Εμβιομηχανικές δοκιμές μετά την προσαρμογή νέου προσθετικού κάτω άκρου: Τι μας λένε τα αποτελέσματα μετά την τοποθέτηση και μετά από 3 μήνες χρήσης

Οι ταχείες εξελίξεις στην προσθετική τεχνολογία τα τελευταία χρόνια, βελτίωσαν τη δυνατότητα λειτουργικής και κινητικής αποκατάστασης σε ασθενείς με ακρωτηριασμό κάτω άκρων. Αυτό επιβεβαιώνεται και από τα δημοσιευμένα επιστημονικά στοιχεία σχετικά με τη χρήση ηλεκτρονικά ελεγχόμενων προσθετικών γονάτων (1). Συνεπώς, είναι σκόπιμη η διερεύνηση του βαθμού τον οποίο η τεχνολογική πρόοδος και οι βελτιωμένες λειτουργίες των προσθετικών εξαρτημάτων παρέχουν πρόσθετα οφέλη για τον χρήστη. Πέραν των διαφόρων κλινικών εξετάσεων, οι εμβιομηχανικές έρευνες είναι απαραίτητες για την απάντηση στο ερώτημα αυτό, καθώς επιτρέπουν αντικειμενική αξιολογήση.

Ένας από τους μεθοδολογικούς προβληματισμούς όσον αφορά στην προσθετική εμβιομηχανική έρευνα, είναι ο χρόνος που πρέπει να δίνεται στους ακρωτηριασθέντες για να προσαρμοστούν στο νέο τους μέλος πριν από τη συμμετοχή τους στη δοκιμή. Πράγματι, στη βιβλιογραφία συζητείται εκτεταμένα ο χρόνος προσαρμογής μετά από τον οποίο μπορεί να διενεργηθεί αντικειμενική εμβιομηχανική ανάλυση, ώστε να αντικατοπτρίζει αποτελεσματικά τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του προσθετικού εξαρτήματος που εξετάζεται. Παρόλο που μερικές μελέτες αναφέρουν αποτελέσματα μετά από μια σχετικά σύντομη φάση προσαρμογής, για παράδειγμα, μετά από 1 ημέρα (2-5), άλλες μελέτες δέχονται ότι απαιτείται μεγαλύτερο διάστημα, ακόμη και αρκετών μηνών, οπότε συχνά χρησιμοποιείται περίοδος 3 μηνών (6-10). Στις περισσότερες περιπτώσεις, η περίοδος προσαρμογής επαφίεται στην υποκειμενική εκτίμηση του ερευνητή, όπως προκύπτει από τη δική του πρακτική εμπειρία. Μόνον οι English et al. (11) παρουσιάζουν μελέτη στην οποία η εξάρτηση των εμβιομηχανικών παραμέτρων από τον χρόνο προσαρμογής του ατόμου σε μια νέα προσθετική λειτουργικότητα επιβεβαιώνεται από συστηματικές μετρήσεις, με αποτέλεσμα να δείξουν ότι μια περίοδος προσαρμογής 1 εβδομάδας είναι απαραίτητη για να είναι σε θέση ο χρήστης μιας νέας άρθρωσης γόνατος να χρησιμοποιήσει όλες τις λειτουργίες της στο περπάτημα, ενώ επιπλέον μετρήσεις θα πρέπει να διεξάγονται μετά από προσαρμογή 3 εβδομάδων. Επιπλέον, δείχνουν με μετρήσεις πως πρόσθετος χρόνος προσαρμογής μίας εβδομάδας δεν συνεπάγεται περαιτέρω αλλαγές στο πρότυπο κίνησης. Η αξία του αποτελέσματος αυτού δεν μπορεί να γενικευτεί καθώς η έρευνα περιορίζεται στη μελέτη ενός μόνο ατόμου, ενώ δεν παρέχει στοιχεία για το χρόνο παρέμβασης σε κάθεμία από τις σημαντικές αρθρώσεις αρθρώσεις και στην υγιή πλευρά. Ωστόσο αυτά τα δεδομένα έχουν μεγάλη σημασία για την αξιολόγηση της λειτουργικότητας των διαμηριαίων προσθετικών μελών (12-14).

Η παρούσα μελέτη στοχεύει στη διερεύνηση της μακροπρόθεσμης προσαρμογής των ακρωτηριασθέντων κάτω άκρου σε μια νέα προσθετική τεχνολογία. Στο πλαίσιο μιας ευρείας δοκιμαστικής φάσης πριν από την εισαγωγή μιας νέας προσθετικής άρθρωσης γόνατος στην αγορά, διεξήχθησαν εμβιομηχανικές δοκιμές σε 10 διαμηριαίους ακρωτηριασθέντες μετά από μερικές ώρες προσαρμογής στη συσκευή. Οι δοκιμές επαναλήφθηκαν μετά από 3 μήνες, ώστε να μετρηθούν τα αποτελέσματα της προσαρμογής μετά από αυτή την περίοδο χρήσης. Κατ’αυτόν τον τρόπο διερευνήθηκε η υπόθεση ότι οι έμπειροι ακρωτηριασθέντες στο διαμηριαίο επίπεδο είναι ικανοί να χρησιμοποιήσουν τις λειτουργικότητες μιας νέας προσθετικής άρθρωσης γόνατος μετά από μόλις λίγες ώρες προσαρμογής και συνεπώς δεν απαιτείται μεγαλύτερη περίοδος αναμονής για την πραγματοποίηση αξιόπιστων εμβιομηχανικών δοκιμασιών.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Συμμετέχοντες

