LA BIOMECCANICA DEL TRAUMA TORACICO NEGLI INCIDENTI STRADALI
Il trauma toracico è prodotto per contusione o penetrazione di oggetti nella parete ossea del petto umano (costole, sterno, colonna vertebrale) e, di conseguenza, nei suoi organi interni quali cuore, polmoni, fegato, milza e reni
UN CASO ALLA VOLTA FINO ALLA FINE
LA BIOMECCANICA DEL TRAUMA TORACICO NEGLI INCIDENTI STRADALI
Le lesioni toraciche vengono associate ad una mortalità significativa proprio a causa dei potenziali danni agli organi anatomici vitali contenuti nella cavità toracica. Questi traumi sono responsabili di un numero rilevante di morti e feriti gravi negli incidenti automobilistici, secondi soli ai traumi cranici, e sono riscontrati negli utenti più “deboli” della strada (pedoni, motociclisti), ma anche negli occupanti di veicoli coinvolti in incidenti stradali, durante il loro impatto contro le componenti interne e rigide dell’abitacolo (airbag, volante, cruscotto, …). In un traumatismo diretto, il petto viene colpito da un oggetto in movimento oppure impatta contro una struttura fissa: la parete toracica assorbe la sollecitazione trasmettendola agli organi interni.
A causa della rapida decelerazione della cavità toracica, con un andirivieni degli organi intratoracici per via dell’inerzia, si generano forze di torsione e taglio nei punti dove tali organi si fissano al corpo, con possibili conseguenti lesioni o rotture (ad. es rottura dell’aorta).
La grande quantità di prove sperimentali biomeccaniche su animali e cadaveri ha condotto all’introduzione di diversi criteri lesivi per impatti sul torace.
Ad esempio, alcuni studi sperimentali hanno indagato gli effetti dell’età sul limite di tolleranza del trauma toracico in impatti frontali, in relazione all’utilizzo o meno dei sistemi di ritenuta, concludendo quanto segue:
– la metà degli occupanti con lesioni AIS 3+ al torace sono stati coinvolti in collisioni con un ΔV≤40 km/h;
– nella metà degli occupanti più anziani (50 anni) sono state riscontrate lesioni al torace per ΔV ≤34km/h;
– il tasso delle lesioni toraciche degli occupanti anziani era più del doppio di quella degli occupanti giovani.
I principali meccanismi lesivi del torace sono:
- traumi costali: portano all’instabilità della gabbia toracica e alla possibile penetrazione di segmenti ossei verso gli organi interni. Tali traumi sono direttamente correlati alla forza di compressione esercitata sulle costole, che possiedono comunque una notevole elasticità e che permettono un’ampia escursione flessionale prima giungere a rottura (frattura). Il criterio di valutazione di questa lesione può essere applicato a tutti gli impatti diretti sul petto e offre diversi livelli di tolleranza in relazione alle differenti caratteristiche anatomiche interindividuali.
- lesioni agli organi interni: possono riguardare sia lesioni polmonari sia lesioni ad altri organi interni. Le lesioni polmonari si possono verificare a seguito dello schiacciamento del torace (con o senza frattura costale) e, a differenza delle fratture costali, sono strettamente dipendenti dalla velocità d’impatto. Alle alte velocità, un’onda di compressione o pressione viene trasmessa ai polmoni attraverso la parete toracica, generando possibili lesiono al letto capillare degli alveoli (contusione polmonare). La lacerazione e/o la perforazione del tessuto polmonare può comportare un pneumotorace o emotorace. Nel primo caso la cavità pleurica è riempita di aria, nel secondo caso di sangue. Per quanto riguarda il cuore, per elevate variazioni di velocità si possono verificarsi lesioni dei principali vasi sanguigni localizzati a livello del torace, come l’aorta. La rottura aortica può avvenire in diverse circostanze: a causa della forza di trazione e/o di taglio, della compressione diretta sulla colonna vertebrale, o a causa di un eccessivo aumento improvviso della pressione endoluminale. Viano (1983) ha valutato la possibilità di lacerazione aortica in combinazione con iperestensione del rachide cervicale. Smith et al. (1986) hanno concluso che l’80-85% delle vittime che sostengono un trauma aortico durante un incidente automobilistico decede sul luogo dell’incidente.
