mycket verkar stämma med vad som händer mekaniskt. Hopparna ligger och faller på mage med ansiktet mot marken när skärmen öppnar ovanför dem, och de rycks i upprätt ställning av bärremmarna som är fästa i selens axelparti. Huvudet åker då framåt (eller rättare sagt, det fortsätter i samma hastighet som innan), som på en nickedocka. För att det inte ska trilla av måste musklerna i nedre/bakre delen av nacken hålla emot. Med hjälp av den tredimensionella accelerometrin har vi kunnat kartlägga hastighetsförändringar i alla riktningar. Det verkar som att denna första hastighetsförändring som hopparen drabbas av har högre jerk än den fortsatta inbromsningen. Denna första jerk drabbar hopparens nacke i 90 graders vinkel, med maximalt vridmomentet och hög belastning av passiva strukturer. Hopp i flera faser Som vi tänker oss en fallskärmsöppning så består den av flera faser. En första fas som vi kallar X-fasen (Gx anger den accelerometriska riktningen bakåt-framåt genom en människokropp) som börjar när rycket kommer och hopparen ligger på mage i luften, och sträcker sig tills hopparen vridits i upprätt läge. 4/2014 svensk idrottsforskning 39

5 Referenser 1. Crouch, J. The Parachutist : Westman, A. Dangers in sport parachuting Nilsson, J. mfl. Aviation, Space, and Environmental Medicine (10): Gladh, K. mfl. Aviation, Space, and Environmental Medicine (11): Potvin, J. & Peek, G. Parachute opening shock basics. Outline of the presentation at the 2001 Parachute Industry Association Symposium. Porträttbild Foto: Linda Persson Kontakt Tack Tack till Centrum för idrottsforskning och Gösta Fraenckels stiftelse för medicinsk forskning för ekonomiskt stöd; Svenska Fallskärmsförbundet för tillstånd att utveckla och använda mätmetodiken i svenskt luftrum; Stockholms Fallskärmsklubb och Fallskärmsklubben Aros för hjälp med datainsamling. X-fasen följs av en andra, längre, fas som vi kallar Z-fasen (Gz anger den accelerometriska riktningen nedåt-uppåt genom en människokropp, det vill säga från tå till huvud). X-fasen motsvarar att frontalkrocka med en bil, eller bli tacklad framifrån i ishockey. Z-fasen motsvarar att någon spränger dynamit under den fåtölj läsaren sitter i, så att hon kastas upp mot taket. Om däremot läsaren lagt sig på mage i sin soffa och någon spränger dynamit därunder, då är det fråga om en X-fas under den initiala uppfärden mot vardagsrumstaket. För att täcka in alla riktningar i rummet anger vi även plus och minus: +X är framåt, från rygg mot mage, och +Z är uppåt i kroppens längsriktning, från tå mot huvud. Fokus på X-fasen Vad hopparna exponeras för är alltså först negativa X, följt av positiva Z (vi förbigår här Y-belastningar sidledes). Inbromsningen mätt i antal G är större i Z-fasen. Men i skrivande stund är det X-fasen som vi har våra blickar riktade mot, eftersom både jerk och biomekanisk riktning av hastighetsförändringen verkar vara mer problematisk i X. Vi tänker oss att om man vill förändra sportfallskärmshoppning på något sätt för att minska smärtor och skador i nacken, så är det kanske i X-fasen man i första hand bör göra något. Skulle det räcka med något så enkelt som att vrida upp sig lite i fritt fall, med huvudet uppåt, alldeles innan man löser ut skärmen, för att minska vridmoment och belastning av ligament? En del rutinerade hoppare gör på ett liknande sätt redan i dag. Vi kommer i en interventionsstudie att undersöka om detta kan göra de siffror vi uppmäter mindre dramatiska, vilket vi då hoppas kan minska risken för smärtor. Vi ska också undersöka om fallskärmsöppningarna blir mjukare om fallskärmshopparen med sin kropp först bromsar in i fritt fall innan hon löser ut fallskärmen. Tidigare forskning har visat att den endimensionellt uppmätta maximala hastighetsförändringen under en fallskärmsöppning är proportionell mot kvadraten på hopparens hastighet innan fallskärmen tar luft (5). Vi ska titta närmare på detta med tredimensionell accelerometri, och med elektromyografi försöka kartlägga den biomekaniska betydelsen av en viss grad av inbromsning i fritt fall före skärmöppning. Möjliga lösningar Förutom att förändra det sätt som man hoppar fallskärm så skulle man kanske också kunna förändra det sätt som fallskärmarna vecklas ut. Om man löser ut sin fallskärm på en kilometers höjd vill man naturligtvis inte ha en så mjuk öppning att det tar 950 meter innan den är fullt utvecklad. Men med hjälp av vår metodik och data borde det vara möjligt att förändra den tredimensionella accelerometriska profilen av en fallskärmsöppning, och till exempel försöka åstadkomma en lägre jerk. Ett ytterligare sätt att angripa problemet skulle kunna vara att förändra människan. Man kan tänka sig specifika träningsprogram för att dels träna upp muskelstyrkan, och kanske även dels lära hopparna ett annat aktiveringsmönster. Detta bör förstås utvärderas först. Hjälpa andra samhällsområden I jämförelse med fotboll är fallskärmshoppning en liten sport. Om man inte räknar tandempassagerare så finns det omkring regelbundet aktiva hoppare i världen varav i Sverige. Det årliga antalet hopp i världen, tandem exkluderat, brukar ligga strax under fem miljoner. Hopparnas problem med skador, smärtor och besvär påverkar knappast folkhälsan på ett mätbart sätt. Men om man generaliserar de svenska enkätsvaren så blir det ändå omkring idrottsutövare världen över som har ont på grund av sina fallskärmars öppningsförlopp. Det vore tillfredsställande om vi kunde minska denna smärtförekomst. Om vi lyckas kan vår metodik kanske även tjäna som inspiration och underlag för liknande projekt inom andra sporter och samhällsområden. 40 svensk idrottsforskning 4/2014