VALUTAZIONE DEL TRAUMA CRANICO NEGLI INCIDENTI STRADALI
Articolo di: Ing. Alberto Sartori e Ing. Pierluigi Perfetti www.biomeccanicaforense.com 
Il trauma cranico (TBI: Traumatic Brain Injury) rappresenta una delle cause più frequenti di mortalità e disabilità degli utenti coinvolti in incidenti stradali. Gli occupanti di un’autovettura coinvolta in un sinistro stradale di medio-grave entità, anche se cinturati, potrebbero subire movimenti oscillatori tali da spingere la loro testa contro gli airbag, il cruscotto, i montanti, i cristalli, il tetto. Negli incidenti motociclistici, se da un lato il capo dei conducenti dei veicoli a due ruote è (dovrebbe essere) protetto dal casco, dall'altro l’elevata velocità di questi mezzi a volte inibisce l’efficacia di tale dispositivo, che è omologato per proteggere da impatti contro il suolo fino a circa 30 km/h. Discorso diverso vale per i ciclisti, che nonostante procedano a velocità di marcia decisamente inferiori, sono comunque soggetti a traumi cranico-facciali poiché raramente indossano l’opportuno dispositivo di protezione. Per concludere, i pedoni sono gli utenti più a rischio in quanto il loro capo non risulta essere mai protetto. In caso di investimento, la loro testa potrebbe inizialmente impattare contro il cofano, il parabrezza, i montanti e successivamente, al termine della fase di proiezione aerea (lancio balistico), contro l’asfalto o altri elementi della sede stradale.
La testa è un sistema molto complesso costituito da tre componenti quali la scatola cranica; la pelle e altri tessuti molli coprenti il cranio; ed il contenuto interno della scatola cranica, ovvero il cervello, il cervelletto, le membrane protettive e vasi sanguigni. In particolare, il cranio svolge la funzione di assorbimento dell’energia come meccanismo naturale: la sua presenza è proprio mirata a proteggere la zona cerebrale interna diffondendo e dissipando l’energia tramite la formazione di fratture superficiali. 
Le lesioni della pelle possono essere suddivise in superficiali o profonde, e comprendono la contusione (livido), la lacerazione (taglio), e l’abrasione (raschiatura). Le lesioni alla scatola comportano la rottura di una o più ossa del cranio mentre quelle degli organi interni dell’encefalo sono il risultato di un impatto della testa, di un suo brusco movimento o di una combinazione dei due processi. Si ricorda che, quando il capo urta contro un ostacolo, la sua corsa si ferma tuttavia gli organi al suo interno proseguono nel loro movimento inerziale generando possibili lesioni intracraniche. Il trauma cranico può essere generalmente definito come un danno temporaneo o permanente di uno o più componenti del cranio e del sistema cerebrale in seguito ad un colpo alla testa. In generale sotto la voce trauma cranico possono essere raggruppate quattro categorie, come i danni al cuoio capelluto, la frattura del cranio, le lesioni cerebrali e le lesioni al collo.
La ricostruzione biomeccanica di un evento dannoso deve innanzitutto comportare la determinazione della causa (da contatto o da accelerazione) e della tipologia delle lesioni. I criteri quantitativi di prestazione delle lesioni “Injury Criteria” sono stati sviluppati per avere una risposta, in termini di rischio alla vita o di lesioni, e per la loro quantificazione sperimentale vengono effettuate prove di crash test con manichini antropomorfi (Hybrid III, EuroSid, BioRID …).
L’unico criterio per la determinazione dei danni alla testa ammesso dalla NHTSA, secondo la normativa FMVSS n° 208, è l’indice HIC (Head Injury Criterion). Innanzitutto, esaminando il seguente grafico di accelerazione, è necessario definire il concetto di accelerazione media tra due istanti di tempo t1 e t2 (Fig. 2):
L’HIC è quindi definito come il massimo valore del prodotto tra (t2-t1)a2.5, ovvero tra la durata e l’accelerazione media elevata alla 2.5: dove:
- t2-t1 < 36 ms a dimostrazione del fatto che decelerazioni più durature non modificano significativamente il rischio lesivo;
- a è la risultante dell’accelerazione della testa, espressa in g.
