BMI és a felsőtest súlyos sérülésének kockázata a gépjárművek összeomlása után: a valós és a számítógéppel szimulált megfigyelések összhangja

Affiliation Injury Research Center, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, Wisconsin, Amerikai Egyesült Államok, Injury Control Research Center, valamint Elhízás és Testösszetétel Kutatóközpont, Zhejiang University Közegészségügyi Iskola, Hangzhou, Kína

Gépészmérnöki tagozat, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama, Amerikai Egyesült Államok

Társadalmi sérülések kutatóközpontja, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, Wisconsin, Amerikai Egyesült Államok

Gépészmérnöki tagozat, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama, Amerikai Egyesült Államok

Hovatartozás Népegészségügyi Minisztérium, Biostatisztikai Osztály, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, Wisconsin, Amerikai Egyesült Államok

Affiliation Injury Research Center, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, Wisconsin, Amerikai Egyesült Államok, Idegsebészeti Idegtudományi Labor, Wisconsini Orvosi Főiskola, Milwaukee, Wisconsin, Amerikai Egyesült Államok

Társadalmi elhízás-kutatóközpont, St. Luke's Roosevelt Kórház és Humán Táplálkozási Intézet, Columbia Egyetemi Orvosok és Sebészek Főiskolája, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok

Társulási Központ tudományos ügyekért, Merck & Co., Rahway, New Jersey, Amerikai Egyesült Államok

Biostatisztika, Táplálkozás és Elhízás Kutatóközpont, Alabamai Egyetem, Birmingham, Alabama, Amerikai Egyesült Államok

Shankuan Zhu,
Jong-Eun Kim,
Xiaoguang Ma,
Alan Shih,
Purushottam W. Laud,
Frank Pintar,
Wei Shen,
Steven B. Heymsfield,
David B. Allison

Ábrák

Absztrakt

Háttér

A férfiak általában nagyobb testtömeggel és zsírral rendelkeznek, mint a nők, ez egy olyan fizikai jellemző, amely hajlamosíthatja őket súlyos gépjármű-baleset (MVC) sérülésekre, különösen bizonyos testrégiókban. Ez a tanulmány megvizsgálta az MVC-vel kapcsolatos regionális testkárosodást és annak összefüggését a járművezetők elhízásának jelenlétével mind valós adatok, mind számítógépes összeomlásszimuláció segítségével.

Módszerek és eredmények

A valós adatok a 2001-től 2005-ig terjedő Nemzeti Autóipari Mintavételi Rendszer Crashworthiness Data System-jére vonatkoztak. Összesen 10 941, 18 éven felüli vagy annál idősebb járművezető vehetett részt a frontális ütközéses balesetekben. Nemspecifikus logisztikai regressziós modelleket dolgoztak ki az MVC sérülés és a vezető elhízás jelenléte közötti összefüggések elemzésére. A valós adatokból származó megállapítások megerősítése érdekében elhízott személyek számítógépes modelljeit konstruálták és összeomlásszimulációkat hajtottak végre. A valós adatok szerint az elhízott férfiaknál lényegesen nagyobb volt a sérülés, különösen a súlyos sérülés kockázata a felsőtest régióiban, beleértve a fejet, az arcot, a mellkast és a gerincet, mint a normál testsúlyú férfiaknál (mind p 2). A magas BMI-tartományban a férfiak nagyobb valószínűséggel súlyosan megsérültek, mint a nők minden testrégióban, kivéve a végtagokat és a hasi régiót (mindegyik p 2) kevesebb, mint 17,3 (n = 111) vagy nagyobb, mint 46,0 (n = 111) - azokat a pontokat, amelyek hozzávetőlegesen megegyeztek az adatbázisban szereplő BMI-eloszlás 1. és 99. percentilisével - kizártuk, hogy elkerüljük a potenciális torzítást, amelyet mérési vagy bemeneti hibák okozhattak. Ezért összesen 10 941 személy vett részt az elemzésben, akik közül 61,4% férfi és 38,6% nő volt.

Az eredmény meghatározása.

