Onderdelen voor energie-efficiënt lopen – ook voor geriatrische patiënten? De meeste geriatrische patiënten zitten in de activiteitsklasse 1 of 2. Protheseonderdelen voor deze groep geamputeerdenkomen meestal uit op een laag niveau wat betreft functionaliteit en zijn gunstig wat betreft de kosten. Aan de andere kant hebben deze patiënten juist behoefte aan protheseonderdelen die hen bij het lopen ondersteunen en het lopen zo energie-efficiënt mogelijk maken. Echter, energie-efficiënte prothesevoeten zijn over het algemeen duurder en worden daarom meestal alleen in de hogere activiteitsklassen toegepast. Het koolstofsysteem Clever Bone, dat ontwikkeld werd door de firma medi in Bayreuth (Duitsland), is een energiebesparend prothesesysteem dat speciaal ontwikkeld werd voor patiënten met een lagere activiteit. Het bestaat uit twee parallelle koolstof staven die de verbinding vormen tussen de prothesevoet en de prothesekoker of protheseknie. In het onderzoek dat in dit artikel wordt gepresenteerd is nagegaan in welke mate het Clever Bone Systeem functionele voordelen biedt aan geamputeerden met een lage activiteit ten opzichte van de conventionele buissystemen en met tezelfdertijd een geringe toename van de kosten. Beschrijving van de functie van het Clever Bone Systeem. medi’s Clever Bone is een prothesesysteem dat energie absorbeert en weer terug geeft voor bovenbeen- en onderbeen geamputeerden in de activiteitsklassen 1 en 2. Het bestaat uit twee koolstof staven die in het frontale vlak parallel uitgelijnd zijn. De kern van deze staven is van polyurethaan en de staven hebben speciale adapters aan de uiteinden om zo de verbinding te vormen tussen de prothesevoet en de stompkoker of protheseknie.
Figuur 1 Onderbeenprothese met Clever Bone Systeem In tegenstelling tot een verbinding met een buis laat de flexibiliteit van het koolstofsysteem een bepaalde mate van sagittale beweging toe, in de zin van flexie en extensie van de prothesevoet, door te buigen tijdens de standfase. De parallelle uitlijning van de stangen zorgt voor een gecontroleerde torsie van de twee staven van het Clever Bone Systeem rond de lengteas (figuur 1). Doelen en methode van het onderzoek. In totaal deden tien mannelijke transtibiaalgeamputeerden mee aan dit onderzoek. Het doel van het onderzoek was het Clever Bone Systeem te vergelijken met de conventionele
Orthobode nummer 1 / 2012
buissystemen. Om dit te bereiken werden de twee systemen vergeleken en de kenmerken van hun looppatroon geanalyseerd. De prothesen waren identiek op de onderzochte onderdelen na. Er werd gebruik gemaakt van een Dyna-Walk M2LP 100 prothesevoet van medi. De systemen werden vergeleken met gebruikmaking van kinetische gegevens en een subjectieve evaluatie door de tien proefpersonen. De kinetische gegevens van de standfase werden opgenomen met een force plate van de firma Amti met een bemonsteringssnelheidvan 200Hz. De metingen werden verricht voor tien stappen per proefpersoon en het prothesesysteemaan de prothesezijde. Uit de op deze manier gemeten grondreactiekrachten werden verschillende kinetische variabelen opgemaakt. De kinetische variabelen worden in figuur 2 als een grafiek getoond en verder uitgewerkt in tabel 1. Verder werden de loop van de verticale en de horizontale grondreactiekrachtencurves, d.w.z. de kracht in de verticale richting en de kracht in de looprichting, beoordeeld met betrekking tot hun samenhang. Met dit doel voor ogen kregen de proefpersonen de instructie om het prothesesysteem dat ze droegen te beoordelen aan de hand van de volgende drie criteria: 1
Tabel 1 Afkortingen, eenheden en beschrijvingen van de onderzochte kinetische variabelen( %BW = percentage lichaamsgewicht) Nr.
