An Analysis the effect of head and neck orientation on biomechanical parameters of head injury in boxing

مقدمه و اهداف
سر به عنوان یکی از حیاتی‌ترین اعضای بدن در معرض خطر آسیب بسیار زیاد به‌ویژه در ورزش قرار دارد. جونگ و همکاران بیان کرده‌اند 54 درصد از کل آسیب‌های مغزی در ورزش اتفاق می‌افتد [1]. همچنین از 1/2 میلیون آسیب تروماتیک مغزی خفیف، بیش از 300.000 مورد آن مربوط به ورزش گزارش شده است [2]. در ورزش‌های برخوردی مانند بوکس به دلیل اصابت ضربات مکرر به سر، خطر آسیب مغزی بیشتر می‌باشد. نتیجه 16 سال مطالعه بر روی آسیب‌های بوکسورهای حرفه‌ای نشان داد 89/9 درصد آسیب‌ها در ناحیه سر و گردن اتفاق می‌افتد که 15/9 درصد از این آسیب‌ها منجر به آسیب مغزی می‌شود [3]. فیف و همکاران نیز نشان دادند 89/8 درصد از آسیب‌ها در بوکس مربوط به سر و گردن می‌باشد و از این میزان 39/8 درصد در هر1000 ورزشکار مربوط به تکان مغزی است [4]. درنتیجه، با توجه به مطالعات انجام شده، ورزشکاران ورزش‌های برخوردی در معرض خطر آسیب مغزی قرار دارند. 
آسیب ﻣﻐﺰی به‌ﻋﻨﻮان ﻳﻚ ﻓﺮاﻳﻨﺪ ﭘﺎﺗﻮﻓﻴﺰﻳﻮﻟﻮژﻳﻚ ﺷﻨﺎﺧﺘﻪ ﺷﺪه‌اﺳﺖ ﻛﻪ ﻣﻨﺠﺮ به اﺧﺘﻼﻻت ﻋﻤﻠﻜﺮد ﻋﺼﺒﻲ ﻣﻲشود و در ﻧﺘﻴﺠﻪ‌‌ اﺛﺮات ﺑﻴﻮﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﺷﺪﻳﺪ ﺑﺮ روی ﺳﺮ، ﮔﺮدن و ﻳﺎ ﺻﻮرت اﺗﻔﺎق می‌اﻓﺘﺪ. اﻳﻦ آﺳﻴﺐ ﺑﻪ‌ﻃﻮر ﻣﻌﻤﻮل ﺑﺎ ﻧﻘﺺ ﺷﻨﺎﺧﺘﻲ، رفتاری و کنترل حرکتی از 24 ساعت تا 10 روز ﭘﺲ از آﺳﻴﺐ ﻫﻤﺮاه اﺳﺖ و در ﺻﻮرت ﺗﻜﺮار ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﺑﺎ آﺳﻴﺐﻫﺎی ﺷﺪﻳﺪی ﻫﻤﭽﻮن آسیب‌های‌ مغزی خفیف و اختلال عملکرد حافظه همراه شود [5]. فعالیت‌های ورزشی، علی‌رغم اینکه با هدف ارتقاء سطح سلامت فرد و اجتماع گسترش یافته‌اند، اما به دلیل عدم شناخت کامل از شرایط مناسب برای اجرا، می‌توانند باعث بروز آسیب مغزی در ورزشکاران شوند. هزینه‌های پزشکی ناشی از این نوع آسیب‌ها سالانه حدود 60 میلیارد دلار تخمین زده شده است [6]. علاوه بر هزینه‌های سرسام‌آور، طولانی بودن زمان توانبخشی و احتمال عدم امکان بازگشت دوباره ورزشکار به مسابقات، خطراتی نیز در اثر بازگشت به فعالیت ورزشی پیش از ترمیم کامل آسیب فرد را تهدید می‌کنند. همچنین شواهد نوظهوری که از عواقب بلندمدت آسیب‌های مغزی خبر می‌دهند، اهمیت مطالعه در این زمینه را برجسته می‌کند.
بروشک و همکاران در تحقیق خود، عامل اصلی آسیب مغزی در تکواندوکاران را شتاب چرخشی معرفی کردند [7]. اوسالیوان و فیف در تحقیق خود تنها به بررسی شتاب خطی حاصل از ضربه به سر در تکواندو پرداختند. آن‌ها این پارامتر را عامل آسیب مغزی بیان کردند [8]. همچنین مک‌اینتاش و فیف در تحقیقات خود نشان دادند شتاب خطی و شتاب چرخشی سر از عوامل مهم آسیب مغزی در بوکسورها می‌باشد [9, 10]. همان‌طور که در تحقیقات پیشین ملاحظه می‌شود [8, 9, 10]. شتاب خطی و شتاب چرخشی برای ارزیابی آسیب سر در ورزش‌های برخوردی مورد استفاده قرار گرفته‌است که شتاب خطی بیانگر آسیب‌های موضعی و شتاب چرخشی بیانگر آسیب‌های انتشاری و گسترده در مغز می‌باشد [11]. بنابراین پیش‌بینی می‌شود شتاب‌های خطی و چرخشی، پارامترهای بیومکانیکی مهم برای آسیب‌های سر در ورزش‌های رزمی به شمار آیند. 
اﮔﺮﭼﻪ ﭘﻴﺸﺮﻓﺖﻫﺎی ﻗﺎﺑﻞ ﻣﻼﺣﻈﻪای در درک پارامترهای تأثیرگذار بر آﺳﻴﺐﻫﺎی ﺳﺮ انجام شده است و اﻗﺪاﻣﺎت ﻣﺨﺘلفی ﺑﺮای ﭘﻴﺸﮕﻴﺮی از آن‌ها انجام ﺷﺪه‌اﺳﺖ، ﻫﻤﭽﻨﺎن آﺳﻴﺐﻫﺎی ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺳﺮ ﻛﻪ در ورزش اﺗﻔﺎق می‌اﻓﺘﺪ، عاملی نگران‌کننده‌ می‌باشد. سالیوان و همکاران گزارش کردند آسیب آکسون‌های مغزی با درجه حرکات سر در صفحه فرونتال متناسب می‌باشد. در تحقیقی دیگر نشان داده شد بین درجه حرکات سر در صفحه ساجیتال و آسیب‌های شدید مغزی ارتباط مستقیمی وجود دارد.