Στην έρευνα συμμετείχαν 10 άρρενες με διαμηριαίο ακρωτηριασμό. Πριν τη συμμετοχή τους στην έρευνα, και οι δέκα χρησιμοποιούσαν το C-Leg®, μια προσθετική άρθρωση γονάτου με μικροεπεξεργαστή (Ottobock, Duderstadt, Germany), για 3-7 έτη. Προερχόμενοι από διάφορες προσθετικές κλινικές, ενεγράφησαν στην έρευνα για να δοκιμάσουν το Genium®, μια νέα προσθετική άρθρωση γονάτου με μικροεπεξεργαστή της ίδιας εταιρείας (Ottobock, Duderstadt, Germany). Όλοι οι συμμετέχοντες ενημερώθηκαν για τους πιθανούς κινδύνους και υπέγραψαν αντιστοίχως. Η έρευνα διενεργήθηκε με την έγκριση της Επιτροπής Δεοντολογίας του Georg August University του Göttingen.

Η προσθετική άρθρωση γονάτου GENIUM

Παρόμοιο με το C-Leg, μια  μονοκεντρική άρθρωση γονάτου που έχει μελετηθεί σε πολλές έρευνες (4,6–11,13,15–18), η άρθρωση γονάτου  Genium παράγει τις αντιστάσεις που απαιτούνται για τη κάθε φάση της κίνησης μέσω ενός γραμμικού υδραυλικού συστήματος που ελέγχεται ηλεκτρονικά. Συγκρινόμενο με το C-Leg, το Genium διαθέτει πιο εξελιγμένη τεχνολογία αισθητήρων, προσφέροντας στον ασθενή νέες λειτουργικότητες (15,16,19–21):

1. Ανεξάρτητα από την τρέχουσα γωνία άρθρωσης, η κάμψη του γόνατος κατά τη διάρκεια της στάσης «κλειδώνει» με αυτόματο τρόπο λειτουργίας που έχει σχεδιαστεί για ασφαλή και άνετη στάση.
2. Με στόχο να προσεγγιστεί το φυσικό μοτίβο βάδισης, η άρθρωση του γόνατος έχει αρχική κάμψη 4°. Η κίνηση της άρθρωσης υπό φορτίο εξομαλύνεται με αυτόματη προσαρμογή. Κατά τη διάρκεια του περπατήματος σε ράμπες, αυξάνεται η κάμψη του γόνατος ώστε να παρέχεται επαρκής χώρος για την ταλάντευση του προσθετικού άκρου.
3. Μια νέα λειτουργικότητα επιτρέπει τη χρήση φυσικού ρυθμού στο ανέβασμα της σκάλας με φυσικό πρότυπο κίνησης “βήμα επί του βήματος”.

Αντικειμενικές μετρήσεις

Η συλλογή αντικειμενικών μετρήσεων της ικανότητας βάδισης έγινε για τρεις καθημερινές δραστηριότητες των συμμετεχόντων: α) βάδιση σε επίπεδο έδαφος με φυσική ταχύτητα, β) ανέβασμα και κατέβασμα σε ράμπα 10° και γ) ανέβασμα και κατέβασμα σε σκάλα 5 κλιμάκων.

Κατά τη διάρκεια της τοποθέτησης του Genium, το προσθετικό μέλος ρυθμίστηκε σύμφωνα με τις εμβιομηχανικές κατευθυντήριες γραμμές που ισχύουν για το C-Leg (14). Οι ρυθμίσεις διατηρήθηκαν ίδιες σε όλη τη διάρκεια της τρίμηνης δοκιμαστικής περιόδου. Αμέσως μετά την τοποθέτηση, οι ασθενείς είχαν 7 έως 8 ώρες για να εξοικειωθούν με τις λειτουργίες και τη χρήση της νέας άρθρωσης. Μετά από αυτή την πρώτη περίοδο προσαρμογής, πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες εμβιομηχανικές εξετάσεις (χρόνος Τ1). Στη συνέχεια, οι ασθενείς χρησιμοποίησαν αποκλειστικά τις νέες προσθετικές αρθρώσεις για όλες τις καθημερινές τους δραστηριότητες για 3 μήνες. Μετά από αυτή την περίοδο, οι εμβιομηχανικές δοκιμασίες επαναλήφθηκαν (χρόνος Τ2).

Για λόγους οργάνωσης, και οι δύο δοκιμασίες Τ1 και Τ2 διεξήχθησαν με την ίδια, ακόλουθη σειρά: 1) περπάτημα σε επίπεδο, 2) άνοδος και κάθοδος σε ράμπα και 3) άνοδος και κάθοδος σκάλας. Για την άνοδο σκάλας, ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να χρησιμοποιήσουν τη νέα λειτουργικότητα του βήματος-επί-βήμα, όσο ήταν εφικτό. Για να αποφευχθεί η εξάντληση, έγιναν διαλλείμματα των 20 λεπτών μεταξύ κάθε είδους κίνησης.

