Pään sotilasvammautuminen

Olemme usein aiemminkin käsitelleet ballististen suojakypärien aiheuttamia päävammoja, mutta palaamme asiaan vielä kerran Tällä kertaa paneudumme päävammojen aiheuttajiin laajemmalti kuin pelkän lyöttymän kannalta tarkasteltuna.

Sotiminen Afganistanissa ja Irakissa ovat tuottaneet suuren määrän eri asteisista traumaattisia aivovammoja (TBI = Traumatic Brain Injury) sotilaille. Näitä vammoja kutsutaankin sotien ”signatuurivammoiksi”, sillä ne muodostavat suurimman yksittäisen vammakategorian.

Afganistanissa ja Irakissa traumaattisten aivovammojen pääasiallinen syy on ollut räjähdyksen aiheuttama paineaalto. Pään retkahduksessa syntyy harvoin ulkoisia vammoja, ellei paineaallon mukana tule projektiileja. Sisäisiä aivokudosvammoja voi sen sijaan syntyä, sillä aivot tärähtävät kallon sisäpintaa vasten. On hyvä tietää, että aivot eivät ainoastaan vammaudu iskukohdasta, vaan myös vastakkaiselta puolelta. Tätä kutsutaan ”coup & contrecoup” -vammautumiseksi.

Traumaattisen aivovamman saaneilla veteraaneilla on havaittu mm. mielialan vaihteluita, personallisuuden muutoksia, keskittymisvaikeuksia, normaalia suurempi itsemurhariski ja monia muita oireita. Lista on loputon ja lohduton.

Kuvassa MED-ENG:in valmistama pomminpurkupuku. EOD-kypärä eli kansanomaisesti pomminpurkukypärä estää tehokkaasti paineaallon tunkeutumista kypärän alle. (Bundeswehr-Fotos, Creative Commons Attribution 2.0 Generic license.)

Räjähdysvammautuminen


Räjähdysvammautumisesta löytyy todella paljon tieteellistä materiaalia, joita jokainen voi etsiä netistä mielenkiintonsa puitteissa.

Mainitaan kuitenkin eräs seikka, jota ihmiset harvemmin tulevat ajatelleeksi: räjähdyksen aiheuttaman paineaallon pyyhkäistessä ohi menee paineaalto myös kypärän alle ja voi tehdä siellä kovia tuhoja. Aalto nimittäin vahvistuu kypärän kuoren ja kallon välisessä vapaassa tilavuudessa. Suurin painekeskittymä tulee tyypillisesti hivenen otsalohkon yläpuolelle. Tarkka sijainti riippuu kypärän geometriasta: siitä, miten virtauksen poikkipinta-ala muuttuu paineaallon edetessä kohti takaraivoa.

Yksi keino välttää tämänkaltainen vammautumistilanne on käyttää visiiriä, joka esimerkiksi rynnäkkökypärissä tulee usein vakiona. Visiiri ohjaa paineaallon sotilaan pään ohitse. Visiiri myös suojaa silmiä ja kasvoja tehokkaasti suurelta paineelta, joka johtuu paineaallon heijastumisesta kasvoista takaisin tulosuuntaansa. Paras lääke pään suojaamiseksi paineaallolta ja sirpaleilta on tietenkin EOD-kypärä eli kansanomaisesti pomminpurkukypärä. Ne ovat tyypillisesti hermeettisesti suljettuja kasvoista. Moni on varmasti huomannut myös, että kaikissa tulevaisuuden kypäräkonstruktioissa kasvot saa kokonaan suojattua – näin esimerkiksi Yhdysvaltojen IHPS-kypärässä. Sodat ovat opettaneet, mutta se on vaatinut omat vammautuneet uhrinsa. Heillä ei varmasti ole aina kovin mukavaa.

Kerrotaan vielä Skotak & al. -tutkimusryhmän vuonna 2020 tekemästä kokeellisesta tutkimuksesta neljälle modernille ballistiselle polymeerikuitukomposiittikypärälle. Tutkimuksen kohteena oli paineaallon käyttäytyminen kypärän alla ja se oli ensimmäinen laatuaan koko maailmassa.

Tutkitut kypärät olivat ACH (Advanced Combat Helmet), Ops Core FAST ST, Crye Airframe ja ECH (Enhanced Combat Helmet). ACH-kypärässä käytetään huippuunsa vietyä Kevlar-tekniikkaa. Muut ovat polyeteenikuitupohjaisia. Kaikkien em. kypäriä omistavien kannattaa lukea artikkeli jo ihan mielenkiinnon vuoksi.

