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Il dispendio energetico del

cammino nell’amputato di

coscia

Maria Grazia Benedetti

Struttura Complessa di Medicina Fisica e

Riabilitativa

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Video 18-05-12 15 11 17.mov

SOMMARIO

Analisi dei requisiti del cammino normale

Analisi delle cause che determinano un aumento del consumo energetico nell‘amputato

Strumenti di misura del consumo energetico

Effetti delle variabili protesiche sul consumo energetico

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CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA

1. Minimizzazione dell’escursione del centro di gravità

2. Controllo muscolare (trasferimento attivo o passivo di energia da un’articolazione all’altra attraverso l’impiego di muscoli biarticolari)

Funzioni di base del camminoPerry J, 1991

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Sei maggiori determinanti del camminoSaunders, Inman and Eberhart, 1953

Costituiscono il meccanismo per minimizzare e armonizzare le escursioni verticali e laterali del centro di massa

Concetto di “Compass Gait” che considera gli arti inferiori come aste articolate all’anca con l’interposizione della pelvi

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Ginocchio

Complesso tibio-tarsica-piedeSup

Pron

Flessione

Estensione

Rot. Int.

Rot. Est.

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L’aumento della spesa energetica durante la deambulazione nel soggetto amputato è dovuto all’eccessivo spostamento verticale della pelvi durante il passo (Engsberg 1990).

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Disturbed smoothness of CMb displacement in transfemoral amputee

• Vertical displacement of the CMb was greater in the transfemoral group than the transtibial group but with no additional detrimental effect on the metabolic energy cost.

• The increase in CMb displacement during the stance phase on the amputated limb in the transfemoral group can be explained by the absence of a knee flexion wave after the onset of weight loading.

• The transfemoral patients were fitted with sophisticated knee prosthetic components providing better control of gait and thus saving the efficiency of the pendulum-like mechanism which however mainly improve knee flexion during the swing phase but cannot yield a flexion-extension wave during stance phase .

• The absence of a knee flexion-extension wave during the stance phase generated an increase in the vertical displacement without extra energy because of a conserved efficiency of the pendulum-like mechanism of walking.

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Effect of reducing the vertical displacement of the centre of mass (COM) on the six determinants of gait proposed by Saunders, Inman and Eberhart.

•Heel rise was the main determinant (up to 2/3 of total reduction).

•Ipsi- and contra-lateral knee flexion were detrimental to the reduction of COM vertical displacements

•Pelvic rotation contribution was beneficial and accounted for up to 10% of the overall COM vertical displacement reduction.

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13Perry J, 1991

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vs

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Controllo muscolare

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Principali compensi nell’amputato transfemorale durante il cammino

Minore lunghezza del semipasso, Minore durata della fase di appoggio

dal lato protesizzato(Edelstein, 2011)

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Costo energetico della deambulazione

According to previous studies, the increase in metabolic energy cost seems to rely on

Two key intrinsic factors are related to the pathology:

1. the aetiology of the amputationt

2. the level of the amputation

Three extrinsic factors are related to gait:

1. the self-selected gait speed adopted by patient

2. the smoothness of the displacement of the centre of body mass

3. the efficiency of pendulum-like mechanism of walkingDetrembleur et al,2005

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L’eziologia gioca un ruolo importante in quanto, a parità di livello, gli amputati vascolari hanno un consumo metabolico maggiore degli

amputati traumatici.

L’età e le comorbilità come la malattia cardio-vascolare e la vasculopatia periferica giocano un ruolo importante per la ridotta

tolleranza all’esercizio fisico.

(Casillas 1995, Jaegers 1993, Huang 2000, Waters 1976, 1999)

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RL Waters, S Mulroy (1999), The energy expenditure of normal and pathologic gait, Gait &Posture, vol. 9, n. 3, pp. 207-231

Influenza del livello di amputazione sul costo metabolico e sulla velocita di avanzamento liberamente scelta. (Livelli di amputazione: TT, trans-tibiale; TK, disarticolazione di ginocchio; TF, trans-femorale; HD, disarticolazione d'anca; HP, amputazione comprensiva di parte del bacino.).

