At skrue op for effektindstillingen kan hjælpe nogle, der bruger proteser

Amputerede, der bruger drevne anklerproteser, kan muligvis undgå de energimæssige omkostninger, der typisk er forbundet med proteser, ved at skrue op for den kraft, som deres enheder leverer.

En UCF ingeniørprofessor har for nylig offentliggjort en undersøgelse i Videnskabelige rapporter der viser, at mennesker med transtibiale amputationer - tab af et lem under knæet - kan forbedre deres gangevne, hvis de ændrer effektindstillingen på deres enheder. Hwan Choi, som modtog sin doktorgrad i ingeniørvidenskab fra University of Washington, er adjunkt i UCF-afdelingen for Mechanical and Aerospace Engineering.

Ifølge en undersøgelse foretaget af National Institutes of Health, cirka 185, 000 amputationer forekommer i USA hvert år, og 49-95 % af de amputerede i underekstremiteterne bruger angiveligt en protese. De fleste af dem på markedet er passive proteser. Gennemsnitlig, amputerede bruger op til 30 % mere energi end uhæmmede personer, når de udfører opgaver som at gå. Dette kan skyldes, at de fleste ankelproteser er passiv-elastiske, hvilket betyder, at de kan lagre og frigive energi, når de kommer i kontakt med jorden, men er ude af stand til at udføre positivt netto ankelarbejde, der tillader muskelafkortende sammentrækninger. Faktisk, disse proteser er kun i stand til at yde en ottendedel af kraften i de intakte gastrocnemius- og soleus-muskler, nøglemusklerne, der støtter og driver kroppen under gang.

Da passive proteser øger det energiske krav til brugeren, individer kan blive nødt til at kompensere ved at øge muskelanstrengelsen i det resterende eller intakte lem. Eldrevne ankelproteser, på den anden side, bruge aktuatorer til at reducere de øgede metaboliske omkostninger på amputerede ved at levere positivt arbejde. BiOM (nu kendt som EMPOWER), den eneste kommercielt tilgængelige ankelprotese, bruger et visuelt display, der giver brugeren mulighed for at justere strømindstillingen på enheden. Ideelt set de ville vælge en effektindstilling mellem 0% og 100%, der bedst svarer til en sund ankel ved brugerens foretrukne ganghastighed. Men spørgsmålet står tilbage:hvor meget kraft skal protesen give?

For lidt strøm og de kan opleve de samme metaboliske omkostninger som dem, der bruger passive proteser, men for meget, og de kan opleve problemer som knæhyperfleksion og øget energioptagelse i knæet, der kan øge brugerens metaboliske omkostninger.

Choi, sammen med medforfatterne Kimberly Ingrahm, David Remy, Emily Gardinier, og Deanna Gates fra University of Michigan, testede ti personer med transtibiale amputationer. De målte de metaboliske omkostninger ved transport (COT) og BiOM'ens netto ankelarbejde ved forskellige strømindstillinger, mens de amputerede gik på et løbebånd med BiOM-anklen.

Choi sagde, at de opdagede, at den ideelle kraft, der reducerede metaboliske omkostninger, faktisk var større end biologiske normer. Med andre ord, den bedst testede indstilling reducerede faktisk mængden af ​​overskydende energi, der blev brugt af forsøgspersonen, mere end den protese-valgte effektindstilling.

"Nøgleresultatet af denne undersøgelse var, at ingen af ​​forsøgspersonerne havde de minimale metaboliske omkostninger, når de går med uhæmmede personers arbejde eller magt. Når de havde større kraft, så reducerede de svækkede personer faktisk de metaboliske omkostninger."

På tværs af deltagere, strømindstillinger større end 50 % resulterede i lavere COT, men den bedst testede effektindstilling var faktisk højere end den protese-valgte indstilling.

Faktisk, gennemsnitlig, kraftindstillingen, der minimerede energiomkostningerne, svarede til ca. det dobbelte af den biologiske ankels netto ankelarbejde. Så selvom kraftfulde ankler kan være mere gavnlige end passive proteser, amputerede kan faktisk øge deres aktivitetsniveau, når proteser ændrer deres mål fra at opnå omtrentlig biologisk ankelkinetik til at minimere metaboliske omkostninger.

Ifølge Choi, med minimale metaboliske omkostninger, transtibiale amputerede har større chance for at forblive aktive, forbedre deres livskvalitet, og forebyggelse af en række sundhedsmæssige konsekvenser, herunder diabetes og hjertesygdomme.