Los amputados que usan tobillos protésicos eléctricos pueden evitar los costos energéticos típicamente asociados con las prótesis aumentando la potencia proporcionada por sus dispositivos.

Un profesor de ingeniería de la UCF publicó recientemente un estudio en Informes científicos eso muestra que las personas con amputaciones transtibiales (la pérdida de una extremidad debajo de la rodilla) pueden mejorar su capacidad para caminar si cambian el ajuste de potencia de sus dispositivos. Hwan Choi, quien recibió su doctorado en ingeniería de la Universidad de Washington, es profesor asistente en el departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF.

Según un estudio realizado por los Institutos Nacionales de Salud, aproximadamente 185, Cada año se producen 000 amputaciones en los Estados Unidos y, según los informes, el 49-95% de las personas con amputaciones de miembros inferiores utilizan una prótesis. La mayoría de las que hay en el mercado son prótesis pasivas. De media, los amputados gastan hasta un 30% más de energía que los individuos intactos cuando realizan tareas como caminar. Esto podría deberse al hecho de que la mayoría de las prótesis de tobillo son pasivo-elásticas, lo que significa que pueden almacenar y liberar energía cuando entran en contacto con el suelo, pero no pueden realizar un trabajo neto positivo del tobillo que permite que se produzcan contracciones de acortamiento muscular. De hecho, estas prótesis solo pueden proporcionar una octava parte de la potencia de los músculos gastrocnemio y sóleo intactos, los músculos clave que sostienen e impulsan el cuerpo al caminar.

A medida que las prótesis pasivas aumentan la demanda energética del usuario, los individuos pueden tener que compensar aumentando el esfuerzo muscular en la extremidad residual o intacta. Prótesis de tobillo motorizadas, por otra parte, utilice actuadores para reducir los costos metabólicos incrementados que se imponen a los amputados al brindar un trabajo positivo. BiOM (ahora conocido como EMPOWER), la única prótesis de tobillo motorizada disponible en el mercado, utiliza una pantalla visual que permite al usuario ajustar la configuración de energía en el dispositivo. Idealmente, seleccionarían una configuración de potencia entre 0% y 100% que mejor se aproxime a la de un tobillo sano a la velocidad de caminata preferida por el usuario. Pero la pregunta sigue siendo:¿cuánta potencia debe proporcionar la prótesis?

Muy poca potencia y pueden experimentar los mismos costos metabólicos que aquellos que usan prótesis pasivas, pero demasiado y pueden experimentar problemas como la hiperflexión de la rodilla y una mayor absorción de energía en la rodilla que puede aumentar los costos metabólicos del usuario.

Choi, junto con los coautores Kimberly Ingrahm, David Remy, Emily Gardinier, y Deanna Gates de la Universidad de Michigan, probaron diez individuos con amputaciones transtibiales. Midieron el costo metabólico del transporte (COT) y el trabajo neto del tobillo de BiOM en diferentes configuraciones de energía, mientras los amputados caminaban en cinta rodante con el tobillo BiOM.

Choi dijo que descubrieron que el poder ideal que reducía el costo metabólico era en realidad mayor que las normas biológicas. En otras palabras, la configuración mejor probada en realidad disminuyó la cantidad de exceso de energía utilizada por el sujeto más que la configuración de potencia elegida por el protésico.

"El hallazgo clave de este estudio fue que ninguno de los sujetos tenía el costo metabólico mínimo cuando caminaban con individuos intactos en el trabajo o la potencia. Cuando tenían mayor potencia, luego, las personas afectadas redujeron el costo metabólico ".

Entre los participantes, Los ajustes de potencia superiores al 50% dieron como resultado un COT más bajo, pero el ajuste de potencia mejor probado fue en realidad más alto que el ajuste elegido por el protésico.

De hecho, de media, el ajuste de potencia que minimizó los costos de energía correspondió a aproximadamente el doble del trabajo neto del tobillo del tobillo biológico. Entonces, aunque los tobillos eléctricos pueden ser más beneficiosos que las prótesis pasivas, los amputados pueden aumentar su nivel de actividad cuando los protésicos cambian su objetivo de lograr una cinética biológica aproximada del tobillo a minimizar los costos metabólicos.

Según Choi, con costos metabólicos minimizados, los amputados transtibiales tienen una mayor probabilidad de permanecer activos, mejorar su calidad de vida, y prevenir una serie de consecuencias para la salud, incluyendo diabetes y enfermedades cardíacas.