Afkorting
Eenheid
Beschrijving
1
Max1Fz
%BW
Eerste krachtpiek van de verticale grondreactiekracht (bij belasting)
2
MinFz
%BW
Krachtdal van de verticale grondreactiekracht (midstandfase)
3
Max2Fz
%BW
Tweede krachtpiek van de verticale grondreactiekrachten (afwikkelen van de voorvoet)
4
MaxVT
%BW* cm
Maximaal torsiemoment tussen de voet en de force plate
5
ttot
Sec
Duur van de standfase
6
t1
%ttot
Tijd tot de eerste krachtpiek van de verticale kracht
7
Kstbrake
%BW*Sec
Totale rem impact/impuls( bij benadering)
8
Kstaccel
%BW*Sec
Totale acceleratie stoot/impuls (bij benadering)
9
A2
%BW/Sec
Gemiddelde negatieve toename van de grondreactiekrachten aan het begin van de midstandfase(van tMax1Fztot tMin1Fz)
10
A3
%BW/Sec
Gemiddelde positieve toename van de grondreactiekrachten aan het eind van de midstandfase(van tMin1Fztot tMax1Fz)
11
A4
%BW/Sec
Gemiddelde negatieve toename van de grondreactiekrachten in prezwaaifase van(tMax2Fztotttoe off)
12
A70%
% BW/Sec
Gemiddelde mate van toename in de verticale grondreactiekrachten vanaf het neerzetten van de hiel tot 70% van het lichaamsgewicht (70% werd gekozen omdat de krachttoename tot dat punt eigenlijk lineair was bij de onderzochte personen. Een aantal van de buizen vertoonden een tussenplateau boven de 70% markering)
1. Fase van eerste contact met de grond tot de midstandfase 2. Fase van mid-stance tot toe-off 3. Vertrouwen in het lopen De beoordeling kreeg een score door het toekennen van de cijfers 1 (heel goed) tot 6 (onvoldoende). Alle proefpersonen gaven de voorkeur aan het Clever Bone systeem boven het buizensysteem. Dit toont aan dat de gebruikers vinden dat het Clever Bone systeem betere
Figuur 2 Grond reactiekrachten in looprichting
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
8
Variabele
Max1Fz
MinFz
Max2Fz
MaxVT
ttot
t1
Kstbrake
Kstaccel
A2
A3
A4
A70%
Kstaccel
Verschil tussen Clever Bone en buis
+3,0
-2,0
+0,8
-0,062
-0,004
-0,4
+0,16
+0,45
+18,1
+5,5
+34,8
+1,9
+0,45
+3,0%
-2,4%
+0,8%
-10,4%
-0,5%
-0,5%
+6,4%
+20,7%
+14,3%
+5,0%
+8,)%
+0,2%
+20,7%
Tabel 2 Verschillen in de kinetische variabelen tussen het Clever Bone systeem en het buissysteem. De tabel laat voor elke variabele de mediaan verschillen zien (variabele x Clever Bone minus variabele x Buis) voor alle proefpersonen (positieve waarde: hogere mediaan voor Clever Bone: (negatieve waarde: lagere mediaan voor Clever Bone). Zie Figuur 2 en Tabel 1 voor de eenheden en de uitleg van de variabelen. 2
Orthobode nummer 1 / 2012
resultaten geeft. Bij het beoordelen van de kenmerken van het looppatroon tijdens de belastende fase (figuur 3), de afwikkelingsfase van de voorvoet (figuur 4) en het loopvertrouwen (figuur 5), gaven alle proefpersonen het Clever Bone systeem aanzienlijk betere cijfers dan het buizensysteem. De resultaten van de kinetische vergelijking (tabel 2) ondersteunen de duidelijke subjectieve gevoelens in het voordeel van het Clever Bone systeem in de verschillende fases. De gemiddelde waarden (van alle proefpersonen) van de onderzochte kinetische variabelen, laten een aantal verschillen zien tussen het Clever Bone systeem en het buizensysteem. Resultaten en discussie. Figuur 2 Grafiek van de onderzochte kinetische variabelen (Fz= kracht in verticale richting; Fx= kracht in de looprichting; VT= torsiemoment). Er moet aangenomen worden dat de loopsnelheid ongeveer gelijk was bij beide systemen omdat de lengte van de standfase (ttot) maar marginaal verschilde. De klassieke parameters die gebruikt