Рыбаченкова В.А.
ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ КОЛЕННЫХ МОДУЛЕЙ В ПРОТЕЗИРОВАНИИ НА УРОВНЕ БЕДРА *
Аннотация:
в статье рассмотрены актуальные вопросы протезирования на уровне бедра, являющегося одной из сложных задач в реабилитации после ампутаций нижних конечностей. Описана история создания и принцип действия электронных (микропроцессорных) коленных модулей, основанный на непрерывном анализе параметров ходьбы с помощью датчиков и адаптивном управлении гидравлической системой. Приведены данные исследований, демонстрирующие преимущества электронных модулей перед механическими аналогами, включающие увеличение скорости и симметричности ходьбы, снижение энергетических затрат пользователя, повышение стабильности и безопасности передвижения за счет функции предотвращения падения. Обсуждается положительное влияние электронных коленных модулей на психоэмоциональное состояние пациентов, их социальную адаптацию и возможности трудоустройства. Отмечены ограничения применения данной технологии у пациентов с низким уровнем двигательной активности. Представлены результаты сравнительных клинических исследований эффективности различных моделей электронных коленных модулей. Подчеркивается значимость использования электронных коленных модулей для повышения функциональных возможностей и улучшения качества жизни пользователей протезов бедра.
Ключевые слова:
электронный коленный модуль, протез, ампутант, протезирование бедра, реабилитация, биомеханика ходьбы, механический электронный модуль
Протезирование на уровне бедра является одной из сложных задач в реабилитации пациентов с ампутациями нижних конечностей. Отсутствие коленного сустава существенно нарушает биомеханику ходьбы, требуя значительных компенсаторных движений и повышенных затрат энергии. Целью современного протезирования является максимально возможное восстановление утраченных функций, обеспечение стабильности при опоре и контроль движения протеза в фазе переноса. Основным компонентом протеза бедра, ответственным за имитацию функции коленного сустава, является коленный модуль. Развитие технологий привело к появлению электронных, или микропроцессорных, коленных модулей, которые существенно отличаются от традиционных механических систем.Электронные коленные модули стали значительным шагом вперед в развитии протезирования. Важным этапом в их создании стало появление компьютеризированных протезов нижних конечностей. В 1992 году канадец Келли Джеймс представил в Чикаго первую компьютеризированную модель, которая не имела аналогов на тот момент. Дальнейшее развитие технологии связано с именем Ханса-Георга Нэдера, которому в 1997 году был передан патент на это изобретение. В том же году Ханс-Георг Нэдер представил первый в мире электронный коленный модуль и организовал его серийное производство. Примерно в это же время электронные коленные модули начали применяться и в России [2, 5].Коленный модуль выступает в качестве главного функционального элемента в протезах бедра. Его основное предназначение заключается в максимальном восстановлении функций утраченной конечности, позволяя пользователю двигаться более естественно и интуитивно по сравнению с механическими аналогами. Принцип действия электронных коленных модулей основан на имитации цикла ходьбы, который состоит из двух основных фаз: фазы опоры и фазы переноса. Качество воссоздания стабильности и контроля движения в этих фазах определяет функциональные возможности коленного модуля.Электронные коленные модули используют сложное программное обеспечение и интегрированные датчики для непрерывного мониторинга и регулировки характеристик движения в зависимости от особенностей ходьбы конкретного пользователя [2]. Основная функция коленного протеза заключается в обеспечении высокой степени стабильности во время фазы стойки (когда протез является опорной конечностью) и необходимой гибкости и сгибания во время фазы замаха (когда протез переносится вперед). Работа модуля осуществляется под управлением внутреннего компьютера – микропроцессора. Микропроцессор обрабатывает данные, поступающие от датчиков в режиме реального времени, и управляет гидравлической системой протеза. Такое непрерывное взаимодействие позволяет мгновенно адаптировать характеристики коленного модуля к меняющимся условиям ходьбы и намерениям пользователя [7].Важной особенностью электронных коленных модулей является способность датчиков обнаруживать движение, напоминающее начало падения. В такой ситуации микропроцессор немедленно реагирует, значительно увеличивая сопротивление в коленном модуле, что помогает предотвратить потерю равновесия и падение пользователя [7]. Данная функция существенно повышает безопасность передвижения, особенно на неровных поверхностях или при неожиданных внешних воздействиях.Число пользователей электронными коленными модулями постоянно возрастает как в мире в целом, так и в Российской Федерации. Многочисленные зарубежные исследования были посвящены сравнительной оценке технических возможностей и функциональных преимуществ электронных коленных модулей по сравнению с механическими системами. Одним из часто отмечаемых преимуществ является увеличение скорости ходьбы у пациентов. При переходе с механического коленного модуля на электронный модуль скорость ходьбы ампутантов, по данным различных исследований, увеличивается в диапазоне от 7,3% до 18% [3, 4, 5]. Увеличение скорости передвижения имеет существенное значение для повышения мобильности и независимости пользователей в повседневной жизни.В ряде других исследований было установлено, что использование электронных коленных модулей способствует улучшению симметрии ходьбы между здоровой и протезированной конечностями. Как показали исследования A. Segal и соавторов, при переходе ампутантов с механических модулей на электронные шаги становятся более симметричными [3, 5]. Симметричная походка не только выглядит более естественно, но и снижает компенсаторную нагрузку на здоровую конечность и другие отделы опорно-двигательного аппарата, что потенциально может предотвратить развитие вторичных проблем, таких как боли в спине и суставах.