Συγκέντρωση δεδομένων

Οι δυνάμεις αντίδρασης εδάφους που επενεργούν κατά τη διάρκεια της επίπεδης βάδισης προσδιορίστηκαν με δύο πιεζοηλεκτρικές δυναμοδάπεδες πλάκες (9287Α, Kistler, Winterthur, CH, ρυθμός δειγματοληψίας 1080 Hz). Ταυτόχρονα, οι κινηματικές παράμετροι καταγράφονταν με παθητικούς δείκτες και οπτικοηλεκτρονικές κάμερες (VICON 460, ViconPeak, Oxford, GB, ρυθμός δειγματοληψίας, 120 Hz). Για το σκοπό αυτό, επτά δείκτες προσαρτήθηκαν αμφίπλευρα στον ασθενή από έναν έμπειρο εμβιομηχανικό σύμφωνα με το εξής μοντέλο (18): μεταταρσιοφαλαγγική άρθρωση, πλάγιο εξόγκωμα της περόνης (βίδα προσαρμογής αστραγάλου στην προσθετική πλευρά), κέντρο γόνατος ως καθορισμένο από τον Nietert (22) (άξονας γονάτου στην προσθετική πλευρά), τροχαντήρας, ακρώμιο, έξω επικόνδυλος και ωλαίνια στυλοειδής απόφυση.

Η σκάλα που χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή αποτελούνταν από 5 σκαλοπάτια, με το τρίτο να είναι εγκατεστημένο επί πλάκας δύναμης (16). Προκειμένου να μετρηθεί η άνοδος σε επικλινές έδαφος, στο μέσο της ράμπας τοποθετήθηκε ένα στοιχείο μήκους 40 εκ. συνδεδεμένο με πλάκα δύναμης, ώστε να μετράται η δύναμη αντίδρασης εδάφους κατά την επαφή των ποδιών με το στοιχείο (17, 23). Τόσο η ράμπα όσο και η σκάλα ήταν εξοπλισμένες με χειρολαβές, οι οποίες ωστόσο δεν χρησιμοποιήθηκαν από τους συμμετέχοντες. Οι λεπτομερείς ρυθμίσεις δοκιμών για το περπάτημα στις ράμπες και στις σκάλες περιγράφονται σε παλαιότερες μελέτες (16,17, 23).

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Βάδισμα σε επίπεδο

Δεν καταγράφηκε καμία στατιστικά σημαντική διαφοροποίηση στην παράμετρο χρόνου/απόστασης ανάμεσα στις δοκιμασίες στο χρόνο Τ1 και στο χρόνο Τ2. Η μέση ταχύτητα που καταγράφηκε ήταν 1,29 μέτρα/δευτερόλεπτο στο Τ1 και 1,33 μέτρα/δευτερόλεπτο στο Τ2. Η μέση ασυμμετρία του μήκους βήματος κυμάνθηκε μεταξύ 0,05m στο Τ1 και 0,06m στο Τ2. Και στις δύο δοκιμασίες, 7 από τους 10 συμμετέχοντες έκαναν μακρύτερα βήματα με το προσθετικό μέλος. Λαμβάνοντας υπόψη και τις ακραίες τιμές, η ποσοτική ανάλυση επιβεβαιώνει ότι δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές μεταξύ του Τ1 και του Τ2 όσον αφορά στη βάδιση (Πίνακας 1).

Πίνακας 1

Η μέση γωνία του προσθετικού γονάτου υποδεικνύει ότι οι συμμετέχοντες κατάφεραν να χρησιμοποιήσουν τις νέες λειτουργικότητες του Genium κατά την ορθοστασία (15). Για παράδειγμα, η αρχική επαφή έγινε με πρόκαμψη του προσθετικού γονάτου στις 4° (Σχήμα 1A), κάτι που δεν είναι δυνατό με το C-Leg. Η μέση γωνία και η εξωτερική ροπή (Σχήμα 1C) δείχνουν ελάχιστη διαφοροποίηση μεταξύ των Τ1 και Τ2.

Σχήμα 1

Κατά τη εμβιομηχανική συγκριτική ανάλυση των Τ1 και Τ2 για την άρθρωση του ισχίου στην προσθετική πλευρά, ταυτοποιήθηκαν σχεδόν ίδιες μέσες καμπύλες της ισχιακής γωνίας (Σχήμα 1B). Οι μέσες καμπύλες της εξωτερικής ροπής στην ισχιακή άρθρωση επίσης είναι παρόμοιες (Σχήμα 1D).