Tutkimuksen tulos ei ollut yllättävä. Yksikään kypärä ei kyennyt suojaamaan käyttäjäänsä paineaallolta. Eroja toki oli kypärien välillä kalloon kohdistuvassa huippupaineesta ja sen nousuajassa. Voima vs. aika -käyristä saatiin kokonaisimpulssi integroimalla käyrän alapuolinen pinta-ala. Paineaalto siis meni kaikkien kypärien alle ja vahvistui siellä.

Jos pidät päässäsi kypärää, jossa ei ole visiiriä tai se ei ole muuten kasvoista suljettu, vammautat pääsi paineaallossa pahemmin, kuin jos sinulla ei olisi kypärää laisinkaan. Kuulostaa järjenvastaiselta, mutta se on täyttä totta!

Kuva AR500 Militia -kypärää on murjottu lukuisilla eri kaliipereilla. Mikään muu
materiaali, kuin teräs, ei kestä kuvan kaltaista osumatiheyttä ja silti kypärä tuottaa alhaiset lyöttymäsyvyydet. (Lähde: Youtube.com kuvakaappaus, AR 500 Armor.)

Retkahdusvammat


Pään retkahdusvammojen minimoinnissa niskan jäykkyydellä on oma roolinsa. Joustava niska auttaa iskutilanteessa, joten rentoudesta on hyötyä. Retkahdusvamma voi syntyä vaikkapa paineaallon kohdistuessa päähän tai voimakkaasta kineettisestä iskusta kypärään. Tällöin aivot kolahtavat kalloon iskukohdassa ja vastakkaisella puolella. Kyseessä on siten coup & contrecoup -päävamma.

Suurin osa tutkijoista tiedemaailmassa katsoo, etteivät pistoolikaliiperiset osumat kypärään aiheuta retkahdusvammoja keskivertoihmiselle. Nyt puhun siis 9x19mm tai vastaavan tehoisista kaliipereista. Sen sijaan kiväärikaliiperisten aseiden kyky aiheuttaa retkahdusvammoja jakaa asiantuntijatahot. Tässä tietenkin oletetaan kypärän kuoren olevan niin jäykkä, että lyöttymä ei iske päähän. Muutoin lyöttymäkin aiheuttaisi vammoja.

En kuitenkaan ole nähnyt yhtään lisälevyllä varustettua polymeerikuitukomposiittikypärää ottamassa pysähtyvää kiväärin osumaa ilman, että lyöttymä ei olisi tappavaa tai vakavasti vammauttavaa luokkaa. Lisälevyjä voi hankkia, mutta eri kypärää hankkivien tahojen on syytä selvittää itse, millainen lyöttymä syntyy tositilanteessa. Aina ei kannata uskoa kaikkea myyjän tai valmistajan sanomaa.

Retkahdusvammaa koskeva dilemma voidaan summata siten, että kypärän valmistajat usein uskovat pysähtyvän kiväärikaliiperisen aseen tuottaman retkahduksen olevan sietokyvyn rajoissa. Tieteellisissä artikkeleissa biomekaanikot puhuvat toista kieltä. Kumpaakin väitettä voidaan tukea muhkealla määrällä materiaalia. Mitä itse haluat uskoa?

Henkilökohtaisesti arvioin tilanteen olevan seuraava: useat pistoolikaliiperit ja pienkaliiperiset rynnäkkökiväärin osumat eivät retkauta niskojasi nurin. Näillä luodeilla on liian vähän liikemäärää. 7,62x39mm kaliiperiset rynnäkkökiväärin osumat hieman etäämmältä ovat vielä sietokyvyn rajoissa, mutta 7,62x51mm NATO läheltä ja siitä ylöspäin on aivan liikaa.

Kuvassa on demonstroituna pään piiskaniskuretkahdusvamma. Ihmisen pää kestää enemmän eteenpäin (fleksio) kuin taaksepäin retkahdusta (extensio). Luodin osuessa päähän liikesuuntana on ekstensio. (BruceBlaus, Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International license.)

Lyöttymä


Se on päivänselvää, että eri materiaalit tekevät saman pysäytystyön eri lyöttymäsyvyyksillä. Materiaalit ovatkin avainasemassa kypärää valittaessa.

Olemme puhuneet aikaisemmissa artikkeleissa kyllästymiseen asti siitä, että kypärän lyöttymä ballistisen iskun aikana ei saa ulottua päähän. Liiallinen lyöttymä on pääasiallinen päävammojen aiheuttaja kineettisessä iskussa. Nyt kysytäänkin, onko mahdollisimman alhainen lyöttymätaso aina paras vaihtoehto.