به‌عبارتی با افزایش درجه حرکت سر در صفحه ساجیتال، شدت آسیب‌های مغزی بیشتر می‌شود [12]. پست و همکاران نیز بیان کردند ضربه وارد شده به هر قسمت سر منجر به چه آسیب مغزی می‌شود. نتایج آن‌ها نشان داد ضربه به ناحیه فرونتال، آسیب‌های ساب دورال هماتوم و ضربه به قسمت لترال، آسیب‌های کوفتگی پارانشیمی را افزایش می‌دهد [13]. در این تحقیقات، تأثیرات انفجار بر عوامل آسیب سر و مغز نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. تنش‌ها و مرکز فشار در سر در زوایای مختلف سر وگردن حول محور عمود بر صفحه مرجع با استفاده از روش اجزای محدود بررسی شده است. با استنتاج از آن‌ها می‌توان اظهار کرد حرکت گردن در صفحات و زوایای مختلف، احتمالاً متغیری تأثیرگذار در نوع و شدت آسیب مغزی می‌باشد که تاکنون در مطالعاتی که مربوط به ضربات برخوردی به سر است مورد بررسی قرار نگرفته ‌است. در رقابت‌های برخوردی مانند بوکس، سر در معرض اصابت ضربات مکرر مشت قرار می‌گیرد. ورزشکاران برای دفع ضربه، مرتب در حال تغییر حرکت سر و گردن خود می‌باشند و به این ترتیب سعی در کاستن میزان ضربات وارده و یا فرار از آن را خواهند داشت که این امر سبب می‌شود ضربه در جهت‌‌گیری‌های مختلف سرو گردن نسبت به بدن وارد شود. به نظر می‌رسد تغییر در حرکت سر و گردن هنگام ضربه، عامل مؤثری در مطالعه مکانیسم آسیب‌های سر در ورزش باشد که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است.
با توجه به ماهیت ناخوشایند آسیب مغزی، علائم و اثرات جبران‌ناپذیر آن، مطالعه مکانیسم ضربه مغزی در انسان همچنان یک مشکل چالش‌برانگیز است. علاوه بر دانستن پارامترهای بیومکانیکی مرتبط با آسیب مغزی همچون شتاب خطی و شتاب چرخشی، بررسی برخی از عوامل مرتبط با آن مانند حرکت گردن در صفحات و زوایای مختلف در ورزش‌هایی همچون بوکس که سر در معرض ضربه با جهت‌گیری‌های مختلف سر و گردن است، لازم و ضروری می‌باشد. هدف از مطالعه حاضر، بررسی تأثیر این جهت‌گیری‌ها هنگام ضربه بر روی پارامترهای بیومکانیکی شتاب خطی و شتاب چرخشی سر ناشی از ضربه مشت بوکس می‌باشد.
مواد و روش‌ها
در این مطالعه برای بررسی تأثیر جهت‌گیری سر و گردن بر شتاب‌های خطی و چرخشی سر هنگام ضربه‌ی مشت بوکس از روش شبیه‌سازی کامپیوتری استفاده شد. بدین صورت که ابتدا مدلی مناسب از سر و گردن و ضربه مشت در نرم‌افزار آدامز نسخه 2013 ساخت شرکت نرم‌افزاری MSC کالیفورنیای ایالات متحده امریکا شبیه‌سازی شد. برای مدل‌سازی سر، ویژگی‌های مکانیکی آن مثل سختی، مواد، ویژگی‌های ضربه (مانند، عمق تورفتگی ضربه)، میزان میرایی در ضربه و دیگر پارامترهای مرتبط با تماس درنظر گرفته شد. مدل‌سازی گردن با ویژگی‌هایی که گردن در شرایط واقعی دارد بخش مهمی از شبیه‌سازی بود. به دلیل اتصال سر به گردن و بدن، پس از اعمال نیرو، سر دچار شتاب چرخشی شده و رفتار گردن مشخص می‌شود. براساس پاسخ واقعی بدن انسان به ضربه، مدلی مناسب از گردن با طول و سختی لازم و بهینه به دست آمد. به‌طور کلی گردن به‌عنوان یک مجموعه پیوسته‌ی متشکل از بی‌نهایت ذره به‌صورت یک عضو انعطاف‌پذیر مدل شد. در این مدل ویژگی‌ها و رفتار گردن و بدن توسط یک تیر یک‌سر درگیر (تیری که یک سر آن گیردار بوده و کاملاً ثابت شده و سری دیگر آن آزاد باشد) شبیه‌سازی شد. اتصال گردن به طرفین (از یک سو به سر و از سوی دیگر به بالاتنه) بوسیله اتصال ثابت اجرا شد. سر نیز به‌عنوان یک جسم جامد معرفی شد که خواص مربوط به تماس مشت با سر به وسیله تعریف ویژگی‌ها در تماس دو سطح به نرم‌فزار داده شد. مشخصات هندسی سر به‌طور کامل در شبیه‌سازی رعایت و جرم آن به‌صورت گسترده در کل هندسه به‌صورت همگن توزیع شد. این مشخصات و همچنین خواص گردن شامل انعطاف‌پذیری معادل، ضریب میرایی و طول معادل آن مطابق با مطالعه بروشک و همکاران در نظر گرفته شد [14]. ویژگی‌های مشت نیز برای مدل‌سازی با مطالعه والیلکو و همکاران تطبیق داده شد [15]. پس از تعیین ویژگی‌های مکانیکی اجزای سیستم (جدول شماره 1)، محدودیت‌‌های حرکتی مجموعه ایجاد شد.