Κατέβασμα σε ράμπα

Τόσο στο Τ1 όσο και στο Τ2, οι συμμετέχοντες κατέβηκαν τη ράμπα με μέση ταχύτητα 1.11 ([0.15] T1, [0.12] T2) m/second. Στο Τ1, η μέση ασυμμετρία μήκους βήματος ήταν  0.03 (0.02) m. Στο Τ2, οι αντίστοιχες τιμές ήταν 0.04 (0.03) m. Αυτή η διαφορά δεν είναι στατιστικά σημαντική (p ≥ 0.05). Και στις δύο δοκιμασίες, 6 από τους συμμετέχοντες έκαναν μακρύτερα βήματα με το προσθετικό μέλος.

Η ανάλυση των δυνάμεων αντίδρασης εδάφους στη ράμπα  ανέδειξε ότι μόνο η μέγιστη επιβράδυνση του πρόσθιου-οπίσθιου Fx του υγιούς ποδιού στην φάση της αρχικής στάσης διέφερε σημαντικά μεταξύ του T1 και του T2 (-10 [5] % του σωματικού βάρους [% BW] έναντι -19 [5]% BW, ρ <0,01). Οι υπόλοιπες διαφορές στις εξεταζόμενες εμβιομηχανικές παραμέτρους δεν ήταν σημαντικές (p ≥ 0,05, Πίνακας 2). Η γραφική αναπαράσταση της κάθετης συνιστώσας του υγιούς ποδιού δείχνει ότι δεν υπάρχουν ποιοτικές μεταβολές μεταξύ των Τ1 και Τ2 στα μέσα γραφήματα (Σχήμα 2Ε). Το ίδιο ισχύει και για τη μέση γωνία του Genium (Σχήμα 2Α). H εξωτερική ροπή στην άρθρωση του ισχίου της προσθετικής πλευράς ήταν παρόμοια στα Τ1 και Τ2 (Σχήμα 2C).

Πίνακας 2

Σχήμα 2

Ανέβασμα σε ράμπα

Οι παράμετροι χρόνου – απόστασης δεν έδειξαν καμία στατιστικά σημαντική διαφορά. Οι μέσες ταχύτητες βάδισης ήταν 0.99 (0.10) m/second στο T1 και 1.00 (0.10) m/second στο T2. Οι τιμές της ασυμμετρίας μήκους βήματος ήταν 0.05 (0.03)m στο T1 και 0.04 (0.03) m  στο T2. Για την κίνηση αυτή, το μακρύτερο βήμα καταγράφηκε να γίνεται με το προσθετικό μέλος σε 8 συμμετέχοντες και στις δύο μετρήσεις.

Καμία από τις παραμέτρους δυνάμεων αντίδρασης εδάφους δεν ήταν στατιστικά σημαντική μεταξύ Τ1 και Τ2 (p ≥ 0.05, Πίνακας 2). Και πάλι, ελάχιστες μόνο διαφορές ταυτοποιήθηκαν στα μέσα γραφήματα της κάθετης συνιστώσας για το υγιές πόδι (Σχήμα 2F). Όσον αφορά στη μέση γωνία γονάτου, η νέα λειτουργικότητα του Genium (αυτόματη κάμψη του γονάτου στην αρχή της όρθιας στάσης) μετράται καθαρά (Σχήμα 2B). Η ροπή στην άρθρωση του ισχίου στην προσθετική πλευρά επίσης είχε παρόμοια συμπεριφορά στα Τ1 και Τ2 (Σχήμα 2D). Η μέγιστη αξία της εξωτερικής ροπής κάμψης στο ισχίο στην υγιή πλευρά μειώθηκε σημαντικά στο Τ2 (1.44 [0.21] N m/kg [T1] και 1.24 [0.23] N m/kg [T2], p ≤ 0.05). Οι λοιπές παράμετροι δεν έδειξαν στατιστικά σημαντικές διαφορές (p ≥ 0.05, Πίνακας 2).

Κατέβασμα σκάλας

Κατά το κατέβασμα της σκάλας, δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές σε καμία από τις ελεγχόμενες παραμέτρους (p ≥ 0.05, Πίνακας 3). Η κάθετη συνιστώσα της δύναμης αντίδρασης εδάφους εμφανίζει υψηλό επίπεδο αντιστοιχίας στα Τ1 και Τ2 (Σχήμα 3D).

Πίνακας 3

Σχήμα 3

Η γωνία με πρόκαμψη του προσθετικού γονάτου στην αρχή της ορθής στάσης επιβεβαιώνει την ιδιαιτερότητα του Genium (Σχήμα 3A), καθώς δεν παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ T1 και T2 (μέγιστη γωνία κάμψης, −71° [4°] στο T1 και −71° [5°] στο T2). Το ίδιο ισχύει και για την ισχιακή γωνία στο προσθετικό πόδι, όπου η ποιότητα της συνεχόμενης κάμψης ως την ολοκλήρωση του βήματος ήταν παρόμοιο και στις δύο δοκιμασίες (Σχήμα 3B). Η μέγιστη ροπή κατά την επαφή με το έδαφος στην άρθρωση του ισχίου στην προσθετική πλευρά έτεινε να αυξηθεί από το Τ1 στο Τ2 (Σχήμα 3C).