Способность электронных коленных модулей адаптироваться к переменной скорости ходьбы также является их значительным преимуществом. По данным исследования A. Hahn и соавторов, до 90-93% ампутантов активно используют возможность переменной скорости ходьбы уже в период пробного пользования протезами, что, по их мнению, возможно только при использовании электронного коленного модуля [4, 5]. Такая функция дает пользователям комфортно перемещаться в различных ситуациях, например, быстро переходить дорогу или замедлять шаг в людных местах.Помимо улучшения кинематических и динамических характеристик ходьбы, электронные коленные модули способствуют снижению энергетических затрат пользователя. Интересно, что потребление кислорода при ходьбе на электронных модулях уменьшается на 6-7 % по сравнению с использованием механических протезов [3, 5]. Снижение метаболической стоимости передвижения означает, что пользователи могут ходить дальше, затрачивая при этом меньше усилий, что увеличивает их выносливость и позволяет выполнять более широкий спектр повседневных активностей.Помимо объективных биомеханических и физиологических преимуществ, использование электронных коленных модулей оказывает выраженное положительное влияние на качество жизни и психологическое состояние пациентов. Важно отметить, что электронный коленный модуль помогает человеку приблизить свою походку к нормальным физиологическим показателям [5]. Более естественная и симметричная ходьба способствует лучшему принятию собственного тела и позитивно влияет на психологический аспект самовосприятия и адаптации к жизни с протезом.Улучшение функциональных возможностей и повышение уверенности при передвижении, обеспечиваемые электронными модулями, также могут способствовать успешному трудоустройству и в целом облегчать интеграцию в общество. Возможность активно участвовать в социальной жизни и профессиональной деятельности значительно повышает качество жизни пользователей протезов.Важно, однако, учитывать, что, несмотря на многочисленные преимущества, электронные коленные модули не всегда являются оптимальным выбором для всех категорий пациентов. Существует нюанс, связанный с уровнем двигательной активности: для людей с очень низким уровнем двигательной активности использование электронного коленного модуля может быть нецелесообразным [6]. Вероятно, это связано с тем, что активация и эффективное использование всех функций электронного модуля требует определенного минимального уровня мышечной силы, координации и объема движений, который отсутствует у низкоактивных пациентов.Таким образом, применение у пациентов с ампутацией нижней конечности на уровне бедра протезов с электронными коленными модулями дает возможность пользователям освоить качественную и симметричную ходьбу, способствует повышению их двигательной активности, улучшает устойчивость при ходьбе и значительно снижает страх падения по сравнению с механическими модулями. Все это, в свою очередь, ведет к более значимому улучшению их качества жизни.Существует множество клинических исследований, направленных на сравнение эффективности различных типов коленных модулей. Например, в одном из клинических исследований проводилась проверка эффекта использования протеза C-Leg по сравнению с протезом Genium у 20 пациентов [1, 7]. Результаты этого исследования были отражены в различных публикациях, сообщающих о влиянии на различные показатели. Пациенты участвовали в исследовании, используя каждый тип протеза в течение определенного периода времени, от 2 недель до трех месяцев, в зависимости от их способности адаптироваться и пользоваться устройством.В целом, было установлено, что протез Genium обеспечил более значительное улучшение ряда параметров походки по сравнению с C-Leg. К таким параметрам относилось увеличение сгибания в коленном суставе как в фазе замаха, так и в фазе стойки, а также улучшение симметрии ходьбы [1, 7]. Кроме того, использование Genium привело к улучшению функциональных результатов, например, к увеличению шаговой активности. Однако, в отношении скорости шага, было обнаружено, что протез C-Leg показал себя лучше по сравнению с Genium [1, 7]. Результаты данного исследования подчеркивают, что даже среди электронных коленных модулей могут существовать различия в функциональных характеристиках, и выбор конкретной модели должен основываться на индивидуальных потребностях и целях пациента.На рис. 1 представлены иллюстрации, демонстрирующие различные типы коленных модулей, чтобы наглядно представить разнообразие существующих систем.Рис.1. Виды коленных модулей [1].Таким образом, электронные коленные модули представлены высокотехнологичными компонентами, которые расширяют возможности протезирования на уровне бедра. Преимущества электронных коленных модулей, подтвержденные многочисленными исследованиями, включают увеличение скорости и симметричности ходьбы, снижение энергетических затрат при передвижении, повышение устойчивости и снижение риска падений, а также возможность использования переменной скорости ходьбы. Такие функциональные улучшения оказывают выраженное положительное влияние на психологическое состояние пациентов, способствуя нормализации походки, лучшему принятию протеза и повышению уверенности в себе. В конечном итоге, использование электронных коленных модулей способствует успешной социальной интеграции, возвращению к трудовой деятельности и улучшению общего качества жизни.Хотя электронные коленные модули имеют определенные ограничения, в частности, их нецелесообразность для пациентов с крайне низким уровнем двигательной активности, для большинства пользователей они открывают новые горизонты в реабилитации. Дальнейшие исследования и совершенствование технологий будут способствовать созданию еще более функциональных и адаптируемых протезных систем, чтобы еще большему числу людей с ампутациями достичь максимальной независимости и полноценно участвовать в жизни общества.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Рыбаченкова В.А. ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ КОЛЕННЫХ МОДУЛЕЙ В ПРОТЕЗИРОВАНИИ НА УРОВНЕ БЕДРА // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 1957 - 1964. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23229 (дата обращения: 17.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+