Es wird geschätzt, dass weltweit 57,7 Millionen Menschen mit Amputationen von Gliedmaßen leben, von denen ~ 65% in den unteren Gliedmaßen auftreten1. Eine Amputation der unteren Gliedmaßen kann auf mehrere Faktoren zurückzuführen sein (z. B. akute traumatische Ereignisse, Fortschreiten der Krankheit, gesundheitliche Komplikationen, lebensrettende Operationen und angeborene Deformitäten). Es wurde mit hohen Mortalitäts- und Morbiditätsraten bei Menschen mit schlechtem Gesundheitszustand in Verbindung gebracht2. Darüber hinaus ist die Wiederherstellung der Mobilität nach einer Amputation entscheidend für die Wiedererlangung einer selbstständigen Lebens- und Lebensqualität und eine der größten Herausforderungen für Prothesenträger3.
Nach einer Amputation gehen Mobilitätseinschränkungen mit einem verminderten Bewegungsumfang4, verminderter Kraft5, vermindertem Vertrauen in das Gleichgewicht6 und können zu einer ausgeprägten Gelenkdegeneration bei der nicht amputierten Gliedmaßeführen 7. Diese Veränderungen werden als relevante Sturzrisikofaktorenbeschrieben 8. Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass Prothesen der unteren Gliedmaßen fallen, doppelt so hoch wie in der Allgemeinbevölkerung9. Etwa 40% bzw. 80% der Personen mit Unterschenkel- und Oberschenkelamputationen stürzen mindestens einmal im Jahr 9,10. Stürze treten am häufigsten beim Gehen auf11,12, und Amputierte mit eingeschränkter Gehfähigkeit (bereinigt um die Exposition) haben eine sechsmal höhere Sturzwahrscheinlichkeit und eine achtmal höhere Wahrscheinlichkeit, eine Verletzung zu erleiden11. Darüber hinaus hat ein Benutzer einer Prothese für die unteren Gliedmaßen, der im vergangenen Jahr einen Sturz erlebt hat, eine Wahrscheinlichkeit von 13 %, erneut zu fallen. Die Wahrscheinlichkeit steigt auf 28%, wenn sie in den letzten sechs Monaten zwei Rückgänge erlebt haben13. Daher ist Stürze ein besorgniserregendes Problem für Amputierte der unteren Gliedmaßen.
Stolpern beim Gehen ist ein vorherrschender Faktor für Stürze bei Prothesenträgern. Während einer Fahrt kommt es zu einer plötzlichen Unterbrechung des schwingenden Gliedes (z. B. durch ein Hindernis oder unebenes Gelände), wodurch sich der Körper auf dem Stützglied schnell nach vorne dreht und einen großen Vorwärtsschub verursacht14,15. Das Gleichgewicht nach dem Trip für Prothesenträger kann aufgrund des Fehlens von Knöchel- oder Kniegelenken, der zugehörigen Muskulatur und des verminderten sensorischen Feedbacks viel schwieriger sein. Eine ineffektive Reaktion auf ein Stolpern kann dazu führen, dass es zu einem Sturz wird, der erhebliche physische, psychische und soziale Folgen haben kann16.
Mehrere Studien haben sich auf die Beschreibung von Trip-Recovery-Strategien für nicht behinderte und ältere Erwachsenekonzentriert 17,18,19,20 durch Induktion eines Trips in einem laborkontrollierten Szenario. Es wurden mehrere Methoden angewendet, um eine Störung zu erzeugen, um eine Auslösung zu erzeugen. Es gibt viele Möglichkeiten, eine Auslösestörung herbeizuführen, einschließlich des Blockierens des unteren Gliedmaßensegments während seiner Schwungphase mit Hilfe eines Seils, das am Knöchel21 befestigt ist, oder des Benutzens von Hindernissen, die unerwartet vor jemandem platziert werden, der auf einem Laufband20, 22 geht. Darüber hinaus haben einige Studien plötzliche Änderungen der Geschwindigkeit des Laufbandes angewendet, um das dynamische Gleichgewicht zu stören (d. h. ein Stolpern auszulösen)23. Schließlich haben andere starre Objekte verwendet, die manuell 18,24,25 oder automatisch 22,26 im Weg des schwingenden Gliedes positioniert werden, um beim Gehen über dem Boden ein Stolperereignis zu verursachen.