Ανέβασμα σκάλας

Η ανάλυση όλων των μέγιστων τιμών (Πίνακας 3) υποδεικνύει μεγάλη διαφοροποίηση μεταξύ του Τ1 και του Τ2 όσον αφορά στη ροπή του γονάτου στο υγιές πόδι. Η αξία της παραμέτρου μειώθηκε από 0.92 (0.21) στο T1 σε 0.71 (0.18) N m/kg στο T2 (p ≤ 0.05, Πίνακας 3).

Η ποιοτική σύγκριση των μέσω γραφημάτων των εμβιομηχανικών παραμέτρων αποκαλύπτουν ουσιαστική διαφοροποίηση μεταξύ Τ1 και Τ2 (Σχήμα 4). Η ανάλυση της κινηματικής τιμής στην προσθετική πλευρά έδειξε για το Τ2 ότι η μέση γωνία κάμψης στο γόνατο και στο ισχίο αυξήθηκε στη διάρκεια της φάσης ταλάντωσης (Σχήμα 4Α, Β).

Σχήμα 4

Αυτό το αποτέλεσμα οφείλεται σε δραστικές διαφοροποιήσεις που παρουσίασαν 6 συμμετέχοντες, ενώ αντίστοιχες διαφοροποιήσεις δεν παρουσιάστηκαν σε καμία από τις υπόλοιπες κινήσεις. Η φόρτωση του προσθετικού ποδιού, που περιγράφεται από την κάθετη συνιστώσα της δύναμης αντίδρασης εδάφους, χαρακτηρίστηκε από αυξημένο ποσοστό φόρτωσης στο Τ2 (Σχήμα 4Ε).  Αυτό έγινε με προσωρινή αύξηση της μέσης ροπής στο βάρος επί της άρθρωσης του ισχίου στην προσθετική πλευρά (Σχήμα 4C).  Από το 20% του κύκλου βαδίσματος μέχρι την ολοκλήρωση της επαφής με το έδαφος, η ροπή στο ισχίο τόσο στο προσθετικό όσο και στο υγιές πλευρό μειώθηκαν καθαρά στο Τ2 σε σχέση με το Τ1 (Σχήμα 4C, D). Αντίστοιχο αποτέλεσμα παρατηρήθηκε για την άρθρωση του γόνατος τόσο στην προσθετική όσο και στην υγιή πλευρά.

Διαφοροποίηση των προτύπων κίνησης μεταξύ των συμμετεχόντων

Η ανάλυση των διαφοροποιήσεων των προτύπων κίνησης μεταξύ των συμμετεχόντων, έδειξε μικρές μόνο διαφοροποιήσεις όσον αφορά στη βάδιση σε επίπεδο, στο βάδισμα σε  ράμπα και στο ανέβασα σκάλας, κατά τη σύγκριση των Τ1 και Τ2. Ωστόσο, για το ανέβασμα σκάλας στο Τ1, παρατηρήθηκε πολύ μεγάλη διαφοροποίηση μεταξύ των συμμετεχόντων στις περισσότερες εμβιομηχανικές παραμέτρους, η οποία σαφώς μειώνεται στο Τ2. Το Σχήμα 5 δείχνει, για παράδειγμα, τη γωνία γόνατος στην επίπεδη βάδιση (επάνω) και στο ανέβασμα σκάλας (μέση). Παρόλο που οι μεμονωμένες τιμές παραμένουν περίπου σταθερές στην επίπεδη βάδιση, παρατηρείται μεγάλη μεταβλητότητα των προτύπων κίνησης στο ανέβασμα σκάλας στο Τ1, ιδιαίτερα στη φάση της ταλάντωσης. Στο T2, αυτές οι διαφορές περιορίζονται σε μεγάλο βαθμό. Οι διαφοροποιήσεις συσχετίζονται με τις διαφοροποιήσεις των ειδικών παραμέτρων που δίνουν πληροφορίες σχετικά με την αναπαραγωγικότητα των προτύπων κίνησης. Για παράδειγμα, ο μέσος όρος (SD) της θέσης του πρόσθιου δείκτη του προσθετικού ποδιού φαίνεται επίσης στο Σχήμα 5 (κάτω). Σε σύγκριση με το Τ1, η τιμή αυτή μειώνεται σημαντικά στο Τ2 (p ≤ 0,01).