Negli amputati trans-femorali (TF) si ha un aumento dell’energia metabolica richiesta durante la deambulazione variabile dal 27 al 88%

(Gitter 1995, Hoffman 1997, Schmalz 2002, Waters 1999, Gonzales 1974)

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La ridotta velocità di progressione potrebbe in parte anche sostenere

l’aumentato costo energetico.

Costo energetico della deambulazione

“In normal gait the energy cost depends mainly on gait speed and reaches a minimum at a speed which is defined as optimum, and which

increases progressively at speeds that are either higher or lower. In normal gait the optimum speed is about 4–5 km/ h”

Ralston, 1958, Genin et al, 2008, Detrembleur et al,2005

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• Incapacità della protesi di riprodurre la normale biomeccanica e funzionalità delle articolazioni (piede, caviglia, ginocchio) (Fisher 1978)

• Mancanza del naturale meccanismo di assorbimento e restituzione di energia durante il passo per la rigidità della protesi (Ehara 1993)

• Asimmetria del movimento secondaria all’alterato equilibrio dell’ azione dei gruppi muscolari degli arti inferiori (Mensch 1986)

• Aumentata attivita’ muscolare per il controllo dell’equilibrio sia come co/contrazione che come variazione di movimenti (Houdijk 2009)

• Perdita di adeguato controllo motorio per mancanza di afferenze propriocettive (Mensch 1986)

• Cambiamento dei siti di inserzione muscolo-tendinei (assieme alla perdita quantitativa di tessuto contrattile in termini assoluti, in particolare la mancanza dei muscoli del polpaccio che governa il meccanismo di avanzamento) (Gitter 1991, Ganguli 1974, Winter 1988)

Costo energetico della deambulazione

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MetabolimetroMetabolimetro

Il COSMED K4b² è in grado di misurare volumi e concentrazioni di ossigeno (Vo2 ml/min) ed anidride carbonica (VCO2 ml/min) durante le fasi di inspirazione ed espirazione, respiro x respiro

Il sistema è indossabile dal soggetto in esame ed è in grado di lavorare sia in modalità holter, che in telemetria, permettendo un monitoraggio in tempo reale della performance cardiorespiratoria di un soggetto in movimento anche a lunghe distanze (800m in campo aperto).

• ventilazione (VE), • frequenza respiratoria (FR) • frequenza cardiaca (FC)

Strumenti di misura

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Test in piano Test su treadmill

Cortesia Dott. M. Traballesi, Fondazione Santa Lucia, Roma

(Traballesi et al, 2008)

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Question raised• HR at rest• Steady state of walking• Measurement protocol

•Excellent reliability (ICC)•Acceptable agreement (SDC)

Estimate the energy cost in the clinical setting

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“mechanical energy changes of the CGT: calculation of (a)the positive work done by muscles to maintain the motion of the CG with respect to the ground ('external' work)(b)the amount of the pendulum-like, energy-saving transfer between gravitational potential energy and kinetic energy of the CG during each step (percent recovery, R)”

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In termini quantitativi, il lavoro fatto dall’arto giroplastico è dell’84% inferiore rispetto al lavoro fatto dall’arto sano; i valori sono abbastanza simili a quelli riscontrati nei pazienti amputati di coscia (media 66%, mediana 76%) ma nettamente peggiori rispetto quelli ottenuti per gli amputati di gamba (media 21%, mediana 40%).

GIROPLASTICA DI

GINOCCHIO

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Conclusioni

La misura del costo energetico del cammino è un metodo consolidato per quantificare lo sforzo effettivo al quale il paziente si sottopone.In particolare è utile nella valutazione e nel confronto tra diversi modelli protesici .

Questa misura ha una rilevante importanza clinica, dal momento che l’abilità del paziente nell’uso della protesi e la sua resistenza nel cammino influenzano il livello di autonomia e la qualità della vita.

“Amputees frequently complain about fatigue”

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GRAZIE