Trotz der erfolgreichen Anwendung solcher Strategien bei älteren Erwachsenen haben nur wenige Studien einen Trip bei Amputierten der unteren Gliedmaßen induziert, und noch weniger mit Patienten mit Amputation auf transfemoraler Ebene 21,25,26. Zum Beispiel lösten Crenshaw und Kollegen TFA aus, während sie über den Boden gingen, indem sie ein verstecktes, starres Hindernis verwendeten, das manuell aktiviert wurde, um vom Boden aus zu erscheinen. Eine solche Art der Einführung eines Hindernisses ist jedoch technisch anspruchsvoll und kann daher teuer zu reproduzieren sein. Shirota und Kollegen induzierten einen Trip in TFA, während die Teilnehmer mit einem Seil, das am Knöchel befestigt war, auf einem Laufband gingen. Auch wenn ein Stolpern verursacht wurde, könnte die Verwendung eines Seils das Experiment eingeschränkt haben, da es die Teilnehmer wahrscheinlich daran hinderte, natürlich zu gehen21. In jüngerer Zeit lösten Eveld und Kollegen TFA aus, indem sie Stahlblöcke auf einem Laufbandförderband platzierten, wobei ein integrierter Zielalgorithmus verwendet wurde, damit die Objekte die Störung in verschiedenen Stadien der Schwungphase (frühe, mittlere, späte Schwingphase) verursachen konnten26. Auf Laufbändern basierende Protokolle reproduzieren die Bedingungen beim Gehen über dem Boden jedoch möglicherweise nicht vollständig27. Die Verwendung eines laufbandbasierten Protokolls ist auch nicht ideal bei der Untersuchung von TTA oder TFA, die mikroprozessorgesteuerte Fuß-Knöchel- oder Kniegeräte verwenden, da die in solchen Geräten verwendeten automatischen Sensoren für das Gehen auf einer festen/stationären Oberfläche eingerichtet sind. Wenn Sie auf einer nicht stationären Oberfläche gehen, können diese Sensoren daher die Hydraulikzylinder des Geräts dazu veranlassen, ihre Widerstände auf ein falsches Niveau einzustellen.
In früheren Studien, in denen ein Stolpern während des Gehens über dem Boden ausgelöst wurde, wurde die Auslösestörung dadurch verursacht, dass das vordere Glied ein festes Hindernis berührte, das vor ihnen auftauchte. Die Verwendung solcher starren Gegenstände kann jedoch aufgrund von Aufprallkräften zu Fußverletzungen führen25. Hier beschreiben wir einen experimentellen Ansatz zum Auslösen des schwingenden Gliedes, der das Problem vermeidet, dass der Fuß auf etwas Festes trifft. Der Auslösemechanismus wird durch ein elektromagnetisches System gebildet, das das Lösen einer beweglichen federbetätigten Platte steuert. Wenn die elektromagnetische Vorrichtung deaktiviert wird, wird die federbetätigte Platte, die sich auf einer Seite des Laufstegs befindet, nach oben gezogen, wodurch ein Polypropylendraht (4 mm Durchmesser) angehoben wird, der senkrecht zur Laufrichtung positioniert ist. Der Draht wird auf der gegenüberliegenden Seite des Laufstegs verankert und auf eine Höhe von 0,1 m angehoben. Dummy-Drähte (3 bis 4, im Abstand von mindestens 1 m) werden quer über den Gang positioniert, so dass die Teilnehmer nicht erraten können, welcher Draht die Störung verursachen würde. Der Experimentator deaktiviert das elektromagnetische Gerät manuell, indem er das kontralaterale Glied auf dem Boden positioniert, etwas vor dem Draht, kurz nach dem Abstoßen des schwingenden Gliedes. Daher wird beim Anheben des Drahtes das schwingende Segment während der mittleren Schwingphase28 konsistent gefangen. Die mittlere Schwungphase wurde gewählt, da die horizontale Geschwindigkeit des schwingenden Fußes in dieser Phase nahe an ihrem Maximum liegt (~3x CoM-Vorwärtsgeschwindigkeit) und sich in ihrem minimalen Abstand über dem Boden befindet, und daher die Zeit ist, in der die meisten Auslösungen unter realen Bedingungen stattfinden. Die Höhe des Drahtes (d. h. 0,1 m) ist ausreichend, um den Fuß gleichmäßig zu erfassen (etwa im Bereich der Schnürsenkel). Die Studie zielte darauf ab, festzustellen, ob das vorgeschlagene Protokoll eine Auslösestörung verursachen und sinnvolle/reale Erholungsreaktionen hervorrufen könnte. Im vorliegenden Protokoll wurde nur eine TTA analysiert, da höherstufige Amputationen die komplexeren Fälle darstellen und höhere Sturzraten aufweisen.