Az elsődleges eredményváltozó a járművezetők regionális testkárosodása volt, amelyet a sérülések súlyosságának értékelésére a legelterjedtebben használt anatómiai skála, az AIS rövidített sérülési skála (AIS) alkalmazásával mértek. A testrészek közé tartozott a fej, az arc, a mellkas, a has, a gerinc, a felső végtagok és az alsó végtagok. Regionális testsérülésként az AIS-t 0-ként határozták meg az értékelt testrészek bármelyikében, míg súlyos regionális testsérülést AIS-ként 2-esként definiáltak [10].

Statisztikai analízis.

Két logisztikai regressziós modellt fejlesztettek ki: (1) az összes alany modellje, amely az összes alanyot magába foglalta, és (2) a sebességváltozás modellje (ΔV modell), amely információkat tartalmazott a baleset során bekövetkezett sebesség változásáról (ΔV, km/h). Az alanyok körülbelül 44% -ának nem volt ΔV információja a NASS CDS adatkészleteiben. A ΔV-értéket az NHTSA a NASS adatgyűjtési folyamatának részeként mérte meg egy számítógépes program (WinSMASH, National Highway Traffic Safety Administration, Washington [DC]) segítségével, amely rekonstruálja a járművek közötti egyetlen 2-D ütközést vagy a járműről a másikra. nagy tárgyas ütközés, amely a sorompó ütközésére hasonlít [8]. Összehasonlítottuk a ΔV információval rendelkező és anélküli alanyok jellemzőit. Ezenkívül megvizsgáltuk a BMI és a regionális testsérülések közötti összefüggéseket a ΔV információval rendelkező és anélküli alanyok között, a BMI és a ΔV csoport indikátor közötti interakciós feltételek tesztelésével, ugyanazon logisztikai regressziós modell segítségével.

Országosan reprezentatív becslések előállításához minden elemzésbe beletartoztak a mintavételi súlyok. A súlyozott átlagokat, százalékokat, esélyek arányokat (OR) és a standard hibákat (SE) a Stata szoftver (10.0 verzió, Stata Corp.) használatával számítottuk ki a NASS CDS komplex mintavételi tervezéséhez. A statisztikai szignifikanciát az emberi szubkután zsírszövet p 3) [15] -énél állítottuk be, majd integráltuk a standard MADYMO dummy modellekbe az elhízott utasok ábrázolására. A BMI növekedésével nőttek a végtagok inerciális paraméterei és méretei.

A standard és az elhízott próbabábu modelleket validálták a szánvizsgálatok sorozatából a postmortem emberi helyettesítőkkel (PMHS) [16]. Öt nem elhízott hím (átlagmagasság 1,77 m, súly 63,5 kg, BMI 20,3) és három elhízott alany (átlagmagasság 1,79 m, súly 128,0 kg, BMI 40,1) átlagolt vizsgálati adatait használtuk a standard hím (BMI 25) validálásához, elhízott férfi (BMI 35) próbabábu modellek, ill. A próbabábu modelleket a hátsó ülésen erőkorlátozó, előfeszítő biztonsági öv rendszerrel helyezték el. A PMHS tesztekben alkalmazott visszatartó rendszer és ütközési impulzus sajátosságait a MADYMO modellszimulációban megismételték a kinematika és a pályák összehasonlítása érdekében.

A modellek validálása után megvizsgálták őket a járművezetők sérülésének kockázatával frontális balesetek során. Az utasbiztonsági rendszer alapkonfigurációja (a továbbiakban: 1. eset) a következő. A biztonsági övet csat és övvisszahúzó előfeszítőkkel, valamint 4 kN maximális erővel rendelkező terheléskorlátozóval látták el. A teljes merev frontális akadály ütközéséből adódó ütközési lassulási impulzust (ΔV = 56 km/h) [17] és az irodalom alapján tömegáramot alkalmaztak a légzsák kioldásához [18]. A biztonsági öv hevederének megnyúlását 10% -ra állítottuk 10 kN erővel. Esettanulmányokat végeztek a különféle utasbiztonsági rendszerek és ütközési impulzusok figyelembevételére.

2. eset: előfeszítők és terheléskorlátozó nem voltak felszerelve.

3. eset: A légzsák tömegárama kb. 20% -kal csökkent.

4. eset: A kormánykerék szöge 10 fokkal lefelé dőlt.

5. eset: Az ütközés lassulási impulzusát 1,2-szeresére növelték.