Le prove di crash condotte a livello europeo (EURONCAP) ed americano (NHTSA) hanno stabilito un livello di tolleranza per le accelerazioni risultanti sul torace in urti frontali. Questo parametro è misurato con un accelerometro triassiale posto sulla colonna vertebrale del manichino ed il suo valore è di 60 g nell’intervallo di 3 ms.
La seguente formula quantifica la probabilità di lesioni toraciche AIS 4+, che per accelerazioni di 60 g risulta essere pari al 36 %:
Di seguito sono descritti i principali criteri di lesività del torace:
- TTI (Thoracic Trauma Index)
- CTI (Combinated Torax Index)
- VC (Viscosity Criterion)
CRITERIO TTI
Il Thoracic Trauma Index (TTI) è stato proposto nel 1984 da Morgan ed è un criterio di valutazione lesiva dipendente dalle caratteristiche degli individui (peso ed età) e dalle accelerazioni laterali (sul lato dell’impatto) di picco della colonna vertebrale inferiore e della gabbia toracica.
Il TTI può essere utilizzato come indicatore della performance delle autovetture per urti laterali ed è definito dalla seguente formula:
AGE: età del test
RIBg: massima accelerazione laterale in valore assoluto in “g” della 4a ed 8a costola sul lato d’impatto
T12g: massima accelerazione laterale in valore assoluto della 12a vertebra
MASS: massa del test (kg)
MSTD: massa del test standard che corrisponde a 75 kg
La predetta espressione può essere semplificata in presenza di manichino 50 percentile con massa di 75 kg:
CRITERIO VC
Nel criterio TTI non viene affrontato il meccanismo lesivo dei tessuti molli, dato che si utilizzano solo parametri relativi ad accelerazioni di strutture ossee, e pertanto non può essere utilizzato come criterio affidabile per le lesioni degli organi interni. Le lesioni idegli organi interni possono infatti verificarsi anche senza un numero significativo di fratture costali o lesioni della gabbia toracica.
La comprensione del meccanismo di lesione dei tessuti molli è fondamentale per il miglioramento dei sistemi di protezione degli occupanti del veicolo dato che gli organi vitali contenuti dal torace sono prevalentemente composti proprio da questa tipologia di tessuti.
In passato, la ricerca ha condotto alla consapevolezza che le lesioni dei tessuti molli sono strettamente dipendenti dal tasso (rapidità) di deformazione del torace. Si è constatato che le lesioni polmonari e cardiache possono verificarsi in presenza di elevate velocità d’impatto, anche in assenza di evidenti deformazioni del torace. Ad esempio, le lesioni causate da un proiettile che impatta sul giubbotto antiproiettile, o da una palla da baseball che colpisce direttamente il torace, potrebbero non produrre evidenze visibili sul torace nonostante risultino essere potenzialmente lesive o mortali.
Il Criterio Viscoso (VC) è il valore massimo del prodotto, dipendente dal tempo, tra la velocità di deformazione (V) e la funzione di compressione istantanea (C):
D (t) è la flessione del torace in funzione del tempo
SZ è una dimensione prescritta (spessore totale del tronco iniziale per urti frontali o metà della larghezza del tronco per impatti laterali).
L’analisi dei dati provenienti da esperimenti su cadaveri umani dimostra che un impatto frontale che produce un valore VC di 1,3 m/s ha una probabilità del 50% di causare lesioni toraciche gravi (AIS ≥ 4). Un valore di 1 m/s può essere usato come valore di riferimento per la tolleranza umana in urto frontale al petto. I dettagli specifici possono essere trovati SAE J1727.
CRITERIO CTI
L’Indice Toracico Combinato (CTI) è una misura delle lesioni del torace ed è definito dalla combinazione della massima deformazione dello sterno e della massina accelerazione risultante sul torace, secondo la seguente formula:
Il valore critico dell’accelerazione del torace (Ac) è 90 g (per il 5%ile donna e 50% maschio) mentre dello schiacciamento dello sterno (Dc) è 103 mm. Il valore di riferimento del CTI è 1 e corrisponde ad un rischio AIS4+ del 6%
NOTE
* AIS è il metodo standard di classificazione del grado lesivo un segmento corporeo. Una lesione costale è AIS=1, due fratture AIS=2, tre o più fratture AIS=3. Lesioni al petto possono variare da AIS3 a AIS5
