Studie zum Kopfballspiel im Jugendfußball

Trotz der großen Beliebtheit von Fußball weltweit und in den USA konzentrierte sich der Großteil der Forschung zu sportbedingten Kopfaufprallen auf männliche American-Football-Spieler, die Kopfaufprall-Messsensoren in instrumentierten Football-Helmen verwendeten. Die begrenzte Forschung zu Fußballspielern konzentrierte sich ebenfalls auf Männer, insbesondere auf solche, die auf Eliteniveau spielen, beispielsweise im College oder im Profibereich. Leider gibt es zu jungen Fußballsportlern nur wenige Daten darüber, wie diese jungen Spieler den Ball tatsächlich spielen und welchen Kräften sie ausgesetzt sind. Die Messung von Kopfstößen ist wichtig, um die potenziellen Risiken, die mit dem Kopfball im Jugendfußball verbunden sind, besser zu verstehen und um weitere Informationen zu Regel- oder Richtlinienänderungen zu liefern, die die Belastung durch Kopfstöße in diesen jüngeren Altersgruppen begrenzen.

Spezifisches Ziel: Erstellung und Validierung altersbasierter Kopfkinematik, Kraft-Dehnungs-Modelle und Karten zur Wahrscheinlichkeit von Hirnverletzungen anhand von Sensordaten bei Kopfballaufgaben.

In dieser Studie werden alters- und geschlechtsspezifische Kraftbelastungsmodelle anhand einer Studie an Fußballkopfbällen unter kontrollierten Bedingungen validiert. Jugendliche Fußballspieler der 6. bis 12. Klasse werden rekrutiert, um an einem Kopfballtraining teilzunehmen und dabei Stirnbänder mit Bewegungssensoren zu tragen. Alle Kinder werden einer MRT-Untersuchung und einer Basisbeurteilung der neurokognitiven Funktion, der psychischen Gesundheit sowie der akademischen Eignung und Leistung unterzogen. Teilnehmerspezifische Finite-Elemente-Modelle werden aus MRT-Scans erstellt und die Hauptgewebebelastungen werden anhand von Kopfbewegungsprofilen während Fußballkopfbällen bestimmt und zwischen alters- und geschlechtsspezifischen Gruppen verglichen.

Die hochpräzise Kopfkinematik wird bei Fußballkopfbällen unter kontrollierten Bedingungen mithilfe eines maßgeschneiderten Stirnbandes erfasst, in das mehrachsige Bewegungssensoren eingebettet sind. Bei allen Teilnehmern werden MRT-Scans durchgeführt, und es werden individualisierte und bevölkerungsgemittelte Traktogramme des gesamten Gehirns erstellt (um den Rechenaufwand zu verringern). Neue teilnehmerspezifische Finite-Elemente-Modelle werden mithilfe geometrieadaptiver Mesh-Morphing-Techniken generiert, um die Kopfmorphologie jedes Probanden mithilfe eines Basis-FE-Kopfmodells anzupassen (um die Modellentwicklungszeit zu verkürzen). Die linearen und Winkelbeschleunigungsverläufe, die aus den Fußballkopfballaufgaben vor und nach dem Training gewonnen wurden, werden direkt auf die FE-Modelle angewendet, um die Kopfbewegung jedes Teilnehmers zu simulieren. Für jede Kopfaufgabe werden die Hauptbelastungen bestimmt und auf der Grundlage der resultierenden Gewebebelastung werden Karten zur Wahrscheinlichkeit von Hirnverletzungen erstellt. Das Risiko einer Hirnverletzung wird durch die Einbeziehung eines Kriteriums für eine zelluläre Verletzung bewertet, das in die Finite-Elemente-Simulationen eingebettet ist, wobei kleinere Belastungen mit einem geringeren Verletzungsrisiko korrelieren. Die Kraft-Belastungs-Beziehungen beim Kopfball werden zwischen den Altersgruppen sowie vor und nach dem Training verglichen. Diese Analyse wird Einblicke in die Auswirkung von Alter und Training auf die Verbesserung der Kopfballtechnik und die Verringerung des Verletzungsrisikos geben.