Measuring deceleration shock in elite speed skydivers using wearable inertial sensors – A pilot study

In speed skydiving, athletes aim to achieve the highest possible terminal speed during free fall after exiting from an aircraft. Despite being the fastest non-motorised sport exceeding 500 km/h, scientific evidence on its biomechanical, orthopaedic, and physiological demands remains scarce. In particular, little is known about the magnitude of deceleration shock experienced by speed skydivers, although it is known to represent a major contributor to injury risk. The aim of this pilot study was to quantify deceleration shocks in elite speed skydivers during regular training, focusing on (1) the transition from accelerated free fall to flat-pose deceleration, (2) parachute deployment, and (3) landing. Three male elite speed skydivers from the German national team completed two training jumps each. They were instrumented with 6 triaxial inertial measurement units placed on their heads, lower arms, pelvis, and lower legs. Jumps were performed from an exit altitude of 4,010 m above ground level (AGL). After ∼2,300 m of free fall, the athletes transitioned to flat-pose deceleration at ∼1,700 m AGL, deployed their parachutes at ∼1,000 m AGL, and landed at 0 m AGL (∼590 m above mean sea level). Athletes reached a mean maximal terminal speed of 481.1 ± 13.3 km/h. Mean deceleration shock during flat-pose deceleration, parachute deployment, and landing ranged from 5.7 to 19.0 g across body segments, with the highest values observed in the lower legs during landing ( p < 0.016). Remarkably, peak head (6.9 ± 1.2 g ) and pelvic deceleration shocks (6.2 ± 0.6 g ) during flat-pose deceleration were comparable to those during parachute deployment (8.0 ± 2.0 g and 5.7 ± 1.6 g ), with head deceleration shocks during flat-pose deceleration and parachute deployment strongly exceeding their landing value ( p = 0.018, d = 1.396 and p < 0.001, d = 3.328, respectively). In contrast to conventional skydiving, speed skydiving involves a head-down accelerated streamline free fall, exposing the head, trunk, and extremities to substantial deceleration shock, particularly at its transition to flat-pose deceleration prior to parachute deployment. This important finding underscores the need for further research into the biomechanical aspects and orthopaedic risks associated with speed skydiving. Ziel des Speed-Skydivings ist es, nach dem Absprung aus einem Flugzeug die höchstmögliche Endgeschwindigkeit im freien Fall zu erreichen. Obwohl es sich um die schnellste nicht-motorisierte Sportart mit Geschwindigkeiten von über 500 km/h handelt, liegen bislang nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse über ihr biomechanisches, orthopädisches und physiologisches Anforderungsprofil vor. Insbesondere ist nur wenig über die Stärke des Bremsstoßes bekannt, dem Speed-Skydiver ausgesetzt sind, obwohl diesem bekanntermaßen hohe Relevanz hinsichtlich des Verletzungsrisikos zukommt. Das Ziel dieser Pilotstudie war es, die Spitzenbeschleunigungen bei Elite-Speed-Skydivern während des regulären Trainings experimentell zu messen, wobei der Schwerpunkt auf (1) dem Übergang vom beschleunigten freien Fall zur Bremshaltung, (2) der Fallschirmöffnung und (3) der Landung lag. Drei männliche Elite-Speed-Skydiver der deutschen Nationalmannschaft absolvierten jeweils zwei Trainingssprünge. Sie wurden mit sechs dreiachsigen Inertialsensoren ausgestattet, die an Kopf, Unterarmen, unterem Rücken und Unterschenkeln angebracht wurden. Die Sprünge wurden aus einer Absprunghöhe von 4.010 m über Grund (AGL) durchgeführt. Nach einem freien Fall von ∼2.300 m gingen die Athleten bei ∼1.700 m AGL in eine horizontale Körperhaltung zum Abbremsen über, öffneten anschließend den Fallschirm bei ∼1.000 m AGL und landeten bei 0 m AGL (∼590 m ü. NHN). Die Speed-Skydiver erreichten eine mittlere maximale Endgeschwindigkeit von 481,1 ± 13,3 km/h. Die mittleren Spitzen-Bremsstöße während der Abbremsvorgangs in horizontaler Körperhaltung, dem Öffnen des Fallschirms und der Landung lagen zwischen 5,7 und 19,0 g für die verschiedenen Körperteile, wobei die höchsten Werte während der Landung in den Unterschenkeln beobachtet wurden ( p < 0,016). Bemerkenswerterweise waren maximalen Verzögerungsschocks für Kopf (6,9 ± 1,2 g ) und Becken (6,2 ± 0,6 g ) während des Abbremsens in horizontaler Körperhaltung vergleichbar mit jenen während der Fallschirmöffnung (8,0 ± 2,0 g und 5,7 ± 1,6 g ), wobei der Kopf bei Abbremsung und Fallschirmöffnung sogar höheren Werten als bei der Landung ausgesetzt war ( p = 0,018, d = 1,396 bzw. p < 0,001, d = 3,328). Im Gegensatz zum klassischen Skydiving beinhaltet das Speed-Skydiving einen beschleunigten freien Fall in stromlinienförmiger Körperhaltung Kopf voran, wodurch Kopf, Rumpf und Extremitäten einem erheblichen Bremsstoß ausgesetzt sind, insbesondere beim Übergang zur Abbremsung in horizontaler Körperhaltung vor der Fallschirmöffnung. Dieses wichtige Pilotstudienergebnis belegt die Notwendigkeit weiterer Forschung zu den biomechanischen Aspekten und orthopädischen Risiken des Speed-Skydivings.