Σχήμα 5

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Οι εμβιομηχανικές δοκιμασίες της παρούσας έρευνας αφορούν σε σημαντικές κινήσεις υψηλής συχνότητας στην καθημερινότητα των συμμετεχόντων. Πριν τη δοκιμαστική τοποθέτηση του Genium, όλοι οι συμμετέχοντες χρησιμοποιούσαν το C-Leg για πολλά χρόνια. Οι βασικές κινήσεις για βάδιση σε επίπεδο, ανέβασμα και κατέβασμα επικλινούς επιπέδου και η κάθοδος σκάλας, παρουσίαζουν ελάχιστες διαφορές με τα πρότυπα κίνησης του C-Leg και του Genium. Ωστόσο το Genium εισάγει ένα εντελώς νέο πρότυπο κίνησης για το ανέβασμα σκάλας, με βήμα επί βήματος που προσομοιάζει τη φυσική, βιολογική κίνηση για το ανέβασμα της σκάλας. Τα πλεονεκτήματα της νέας κίνησης είναι τόσο κλινικά όσο και εμβιομηχανικά: η βελτιωμένη συμμετρία επιτρέπει στον ακρωτηριασθέντα να περνά περισσότερο απαρατήρητος σε δημόσιο χώρο, το εναπομένον άκρο ανακουφίζεται, ενώ μειώνεται η μεταβίβαση φορτίου στο υγιές πόδι (16). Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης σε χρόνο Τ1 (λίγες μόνον ώρες μετά την προσαρμογή του Genium) και σε χρόνο Τ2 (3 μήνες αργότερα) έδειξαν ότι: Αφενός ότι τα μέσα εμβιομηχανικά χαρακτηριστικά των κινήσεων που γίνονται με παρόμοιο τρόπο και μετα δύο προσθετικά γόνατα αντανακλούν τις τεχνικές βελτιώσεις του Genium (όπως η αυτόματη κάμψη του γονάτου στην επίπεδη βάδιση και στάση). Αφετέρου, έπειτα από 3 μήνες χρήσης του Genium, ελάχιστες μόνον ήταν οι βελτιώσεις που καταγράφησαν στα εμβιομηχανικά τεστ του Τ2 σε σύγκριση με αυτά του Τ1. Η παρατήρηση αυτή υποδεικνύει ότι οι βελτιωμένοι αλγόριθμοι του Genium μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα και διασθητικά από τους χρήστες για το βάδισμα σε επίπεδο και σε ράμπες, καθώς και για το κατέβασμα σκάλας (15).

Ωστόσο, όσον αφορά στο ανέβασμα σκάλας, υπάρχουν ξεκάθαρες εμβιομηχανικές διαφορές στη μέση καμπύλη προόδου ανάμεσα στους χρόνους Τ1 και Τ2. Αυτός ενδεχομένως υποδεικνύει ότι απαιτείται χρόνος εκμάθησης και εξοικείωσης με το νέο πρότυπο κίνησης ώστε ο χρήστης να «κατακτήσει» αυτή τη νέα κίνηση και να μπορεί να την αναπαράγει αποτελεσματικά, και να επωφεληθεί πλήρως από τις τεχνικές βελτιώσεις του Genium.  Ο λόγος που οι μέγιστες τιμές των εμβιομηχανικών παραμέτρων δεν παρουσιάζουν σημαντική διαφοροποίηση παρά τις διαφορετικές καμπύλες προόδου (Πίνακας 3), βρίσκεται στη μεγάλη μεταβλητότητα μεταξύ των συμμετεχόντων στην πρότυπη κίνηση για το ανέβασμα της σκάλας, ειδικά στο Τ1 (Σχήμα 5, μέσον). Σε καμία άλλη κίνηση δεν παρατηρείται τέτοια δραματική μεταβλητότητα μεταξύ των συμμετεχόντων και μεταξύ των Τ1 και Τ2.  Ένα παράδειγμα της σχετικής έλλειψης μεταβλητότητας μεταξύ συμμετεχόντων είναι η γωνία γονάτου σε βάδιση στο επίπεδο (Σχήμα 5, επάνω).  Στο πλαίσιο της θεωρίας του ελέγχου της κίνησης (26, 27), οι διάφορες αλλαγές από το Τ1 στο Τ2 εξηγούνται αν θεωρήσουμε ότι οι ακρωτηριασθέντες χρειάζεται να διαχειριστούν πολλές διαδικασίες μάθησης που σχετίζονται με την κίνηση μετά την προσαρμογή του Genium για πρώτη φορά.  Επομένως, τα αποτελέσματα του Τ2 για το ανέβασμα της σκάλας, και ιδιαίτερα ο περιορισμός της μεταβλητότητας μεταξύ των συμμετεχόντων, μας δίνουν λόγους να πιστεύουμε ότι η διαδικασία μάθησης που έχει εν τω μεταξύ μεσολαβήσει, οδηγεί σε σύγκλιση προς μια κοινή προσέγγιση της κίνησης απ’όλους τους συμμετέχοντες. Αυτή η σύγκλιση υποδεικνύει πως μετά από 3 μήνες η διαδικασία μάθησης έχει ολοκληρωθεί.