دست در امتداد شانه با استفاده از فنر خطی کا حرکت می‌کند که بر اساس روش‌های آزمایشگاهی در مطالعات قبلی در نظر گرفته شده ‌است [16 ،8]. بدین ترتیب این مدل پیشنهادی آماده استفاده در جهت‌گیرهای مختلف سر و گردن نسبت به بدن قرار گرفت. 
برای به‌دست آوردن جهت‌گیری سر و گردن نیز 3 محور اصلی که زوایای آن را نسبت به موقعیت مرجع تعیین می‌کند، در نظر گرفته شد ( تصویر شماره 1).

توالی اویلر ZXZ برای دوران مجموعه سر و گردن استفاده شد. ابتدا به اندازه زاویه a حول محور Z، سپس به اندازه زاویهB حول محور X «و در نهایت به اندازه زاویه Y حول محور z» دوران می‌کند تا به جهت‌گیری دلخواه در فضا برسد (فرمول شماره 1). بیان موقعیت ضربه به‌صورت مختصات کاری (مختصات در دستگاه مرجع ثابت) نیز امکان‌پذیر است. باید توجه داشت این مختصات برای هر هندسه سر و گردن، منحصر به فرد بوده و قابل تعمیم به دیگر هندسه‌های موجود نخواهد بود. این در حالی است که می‌توان فارغ از جزئیات هندسی سر و گردن هر فرد، تأثیر جهت‌گیری این مجموعه را با استفاده از زوایا و یا توالی دوران در مختصات مفصلی به سادگی بررسی کرد و تعمیم داد.

اگر ماتریس دوران را به‌صورت فرمول شماره 2 در نظر بگیریم.

با استفاده از سینماتیک معکوس و مقایسه فرمول‌های شماره 1 و 2، زوایای دلخواه در فضای کاری قابل تبدیل به زوایای فضای مفصلی است. اگر β≠0 و0≤β≤π باشد طبق فرمول شماره 3 زوایای اویلر حاصل می‌شوند.

زوایای اویلر مناسب حاصل شده برای جهت‌های مختلف به شرح زیر است:
در فرمول شماره 4 خم کردن سر به طرفین یا چرخش حول محور X با زاویه θ (زاویه مثبت برای سمت راست و زاویه منفی برای سمت چپ):

در فرمول شماره 5 خم کردن سر به قسمت قدامی و خلفی یا چرخش حول محور y با زاویه φ (زاویه مثبت برای قسمت قدامی وزاویه منفی برای قسمت خلفی):

در فرمول شمار 6 چرخش حول محور X با زاویه θ و سپس چرخش حول محور Y با زاویه φ:

سپس، با استفاده از مدل موردنظر، یک ضربه مشت به قسمت جانبی سر در زوایای 0، 5، 10 و 15 درجه‌، در راستای جانبی و قدامی-خلفی اعمال شد و شتاب‌های خطی و چرخشی در هر زاویه به دست آمدند و با آستانه آسیب سر مقایسه شدند.

یافته‌ها
نتایج حاصل از سینماتیک معکوس برای تعیین زوایای حرکتی سر و گردن 
زوایای θ مربوط به زوایای حرکتی در صفحه فرونتال می‌باشد. به‌عبارتی چرخش حول محور X اتفاق افتاده است و سر به طرفین خم می‌شود. همچنین φ زاویای حرکتی در صفحه ساجیتال را نشان می‌دهد. چرخش حول محور Y ایجاد می‌شود. در این صفحه زوایای حرکتی در حرکت فلکشن-اکستنشن گردن مورد بررسی قرار می‌گیرد (جدول شماره 2). 

نتایج حاصل از ضربه مشت بوکس در جهت‌گیری‌های مختلف سر و گردن
تصاویر شماره 3 و 4، جهت‌گیری سر و گردن درصفحه ساجیتال را نشان می‌دهد. علاوه بر این، تصاویر شماره 5 و 6 جهت‌گیری سر و گردن در صفحه فرونتال را نشان می‌دهد. rmax و amax به ترتیب اندازه‌های شتاب‌های چرخشی و خطی را نشان می‌دهند. علاوه بر این az ،ry ،ay ،rx ،ax و rz به ترتیب مؤلفه شتاب خطی در راستای محور X، مؤلفه شتاب چرخشی حول محور قدامی-خلفی، مؤلفه شتاب خطی در راستای محور Y، مؤلفه شتاب چرخشی حول محورجانبی، مؤلفه شتاب خطی در راستای محور Z و مؤلفه شتاب چرخشی حول محور گردن را نشان می‌دهد. در این مطالعه، حداکثر شتاب خطی و میانگین شتاب خطی در حالت مرجع ( وضعیت آناتومیکی گردن) ، به ترتیب 75 جی و 20 جی به دست آمد. مدت زمان کل شتاب‌گیری سر، 30 هزارم ثانیه محاسبه شد. شتاب چرخشی نیز rad/s2. 4036 به دست آمد. در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺗﻌﺪاد زﻳﺎدی از آزﻣﻮنﻫﺎی اﻧﺠﺎم شده ﺑﺮ روی اﺟﺴﺎد ﻛﻪ ﺗﻤﺮﻛﺰ آنﻫﺎ ﺑﺮ روی ﺷﺘﺎب ﺳﺮ ﺑﻮده اﺳﺖ، برای آستانه آسیب، منحنی توسط دانشگاه وین استیت تحت عنوان منحنی تحمل وین استیت [17] ایجاد شد. این منحنی نشان‌دهنده‌ رابطه‌ی بین مدت زمات شتاب‌گیری و شتاب تولید شده در سر است. اگر ترکیب آن‌ها بالای منحنی قرا بگیرد، فراتر از آستانه تحمل انسانی است. اما قرار گرفتن ترکیب شتاب و مدت زمان شتاب‌گیری در پایین منحنی در تحمل آستانه انسانی می‌باشد. با مقایسه میانگین شتاب خطی سر و مدت زمان شتاب‌گیری آن با منحنی تحمل وین استیت می‌توان اظهار کرد شتاب خطی تولید شده در سر پایین‌تر از آستانه آسیب می‌باشد (تصویر شماره 2).