Il seguente grafico mostra l’andamento della curva di probabilità nel caso di lesioni AIS in funzione del valore di HIC36. Il valore di soglia dell’HIC è pari a 1000 e corrisponde ad una probabilità del 15-20% di lesione AIS4+. Sale fino quasi il 60% per HIC=1500.
Il valore dell’HIC dipende strettamente dalla rapidità con cui l’accelerazione raggiunge il valore di picco e per quanto tempo lo mantiene. Se, ad esempio, la curva dell’accelerazione è di tipo rettangolare, il cervello è sollecitato da un’accelerazione massima e costante per tutta la durata del contatto. Nel caso di curva triangolare, la decelerazione aumenta gradualmente fino a raggiungere un picco (il medesimo della curva rettangolare) ed in seguito decresce rapidamente fino ad annullarsi. In generale, curve di accelerazione di breve durata sono associate a contatti del capo contro superfici rigide mentre le durate più lunghe si riferiscono a decelerazione del capo (ad. es per effetto dei sistemi di ritenuta) senza alcun impatto.
Nel dettaglio, in caso di urti contro superfici dell’abitacolo non eccessivamente rigide (es. airbag), tali quindi da evitare picchi elevati, si ha un aumento del valore dell’HIC all’aumentare dell’intervallo t2-t1. Nel caso di importanti picchi di accelerazione, superiori ai 100 g, il valore di HIC può essere ottenuto anche con intervalli temporali di pochi ms. Ad esempio, l’impatto del capo contro il parabrezza produce picchi fino a 150 g nella durata di circa 4 ms.
| ESERCIZIO: Determinare in via analitica (risolvendo l’integrale) il valore di HIC nel caso in cui l’accelerazione della testa sia costante nell’intervallo di 36 ms e pari a 60 g. SOLUZIONE: HIC=1000 |
Le seguenti immagini mostrano i risultati di crash-test effettuati su una Mercedes –Benz Classe E per impatti contro barriera a 48.3 km/h. Nel dettaglio, la Fig. 4 mostra le sollecitazioni risultanti sull’occupante in assenza di dispositivi di ritenuta, la Fig. 5 in presenza sia di cintura di sicurezza che di airbag. Il rettangolo nei grafici indica la parte più critica della decelerazione, quando la forza massima è esercitata per una lunga durata. Risulta evidente che, in presenza di cintura allacciata ed airbag, aumentano le probabilità di sopravvivenza dato che l’accelerazione di picco risulta essere inferiore di più del doppio rispetto a quella ottenuta in assenza dei dispositivi di ritenuta. Nel dettaglio, nel primo caso HIC=681.5 e a-3ms=89.65 g, nel secondo HIC=307.84 e e a-3ms=43.47 g. Si precisa che il valore a-3ms si riferisce al massimo valore della decelerazione che dura per almeno 3 ms (decelerazioni di durata inferiore non producono effetti lesivi sul cervello).
Per meglio valutare la pericolosità degli urti di breve durata e mantenere la corretta misura degli eventi più lunghi, è stata da più parti suggerita la riduzione del massimo intervallo temporale. Tale riduzione è stata accompagnata da un abbassamento del corrispondente valore HIC di soglia. Questa è la strada seguita dal Canada che prescrive un intervallo non superiore a 15 ms, a cui associa il limite HIC 700.
L’accelerazione risultante massima della testa è un altro parametro utilizzata per valutare il rischio lesivo al cervello. Nel dettaglio, l’accelerazione di soglia è pari a 80 g per una durata superiore ai 3 ms. Questo parametro può essere utilizzato come ulteriore indicatore delle sollecitazioni sulla testa, soprattutto per quanto riguarda i contatti contro strutture rigide che nell’HIC potrebbero essere sottostimati perché il segnale è mediato su un intervallo temporale più lungo.
Nelle prossime settimane sarà descritta la procedura per la determinazione dell’HIC attraverso il software PC-CRASH (Fig. 6) 