Τα παραπάνω αποτελέσματα παρέχουν πολύτιμη γνώση για το σχεδιασμό των εμβιομηχανικών δοκιμών,  η οποία έχει μεγάλη σημασία στο πλαίσιο των συγκριτικών λειτουργικών αναλύσεων των προσθετικών μελών. Μπορεί να υποτεθεί ότι οι εμβιομηχανικές μετρήσεις κατά τη διάρκεια δοκιμών προσθετικών αρθρώσεων γονάτου η χρήση των οποίων απαιτεί περίπου παρόμοια πρότυπη κίνηση, παρέχουν αξιόπιστα αποτελέσματα ακόμη και με λίγες μόνο ώρες προσαρμογής, όταν αναφερόμαστε σε έμπειρους χρήστες. Τα εμβιομηχανικά αποτελέσματα, στην περίπτωση αυτή, αντανακλούν ουσιαστικά αμέσως τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του προσθετικού μέλους. Στην περίπτωση όμως που τα νέα προσθετικά μέλη εισάγουν νέες λειτουργικότητες που απαιτούν εξοικείωση ή εκπαίδευση, θα πρέπει να μεσολαβήσει μια περίοδος προσαρμογής. Επομένως η αρχική υπόθεση εργασίας της παρούσας μελέτης επιβεβαιώνεται μόνο τμηματικά. Επιπλέον, τα αποτελέσματα της μελέτης υποδεικνύουν ότι μια περίοδος εξοικείωσης / εκπαίδευσης 3 μηνών είναι πιθανόν να είναι επαρκής, γεγονός που συμφωνεί με προηγούμενα αποτελέσματα και παραδοχές (6-8).

Όρια και περιορισμοί της μελέτης

Επειδή στο πλαίσιο της μελέτης αυτής, πραγματοποιήθηκαν εμβιομηχανικές αξιολογήσεις μόνο σε δύο χρόνους (Τ1 και Τ2), δεν κατέστη δυνατό να καθοριστεί το ακριβές χρονικό σημείο από το οποίο μπορεί κανείς να αναμένει μόνον αμελητέες βελτιώσεις στο πρότυπο κίνησης. Επιπλέον, δεν μπορεί να αποκλειστεί εντελώς η βελτίωση μετά τον χρόνο Τ2. Για το λόγο αυτό, θεωρούμε ότι απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για την κάλυψη ολόκληρης της φάσης προσαρμογής με μεγαλύτερο αριθμό αξιολογήσεων και βραχύτερα διαστήματα μεταξύ των αξιολογήσεων μετά την τοποθέτηση μιας νέας πρόθεσης.

Ένας επιπλέον περιορισμός αυτής της μελέτης είναι ότι τα ευρήματα και τα συμπεράσματα είναι προς το παρόν εφαρμόσιμα μόνο σε λειτουργικά παρόμοιες αρθρώσεις γόνατος και σε έμπειρους χρήστες προσθετικών μελών με ήδη υψηλό λειτουργικό επίπεδο. Προκειμένου να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα που θα καλύπτουν και άλλες ομάδες προσθετικών μελών ή χρήστες με χαμηλότερα λειτουργικά επίπεδα θα πρέπει επίσης να διερευνηθούν σε επόμενες μελέτες.

Η εστίαση στις εμβιομηχανικές παραμέτρους στο οβελιαίο επίπεδο βασίζεται στην εμπειρία που καταγράφεται σε προηγούμενες μελέτες (13-18,23). Σε εγκάρσιο και μετωπιαίο επίπεδο, αναμένεται να εμφανιστούν αντισταθμιστικά πρότυπα κίνησης, τα οποία χρήζουν ερευνητικής μελέτης.

Επίλογος

Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης δείχνουν ότι οι έμπειροι χρήστες διαμηριαίου προσθετικού κάτω άκρου μπορούν να χρησιμοποιήσουν διαισθητικά τις λειτουργικότητες μιας νέας προσθετικής άρθρωσης γόνατος ακόμη και με λίγες μόνο ώρες προσαρμογής, υπό την προϋπόθεση ότι το πρότυπο κίνησης που απαιτείται για μια δεδομένη κίνηση είναι παρόμοιο με αυτό του προηγούμενου προσθετικού μέλους. Σ’αυτή την περίπτωση, οι εμβιομηχανικές δοκιμές είναι αξιόπιστες ακόμη και μετά από μια πολύ σύντομη περίοδο εξοικείωσης του χρήστη με το νέο προσθετικό άκρο.

Ωστόσο, εάν το νέο προσθετικό μέλος εισάγει νέα πρότυπα κίνησης που απαιτούν εκμάθηση και εμπέδωση, οι εμβιομηχανικές εξετάσεις είναι σκόπιμο να γίνονται μετά από μακρύτερη φάση προσαρμογής και μάθησης. Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι μια περίοδος 3 μηνών είναι επαρκής.