مقایسه شتاب چرخشی با مقدار آستانه شتاب چرخشی سر (rad/s2 1800 ، تکان مغزی) [17]، نشان داد شتاب چرخشی تولید شده بالاتر از آستانه آسیب است.
تصویر شماره 3 نشان می‌دهد تغییرات اندازه شتاب خطی و مؤلفه‌های آن در جهت‌گیری‌های مختلف سر و گردن در صفحه ساجیتال یکسان است.

همچنین تصویر شماره 4 نشان می‌دهد تغییرات اندازه شتاب چرخشی در جهت‌گیری‌های مختلف سر و گردن در صفحه ساجیتال یکسان است.

مؤلفه شتاب چرخشی rx ، نیز با افزایش زاویه ɸ با کاهش اندکی همراه است (در زاویه 15درجه با کاهش 6/15 درصد) (جدول شماره 3). 

مؤلفه شتاب چرخشی rz با افزایش زاویه ɸ افزایش یافته‌است (در زاویه 15 درجه 628/85 درصد) ( جدول شماره 3). مؤلفه شتاب rx با تغییر جهت‌گیری سر وگردن تقریباً ثابت باقی مانده است.
rmax ، rx ، ry و rz به ترتیب اندازه شتاب چرخشی، شتاب چرخشی حول محور قدامی-خلفی، شتاب چرخشی حول محور جانبی و شتاب چرخشی حول محورگردن را نشان می‌دهد. واحد شتاب‌ها برحسب rad/s2 می‌باشد. φ زاویای حرکتی در صفحه ساجیتال و θ مربوط به زوایای حرکتی در صفحه فرونتال می‌باشد.
تصویر شماره 5 نشان می‌دهد amax و مؤلفه اصلی شتاب (ay)، در صفحه فرونتال با افزایش زاویه θ ، کاهش پیدا کرده است. همچنین مؤلفه شتاب az با افزایش زاویه θ در هر دو طرف گردن به‌صورت تقریباً متقارنی یک روند افزایشی را نشان می‌دهد (در زاویه 15 درجه، 441/84) ( جدول شماره 4).

همچنین برای مؤلفه ax عدم تقارن در دو طرف گردن ملاحظه می‌شود به گونه‌ای که در سمت چپ نمودار با افزایش زوایه θ شتاب خطی افزایش و در سمت راست اهش یافته ‌است (تصویر شماره 5).
ay ،ax ،amaxو az به ترتیب اندازه شتاب خطی، شتاب خطی در راستای محور x، شتاب خطی در راستای محور y و شتاب خطی در راستای محور z را نشان می‌دهد. واحد شتاب‌ها برحسب 9/8= جی می باشد. φ زاویای حرکتی در صفحه ساجیتال و θ مربوط به زوایای حرکتی در صفحه فرونتال می‌باشد.
تصویر شماره 6 نشان می‌دهد مقدار rmax و rx با افزایش زاویه θ روند کاهشی دارد.

برای مؤلفه شتاب rz روند سمت راست نمودار تقریباً افزایشی و روند سمت چپ آن تقریباً کاهشی می‌باشد. برای مؤلفه ry عدم تقارن در دو طرف گردن ملاحظه می‌شود. به‌گونه‌ای که در سمت چپ نمودار با افزایش زوایه θ، شتاب چرخشی افزایش یافته ‌است. در سمت راست نمودار تقریباً روند کاهشی را طی می‌کند.
بحث
نتایج نشان داد شتاب خطی و چرخشی بیشینه در حالت مرجع به ترتیب 75 جی و ( rad/s2 4036 می‌باشد. تغییرات زاویه ɸ تأثیری بر اندازه شتاب‌های خطی و چرخشی در صفحه ساجیتال نداشت، در حالی‌که افزایش زاویه θ سبب کاهش در اندازه شتاب‌های خطی و چرخشی شده است. به‌عبارتی زمانی که ضربه مشت بوکس در زوایای مختلف، در حالت فلکشن-اکستنشن گردن، به سر برخورد می‌کند، در تمامی جهت‌گیری‌ها مقدار شتاب ثابت باقی مانده ‌است. با افزایش زاویه در حالت خم شدن گردن به طرفین، اندازه شتاب خطی به مقدار 3 درصد و شتاب چرخشی 5 درصد کاهش ‌یافته است. هر چند این مقادیر بسیار ناچیز است، اما احتمالاً می‌تواند‌ در درجه مقیاس آسیبسر تغییر ایجاد کند. در دسته‌بندی آسیب‌های سر، زمانی که سر در معرض شتاب چرخشی rad/s2 3900 قرار می‌گیرد [18]، منجر به از بین رفتن بافت مغز و خونریزی در سخت‌شامه یا زیر سخت‌شامه می‌شود که این نوع آسیب‌ها براساس طبقه‌بندی لفورت [19] در درجه 4 آسیب قرار دارند [20]. با کاهش 5 درصدی شتاب چرخشی، این احتمال وجود دارد که مقدار آن پایین‌تر از آستانه آسیب‌های درجه 4 قرار گیرد. احتمالاً با افزایش جهت‌گیری سر و گردن بوکسورها در صفحه فرونتال از مقدار شتاب چرخشی سر کاسته خواهد شد. طبق گزارش سالیوان و همکاران، آسیب آکسون مغز با درجه حرکات صفحه فرونتال متناسب می‌باشد. همچنین در تحقیقی دیگر نشان داده شد بین حرکات صفحه فرونتال و آسیب‌های شدید مغزی ارتباط وجود دارد [12]. 
همان‌طور که در تصویر شماره 7 مشاهده می‌شود، وقتی سر به طرفین خم می‌شود تغییر زاویه‌ی محور y دستگاه مختصات متصل به سر با راستای نیروی F ، نیرو را به دو مؤلفه عمودی fn و مماسی ft با زاویه‌ی θ تجزیه می‌کند.

