Es ampliamente aceptado que jugar fútbol y rugby tiene el potencial de causar conmociones cerebrales y otras lesiones en la cabeza. Sin embargo, surge una pregunta con respecto a las pelotas de tenis: ¿a qué velocidad debe viajar una pelota de tenis para causar una lesión cerebral traumática? Investigadores de una universidad privada de Dallas, clasificada a nivel nacional, han descubierto que las lesiones en la cabeza en tenis son posibles, pero muy raras.
Realizaron un estudio computacional detallado, publicado en el Journal of Applied Mechanics de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, utilizando la misma técnica ampliamente utilizada para predecir posibles lesiones en la cabeza en accidentes automovilísticos.
Xinlin Gao, profesor de ingeniería mecánica en SMU, y Yongqiang Li, ex estudiante de doctorado de SMU que trabajó con él, usaron computadoras para modelar el cuerpo humano y pelotas de tenis para determinar qué pasaría si una pelota de tenis golpeara la cabeza de una persona a diferentes velocidades, posiciones y ángulos.
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Las lesiones cerebrales traumáticas leves o las conmociones cerebrales son raras, pero pueden ocurrir cuando la velocidad de una pelota de tenis supera los 40 metros por segundo. Para ponerlo en perspectiva, eso es más rápido de lo que puede correr un guepardo.
Es más probable que ocurran lesiones en la cabeza cuando una pelota golpea el costado de la cabeza que cuando la pelota golpea la frente o la parte superior de la cabeza.
Las lesiones en la cabeza también son más comunes cuando la pelota golpea a una persona en un ángulo de 90 grados que en un ángulo de 30 o 60 grados.
Pero no se encontró que el giro de la pelota tuviera ningún impacto significativo en causar lesiones en la cabeza.
"El tenis es un deporte mundial que practican decenas de millones de personas cada año, por lo que es muy importante comprender las lesiones causadas por los impactos del tenis en la cabeza y tomar medidas de protección", dijo Gao. Él y Li, ahora profesor asociado en la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing, están particularmente enfocados en determinar si el tenis puede causar lesiones en la cabeza lo suficientemente graves como para ser clasificadas como lesiones cerebrales traumáticas, cuando la cabeza o el cuerpo reciben un golpe fuerte, un golpe o una sacudida, interrumpiendo la función normal del cerebro.
Las conmociones cerebrales se clasifican como lesiones cerebrales "leves" porque no ponen en peligro la vida. Pero una conmoción cerebral puede causar problemas que duran semanas o meses, como dolores de cabeza, mareos y dificultad para concentrarse.
Aunque el investigador principal Gao dijo que los hallazgos pueden ser similares en mujeres y niños, se necesita más investigación.
En el estudio, los investigadores utilizaron dos modelos de elementos finitos (FE): uno de una pelota de tenis y el otro de una cabeza humana.
Este modelo de cabeza fue proporcionado por Global Mannequin Consortium, que produce modelos 3D realistas de hombres, mujeres y niños que pueden usarse en simulaciones de accidentes. Los investigadores suelen utilizar estos modelos de cabeza (FE) para estudiar posibles daños cerebrales causados por impactos en la cabeza.
Gao y Li crearon una pelota de tenis generada por computadora basándose en experimentos con pelotas de tenis reales.
Una forma sencilla de entender el modelado de elementos finitos es pensar que se trata de separar un gran problema matemático en una serie de problemas más pequeños, o elementos finitos. Esto facilita el estudio del problema general.
El modelado de elementos finitos es popular entre los ingenieros y los fabricantes de automóviles lo utilizan, por ejemplo, para evaluar la probabilidad de sufrir lesiones en una colisión automovilística.
La investigación en SMU utiliza modelos de elementos finitos para predecir cómo se comportará el cerebro cuando se exponga a fuerzas externas. Los investigadores hicieron esto alimentando un sistema informático llamado LS-DYNA con varios algoritmos matemáticos que representan características de una pelota o una cabeza humana. Por ejemplo, se utilizó un algoritmo para probar la elasticidad del caucho, llamado modelo de hiperelasticidad de Ogden, para representar el comportamiento del tejido cerebral.
A partir de estas ecuaciones, LS-DYNA crea una simulación tridimensional de lo que podría suceder en la vida real.
Utilizando estas mediciones simuladas, los investigadores pueden determinar si la fuerza de una pelota de tenis (a diferentes velocidades o golpeando diferentes partes de la cabeza) es suficiente para causar que el tejido cerebral golpee el cráneo de una persona, provocando una conmoción cerebral o consecuencias más graves.
Para asegurarse de que sus hallazgos fueran precisos, Gao y Li se basaron en investigaciones previas sobre lesiones cerebrales traumáticas, como experimentos con cadáveres humanos y observaciones de pacientes con conmociones cerebrales conocidas.
Gao y su equipo de investigación también han publicado estudios sobre lesiones en la cabeza por pelotas de golf e impactos balísticos.
Referencia: "Lesión en la cabeza causada por el impacto del tenis: estudio computacional", autor: Li Yongqiang, Gao Xinlin, 3 de noviembre de 2023, "Journal of Applied Mechanics".
doi:10.1115/1.4063814
Fuente compilada: ScitechDaily