Wpływ mocy protezy skokowo-stopowej i kategorii sztywności stopy na asymetrię biomechaniczną i moment kolanowy podczas chodzenia z różnymi prędkościami

Dlaczego wyrównywanie kroków ma znaczenie

Dla wielu osób po utracie części podudzia chodzenie z protezą to codzienne zwycięstwo — ale może też obciążać zachowaną, nieuszkodzoną kończynę. Gdy jedna noga pracuje intensywniej niż druga, dodatkowe siły działające na zdrowe kolano i biodro mogą z czasem zwiększać ryzyko bólu stawów i choroby zwyrodnieniowej. W badaniu tym zbadano, jak precyzyjne dostrojenie współczesnych stóp protetycznych — poprzez regulację ich sztywności i dawki energii dostarczanej w każdym kroku — może pomóc chodzić bardziej równomiernie i potencjalnie chronić stawy.

Dwa rodzaje high-tech stóp

Większość osób z amputacją poniżej kolana (transtibialną) korzysta z pasywnej, sprężynującej stopy, która magazynuje i oddaje energię, ale nie może aktywnie wybijać się z podłoża. Urządzenia te zazwyczaj oddają tylko około połowy energii, jaką dostarczyłyby biologiczne stawy skokowe, więc zdrowa noga musi wykonać dodatkową pracę. Nowszą opcją jest proteza skokowo-stopowa z napędem BiOM, zawierająca wbudowany silnik i sprężynę, które mogą dostarczać energię podczas wybicia. BiOM korzysta też ze standardowej pasywnej stopy jako bazy, dostępnej w różnych „kategoriach” sztywności dopasowanych do wagi i aktywności użytkownika. Oznacza to, że klinicyści mogą regulować zarówno sztywność stopy protetycznej, jak i moc silnika — co daje wiele możliwych kombinacji, przy ograniczonych wskazówkach, które ustawienia najlepiej chronią organizm.

Jak przeprowadzono badanie

Trzynaście doświadczonych użytkowników protez z jedną amputacją poniżej kolana chodziło po specjalnej bieżni z prędkościami od powolnego spaceru (0,75 m/s) do szybkiego marszu (1,75 m/s). Każdy uczestnik próbował 16 różnych konfiguracji protezy: czterech kategorii sztywności stopy (od dwóch stopni miększej niż zalecana do jednego stopnia sztywniejszej) oraz czterech ustawień mocy (stopa pasywna bez napędu oraz BiOM z mocą dostrojona do zalecanej wartości, o 10% wyżej i o 20% wyżej). Podczas chodzenia badacze mierzyli, jak długo każda stopa pozostawała w kontakcie z podłożem, jak silnie każda stopa naciskała na bieżnię przy pierwszym i drugim szczycie siły krokowej oraz jaki moment obrotowy pojawiał się w zdrowym kolanie — istotny wskaźnik powiązany z chorobą zwyrodnieniową kolana.

Co zmieniła sama sztywność

Zmiana sztywności pasywnej stopy miała zaskakująco niewielki wpływ na równowagę chodu. W obrębie testowanego zakresu kategorii sztywności nie zaobserwowano wyraźnej zmiany we współudziale czasu kontaktu obu nóg z podłożem ani w symetrii pierwszego szczytu pionowej siły reakcji podłoża. Tylko jeden wzorzec wyróżniał się: użycie najsztywniejszej stopy zmniejszało nierównowagę przy drugim szczycie siły w porównaniu z najmiększą stopą, ale jedynie o nieco ponad jeden punkt procentowy. Obciążenia w zdrowym kolanie także w dużej mierze pozostawały niezmienione przy modyfikacjach sztywności w badanym zakresie. Wyniki te sugerują, że przy codziennych wyborach klinicznych między podobnymi komercyjnymi stopami, drobne regulacje sztywności mogą nie zmieniać dramatycznie obciążeń stawów ani równowagi kroków.

Co może dodać moc — i kiedy

Włączenie napędu BiOM miało bardziej zauważalne efekty. Bez względu na bazową sztywność stopy, korzystanie z urządzenia z napędem zmniejszało różnice w czasie kontaktu między protezowaną a zdrową nogą w porównaniu z używaniem stopy pasywnej. Jednak szczegóły dotyczące symetrii sił zależały od prędkości chodu i poziomu mocy. Przy prędkości strojenia 1,25 m/s ustawienie BiOM na 10–20% powyżej zalecanej mocy dawało najbardziej zrównoważony wzorzec zarówno pierwszego, jak i drugiego szczytu siły między nogami. Przy wolniejszych (0,75 m/s) i szybszych (1,75 m/s) prędkościach zwiększanie mocy czasami pogarszało nierównowagi sił. Pomimo tych zmian w podziale pracy między nogami, badanie nie wykazało spójnego zmniejszenia kluczowego momentu skrętnego w zdrowym kolanie przy korzystaniu z napędu w żadnym z testowanych ustawień.

Co to oznacza dla codziennego chodzenia

Dla osób po amputacji poniżej kolana i ich klinicystów wyniki te wskazują na niuansowany obraz. Proteza skokowo-stopowa z napędem, taka jak BiOM, może pomóc wyrównać kroki, szczególnie przy prędkości, do której została dostrojona, a nieco sztywniejsze stopy mogą poprawić jeden aspekt równowagi sił. Jednak w badanym zakresie ani zmiany sztywności, ani wyższa moc nie zmniejszyły wyraźnie obciążeń kolana uznawanych za istotne dla ryzyka choroby zwyrodnieniowej. Autorzy sugerują, że protetycy powinni dobierać ustawienia mocy do typowej prędkości chodu danej osoby, a przyszłe urządzenia mogłyby automatycznie dostosowywać moc wraz ze zmianą prędkości. Choć precyzyjne dostrajanie współczesnych protez może poprawić symetrię, pełna ochrona długoterminowego zdrowia stawów prawdopodobnie będzie wymagać dalszych usprawnień w projekcie i sterowaniu.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: proteza skokowa, amputacja podkolanowa, proteza z napędem, symetria chodu, choroba zwyrodnieniowa stawów kolanowych