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自行车头盔保护骑车人的科学原理

医学研究支持个人使用自行车头盔来预防严重的头部创伤和创伤性脑损伤。但强制佩戴头盔的法律在自行车倡导者中是一个更复杂的问题。

作者:Rena Kingery
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图片来源:Nasrul Ma Arif/Shutterstock

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随着夏天的到来,许多人从车库里尘封的自行车上扫去灰尘,开始在道路和赛道上骑行,很可能还会戴上防护头盔。但这个硬质头盔真的能保护你免受碰撞伤害和死亡吗?越来越多的研究表明,是的,这印证了在出门上路前,最好掸掉头盔上的灰尘并戴上它。

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根据美国疾病控制与预防中心(CDC)的数据,在非致命事故的骑行者中,有三分之一会发生头部损伤;而头部创伤是骑行者致残和死亡的最大风险。一项CDC研究发现,骑自行车导致了最多的运动相关创伤性脑损伤(TBIs)。你或你认识的人可能经历过一种轻度创伤性脑损伤,称为脑震荡。通常情况下,人们可以从脑震荡中完全恢复,但中度和重度创伤性脑损伤可能导致长期的健康后果甚至死亡,尤其是儿童

头盔救命

虽然头盔不能防止脑震荡,但它们已被证明能够有效减少骑行者的严重头部损伤和死亡。在一项对超过10万起涉及骑行者的事故进行的荟萃分析中,一位挪威研究人员表明,头盔将骑行者严重头部受伤的风险降低了60%。另一项分析对6267名因自行车事故导致脑出血入院的患者进行了分析,发现佩戴头盔的患者发生严重创伤性脑损伤的风险降低了51%,总体死亡率也较低。

尽管证据表明佩戴头盔的好处,但2012年对美国863名成年骑行者进行的自我报告数据显示,超过一半的人从不戴头盔。华盛顿大学机械工程学博士生Fargol Rezayaraghi说,在许多情况下,遭受头部受伤的骑行者并未佩戴头盔。“它们在某些方面有帮助,”她谈到头盔时说。

华盛顿大学机械工程系副教授、Rezayaraghi的导师Mehmet Kurt表示,头盔从未成为有吸引力的自行车配件,但它们提供的保护是不可否认的。大多数自行车头盔由聚碳酸酯外壳包裹着一层膨胀聚苯乙烯泡沫(通常称为Styrofoam)组成,最内层有衬垫。在撞击时,硬壳会变形并开裂,将能量分布在头盔上。泡沫会压缩,吸收一部分冲击力,从而使头部吸收的力最小。

头盔技术正在进步

几十年来,头盔的设计都没有偏离这个基本蓝图。但最近,随着神经科学家们对脑损伤机制的理解不断深入,头盔设计也随之发展。传统的头盔旨在防护直接或线性撞击,但在事故中,头部经常以一个奇怪的角度撞击表面,这增加了头部不仅会被压缩还会旋转的风险。研究表明,这种旋转运动比直接撞击造成的线性运动对大脑的损害更大。

Kurt引用了他在斯坦福大学跟随博士后导师学习的一个例子说:“旋转运动学在脑震荡方面更为相关,因为它们会导致大脑发生更弥散的变形。”“拿一个雪花球,左右、上下移动它;雪花不会移动,只有当你旋转雪花球时,它们才会移动。大脑-头骨系统在这方面很相似。”

Kurt和他在华盛顿大学的同事最近发表了一篇综述,评估了12项测试新旧头盔技术有效性的研究。他们发现,在撞击过程中能减缓头部旋转力的头盔设计,比传统头盔更能减少导致脑损伤的指标。这三种设计表现最好,但作者表示需要更多研究来证实他们的结果。

  • 多方向冲击保护系统 (MIPS):在头盔外壳和头部之间增加了一个低摩擦层,允许头部相对于头盔独立旋转,吸收部分撞击时的头部旋转速度。

  • WaveCel:一种可折叠的蜂窝结构内衬头盔,能更充分地吸收冲击力。

  • Hövding:一种充气头盔,像汽车安全气囊一样在撞击时展开。

头盔只是一个步骤

虽然事实证明,在低于20英里/小时的速度碰撞中,头盔可以防止严重头部受伤,但随着速度的增加,例如与汽车碰撞,保护程度会降低。根据美国国家安全委员会的数据,2020年,美国有1260名骑行者在可预防的事故中死亡,其中64%涉及机动车。

自行车头盔强制佩戴法的反对者表示,头盔会阻止人们骑自行车,而且在骑行方面,“人多力量大”。当道路上有更多的自行车时,驾驶员会习惯于看到它们并安全地应对。一些骑行者也认为,头盔法可能会将安全责任转移到骑行者身上,而不是与他们共享道路的汽车驾驶员身上。Kurt说,安全的驾驶习惯和城市地区更好的自行车基础设施确实能提高骑行者的安全性,而选择佩戴头盔是骑行者无论如何都可以采取的预防措施。

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Rezayaraghi说:“我不能说这是减少头部受伤人数的唯一方法。但戴头盔无疑是你可以采取的最重要措施之一,可以降低受伤风险,或者至少减轻其严重程度。”

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