Geamputeerden die elektrisch aangedreven enkels gebruiken, kunnen mogelijk de energetische kosten vermijden die typisch zijn voor protheses door het vermogen van hun apparaten op te voeren.

Een UCF-hoogleraar engineering publiceerde onlangs een studie in Wetenschappelijke rapporten dat laat zien dat mensen met transtibiale amputaties - het verlies van een ledemaat onder de knie - hun loopvaardigheid kunnen verbeteren als ze de vermogensinstelling op hun apparaten wijzigen. Hwan Choi, die zijn doctoraat in engineering behaalde aan de Universiteit van Washington, is universitair docent bij de afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de UCF.

Volgens een studie uitgevoerd door de National Institutes of Health, ongeveer 185, Jaarlijks vinden in de Verenigde Staten 000 amputaties plaats en naar verluidt gebruikt 49-95% van de geamputeerden van de onderste ledematen een prothese. De meeste op de markt zijn passieve protheses. Gemiddeld, Geamputeerden besteden tot 30% meer energie dan niet-gehandicapte personen bij het uitvoeren van taken zoals lopen. Dit kan te wijten zijn aan het feit dat de meeste enkelprothesen passief-elastisch zijn, wat betekent dat ze energie kunnen opslaan en vrijgeven wanneer ze in contact komen met de grond, maar niet in staat zijn om positief netto enkelwerk uit te voeren waardoor spierverkortende contracties kunnen optreden. In feite, deze prothesen kunnen slechts een achtste van de kracht van de intacte gastrocnemius- en soleusspieren leveren, de belangrijkste spieren die het lichaam ondersteunen en voortstuwen tijdens het lopen.

Aangezien passieve prothesen de energetische vraag van de gebruiker verhogen, individuen moeten dit mogelijk compenseren door de spierinspanning in het resterende of intacte ledemaat te vergroten. Aangedreven enkelprothesen, anderzijds, gebruik actuatoren om de verhoogde metabole kosten voor geamputeerden te verminderen door positief werk te leveren. BiOM (nu bekend als EMPOWER), de enige in de handel verkrijgbare aangedreven enkelprothese, maakt gebruik van een visueel display waarmee de drager de energie-instelling op het apparaat kan afstemmen. Ideaal, ze zouden een vermogensinstelling tussen 0% en 100% selecteren die het beste overeenkomt met die van een gezonde enkel bij de gewenste loopsnelheid van de gebruiker. Maar de vraag blijft:hoeveel kracht moet de prothese leveren?

Te weinig vermogen en ze kunnen dezelfde metabolische kosten ervaren als degenen die passieve prothesen gebruiken, maar te veel en ze kunnen problemen krijgen zoals hyperflexie van de knie en verhoogde energieabsorptie in de knie, wat de metabolische kosten van de gebruiker kan verhogen.

Choi, samen met co-auteurs Kimberly Ingrahm, David Remy, Emily Gardinier, en Deanna Gates van de Universiteit van Michigan, testte tien personen met transtibiale amputaties. Ze maten de metabole transportkosten (COT) en het netto enkelwerk van de BiOM bij verschillende vermogensinstellingen, terwijl de geamputeerden met de BiOM-enkel op een loopband liepen.

Choi zei dat ze ontdekten dat het ideale vermogen dat de metabolische kosten verlaagde, eigenlijk groter was dan biologische normen. Met andere woorden, de best geteste instelling verminderde in feite de hoeveelheid overtollige energie die door de proefpersoon werd gebruikt, meer dan de door de prothesemaker gekozen vermogensinstelling.

"De belangrijkste bevinding van deze studie was dat geen van de proefpersonen de minimale metabolische kosten had wanneer ze liepen met onaangetast individuen, werk of kracht. Als ze meer kracht hadden, dan verminderden de gehandicapte individuen de metabolische kosten."

Over deelnemers, vermogensinstellingen van meer dan 50% resulteerden in een lager COT, maar de best geteste vermogensinstelling was eigenlijk hoger dan de door de prothesemaker gekozen instelling.

In feite, gemiddeld, de vermogensinstelling die de energiekosten minimaliseerde, kwam overeen met ongeveer het dubbele van het netto enkelwerk van de biologische enkel. Dus hoewel aangedreven enkels voordeliger kunnen zijn dan passieve protheses, Geamputeerden kunnen hun activiteitsniveau zelfs verhogen wanneer prothetisten hun doel veranderen van het bereiken van geschatte biologische enkelkinetiek naar het minimaliseren van metabolische kosten.

Volgens Choi, met minimale metabole kosten, transtibiaal geamputeerden hebben een grotere kans om actief te blijven, het verbeteren van hun kwaliteit van leven, en het voorkomen van een aantal gevolgen voor de gezondheid, waaronder diabetes en hartaandoeningen.