A MADYMO szimulációs eredményekből a következő négy regionális testsérülést mérték. A fejsérülés kritériuma (HIC) a fejsérülés valószínűségének mértéke, amely a próbabábu fejének súlypontjában lévő gyorsuláson alapul. A Nij elnevezésű nyaki sérülési kritérium kritikus határokat javasol a nyak mind a négy lehetséges módjának: feszültség vagy összenyomás kombinálva hajlítással (előre) vagy meghosszabbítással (hátra) hajlító nyomatékkal. A mellkasi sérülés kritériumaihoz a mellkas gyorsulását és a mellkas elhajlását alkalmazzák. Az alsó végtagi kritérium (LEC) a combcsont terhelésének mértéke a lábsérülés toleranciája szempontjából. Ezen sérülési kritériumok részletei megtalálhatók az irodalomban [19]. Az arcra, a gerincre, a hasra és a felső végtagra vonatkozóan nem határoztak meg kritériumokat.

Eredmények

A járművezetők jellemzői, a balesetek és a balesetek környezete nemek szerint az 1. táblázatban található. A férfi vezetők átlagos BMI-je átlagosan magasabb volt, mint a női vezetőké. A női vezetők nagyobb része, mint a férfi vezetők, személygépkocsikat vezettek, biztonsági öveket viseltek, és olyan járművekben voltak, amelyekben légzsák volt. A női sofőrök is viszonylag újabb autókat vezettek. A férfi sofőrök a baleset során nagyobb járműtömegű és ΔV járműveket vezettek, és nagyobb valószínűséggel érintettek alkoholfogyasztással, kilökéssel és borulással járó balesetekben. A férfi sofőröknél is nagyobb valószínűséggel történt egy járművel való ütközés, mint a női sofőröknél. Több férfi sofőrnek volt MVC-je a 80–105 km/h sebességkorlátozású utakon, míg a női vezetőknél a 48–80 km/h sebességkorlátozású utakon esett össze. Ezenkívül a férfi sofőrök éjszaka gyakrabban vettek részt az MVC-kben, mint a női sofőrök.

A fej, az arc és a has sérüléseit leszámítva a mellkas, a gerinc, valamint a felső és alsó végtagok sérülésének százalékos aránya (sérült és nem sérült) magasabb volt a nőknél, mint a férfiaknál. A súlyos sérülések (súlyosan sérültek és nem súlyosan megsérültek) százalékos aránya azonban a testüreg, a has és a felső végtag kivételével az összes testrészben nagyobb volt a férfiaknál, mint a nőknél. A 2. táblázat mutatja a BMI logisztikai regressziójából (BMI és BMI 2) levezetett együtthatókat az egyes regionális testsérülésekre, a két eredmény mindegyikével mérve: sérült és nem sérült (bal) és súlyosan sérült, és nem súlyosan sérült (jobb), az összes alany modellben (felső) és a ΔV modellben (alsó). Az összes alany modelljében a nemek közötti különbség csak az alsó végtagok sérüléseinél volt jelen a sérülteknél a nem sérült kimenetelnél. A ΔV modellben az arc, a mellkas és a has regionális testsérülései jelentősen különböztek a sérült férfi és női vezetőktől a nem sérült kimenetelnél, valamint a fej, a mellkas és a gerinc regionális testsérülései jelentősen különböztek a a súlyosan sérült és a súlyosan nem sérült eredmény.

A BMI kontinuum ΔV modelljében a logisztikus regresszióból kapott kiigazított OR-okat fej-, arc-, mellkas- és gerincsérülések esetén az 1. ábra mutatja. A has, felső végtag és alsó végtagok kiigazított OR-jait a 2. ábra mutatja. A nem elhízott férfi vezetőkhöz képest az elhízott férfi vezetőknél nagyobb volt a sérülés és a fej, a mellkas és a gerinc súlyos sérülésének kockázata. A férfi vezetőknél nagyobb volt a kockázata annak, hogy a fej, a mellkas és a gerinc megsérült mindkét eredmény esetében, sérült és nem sérült és súlyosan sérült, és nem sérült meg súlyosan, mint a női vezetők. Ezenkívül U-alakú összefüggést találtak a BMI és a hasi régió súlyos sérülései között mind a férfi, mind a női járművezetők esetében.

ΔV modell, csak frontális ütközés, n = 3491 (férfi modell, súlyozott méret: 1 522 221), n = 2440 (női modell, súlyozott méret: 1 142 701) és n = 5931 (összesített modell, súlyozott méret: 2 664 922).