fn تولید شتاب کرده، در حالی‌که ft توسط عضلات گردن تحمل می‌شود. با افزایش زاویه‌ی θ مؤلفه fn کاهش و مؤلفه‌ ft افزایش می‌یابد. بنابراین علاوه بر کاهش مؤلفه عمودی نیرو، افزایش مقاومت عضلات گردن با افزایش زاویه جهت‌گیری در صفحه فرونتال نیز دلیل کاهش شتاب خطی در حرکت جانبی گردن است. گشتاور چرخشی که تابع مؤلفه‌های نیرو می‌باشد، به همان نسبت کاهش می‌یابد. درنتیجه، می‌توان گفت دلیل عمده‌ی کاهش شتاب چرخشی در صفحه فرونتال تغییرات مؤلفه‌های گشتاور با تغییر زاویه‌ی جهت‌گیری θ است. 
در میان مؤلفه‌های شتاب، بیشترین افزایش در مؤلفه rz و در صفحه ساجیتال از rad/s2 155 به rad/s2 1155 است. این مقدار کمتر از آستانه آسیب سر می‌باشد، اما نرخ افزایش سریع این مؤلفه نشانگر این است که با افزایش اندک زاویه ɸ (بیشتر از 15 درجه)، این مقدار احتمالاً به بالاتر از آستانه آسیب خواهد رسید. والش و همکاران دریافتند تغییرات زوایای بردار وارد شده به سر، مؤلفه‌های شتاب را تغییر می‌دهد، آن‌ها به این نتیجه رسیدند که تنها مقادیر شتاب به‌دست آمده نمی‌تواند به‌طور کامل پاسخ دینامیکی سر را توصیف کند [21]. می‌توان گفت علاوه بر اندازه شتاب، احتمالاً مؤلفه‌های آن نیز در شدت آسیب سر تأثیرگذار هستند. برای رسیدن به نتایجی دقیق‌تر نیاز به تحقیقات بیشتری در این زمینه است.
ﻃﺒﻖ ﻧﺘﺎیج ﺑﻪ‌دﺳﺖ آﻣﺪه از ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺣﺎﺿﺮ و آﺳﺘﺎﻧﻪ ﺗﺤﻤﻞ آﺳﻴﺐ ﺳﺮ، ﺷﺘﺎب ﭼﺮﺧﺸﻲ در جهت‌گیری‌های مختلف سر و گردن ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎﻋﺚ آﺳﻴﺐ ﺳﺮ بوکسورها ﺷﻮد. در حالی‌که ﺷﺘﺎب ﺧﻄﻲ ﻧﻘﺶ ﭼﻨﺪاﻧﻲ در آﺳﻴﺐ ﻧﺪارد. ﺷﺎﻳﺪ ﻋﻠﺖ اﻳﻦ اﻣﺮ، مهار ﺷﺘﺎب ﺧﻄﻲ ﺗﻮﺳﻂ ﻋﻀﻼت ﮔﺮدن باشد و ﻫﺮ چقدر ﻗﺪرت ﻋﻀﻼت ﮔﺮدن ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ آن در ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﻴﺮوی ﺿﺮﺑﻪ و ﺷﺘﺎب ﺧﻄﻲ ﺣﺎﺻل در سر بیشتر است [11]. در واﻗﻊ، ﺷﺘﺎب ﺧﻄﻲ زﻣﺎﻧﻲ ﺣﺎﺻﻞ ﻣﻲﺷﻮد ﻛﻪ ﻧﻴﺮوی ﻣﻘﺎوم ﻳﺎ ﻧﻴﺮوی ﮔﺮدن ﻛﻤﺘﺮ از ﻧﻴﺮوی مشت ﺑﺎﺷﺪ. اﻟﺒﺘﻪ، واﻛﻨﺸﻲ ﻛﻪ ﮔﺮدن در ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﻴﺮوی ﺿﺮﺑﻪ ﻧﺸﺎن می‌دﻫﺪ، ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎﻋﺚ اﻧﺘﻘﺎل اﻳﻤﭙﺎﻟﺲ از ﮔﺮدن ﺑﻪ ﻣﻐﺰ ﺷﻮد. ﺷﺘﺎب خطی پیش‌بینیﻛﻨﻨﺪه ﺷﻜﺴﺘﮕﻲ ﺟﻤﺠﻤﻪ و ﺳﺎﺑﺪورال ﻫﻤﺎﺗﻮم( ﺧﻮﻧﺮﻳﺰی زﻳﺮ ﺳﺨﺖ ﺷﺎﻣﻪ) است. در ﺣﺎلی‌که ﺷﺘﺎب ﭼﺮﺧﺸﻲ ﺑﺎ ﺗﻜﺎن مغزی و دی‌اِی‌آی ﻣﺮﺗﺒﻂ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﮔﺮدن میﺗﻮاﻧﺪ ﺳﺮ را در ﺑﺮاﺑﺮ شکستگی‌های ﺟﻤﺠﻤﻪ ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ ﻛﻨﺪ، اﻣﺎ از ﻃﺮف دﻳﮕﺮ ﺧﻮد ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎﻋﺚ ﭼﺮﺧﺶ ﺳﺮ و اﻧﺘﻘﺎل اﻧﺪازه ﺣﺮﻛﺖ ﺑﻪ ﻣﻐﺰ ﺷﻮد. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ، ﺳﺎﺧﺘﺎر و وﻳﮋﮔﻲﻫﺎی ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ ﺑﺎﻓﺖ ﻣﻐﺰ ﺑﻪ ﮔﻮﻧﻪای اﺳﺖ ﻛﻪ در ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﻴﺮوﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ و ﺧﻄﻲ (ﻧﻴﺮوﻫﺎی ﻓﺸﺎری و ﻛﺸﺸﻲ) ﺑﻪ آن وارد ﻣﻲﺷﻮد، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺴﻴﺎر ﺑﺎﻻﺗﺮی ﻧﺸﺎن می‌دﻫﺪ. آﺳﺘﺎﻧﻪ ﺗﺤﻤﻞ آﺳﻴﺐ ﺷﺘﺎب ﺧﻄﻲ ﺑﻴﺸﺘﺮ اﺳﺖ، اﻣﺎ ﺑﻪ دﻟﻴﻞ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻛﻤﺘﺮ ﻻﻳﻪﻫﺎی ﺑﺎﻓﺖ ﻣﻐﺰ در ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﻴﺮوﻫﺎی ﺑﺮﺷﻲ، آﺳﺘﺎﻧﻪ ﺗﺤﻤﻞ آﺳﻴﺐ ﺳﺮ در ﺑﺮاﺑﺮ ﺷﺘﺎب ﭼﺮﺧﺸﻲ ﺑﻪﺻﻮرت ﻣﺤﺴﻮﺳﻲ ﭘﺎﻳﻴﻦﺗﺮ میﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ اﻣﺮ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﭼﺮﺧﺶ و اﻳﺠﺎد ﺑﺮش در ﺑﺎﻓﺖ ﻣﻐﺰ ﻣﻲﺷﻮد [11]. باید توجه داشت ﻣﻜﺎﻧﺴﻴﻢ آﺳﻴﺐ ﻣﻐﺰی در هر رﺷﺘﻪ ورزﺷﻲ ﻣﺘﻔﺎوت اﺳﺖ. ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ پارامترهای بیومکانیکی ﻣﺮﺗﺒﻂ ﺑﺎ آسیب ﻣﻐﺰی و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ عوامل تأثیرگذار بر آن از نظر ﺑﺎﻟﻴﻨﻲ اﻫﻤﻴﺖ ﺑﺴﻴﺎری دارد؛ زیرا ﺑﺎ ﺗﺸﺨﻴﺺ ﻣﺘﻐﻴﺮ آﺳﻴﺐ و ﻣﻜﺎﻧﻴﺴﻢ آن ﻣﻲﺗﻮان ﻣﻴﺰان ﺷﺪت آﺳﻴﺐ و ﻋﻮاﻣﻞ ﺧﻄﺮزای ﻣﺮﺗﺒﻂ ﺑﺎ آن را ﭘﻴﺶﺑﻴﻨﻲ ﻛﺮد و ﺑﺮای توانبخشی راﻫﻜﺎرﻫﺎی ﻣﺮﺗﺒﻂ ﺑﺎ آن را اﺟﺮا کرد. 
توانبخشی در آسیب‌های مغزی با توجه به نوع و شدت آسیب‌ها در افراد، متفاوت است و مدت آن در برخی ممکن است حتی چندین سال طول بکشد. آسیب‌های مغزی که در حوزه ورزش اتفاق می‌افتد، می‌تواند باعث دور شدن ورزشکار از میادین ورزشی و حتی پایان عمر قهرمانی او تلقی شود. بنابراین، پیشگیری از این نوع آسیب‌ها امری حیاتی محسوب می‌شود. ورزشکاران، مربیان و متخصصان این حوزه باید توجه زیادی به آن داشته باشند. یکی از راه‌های پیشگری از آسیب‌های وارد به سر، تقویت حس عمقی عضلات گردن می‌باشد. ﺣﺲ ﻋﻤﻘﻲ ﺑﺨﺸﻲ از ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺣﺲ ﭘﻴﻜﺮی است. ﻳﻜﻲ از ﻣﻬﻤ‌ﺘﺮﻳﻦ ﮔﻴﺮﻧﺪهﻫﺎی ﺣﺲ ﭘﻴﻜﺮی، دوک ﻋﻀﻼﻧﻲ میﺑﺎﺷﺪ و ﻧﺎﺣﻴﻪ ﮔﺮدن ﺑﺎ داﺷﺘﻦ ﺗﺮاﻛﻢ ﺑﺎﻻی دوک ﻋﻀﻼﻧﻲ، ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﻲ در ﻓﺮاﻫﻢ ﻛﺮدن اﻳﻦ ﺣﺲ دارد. در ورزش‌های رزﻣﻲ و ﺑﺮﺧﻮردی، ضربهﻫﺎی زﻳﺎدی ﺑﻪ ناحیه‌ی ﺳﺮ و ﮔﺮدن وارد ﻣﻲﺷﻮد. بنابراین ممکن است ﺑﺎ ﺗﻜﺮار