Чи є легші та кращі думки про взаємозв’язок між вагою та функцією пристрою
Більшість протезистів сходяться на думці, що протезні пристрої повинні бути якомога легшими, включаючи найбезпечніші, найефективніші та найбільш функціональні компоненти. Сучасні гомілковостопні компоненти можуть пристосовуватися до змін нахилу, полегшуючи ходьбу по пандусах або інших нерівних поверхнях і дозволяючи носити ширший діапазон висот каблука взуття. Ці компоненти можуть містити гідравлічні блоки, мікропроцесори та приводи, що генерують силу, і на 100-250 відсотків важчі за легкі, пасивні ніжки пружної реакції. Наприклад, ступня Össur Vari-Flex® важить 700 г, а ступня BiOM® більше 2000 г.
Який взаємозв'язок між функцією компонента та вагою, і в який момент "важче" стає "занадто важким?" Чи може додаткова вага вдосконаленого компонента впливати згубно? Перехід від легких, що повертають енергію гомілковостопних протезних компонентів до значно важчих гідравлічних або силових версій вимагає подальшої оцінки.
Чому протезова хода вимагає більше енергії?
Характеристики інерції та взаємозв'язок витрат енергії неясні
Більшість протезованих кінцівок мають набагато меншу вагу, ніж анатомічні кінцівки, які вони замінили. Типова транстибіальна протезна кінцівка може важити від 0,5 до 2 кг, тоді як кінцівка, яку вона замінює, могла б бути ближчою до 4 кг для чоловіка 70 кг. 6 Незважаючи на припущення практикуючих щодо ваги протеза, експериментальні дослідження не змогли зібрати достатньо доказів, щоб зробити тверді висновки про вплив збільшеної маси протезу на метаболічну вартість енергії для ходи ампутації. Гейлі та ін. не виявили кореляції між енергетичною вартістю та масою протезу для протезних мас від 2 до 2,7 кг. 2 Янс і Бах повідомили, що енергетичні витрати не змінювались, коли до протезів односторонніх транстібіальних ампутацій додавали маси менше 1,125 кг. 7
З іншого боку, Mattes et al. і Сміт та Мартін досліджували вартість енергії та симетрію ходи, одночасно збігаючи масу та момент інерції кінцівки протеза з цілою стороною, додаючи між 0,85 кг та 2,6 кг. 8,9 Ці дослідження показали, що витрати на енергію та асиметрія ходи зростають із збільшенням маси. Сміт і Мартін додали навантаження в декількох місцях на протезі кінцівки і виявили, що на енергетичні витрати та симетрію найбільше негативно впливає, коли навантаження розміщується дистально, біля щиколотки. 9 Цей загальний результат серед досліджень, що вимірюють вплив доданої маси, підтверджує дослідження Лемана, яке також виявило, що дистально додана маса негативно впливає на вартість метаболічної енергії. 10 Сміт та Мартін у своїх дослідженнях прокоментували, що слід уникати збільшення маси протеза дистально, якщо ампутаваний не має інших переваг. Цей висновок орієнтований на новішу технологію протезування гомілковостопного суглоба, яка прагне вбудувати двигуни на протезну кісточку. 9
Гідравлічні щиколотки важчі. Але, можливо, це нормально
В даний час лише декілька виробників пропонують кісточки, керовані мікропроцесором: це два приклади Össur PROPRIO FOOT® та ногою ногою Endolite. Ці ноги важать від 1 до 1,5 кг, що на 50-100 відсотків більше, ніж еквівалентна пасивна стопа, що зберігає енергію, відповідна пацієнту. Хоча двигуни в цих щиколотках контролюють дію гідравлічних агрегатів, які збільшують і зменшують швидкість стиснення залежно від потреб користувача в режимі реального часу, ці пристрої не містять приводів для активного плантарфлексу щиколотки в кінцевій стійці.
Експериментальні дослідження та анекдотичні повідомлення демонструють позитивне сприйняття деяких особливостей цих стоп. Портной та його колеги дійшли висновку, що використання гідравлічної кісточки зменшує внутрішнє напруження розетки, що може захистити дистальний кінець залишкової кінцівки від травм, пов’язаних з тиском. 11 Де Аша та ін. встановлено, що використання мікропроцесорної керованої гідравлічної стопи збільшує самостійно підібрану швидкість ходьби та забезпечує більш плавний перенос ваги на протезну кінцівку. 12 У кількох інших дослідженнях обговорювались переваги ходьби вгору та вниз по пандусах та сходах з гідравлічним регулюванням тильного згинання та підошовного згинання. 13
Дослідження також задокументували переваги для цілої сторони, які включають меншу силу удару через коліна, стегна та хребет. 14 Також було задокументовано, що активне тильне згинання пальця під час маху збільшує дорожній просвіт, роблячи стопу безпечнішою для користувачів, які мають ризик падіння. 15 Експериментальні дані щодо метаболічної вартості енергії амбулації з цими пристроями недоступні в опублікованій літературі. Ендоліт повідомив у своєму власному дослідженні, проведеному Мозером та співавт., Що "порівняно із звичайними протезами повернення енергії, результати, отримані на рівні, вгору, вниз, нагорі та внизу, показали, що нова гідравлічно допоміжна стопа пропонує ампутованим можливість ходити з до 8,5 відсотків менших зусиль ". 16 Це дослідження ще не публікувалось у рецензованому науковому журналі.
Потужна щиколотка дійсно важка!
Енергетичний протез гомілковостопного суглоба, який спочатку був розроблений доктором наук Х'ю Герром та його дослідницькою групою з біомехатроніки в Медіа-лабораторії Массачусетського технологічного інституту (MIT), Кембридж, здатний імітувати деяку динаміку анатомічної щиколотки; зараз він комерційно доступний під назвою BiOM. Ця стопа використовує традиційну вуглецеву лапку у формі J у основи та односпрямований привід гвинтового типу, який замінює дію гастрокосолевого комплексу. Ця стопа була розроблена відповідно до інерційних характеристик відсутньої анатомії; він важить 2 кг.
Як обговорювалося, протезна маса такої величини негативно впливає на енергетичні витрати. 8 Однак Герр та Грабовський продемонстрували, що метаболічна вартість енергії для користувачів цієї стопи зменшилася на 8-12 відсотків, а потреба в енергії пропорційно зменшилась із збільшенням швидкості ходьби. 17 Вони також зазначили, що бажана швидкість ходьби є такою ж, як і для працездатних суб'єктів, а також покращена тимчасова та просторова симетрія. Це вказує на те, що енергетична щиколотка забезпечує більше метаболічних переваг, ніж енергетичні витрати, пов'язані зі збільшенням маси.
Розробники енергетичного щиколотки сподіваються побачити, як енергетична вартість амбулації серед тих, хто має ампутації, насправді зменшиться до точки нижче, ніж вимоги працездатних людей. 17 Вони припускають, що, оскільки акумулятор і двигун виконують певну роботу з руху, тоді метаболічний попит повинен бути меншим, тому для ходьби потрібно менше енергії. Вони вказують на відсутність жорсткого зв’язку між залишковою кінцівкою та розеткою як місця, де механічна енергія може втрачатися в легших, пасивних ногах.