ΠΗΓΕΣ

1. Highsmith J, Kahle J, Bongiorni D, et al. Safety, energy efficiency and cost efficacy of the C-Leg for transfemoral amputees: a review of the literature. Prosthet Orthot Int 2010; 34: 362–377.
2. Johansson JL, Sherrill DM, Riley PO, et al. A clinical comparison of variable-damping and mechanically passive prosthetic knee devices. Am J Phys Med Rehabil 2005; 84: 563–575.
3. Kastner J, Nimmervoll R, Wagner P. Was kann das C-Leg?—Ganganalytischer Vergleich von C-Leg, 3R45 und 3R80. Med Orth Tech 1999; 119: 131–137.
4. Nimmervoll R, Kastner J, Kristen H. The C-Leg experience—a gait analysis comparison with conventional prosthetic knee joints. Orthopädie-Technik 2003; 54: 562–565.
5. Seymour R, Engbertson B, Kott K, et al. Comparison between C-Leg microprocessor-controlled prosthetic knee and non-microprocessor control prosthetic knees: a preliminary study of energy expenditure, obstacle course performance, and quality of life survey. Prosthet Orthot Int 2007; 31: 51–61.
6. Hafner B, Willingham L, Buell N, et al. Evaluation of function, performance, and preference as transfemoral amputees transition from mechanical to microprocessor control of the prosthetic knee. Arch Phys Med Rehabil 2007; 88: 207–217.
7. Kahle J, Highsmith M, Hubard S. Comparison of non-microprocessor knee mechanism versus C-Leg on prosthesis evaluation questionnaire, stumbles, falls, walking tests, stair descent and knee preference. J Rehabil Res Dev 2008; 45: 1–14.
8. Kaufmann KR, Iverson B, Padgett D, et al. Do microprocessor-controlled knees work better? J Biomechanics 2006; 39: 70.
9. Klute G, Berge J, Orendurff M, et al. Prosthetic intervention on activity of lower-extremity amputees. Arch Phys Med Rehabil 2006; 87: 717–722.
10. Williams R, Turner A, Orendurff M, et al. Does having a computerized prosthetic knee influence cognitive performance during amputee walking? Arch Phys Med Rehabil 2006; 87: 989–994.
11. English R, Hubbard W, McElroy K. Establishment of consistent gait after fitting of new components. J Rehabil Res Dev 1995; 32 (1): 32–35.
12. Kaufmann KR, Levine JA, Brye RH, et al. Gait and balance of transfemoral amputees using passive mechanical and microprocessor-controlled prosthetic knees. Gait Posture 2007; 26: 489–493.
13. Schmalz T, Blumentritt S, Jarasch R. Energy expenditure and biomechanical characteristics of lower limb amputee gait: The influence of prosthetic alignment and different prosthetic components. Gait Posture 2002; 16: 255–263.
14. Blumentritt S. Biomechanische Aspekte zur Indikation von Prothesenkniegelenken. Orthopädie-Technik 2004; 55: 508–521.
15. Bellmann M, Schmalz T, Ludwigs E, Blumentritt S. Immediate effects of a new microprocessor-controlled prosthetic knee joint: a comparative biomechanical evaluation. Arch Phys Med Rehabil 2012; 93 (3): 541–549.
16. Bellmann M, Schmalz T, Ludwigs E, Blumentritt S. Stair ascent with an innovative microprocessor-controlled exoprosthetic knee joint. Biomech Tech 2012; 57: 435–444.
17. Bellmann M, Schmalz T, Blumentritt S. Comparative biomechanical analysis of current microprocessor-controlled prosthetic knee joints. Arch Phys Med Rehabil 2010; 91: 644–652.
18. Ludwigs E, Bellmann M, Schmalz T, Blumentritt S. Biomechanical differences between two exoprosthetic hip joint systems during level walking. Prosthet Orthot Int 2010; 34: 449–460.
19. Highsmith J, Kahle J, Shepard T, Kaufman K. The effects of the C-Leg knee prosthesis on sensory dependency and falls during sensory organization training. Technol Innov 2014; 15: 343–347.
20. Highsmith J, Kahle J, Miro M, et al. Perceived differences between the Genium and C-Leg microprocessor prosthetic knees in prosthetic-related function and quality of life. Technol Innov 2014; 15: 369–375.
21. Highsmith J, Kahle J, Lura J, et al. Stair ascent and ramp gait training with the Genium knee. Technol Innov 2014; 15: 349–358.
22. Nietert M. The Compromise Pivot Axis of the Knee Joint. Aachen, Germany: Shaker; 2008.
23. Schmalz T, Blumentritt S, Altenburg B. Biomechanische Analyse des Schrägen—und Treppengehens mit aktuellen Kniepassteilen. Orthopädie-Technik 2006; 57: 682–693.
24. Woltring H. A Fortran package for generalized, cross-validatory spline smoothing and differentiation. Adv Eng Softw 1986; 8: 104–113.
25. Winter D. Biomechanics and Motor Control of Human Movement. Waterloo, Canada: John Wiley & Sons; 2005.
26. Müller H, Blischke K. Motorisches Lernen. In: Schlicht W, Strauß B, eds. Grundlagen der Sportpsychologie. Göttingen, Germany: Hogrefe; 2008.
27. Blischke K, Marschall F, Müller H, Daugs R. Augmented skill in motor skill acquisition. In: Van den Auweele Y, Bakker F, Biddle S, et al. eds. Psychology for Physical Educators. Champaign, IL: Human Kinetics; 1999.

Απόδοση από το άρθρο:  Effects of Adaptation to a Functionally New Prosthetic Lower-Limb Component: Results of Biomechanical Tests Immediately after Fitting and after 3 Months of Use, Schmalz Τ, Bellmann Μ, Proebsting Ε, Blumentritt S. JPO: Journal of Prosthetics and Orthotics: July 2014 – Volume 26 – Issue 3 – p 134–143

Rehabline — Άγγελος και Ξενοφών Χρονόπουλος, Μιχάλης Γουγής — Τεχνητά Μέλη

Αξιόπιστη, επιστημονική προσέγγιση στα τεχνητά μέλη