Effetti della potenza alla caviglia prostetica e della categoria di rigidità del piede sull'asimmetria biomeccanica e sul momento al ginocchio durante la camminata a velocità diverse

Perché bilanciare i passi è importante

Per molte persone che hanno perso una parte della gamba, camminare con una protesi è una vittoria quotidiana, ma può anche sovraccaricare l’arto sano rimanente. Quando una gamba lavora più dell’altra, le forze extra sul ginocchio e sull’anca intatti possono aumentare nel tempo il rischio di dolore articolare e osteoartrite. Questo studio esplora come mettere a punto i piedi protesici moderni — regolando la loro rigidità e quanta energia forniscono a ogni passo — possa aiutare le persone a camminare in modo più equilibrato e potenzialmente proteggere le loro articolazioni.

Due tipi di piedi high-tech

La maggior parte delle persone con un’amputazione sotto il ginocchio (transtibiale) usa un piede passivo di tipo elastico che immagazzina e rilascia energia ma non può spingere attivamente contro il suolo. Questi dispositivi restituiscono tipicamente solo circa la metà dell’energia di una caviglia biologica, quindi la gamba intatta deve fare lavoro extra. Un’opzione più recente, la protesi caviglia-piede motorizzata BiOM, include un motore e una molla integrati che possono fornire energia durante il push-off. La BiOM utilizza inoltre come base un piede passivo standard, venduto in diverse “categorie” di rigidità abbinate al peso e al livello di attività dell’utente. Ciò significa che i clinici possono regolare sia la rigidità del piede protesico sia la potenza fornita dal motore — offrendo molte combinazioni possibili ma poche indicazioni su quali impostazioni proteggano meglio il corpo.

Come è stato condotto lo studio

Tredici utenti esperti di protesi con un’amputazione monolaterale sotto il ginocchio hanno camminato su un tapis roulant speciale a velocità che andavano dalla passeggiata lenta (0,75 m/s) alla camminata sostenuta (1,75 m/s). Ciascun partecipante ha provato 16 configurazioni protesiche diverse: quattro categorie di rigidità del piede (da due step più morbido rispetto al raccomandato a uno step più rigido) e quattro condizioni di potenza (un piede passivo senza motore, più BiOM tarato al livello raccomandato, al 10% in più e al 20% in più). Mentre camminavano, i ricercatori hanno misurato quanto a lungo ogni piede restava a contatto con il suolo, quanto ciascun piede premeva sul tapis roulant ai primi due picchi della forza del passo e quanto carico torsionale compariva al ginocchio intatto — un indicatore importante collegato all’osteoartrite del ginocchio.

Cosa è cambiato solo con la rigidità

Modificare la rigidità del piede passivo ha avuto effetti sorprendentemente piccoli sull’equilibrio della camminata. Nell’intervallo delle categorie di rigidità testate non è emerso un cambiamento chiaro nella distribuzione del tempo di contatto con il suolo tra le due gambe, né nella simmetria del primo picco della forza verticale di reazione al suolo. Solo un andamento si è distinto: l’uso del piede più rigido ha ridotto lo sbilanciamento al secondo picco di forza rispetto all’uso del piede più morbido, ma solo di poco più di un punto percentuale. Anche i carichi al ginocchio intatto sono rimasti in gran parte invariati rispetto ai cambiamenti di rigidità all’interno dell’intervallo testato. Questi risultati suggeriscono che, per le scelte cliniche quotidiane tra piedi commerciali simili, aggiustamenti modesti della rigidità potrebbero non alterare in modo significativo il carico articolare o l’equilibrio del passo.

Cosa può fare la potenza aggiunta — e quando

Accendere il motore della BiOM ha mostrato effetti più evidenti. Indipendentemente dalla rigidità del piede sottostante, l’uso del dispositivo motorizzato ha ridotto le differenze nel tempo di contatto tra la gamba protesica e quella intatta rispetto all’uso di un piede passivo. Tuttavia, i dettagli sulla simmetria delle forze dipendevano dalla velocità di camminata e dal livello di potenza. Alla velocità di taratura di 1,25 m/s, far funzionare la BiOM al 10–20% oltre il livello raccomandato ha prodotto il pattern più equilibrato sia per il primo sia per il secondo picco di forza tra le gambe. A velocità più lente (0,75 m/s) e più veloci (1,75 m/s), invece, aumentare la potenza a volte peggiorava gli squilibri di forza. Nonostante questi cambiamenti nella condivisione del lavoro tra le gambe, lo studio non ha rilevato riduzioni coerenti del rilevante carico torsionale al ginocchio intatto usando il dispositivo motorizzato in nessuna delle impostazioni testate.

Cosa significa per la camminata di tutti i giorni

Per le persone con amputazione sotto il ginocchio e per i loro clinici, questi risultati delineano un quadro sfumato. Una protesi caviglia-piede motorizzata come la BiOM può contribuire a rendere i passi più equilibrati, soprattutto vicino alla velocità per cui è tarata, e piedi leggermente più rigidi possono migliorare un aspetto dell’equilibrio delle forze. Tuttavia, nell’intervallo testato, né i cambi di rigidità né l’aumento della potenza hanno chiaramente ridotto il carico al ginocchio ritenuto collegato al rischio di osteoartrite. Gli autori suggeriscono che i protesisti possano voler adattare le impostazioni di potenza alla velocità di camminata abituale della persona e che i dispositivi futuri potrebbero regolare automaticamente la potenza al variare della velocità. Sebbene mettere a punto le protesi attuali possa migliorare la simmetria, proteggere completamente la salute articolare a lungo termine richiederà probabilmente ulteriori perfezionamenti nel design e nel controllo.

Citazione: 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

Parole chiave: caviglia protesica, amputazione transtibiale, protesi motorizzata, simmetria del passo, osteoartrite del ginocchio