A járművezetők körülbelül 44% -ánál hiányoztak a ΔV-adatok. A járművezetők életkora, BMI-je és a faji etnikumok aránya nem különbözött szignifikánsan azoktól a csoportoktól, amelyeknél rendelkezésre állt ΔV vagy sem. A ΔV csoportba tartozó alanyok nagyobb arányban sérültek a mellkasban, a gerincben, valamint a felső és az alsó végtagokban, az alanyok kisebb része pedig a gerincben sérült meg súlyosan. A ΔV csoport és a BMI (vagy a BMI és a BMI 2) közötti interakciós kifejezések nem voltak szignifikánsak, kivéve a sérültek hasi és felső végtagi sérüléseit, szemben a nem sérült kimenetelével, valamint a súlyos sérüléssel járó, illetve a súlyosan meg nem sérült kimenetelű arcsérüléseket.

A 3. ábra bemutatja a modell és a hím és nő modellszimulációiban alkalmazott standard és elhízott próbabábukat. Az összes hím bábu magassága megegyezik 1,77 m-rel. A férfi próbabábuk súlya 78,4, 92,7 és 110,0 kg a BMI 25, 30 és 35 modellek esetében. A törzs szubkután zsírszövetének tömege a BMI 30 modellnél 9,4 kg, a BMI 35 modellnél pedig 13,5 kg volt. Valamennyi nőstény próbabábu magassága 1,52 m. A női bábuk súlya 49,3, 69,4 és 80,8 kg a BMI 22, 30 és 35 modelleknél. A törzs szubkután zsírszövetének tömege a BMI 30 modellnél 14,3 kg, a BMI 35 modellnél 17,2 kg volt.

A 4. ábra a modell validációs vizsgálat eredményét mutatja. A standard és elhízott próbabábuk test kinematikája összhangban volt a PMHS alanyokéval. Annak ellenére, hogy az elhízott próbabábu testtúrája az előrejelzések szerint kisebb volt, mint a PMHS alanyoké, a próbabábu könnyebb súlya (110 kg) miatt, mint a kísérletben használt alanyok (átlagos súlya 128 kg), a megnövekedett az elhízott személyek csípő kirándulását jól megjósolhatták a modellszimuláció során. A váll és a csípő excurziójának aránya elhízott alanyok esetében 1,12 (szimuláció) és 1,23 ± 0,37 (kísérlet), nem elhízott személyek esetében 1,82 (szimuláció) és 2,05 ± 0,80 (kísérlet).

Az S1 és S2 videók a modellszimuláció animált eredményei, amelyek összehasonlítják a standard és az elhízott próbabábuk (BMI 35) kinematikáját frontális ütközés során (1. eset) a férfiak és a nők esetében. A szimulációs eredmények alapján a regionális testsérülések (fejsérülési kritérium [HIC], nyaki sérülési kritérium [Nij], a mellkas és az alsó végtag kritérium [LEC]), amelyek a mechanikai válaszokon (regionális gyorsulás, erő, pillanat, A 3. ábrán látható hat különböző próbabábu eltérítését) mértük minden szimulációs esetre (összesen öt eset). Az 5–9. Ábrák a sérülés mértékének változásait mutatják a BMI növekedésével a fej, a nyak, a mellkas (mellkas gyorsulás és elhajlás), illetve az alsó végtag esetében. Az eredmények alapján az elhízott hímeknél sokkal nagyobb a sérülés kockázata (különösen a fej, a mellkas gyorsulása, a mellkas elhajlása és az alsó végtagok), mint a szokásos hím. Eközben az elhízott nőstényeknél a normál nőstényhez képest sokkal megnövekedett (mellkasgyorsulás), kissé megnövekedett (fej és alsó végtag) vagy csökkent (nyaki és mellkasi elhajlás) sérülés kockázata.

