Úspora metabolických nákladů pro osoby s transtibiální amputací, kteří nosí nohu řízeného ukládání a vracení energie (CESR)

Amputovaní pracují tvrději a mají vyšší náklady na kyslík během chůze ve srovnání s těmi, kteří neztratili končetinu. Proto lidé po amputaci obecně chodí pomaleji a snáze se unaví než intaktní jedinci. Ztráta kotníku jako propulzivního a podpůrného kloubu vyžaduje, aby amputovaný během chůze vykonával extra svalovou práci s kyčlí, trupem a kontralaterální končetinou. Tato zvýšená svalová aktivita spotřebovává další metabolickou energii a znamená, že osoby po amputaci musí pracovat tvrději, aby chodily stejnou rychlostí jako intaktní jedinci. Pro některé osoby po amputaci není toto mimořádné úsilí jednoduše možné a jejich ztráta funkční chůze vede k postupné spirále nepoužívání, snížené kapacitě a většímu nepoužívání. Naopak větší mobilita může vést k větší aktivitě a ještě úspěšnějšímu návratu na pracoviště. Zdravotní důsledky pro osoby po amputaci, kteří neudržují funkční chůzi, jsou multifaktoriální a nákladné, a to nejen v dolarech pro instituce, které se o ně starají, ale také pro jednotlivce samotné ve smyslu snížení kvality života, zvýšené invalidity a bolesti. Nedávný vývoj vyústil v konstrukci nové protetické nohy, která využívá energii z tlakových sil při kontaktu s patou, ukládá ji ve střední vzdálenosti a uvolňuje ji v optimálním okamžiku při odrazu v pozdním postoji. Tento jedinečný design s řízeným ukládáním energie a uvolňováním (CESR) vyvinutým týmem z University of Michigan, Ann Arbor, prokázalo, že snižuje metabolické náklady na protetické chůze (tj. zvýšené náklady oproti normální chůzi) o 50 % ve srovnání. na standardní SACH nohu, ale dosud byli studováni pouze intaktní jedinci nosící aircastovou botu vybavenou protetickými chodidly. Je pravděpodobné, že zvýšené úspory energie budou pozorovány také u transtibiálních amputátů. Po operacích v Iráku a Afghánistánu brzy do systému VA vstoupí mladí, aktivní lidé s amputací a zlepšení energie může být přínosem pro tuto novou populaci pacientů s VA. CESR noha může také poskytnout podstatné úspory metabolických nákladů starším méně aktivním amputátům, kteří jsou v současné době v systému VA. Zlepšením efektivity chůze budou amputovaní lépe schopni držet krok s požadavky na funkční chůzi, zůstanou aktivnější a oddálí mnohé z vysilujících důsledků omezené pohyblivosti. Proto navrhujeme nejprve vylepšit design chodidla CESR se zaměřením na mechanismy ukládání energie a uvolňování energie u chodidla CESR. Několik charakteristik pružin se může ukázat jako optimální pro určité předměty v závislosti na hmotnosti a vlastnostech chůze. Půjde o iterativní optimalizační proces s charakteristikami výroby energie a absorpce chodidla CESR vyhodnocenými pomocí počítačové analýzy chůze a lekcí použitých pro další upřesnění. Druhá fáze bude zahrnovat třítýdenní zkušební test opotřebení, aby se zjistilo, zda lze dosáhnout zlepšení ekonomiky chůze, snížení únavy, zlepšení pohodlí nebo zvýšení množství denní chůze. Validovaný dotazník bude použit ke stanovení pohodlí a únavy každého amputovaného během třítýdenního pokusu na jeho konvenční noze a s CESR nohou. Počítání kroků bude prováděno u každého jednotlivce po celé období 3 týdnů jak s konvenční nohou, tak s nohou CESR. Budeme shromažďovat kinematiku chůze celého těla (pohyb) a kinetiku (síly) pomocí našeho systému Vicon 612 a metabolická měření pomocí našeho VmaxST pro výpočet nákladů na kyslík pro 24 transtibiálních amputovaných při chůzi s CESR nohou a jejich konvenční nohou. To umožní výpočet akumulace energie a uvolnění nohy pomocí inverzní dynamiky a výpočet čistého účinku na úsporu nákladů na metabolickou energii během chůze při několika rychlostech. Pokud bude CESR noha úspěšná v chůzi po amputaci v těchto doménách, naším dalším krokem bude provedení multicentrické studie s dalšími VA pohybovými laboratořemi a nakonec spolupráce s Ohio Willow Wood, prominentním výrobcem protetiky, který vyjádřil zájem o zavedení CESR noha na trh.