werden, zoals de eerste en de tweede pieken en dalen van de verticale krachtcomponenten, toonden nauwelijks enig relevante verschillen tussen de twee systemen. Alleen Max1Fz(=3%) is een klein beetje hoger met de Clever Bone. Aangezien de cijfers voor deze drie variabelen bij beide systemen niet viel binnen de fysiologische marge zoals beschreven door Perry (Max1Fz, Max2Fz≈ 110% BW, MinFz ≈ 80procent BW), en de verticale grondreactiekracht in het algemeen de 100% van het lichaamsgewicht van de onderzochte proefpersoon bereikte (bij voorzichtig lopen), moet
Figuur 3 Beoordeling hielcontact tot midstand fase (Clever Bone, Buisadapter en gemiddelde waarde in het rood)
Figuur 4 Beoordeling van midstand fase tot teenafzet (Clever Bone, Buisadapter en gemiddelde waarde in het rood)
Figuur 5 Beoordeling van het zelfvertrouwen bij het lopen (Clever Bone, Buisadapter en gemiddelde waarde in het rood) de toename in Max1Fzpositief beoordeeld worden. Het komt dichter bij de fysiologische waarden dan het buizensysteem. Er werden geen verschillen gevonden met betrekking tot de impact spanning bij belasting (de mate van toename aan de verticale kracht = A70%). Het hierboven genoemde ‘voorzichtige lopen’ zou hiervoor ook een verklaring kunnen zijn. Het meest opvallende verschil tussen de systemen is de hogere
Orthobode nummer 1 / 2012
acceleratie impuls (Kstaccel) in de looprichting met de Clever Bone (+ 20,7%) vanaf de late midstance fase. Verder heeft de negatieve toename in de verticale krachtcomponenten aan het einde van de standfase (A4) met de Clever Bone de neiging steiler te zijn (+ 8%) dan bij het buizensysteem. Beiden geven aan dat er meer kracht gegenereerd kan worden in de looprichting dankzij de teruggave van energie door 3
het Clever Bone systeem met als gevolg dat de gebruiker wordt ondersteund bij voorwaartse verplaatsing. Er werd geen afname in de afremimpuls Kstbrake gevonden. Feitelijk werd de afremimpuls zelfs versterkt (+ 6,4%). Dit, en de geringe toename van Max1Fz duiden op een minder voorzichtige belasting van het Clever Bone systeem. De tendens tot een steilere toename van de verticale kracht in de regionen van Max1tot Min (A2, + 14,3%) en van Min tot Max2 (A3, + 5%) in vergelijking met het buizensysteem spreken ook in het voordeel van een dynamischer looppatroon met meer zelfvertrouwen. Wat betreft het maximum torsiemoment (VTmax) tussen de prothesevoet en de grond kan er opgemerkt wordendat dit lager is bij het Clever Bone systeem (- 10,4%). Dit is toe te schrijven aan de torsiemogelijkheid van het systeem. Dit wordt in verband gebracht met een afname van de schuifkrachten tussen het restledemaat en de prothesekoker, wat ook bijdraagt aan een veiliger en comfortabeler looppatroon. Om de twee prothesesystemen te beoordelen werd er ook gekeken naar de curven van de diagrammen van de grondreactiekracht. Echter, het is moeilijk om die met absolute cijfers te beschrijven. Daarom zullen alleen herkenbare verschillen tussen de diagrammen besproken worden. De figuren 6 en 7 laten voor beide systemen de curve van de verticale grondreactiekrachten en de horizontale grondreactiekrachten in de looprichting zien. Er wordt per proefpersoon één meting getoond. Maar de curven die getoond worden werden waargenomen bij het merendeel van de metingen. De verticale krachtcomponen4
Figuur 6 Voorbeeld van een vergelijking van de curve van de kracht- (verticaal)-tijd grafieken voor beide prothesecombinaties bij één profpersoon (één meting elk).