Az érzékenységi elemzés eredményei szerint egyetlen tényező sem mutatott szignifikáns hatást a modellekre, kivéve a ΔV-t; tanulmányunkban azonban külön elemeztük a rendelkezésre álló ΔV-vel történt összeomlásokat. Az övezett és öv nélküli vezetőkre vonatkozó eredményeket külön számoltuk, és összehasonlítottuk az összes járművezető eredményével. Az övezett és a biztonsági öv nélküli járművezetők egyaránt nagyon hasonló sérülési mintákat mutattak, mindkettő kombinált eredményeivel, különösen a felsőtest régiók esetében, minden sikeresen becsülhető eredménymodellben (112 modellből 101). A másik 11 esetben (például súlyos arcsérülés a nők összes modelljében, súlyos felső végtagi sérülés az ΔV modellekben mindkét nem esetében) a minta mérete egyes kovariáns kombinációkban nem volt elegendő a modellek becsléséhez. Tekintettel erre az erőteljes érzékenység-elemzési tapasztalatra, beszámoltunk olyan kombinált elemzések eredményeiről, amelyek minden modellnél megőrzik a biztonsági öv használatát mint indikátort.

Vita

Ez a tanulmány mind a valós, mind a számítógépes összeomlásszimulációs adatokat felhasználva megvizsgálta az MVC-k sérülési mintázatát, a BMI és a regionális testsérülések közötti összefüggéseket, valamint ezeknek az összefüggéseknek a nemek szerinti különbségeit. A valós adatok alapján azt tapasztaltuk, hogy az elhízott férfi járművezetőknél lényegesen nagyobb a sérülés, különösen a súlyos sérülés kockázata a fej, az arc, a mellkas és a gerinc felsőtest régióiban. Az elhízott női vezetők ezzel szemben kissé megnövelik a mellkas, a has és az alsó végtagok sérülésének kockázatát, de csökkent az arc sérülésének kockázata. Ezenkívül U-alakú összefüggést találtunk a BMI és a hasi test régiójában bekövetkezett súlyos sérülés között mind a férfiak, mind a nők esetében. A BMI, valamint a sérülés és a súlyos sérülés kockázata közötti összefüggésben a nem, a fej, a mellkas és a gerinc közötti különbséget találták. A magas BMI-tartományban a férfi vezetők nagyobb valószínűséggel súlyosan megsérültek, mint a női vezetők minden testrészben, a végtagok és a hasi régió kivételével. A számítógépes szimulációs összeomlási teszt eredményei megerősítették a valós megfigyelések eredményeit, amelyek azt mutatják, hogy az elhízott férfiaknál magasabb volt a felsőtest sérülésének kockázata, mint a nem elhízott férfiaknál.

Az elhízott férfiak és az elhízott nők egyaránt fokozták a hasi sérülés kockázatát ebben a tanulmányban, ami ellentétben áll a korábbi vizsgálatok eredményeivel [21], [22], [24]. A súlyos hasi sérülés kockázatának szempontjából azonban a jelenlegi eredmények megerősítik azokat a korábbi eredményeket, amelyek túlsúlyosak (25≤BMI 2) [22]. Ezek az utastér-kialakítások nem biztos, hogy optimálisak azoknál a járművezetőknél, akiknek testmérete és alakja jelentősen eltér a szabvány specifikációitól, és hozzájárulhat a magas BMI-tartományban lévő személyek fokozott sérülési kockázatához [31], [32].

A szocioökonómiai státuszt (SES) az elhízáshoz társították, így az elhízott és nem elhízott emberek közötti balesetek és sérülések súlyosságának eltérő mintázata a SES egyenlőtlenségéből fakadhat. Ebben a tanulmányban számos, a SES-hez kapcsolódó változót korrigáltunk, mint például a faj/etnikai hovatartozás, a jármű kora, a jármű típusa és a jármű saját tömege. A legtöbb SES-változó, például az oktatás, a jövedelem és a foglalkozás azonban nem áll rendelkezésre a NASS CDS adatbázisban. A jelenlegi tanulmányban a nemek közötti különbséget a férfiak és nők közötti regionális testsérülés mintázatára találták. A SES-nek hasonló hatást kell gyakorolnia mindkét nem sérülési mintázatára a járművel kapcsolatos változók ellenőrzése után, így a test regionális sérülésének ez a nemi különbsége nem magyarázható a lehetséges SES egyenlőtlenséggel. Számos korábbi tanulmány kimutatta a SES szerepét az MVC-k súlyosságában [33] - [35]. A tanulmány elemzései során az MVC-k súlyosságához kapcsolódó változókat, például a sebesség változását (ΔV) és az ütközés típusát korrigálták; az elhízott emberek azonban még a balesetek súlyosságának ellenőrzése során is súlyosabb kimenetelűek voltak.