اﻳﻦ ورزشﻫﺎ، ﺣﺲ ﻋﻤﻘﻲ اﻳﻦ ﻧﺎﺣﻴﻪ دﭼﺎر اﺧﺘﻼل شود و نتواند اطلاعات لازم هنگام اصابت ضربه به سر را به‌ خوبی فراهم آورد [22]. درنتیجه، احتمال آسیب سر در ورزشکاران افزایش می‌یابد. با تأکید بر برنامه‌های تمرینی منظم عضلات گردنی، می‌توان حس عمقی آن‌ها را بهبود بخشید و احتمال خطر ضربه مغزی در بوکسورها را کاهش داد. همچنین روش‌های پیشگیری و کاهش خطر آسیب سر به وسیله روسون این گونه شرح داده شده است: «ورزشکارانی که در معرض برخورد ضربه به سر قرار دارند می‌توانند از طریق کشش عضلات گردن خود و تکنیک‌های دفع ضربه از خود محافظت کنند» [23].
افزایش در انطباق‌پذیری گردن (کاهش سختی)، شتاب خطی را کاهش و شتاب چرخشی را افزایش می‌دهد، در حالی‌که کاهش در انطباق‌پذیری گردن، موجب افزایش شتاب خطی و کاهش شتاب چرخشی می‌شود [23]. ویژگی مکانیکی انطباق توسط عضلات گردن در 6 درجه آزادی در جهت‌گیری‌ها و مکان‌های مختلف ضربه فراهم شده‌است که بر پاسخ دینامیکی در تمام صفحات آناتومیکی تأثیر می‌گذارد [24]. با این وجود میزان مشارکت گردن در پاسخ به یک ضربه در جهت‌گیری‌های مختلف سر و گردن هنوز ناشناخته مانده ‌است. بنابراین، برای درک بهتر این موضوع علاوه بر مدل سر و گردن نیاز به استفاده از مدل مناسبی از عضلات گردن می‌باشد که پیشنهاد می‌شود درتحقیقات بعدی بررسی شود.  
یکی از مهم‌ترین پیام‌های اصلی برای پیشگیری از آسیب‌های مغزی، بهبود مراقبت‌های پزشکی است. تشخیص زود هنگام ضربه مغزی توسط پزشک مسابقات و اقدامات فوری لازم پس از وقوع حادثه، می‌تواند نقش مهمی در جلوگیری از بروز آسیب‌های ثانویه داشته باشد. استفاده از کلاه‌های ایمنی مناسب با قابلیت طراحی کاهش پارامترهای مهم و خطرزای آسیب سر و عوامل مؤثر بر آن‌ها، می‌تواند به‌طور چشمگیری در کاهش میزان آسیب‌های سر مؤثر باشد. در حال حاضر، جهت‌گیری سر و گردن در هنگام ضربه، در ارزیابی عملکرد کلاه ایمنی درنظر گرفته نشده است. با توجه به نتایج این مطالعه، به نظر می‌رسد تدوین چنین پروتکل‌هایی برای ارزیابی دقیق‌تر کلاه ایمنی مورد نیاز است.
نتیجه‌گیری
نتایج این تحقیق حاکی از آن است که جهت‌گیری سر و گردن هنگام ضربه، بر پاسخ دینامیکی سر تأثیر می‌گذارد. به‌طور کلی، با افزایش زاویه جهت‌گیری سر و گردن در صفحه فرونتال اندازه شتاب کاهش یافت. در حالی‌که، زاویه جهت‌گیری سر و گردن بر اندازه شتاب در صفحه ساجیتال اثر قابل مشاهده‌ای نداشته است. به‌طورکلی نتایج نشان داد تنها شتاب چرخشی باعث آسیب‌دیدگی مغز در بوکسورها می‌شود که شدت آن با افزایش زاویه‌ی جهت‌گیری سر و گردن احتمالاً کاهش می‌یابد.

ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
این مقاله از نوع فراتحلیل است و نمونه انسانی و حیوانی نداشته است.

حامی مالی
این مقاله برگرفته از طرح پسادکتری خانم دکتر ندا بروشک با شماره طرح 97013316 با راهنمایی آقای دکتر مصطفی رستمی در صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور است.

مشارکت نویسندگان
تمام نویسندگان در آماده‌سازی این مقاله مشارکت داشته‌اند.

تعارض منافع
بنابر اظهار نویسندگان، این مقاله تعارض منافع ندارد.

تشکر و قدردانی
این مقاله مورد حمایت مادی‌ومعنوی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور قرار گرفته است و به همین دلیل از آن سازمان تشکر و قدردانی می‌شود.

References

1. Junge A, Langevoort G, Pipe A, Peytavin A, Wong F, Mountjoy M, et al. Injuries in team sport tournaments during the 2004 Olympic G The American Journal of Sports Medicine. 2006; 34(4):565-76. [DOI:10.1177/0363546505281807] [PMID]
2. Queen RM, Weinhold PS, Kirkendall DT, Yu B. Theoretical study of the effect of ball properties on impact force in soccer heading. Medicine and Science in Sports and Exercise. 2003; 35(12):2069-76. [DOI:10.1249/01.MSS.0000099081.20125.A5][PMID]
3. Zazryn TR, Finch CF, McCrory P. A 16year study of injuries to professional boxers in the state of Victoria Australia. British Journal of Sports Medicine. 2003; 37(4):321-4. [PMID]
4. Fife GP, O’Sullivan D, Pieter W. Biomechanics of head injury in olympic taekwondo and boxing. Biology of Sport. 2013; 30(4):263-8. [PMID][PMCID]
5. Gurdjian ES, Webster JE, Lissner HR. Observations on the mechanism of brain concussion, contusion, and laceration. Surgery, Gynecology & Obstetrics. 1955; 101(6):680-90. [PMID]
6. McKee AC, Gavett BE, Stern RA, Nowinski CJ, Cantu RC, Kowall NW, et al. TDP-43 proteinopathy and motor neuron disease in chronic traumatic encephalopathy. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 2010; 69(9):918-29. [DOI:10.1097/NEN.0b013e3181ee7d85][PMID][PMCID]
7. Boroushak N, Eslami M, Daneshmandy H. [The effect of the linear and rotational acceleration of the head on prediction of brain damage in taekwondo (Persian)]. Journal of Research in Rehabilitation Sciences. 2017; 13(4):179-86. [DOI:10.22122/jrrs.v13i4.2937]
8. O’Sullivan DM, Fife GP. Impact attenuation of protective boxing and taekwondo headgear. European Journal of Sport Science. 2016; 16(8):19-25. [PMID]
9. McIntosh AS, Patton DA. The impact performance of headguards for combat sports. British Journal of Sports Medicine. 2015; 49(17):1113-7. [DOI:10.1136/bjsports-2015-095093][PMID]
10. Fife G. An analysis of forces acting on the head from the taekwondo turning kick [PhD. dissertation]. Newark: University of Delaware; 2010. http://udspace.udel.edu/handle/19716/9779
11. Schmitt KU, Niederer PF, Muser MH, Walz F. Trauma biomechanics: Accidental injury in traffic and sports. Berlin: Springer Berlin Heidelberg. https://www.google.com/books/edition/Trauma_Biomechanics/HeXL_hGXyBsC?hl=en&gbpv=0
12. Sullivan S, Friess SH, Ralston J, Smith C, Propert KJ, Rapp PE, et al. Behavioral deficits and axonal injury persistence after rotational head injury are direction dependent. Journal of Neurotrauma. 2013; 30(7):538-45. [DOI:10.1089/neu.2012.2594][PMID][PMCID]
13. Post A, Hoshizaki TB, Gilchrist MD, Brien S, Cusimano M, Marshall S. Traumatic brain injuries: The influence of the direction of impact. Neurosurgery. 2015; 76(3):81-91. [DOI:10.1227/NEU.0000000000000554][PMID]
14. Boroushak N, Eslami M, Kazemi M, Daneshmandy H, Johnson JA. The dynamic response of the taekwondo roundhouse kick to head using computer si Ido Movement for Culture. Journal of Martial Arts Anthropology. 2018; 18(2):54-60. http://cejsh.icm.edu.pl/cejsh/element/bwmeta1.element.desklight-0a1f3eb3-3b1e-4f01-a4a2-e177a0492084
15. Walilko TJ, Viano DC, Bir CA. Biomechanics of the head for Olympic boxer punches to the face. British Journal of Sports Medicine. 2005; 39(10):710-9. [DOI:10.1136/bjsm.2004.014126][PMID][PMCID]
16. Tsui F, Pain TG. Utilizing human performance criteria and computer simulation to design a martial arts kicking robot with increased biofidelity. Journal of Sports Engineering and Technology. 2012; 226(3-4):244-52. [DOI:10.1177/1754337112439275]
17. Krabbel G. [Ein rechnerisches schädel-hirn-modell zur untersuchung dynamischer belastungen des kopfes (Germany)] [PhD Dissertation]. Berlin: Technische Universitat Berlin; 1997. https://trid.trb.org/view/990563
18. Gurdjian ES, Roberts VL, Thomas LM. Tolerance curves of acceleration and intracranial pressure and protective index inexperimental head injury. The Journal of Trauma. 1966; 6(5):600-4. [DOI:10.1097/00005373-196609000-00005][PMID]
19. Gennarelli TA, Wodzin E. AIS 2005: A contemporary injury scale. Injury. 2006; 37(12):1083-91. [DOI:10.1016/j.injury.2006.07.009]
20. Ommaya AK, Goldsmith W, Thibault L. Biomechanics and neuropathology of adult and paediatric head injury. British Journal of Neurosurgery. 2002; 16(3):220-42. [PMID]
21. Walsh ES, P. Rousseau P, Hoshizaki TB. The influence of impact location and angle on the dynamic impact response of a Hybrid III head form. Sports Engineering. 2010; 13(3):135-43. [DOI:10.1007/s12283-011-0060-9]
22. Yadollahi M, Ahmadi A, Sarafzadeh J, Maarufi N, Rajabi R, Mousavi S, et al. [Comparison of craniocervical region repositioning error between wrestlers, taekwondo players and non-athlete subjects (Persian)]. Journal of Modern Rehabiliation. 2016; 9(5):21-9. http://mrj.tums.ac.ir/article-1-5380-en.html
23. Rowson S, Duma SM, Beckwith JG, Chu JJ, Greenwald RM, Crisco JJ, et al. Rotational head kinematics in football impacts: An injury risk function for concussion. Annals of Biomedical Engineering. 2012; 40(1):1-13. [DOI:10.1007/s10439-011-0392-4][PMID]
24. Zhang L, Yang KH, King AI. A proposed injury threshold for mild traumatic brain injury. Journal of Biomechanical Engin 2004; 126(2):226-36. [DOI:10.1115/1.1691446][PMID]