Yapay ayak bileği gücü ve ayak sertliği kategorisinin farklı hızlarda yürürken biyomekanik asimetri ve diz momenti üzerindeki etkileri

Adımların dengede olması neden önemli

Alt bacağını kaybeden birçok kişi için protezle yürümek günlük bir başarıdır—ancak bu, geride kalan sağlam bacağı zorlayabilir. Bir bacak diğerinden daha fazla çalıştığında sağlam diz ve kalçaya binen ek yükler zamanla eklem ağrısı ve osteoartrit riskini artırabilir. Bu çalışma, modern protez ayakların sertliğini ve her adımda ne kadar güç sağladığını inceleyerek insanların daha dengeli yürüyüşe ulaşmasına ve potansiyel olarak eklemlerini korumasına nasıl yardımcı olabileceğini araştırıyor.

İki tür yüksek teknoloji ayak

Diz altı (transtibial) ampütasyonu olan çoğu kişi, enerjiyi depolayıp geri veren ancak aktif olarak yerden itiş yapamayan pasif yay benzeri bir ayak kullanır. Bu cihazlar tipik olarak biyolojik bir ayak bileğinin geri verdiği enerjinin yalnızca yaklaşık yarısını sunar; dolayısıyla sağlam bacak ekstra iş yapmak zorunda kalır. Daha yeni bir seçenek olan BiOM güçlendirilmiş ayak-bilek protezi, itiş sırasında enerji sağlayabilen yerleşik bir motor ve yay içerir. BiOM ayrıca taban olarak standart bir pasif ayak kullanır; bu ayak, kullanıcının ağırlığı ve aktivite düzeyine göre farklı sertlik “kategorilerinde” satılır. Bu, klinisyenlerin hem protez ayağın sertliğini hem de motorun sağladığı gücü ayarlayabilmesini sağlar—çok sayıda olası kombinasyon sunar, ancak hangi ayarların vücudu en iyi koruduğuna dair sınırlı rehberlik vardır.

Çalışma nasıl yapıldı

Tek diz altı ampütasyonu olan on üç deneyimli protez kullanıcısı, özel bir yürüyüş bandında yavaş gezinti (0,75 m/s) ile hızlı yürüyüş (1,75 m/s) aralığında yürüdü. Her katılımcı 16 farklı protez konfigürasyonunu denedi: dört ayak sertlik kategorisi (önerilenden iki adım daha yumuşaktan bir adım daha serte kadar) ve dört güç koşulu (motorsuz pasif ayak ile birlikte, ayrıca BiOM’un önerilen güç seviyesinde ve önerilenin %10 ve %20 üzerinde). Yürürken araştırmacılar her ayağın zeminde kaldığı süreyi, adımın birinci ve ikinci tepe noktalarındaki zemine uygulanan dikey kuvvetin büyüklüğünü ve sağlam dizde görülen burulma yükünü—diz osteoartritiyle ilişkilendirilen önemli bir göstergeyi—ölçtüler.

Sertlik yalnız değiştirildiğinde neler oldu

Pasif ayağın sertliğinin değiştirilmesi yürüyüş dengesine beklenenden daha küçük etkiler yaptı. Sertlik kategorileri aralığında, iki bacağın zemine temas süresini nasıl paylaştığı veya dikey zemine tepki kuvvetinin birinci tepe noktasının simetrisinde belirgin bir değişim yoktu. Sadece bir desen öne çıktı: en sert ayağın kullanılması, en yumuşak ayağa kıyasla ikinci tepe kuvvetindeki dengesizliği azalttı, ancak bu azalma bir yüzde puandan biraz fazlaydı. Test edilen aralıktaki sertlik değişiklikleri sağlam dizdeki yükleri de büyük ölçüde etkilemedi. Bu bulgular, benzer ticari ayaklar arasında günlük klinik seçimlerde mütevazı sertlik ayarlarının eklem yüklemesini veya adım dengesini dramatik şekilde değiştirmeyebileceğini düşündürüyor.

Eklenen güç ne yapabilir—ve ne zaman

BiOM’un motorunu açmak daha belirgin etkiler yarattı. Alttaki ayak sertliği ne olursa olsun, güç sağlanan cihazın kullanılması pasif ayakla karşılaştırıldığında protez ve sağlam bacaklar arasındaki temas zamanı farklarını azalttı. Ancak kuvvet simetrisi ile ilgili ayrıntılar yürüyüş hızı ve güç seviyesine bağlıydı. 1,25 m/s’lik ayar hızında, BiOM’u önerilen güç seviyesinin %10–%20 üzerinde çalıştırmak birinci ve ikinci tepe kuvvetlerinde bacaklar arasındaki en dengeli deseni üretti. Daha yavaş (0,75 m/s) ve daha hızlı (1,75 m/s) hızlarda ise güç arttırmak bazen kuvvet dengesizliklerini kötüleştirdi. Bacakların işi paylaşma biçimindeki bu değişikliklere rağmen, çalışma herhangi bir test edilen ayarda güçlendirilmiş cihazın kullanılmasının sağlam dizdeki ana burulma yükünde tutarlı azalmalar sağlamadığını buldu.

Günlük yürüyüş için bunun anlamı

Diz altı ampütasyonu olan kişiler ve klinisyenleri için bu sonuçlar nüanslı bir tabloyu işaret ediyor. BiOM gibi güçlendirilmiş bir ayak-bilek protezi, özellikle ayarlandığı hızda adımları daha dengeli hale getirebilir ve biraz daha sert ayaklar kuvvet dengesinin bir yönünü iyileştirebilir. Yine de test edilen aralık içinde ne sertlik değişiklikleri ne de daha yüksek güç, osteoartrit riskine katkıda bulunduğu düşünülen diz yüklemesini açıkça azaltmadı. Yazarlar, protez teknisyenlerinin güç ayarlarını kişinin tipik yürüme hızına göre uyarlamak isteyebileceğini ve gelecekteki cihazların hız değiştikçe gücü otomatik olarak ayarlayabileceğini öneriyor. Mevcut protezleri ince ayarlamak simetriyi geliştirebilse de, uzun vadeli eklem sağlığını tam olarak korumak muhtemelen tasarım ve kontrol alanında daha fazla iyileştirme gerektirecektir.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: yapay ayak bileği, transtibial ampütasyon, güçlendirilmiş protez, yürüme simetrisi, diz osteoartriti