Figuur 7 Voorbeeld van een vergelijking van de curve van de kracht- (looprichting)-tijd grafieken voor beide prothesecombinaties bij één profpersoon (één meting elk). ten (figuur 6) tonen vergelijkenderwijs eenonharmonieuze curve voor het buizensysteem. De overgangen van Max1Fz naar MinFz en vanMinFz naar Max2Fz waren afgeknot en hoekig bij de buizen. De loop van de grafiek in deze gebieden was voornamelijk lineair en het kwam zelfs voor dat de buigrichting een aantal keren veranderde. De krachtengrafiek van het Clever Bone systeem
Orthobode nummer 1 / 2012
zijn afgerond op de genoemde overgangspunten en nemen progressief toe (MinFz naar Max2Fz). Er zijn niet meer veranderingen in de buigrichting. Dit geeft aan dat de veranderingen in de belasting tussen hielbelasting, belasting op de volledige voet en de belasting op de voorvoet minder abrupt zijn. Het ‘afronden’ van deze overgangen is vergelijkbaar met de manier
waarop de voorste spieren en de onderbeenspierenwerken bij niet geamputeerden personen. Bij het merendeel van de metingen vertoonde de kracht in de richting van de voortbeweging (figuur 7) nog een opvallend kenmerk: bij het buizensysteem verscheener een extra hobbel in de kracht-tijd curve tijdens de fase waarin deze kracht een afremmend karakter heeft. Deze hobbel wordt veroorzaakt door een extra verandering in de buigrichting van de curve en is een weerslag van een onregelmatige toename of afname in de remkracht tijdens belasting. Dit moet door de spieren in balans gebracht worden en geeft een bepaalde mate van gebrek aan zekerheid bij het lopen weer. Het ‘afronden’ van de verticale krachten en de regelmatige toe- en afname van de krachten in de richting van de voortbeweging bij het gebruik van het Clever Bone Systeem hebben het voordeel dat de spiercon-
Literatuur: 1. Baumgartner,R., P.Botta: AmputationundProthesenversorgung, 3e geheel gereviseerde editie, Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2008 2. Blumentritt,S.: Biomechanisch-ganganalytischeBewertungvonProthesenfüs-
trole van de standfase vergemakkelijkt wordt door de resterende spieren. De weerstanden die aan het werk zijn tijdens de standfase nemen langzamer en geleidelijker toe met het Clever Bone Systeem. Dit biedt het neuromusculaire systeem meer tijd om zich aan te passen aan de veranderende omstandigheden. Dit nadeel van het buizensysteem kon zelfs direct waargenomen worden door te kijken naar het looppatroon. De meeste dragers vertoonden een onbeheerst ‘waggelen’ van het kniegewricht in het sagittale vlak tijdens de midstand fase. Samenvatting De resultaten van dit onderzoek tonen aan dat het Clever Bone Systeem van medi aanzienlijke functionele voordelen biedt boven een buizensysteem tegen slechts geringe meerkosten. Het buigend vermogen van de koolstof staven laat een beheerste beweging toe tussen de voetcomponent en destompkoker of protheseknie waar het de plantair- en dorsaalflexie
sen, Stuttgart, Gentner Verlag, Speciaal issue uit: Medizinisch-OrthopädischeTechnik 6 (1994) 287-292 3. Perry,J.: Ganganalyse. Norm und Pathologie des Gehens. München, Jena, Urban& Fischer Verlag, 2003 4. Stauf,C., J. Mitternacht: Sind
Orthobode nummer 1 / 2012
betreft. Daardoor reageren de weerstanden die werkzaam zijn tijdens de standfase langzamer, wat de spierbeheersing makkelijker maakt. Dit is een groot voordeel, speciaal voor geriatrische patiënten. Daar komt nog bij dat, doordat de energie teruggegeven wordt, het Clever Bone Systeem de gebruiker steunt bij het bewegen door hem in staat te stellen meer kracht te genereren in de richting van de voortbeweging. De schuifkrachten die op de stomp werken worden verminderd doordat het Clever Bone Systeem kan roteren. Dit vermindert de spanning op de stomp. Dit alles zorgt ervoor dat het looppatroon van een Clever Bone Systeem drager zelfverzekerder, dynamischer en comfortabeler is dan bij een systeem met rigide buizen. Daniel Hopf (gediplomeerd sportingenieur) Am Kornberg 10, 07922 Tanna, Duitsland vertaling: Y.M. van der Velde
statische Prothesenpassteile noch zeitgemäss? OrthopädieTechnik 52 (2001), 634644 5. Steland, A.: Basiswissen Sta tistik:KompaktkursfürAnwe nderausWirtschaft, Infomatikund Technik. Heidelberg, Springer-Verlag, 2007
5
