Les amputés qui utilisent des prothèses de cheville motorisées peuvent éviter les coûts énergétiques généralement associés aux prothèses en augmentant la puissance fournie par leurs appareils.

Un professeur d'ingénierie de l'UCF a récemment publié une étude en Rapports scientifiques cela montre que les personnes ayant subi une amputation transtibiale - la perte d'un membre sous le genou - peuvent améliorer leur capacité de marche si elles modifient le réglage de la puissance de leurs appareils. Hwan Choi, qui a obtenu son doctorat en ingénierie de l'Université de Washington, est professeur adjoint au département de génie mécanique et aérospatial de l'UCF.

Selon une étude menée par les National Institutes of Health, environ 185, 000 amputations se produisent aux États-Unis chaque année et 49 à 95 % des amputés des membres inférieurs utiliseraient une prothèse. La plupart de celles sur le marché sont des prothèses passives. En moyenne, les amputés dépensent jusqu'à 30 % plus d'énergie que les personnes saines lorsqu'ils effectuent des tâches telles que la marche. Cela pourrait être dû au fait que la plupart des prothèses de cheville sont à élasticité passive, ce qui signifie qu'ils peuvent stocker et libérer de l'énergie lorsqu'ils entrent en contact avec le sol, mais sont incapables d'effectuer un travail net positif de la cheville qui permet aux contractions de raccourcissement musculaire de se produire. En réalité, ces prothèses ne sont capables de fournir qu'un huitième de la puissance des muscles gastrocnémien et soléaire intacts, les muscles clés qui soutiennent et propulsent le corps pendant la marche.

Comme les prothèses passives augmentent la demande énergétique de l'utilisateur, les individus peuvent avoir à compenser en augmentant l'effort musculaire dans le membre résiduel ou intact. Prothèses de cheville motorisées, d'autre part, utiliser des actionneurs pour réduire les coûts métaboliques accrus imposés aux amputés en fournissant un travail positif. BiOM (maintenant connu sous le nom EMPOWER), la seule prothèse de cheville motorisée disponible dans le commerce, utilise un affichage visuel qui permet au porteur de régler le réglage de la puissance sur l'appareil. Idéalement, ils choisiraient un réglage de puissance entre 0 % et 100 % qui se rapproche le mieux de celui d'une cheville en bonne santé à la vitesse de marche préférée de l'utilisateur. Mais la question demeure :quelle puissance la prothèse doit-elle fournir ?

Trop peu d'énergie et ils peuvent subir les mêmes coûts métaboliques que ceux utilisant des prothèses passives, mais trop et ils peuvent rencontrer des problèmes tels que l'hyperflexion du genou et une absorption d'énergie accrue dans le genou qui peuvent augmenter les coûts métaboliques de l'utilisateur.

Choi, avec les coauteurs Kimberly Ingrahm, David Rémy, Emilie Gardinier, et Deanna Gates de l'Université du Michigan, testé dix personnes ayant subi une amputation transtibiale. Ils ont mesuré le coût métabolique du transport (COT) et le travail net de la cheville du BiOM à différents réglages de puissance, tandis que les amputés marchaient sur un tapis roulant avec la cheville BiOM.

Choi a déclaré qu'ils avaient découvert que la puissance idéale qui réduisait le coût métabolique était en fait supérieure aux normes biologiques. En d'autres termes, le meilleur réglage testé a en fait diminué la quantité d'énergie excédentaire utilisée par le sujet plus que le réglage de puissance choisi par le prothésiste.

"La principale conclusion de cette étude était qu'aucun des sujets n'avait le coût métabolique minimum lorsqu'ils marchaient avec des individus sains au travail ou au pouvoir. Lorsqu'ils avaient une plus grande puissance, alors les individus avec facultés affaiblies ont en fait réduit leur coût métabolique."

Parmi les participants, des réglages de puissance supérieurs à 50 % ont entraîné un COT inférieur, mais le meilleur réglage de puissance testé était en fait plus élevé que le réglage choisi par le prothésiste.

En réalité, en moyenne, le réglage de puissance qui minimisait les coûts énergétiques correspondait à environ le double du travail net de cheville de la cheville biologique. Ainsi, alors que les chevilles motorisées peuvent être plus bénéfiques que les prothèses passives, les amputés peuvent en fait augmenter leur niveau d'activité lorsque les prothésistes changent leur objectif d'atteindre une cinétique biologique approximative de la cheville à la minimisation des coûts métaboliques.

Selon Choi, avec des coûts métaboliques minimisés, les amputés transtibiaux ont plus de chances de rester actifs, améliorer leur qualité de vie, et prévenir un certain nombre de conséquences pour la santé, y compris le diabète et les maladies cardiaques.