تأثير قدرة الكاحل الاصطناعي وفئة صلابة القدم على عدم التماثل البيوميكانيكي وعزم الركبة أثناء المشي بسرعات مختلفة

لماذا توازن الخطوات مهم

بالنسبة لكثير من الأشخاص الذين فقدوا جزءًا من الساق، يعد المشي باستخدام طرف اصطناعي انتصارًا يوميًا—لكنه قد يجهد الطرف السليم المتبقي. عندما يعمل أحد الساقين بجهد أكبر من الأخرى، قد تزداد القوى الإضافية على ركبة وورك الطرف السليم، مما يرفع احتمال حدوث ألم مفصلي وهشاشة المفصل مع مرور الوقت. تستكشف هذه الدراسة كيف أن ضبط أقدام اصطناعية حديثة بدقة—عن طريق تعديل صلابتها وكمية الطاقة التي تضيفها في كل خطوة—يمكن أن يساعد الناس على المشي بشكل أكثر توازنًا وقد يحمي مفاصلهم.

نوعان من الأقدام عالية التقنية

يستخدم معظم الأشخاص الذين خضعوا لبتر تحت الركبة قدمًا سلبية تشبه الزنبرك تخزن الطاقة وتطلقها لكنها لا تستطيع الدفع النشط للأمام. عادةً ما تعيد هذه الأجهزة نحو نصف الطاقة فقط مقارنة بالكاحل البيولوجي، لذا يجب على الساق السليمة بذل عمل إضافي. خيار أحدث، وهو طرف الكاحل–القدم BiOM العامل بالطاقة، يشتمل على محرك وزنبرك مدمجين يمكنهما توفير طاقة أثناء الدفع. كما يستخدم BiOM قدمًا سلبية قياسية كأساس له تُباع بفئات صلابة مختلفة تتناسب مع وزن المستخدم ومستوى نشاطه. هذا يعني أن الأطباء يمكنهم ضبط كل من صلابة القدم الاصطناعية وكمية الطاقة التي يوفرها المحرك—مما يقدم العديد من التركيبات المحتملة لكن بقليل من الإرشاد حول أي إعدادات تحمي الجسم بشكل أفضل.

كيف نُجريت الدراسة

مشى ثلاثة عشر مستخدمًا متمرسًا للأطراف الاصطناعية ممن لديهم بتر أحادي تحت الركبة على جهاز سير خاص بسرعات تتراوح من تمشٍ بطيء (0.75 م/ث) إلى مشية سريعة (1.75 م/ث). جرّب كل مشارك 16 إعدادًا مختلفًا للطرف الاصطناعي: أربع فئات صلابة للقدم (من خطوتين أطرى من الموصى به إلى خطوة واحدة أصدق صلابة) وأربع حالات قدرة (قدم سلبية بدون محرك، بالإضافة إلى قدرة BiOM المضبوطة على المستوى الموصى به، و10% أعلى منه، و20% أعلى منه). أثناء المشي، قاس الباحثون كم من الوقت بقيت كل قدم على الأرض، ومدى الضغط الذي مارسته كل قدم على جهاز السير عند القمة الأولى والثانية للقوة أثناء الخطوة، ومقدار عزم الالتواء الذي ظهر في ركبة الطرف السليم—وهو مؤشر مهم مرتبط بخطر هشاشة ركبة.

ما تغيّر بتعديل الصلابة فقط

كان لتغيير صلابة القدم السلبية تأثيرات مفاجئة وصغيرة على توازن المشي. عبر نطاق فئات الصلابة، لم يكن هناك تغيير واضح في مدى مشاركة الساقين لوقت التماس مع الأرض، ولا في تماثل ذروة القوة العمودية الأولى. ظهر نمط واحد فقط: استخدام أصدق القدم صلابة خفّض عدم التوازن في الذروة الثانية للقوة مقارنة باستخدام أطرى قدم، لكن بفارق لا يتجاوز نقطة مئوية واحدة تقريبًا. كما أن الأحمال على ركبة الطرف السليم لم تتأثر إلى حد كبير بتغييرات الصلابة ضمن النطاق المختبر. تشير هذه النتائج إلى أنه، بالنسبة للاختيارات السريرية اليومية بين أقدام تجارية متشابهة، قد لا تغيّر تعديلات الصلابة المتواضعة بشكل كبير تحميل المفاصل أو توازن الخطوات.

ما الذي يمكن أن تفعله الطاقة المضافة—ومتى

كان لتشغيل محرك BiOM تأثيرات أكثر وضوحًا. بغض النظر عن صلابة القدم الأساسية، قلّل استخدام الجهاز العامل بالطاقة الفروقات في زمن التماس بين الطرف الاصطناعي والطرف السليم مقارنة باستخدام قدم سلبية. ومع ذلك، اعتمدت تفاصيل تماثل القوة على سرعة المشي ومستوى الطاقة. عند سرعة الضبط 1.25 م/ث، أدى تشغيل BiOM بزيادة 10–20% فوق مستوى الطاقة الموصى به إلى أنماط أكثر توازنًا في كل من الذروة الأولى والثانية للقوة بين الساقين. عند سرعات أبطأ (0.75 م/ث) وأسرع (1.75 م/ث)، أحيانًا جعل رفع الطاقة عدم التوازن في القوة أسوأ. وعلى الرغم من هذه التغييرات في كيفية تقاسم الساقين للعمل، لم تجد الدراسة تخفيضات متسقة في عزم الالتواء الرئيسي عند ركبة الطرف السليم عند استخدام الجهاز العامل بأي إعداد مختبر.

ما معنى هذا للمشي اليومي

لهؤلاء الأشخاص الذين لديهم بتر تحت الركبة ولأخصائييهم، تشير هذه النتائج إلى صورة دقيقة. يمكن للكاحل–القدم العامل بالطاقة مثل BiOM أن يساعد في جعل الخطوات أكثر توازنًا، خاصة قرب السرعة المصمّم لها، وقد تحسّن الأقدام الأكثر صلابة قليلاً جانبًا واحدًا من توازن القوى. ومع ذلك، ضمن النطاق المختبر، لم تقلل تغييرات الصلابة ولا زيادة الطاقة بوضوح من التحميل على الركبة المرتبط بخطر الإصابة بهشاشة المفاصل. يقترح المؤلفون أن يقوم فنيو الأطراف بضبط إعدادات الطاقة بحسب سرعة المشي المعتادة للشخص، وأن الأجهزة المستقبلية قد تضبط الطاقة تلقائيًا مع تغير السرعة. بينما يمكن أن يحسّن الضبط الدقيق للأطراف الاصطناعية الحالية التناظر، سيستلزم حماية صحة المفاصل على المدى الطويل تحسينات إضافية في التصميم والتحكم.

الاستشهاد: Tacca, J.R., Colvin, Z.A. & Grabowski, A.M. Effects of prosthetic ankle power and foot stiffness category on biomechanical asymmetry and knee moment during walking at different speeds. Sci Rep 16, 7207 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37225-3

الكلمات المفتاحية: كاحل اصطناعي, بتر تحت الركبة, طرف اصطناعي يعمل بالطاقة, تناظر المشية, هشاشة مفصل الركبة