Oletetaan, että meillä on kaksi samanpainoista ja -kokoista kypärää, ainoana eronaan toisen kypärän jäykempi ballistinen kuori. Kypärien pysäyttäessä saman projektiilin muodostuu vähemmän jäykän kypärän lyöttymästä suurempi, mutta se ei kuitenkaan kosketa päätä. Kumpi kypäristä on turvallisempi käyttäjälle? Kontaktivammoja ei tule kummassakaan tapauksessa, mutta jäykkä kypärä tekee pysäytystyön lyhyemmässä ajassa. Tämä tarkoittaa sitä, että pää kokee jäykällä kypärällä suuremman kiihtyvyyden. Toisin sanoen aivoihin kohdistuu suurempi voima niiden puristuessa kohti kallon sisäpintaa.

Teräskypärät tekevät pysäytystyön alhaisimmalla mahdollisella lyöttymäsyvyydellä, joten ne ovat kontaktivammojen suhteen turvallisin valinta. Aivojen retkahduksen suhteen teräskypärä ei ole teoriassa se paras valinta, kun päähän kohdistuu voimakas isku. Luoti pysähtyy kuin seinään ja aivot kokevat suuren kiihtyvyyden.

Täytyy myös muistaa, miten luoti käyttäytyy eri materiaaleista valmistettujen kypärien pinnassa. Siinä missä komposiitti sitoo luodin lähes täysin ballistisen kuoren sisään, hajottaa teräs luodin säteittäisesti. Teräs siis siirtää osan luodin alkuperäisestä liikemäärästä sivuille, siinä missä komposiitti imee itseensä lähes iskua edeltävän liikemäärän. Tämä tasoittaa tilannetta.

Entäpä teräs vs. titaani kamppailu? Tehdään vertailu samanpainoisten teräs- ja titaanikypärän kesken. Titaanikypärän ballistinen kuori lyöttyy lähemmäksi kalloa, mutta pistoolikaliiperisten aseiden tapauksessa lyöttymä ei osu päähän. Teräksellä lyöttymätasot ovat pääsääntöisesti alhaisemmat ja luoti pysähtyy nopeammin. Tässä ominaisuudessa titaani vetää pidemmän korren aiheuttaessaan päälle alhaisemman kiihtyvyyden. Molemmat materiaalit luoteja torjuessaan sirpaloittavat niitä säteittäisesti titaanin antaessa usein myös kimmokkeita.

Ballistisen suojakypärän kanssa tulee kiinnittää huomiota hyvään pehmusteratkaisuun. Modernit pehmusteet ovat vastukseltaan differentiaalisia eli iskupinnalta kovia pehmeten päätä kohden. Pehmusteet ovat lyöttymän minimoinnissa avainasemassa ennen kaikkea polyeteenikypärien tapauksessa. Polyeteenikuitu on Kevlariin eli para-aramidikuituihin nähden massatehokkaampi ballistinen suojamateriaali, mutta polyeteenikypärien rakenteellinen jäykkyys on alhaisempi. Lyöttymät kasvavat teoriassa Kevlariin nähden, mutta tämä on hoidettu erinomaisilla pehmusteratkaisuilla.

Moderni ballistinen kypärä


Modernilla ballistisella kypärällä halutaan suojata käyttäjä laaja-alaisesti. Parhaimmillaan yksi kypärä toimii kineettisiä- ja räjähdysuhkia vastaan. Sama kypärä voi myös tarjota erinomaisen iskusuojauksen (”blunt impact protection”). Tämän kaltaisessa kypärässä joudutaan kuitenkin aina päätymään kompromissiratkaisuun edellä mainittuja tilanteita vastaan. Tiettyyn tehtävään erikoistunut kypärä on toki aina paras. Ei ole helppoa suunnitella modernia ballistista kypärää etenkään, kun se ei saisi painaa kohtuuttomuuksia.

Ihmisen pää on herkimmin vammautuva ruumiinosa ja päävammojen ennustettavuus vaikeaa. Kolauksen ei tarvitse olla kova aiheuttaakseen vammoja. Pelkkä lievä aivotärähdyskin voi koitua tarkistamattomana kuolemaksi. Tämä tosin on harvinaista – onneksi!

Näin lopuksi voimme kertoa että, tulemme ampumaan SSSh-94 Sfera-S-kypärää .44 Magnumilla aivan lähiaikoina ja raportoimme teille siitä. Tämän olemme jo luvanneet. Lisäksi kuritamme samalla kerralla vielä laajalti käytössä olevaa Kevlar-tekniikan huippua eli USA:n ACH-kypärää (”Advanced Combat Helmet).

Lisää tärkeää kypäriin ja ballistisiin suojiin liittyvää asiaa voit lukea tilaamalla Suomen Sotilas -lehden suoraan kotiisi!

Teksti: Jukka Janhunen

Tilaa Suomen Sotilas (link here)