在功能多样的单侧胫骨截肢患者群体中，动力假肢足在行走过程中并不会降低与储能及回能假肢足相比的对侧膝关节负荷

《Journal of Biomechanics》：Powered prosthetic feet do not decrease contralateral knee loads relative to energy storing and returning feet during walking in a functionally diverse cohort of individuals with unilateral transtibial limb loss

个体单侧胫骨截肢者对侧膝关节骨关节炎风险与假肢脚类型的关系及生物力学机制分析。

　　这项研究聚焦于单侧小腿截肢（UTTLL）个体在使用不同类型的假肢足时，对对侧膝关节的生物力学影响。研究团队包括来自美国弗吉尼亚州费尔彻城的专家，他们致力于评估假肢足类型对这些患者长期活动能力和生活质量的影响。研究结果表明，尽管动力假肢（POW）假肢足被认为能够降低对侧膝关节的负荷，但实际数据并未支持这一假设，反而发现动力假肢足与能量储存和返回（ESR）假肢足在某些负荷指标上相似，而具有活动踝关节的ESR假肢足（ART）则引发了最大的负荷。这些发现为假肢足类型是否能有效缓解对侧膝关节骨关节炎风险提供了新的视角，同时也提醒我们，实验室中测量的负荷数据可能无法完全反映日常生活中膝关节的实际受力情况。

研究背景指出，单侧小腿截肢个体面临关节健康维护的重大挑战。他们比未受伤个体更容易患骨关节炎，且对侧膝关节疼痛的发生率更高。这一现象长期以来被认为与步态过程中对侧肢体的重复过载有关。为了应对这一问题，研究者提出了一种可能的解决方案，即恢复假肢足的踝关节-足部机械功能至生物水平。这种假肢足的设计旨在模拟自然步态，减少对侧膝关节承受的负荷，从而降低骨关节炎的风险。

在步态力学模型中，步态后期的推进功率与对侧足跟撞击的时间同步被认为是高效步态的关键因素。失去踝关节会导致推进功率的主要来源丧失，进而导致对侧足跟撞击时身体重心的下降速度加快，从而产生更大的碰撞损失和对侧肢体的负荷。为了进一步验证这一假设，研究者比较了不同刚度的假肢足，并直接调整了推进功率。基于这些研究基础，先前的几项研究探讨了动力假肢足与能量储存和返回假肢足在对侧膝关节负荷方面的差异。尽管这些研究发现动力假肢足在中速到快速行走时（1.25–1.5 m/s）能够降低垂直地面反作用力（vGRF）的第一峰值，但在其他与骨关节炎风险相关的负荷指标上，如膝关节内收力矩（KAM）和vGRF、KAM的加载速率，研究结果则不够明确。

为了填补这一研究空白，本研究分析了来自更大临床试验的生物力学数据，该试验评估了不同假肢足类型（包括动力假肢、能量储存和返回假肢以及具有活动踝关节的ESR假肢）在多样化的单侧小腿截肢个体中的影响。研究对象的年龄范围较广，从29岁到72岁，且截肢时间跨度也较大，从5个月到387个月。此外，研究对象还接受了至少一周的每种假肢足类型适应期。由于基于外部力的测量（如vGRF和KAM）只能捕捉到膝关节承受负荷的约50%，而其余的负荷则来源于肌肉力量，因此本研究还模拟了肌肉激活情况，以估算胫股关节接触力（TCF）。研究的核心假设是，动力假肢足相比能量储存和返回假肢及活动踝关节的ESR假肢足，会减少对侧膝关节的负荷，这在vGRF、KAM和轴向TCF的第一峰值和加载速率上有所体现。

研究对象包括29名参与者，其中25名男性和4名女性。平均年龄为51岁，身高为181厘米，截肢后平均时间约为120个月。研究对象的体重在使用三种假肢足类型时平均为92.0公斤。截肢原因包括22例创伤、4例糖尿病、3例癌症，以及6例6分钟步行测试（6MWT）距离为472米。这些参与者在提供知情同意后参与了研究，知情同意书已获得美国退伍军人事务纽约港医疗系统机构审查委员会的批准。

在负荷测量方面，研究发现无论行走速度如何，假肢足类型对负荷指标的影响均无显著交互作用。然而，假肢足类型对vGRF、KAM加载速率和轴向TCF的第一峰值存在主要影响。具体而言，具有活动踝关节的ESR假肢足（ART）相比动力假肢足（POW）和能量储存和返回假肢足（ESR）在对侧vGRF的第一峰值上更高。这些数据表明，尽管动力假肢足在某些方面被认为能减少对侧膝关节的负荷，但其效果可能并不显著，尤其是在对侧膝关节的内收力矩和加载速率方面。此外，研究还发现，虽然较小的假肢推进功率可能解释了ART假肢足在对侧膝关节负荷方面的增加，但动力假肢足相比能量储存和返回假肢足的较大推进功率并未导致显著的负荷差异。

研究结果对临床实践具有重要意义。首先，它表明在评估假肢足对对侧膝关节的影响时，不能仅依赖于假肢足类型，还需要考虑其他因素，如行走速度、适应时间以及个体的生理和运动特征。其次，研究发现，尽管实验室中测量的负荷数据提供了有价值的参考，但这些数据可能无法完全反映日常生活中膝关节的实际受力情况。因此，在临床决策中，需要结合多种评估方法，以更全面地了解假肢足对患者健康的影响。

此外，研究还探讨了假肢足类型和行走速度对假肢足机械功率以及假肢足机械功率峰值与对侧足跟撞击时间之间相对关系的影响。研究发现，假肢足类型和行走速度在这些方面存在一定的相互作用，但其影响程度有限。这表明，虽然行走速度可能对负荷产生一定的影响，但假肢足类型在整体上可能对负荷的影响更为显著。然而，由于样本的多样性，研究结果仍需谨慎解读。

研究团队在研究中扮演了不同的角色。Pawel R. Golyski负责撰写和编辑论文、可视化、软件开发、方法设计、数据分析、数据管理和概念构思。Brad D. Hendershot则负责撰写和编辑论文、监督研究、资源管理、项目管理、方法设计、资金获取和概念构思。John M. Chomack和Jonathan R. Gladish主要负责研究调查和数据管理。David V. Herlihy和Jason T. Maikos也参与了论文的撰写和编辑工作。这些分工确保了研究的全面性和严谨性。

研究得到了部分资金支持，来自极端创伤和截肢中心卓越计划（Extremity Trauma and Amputation Center of Excellence）以及健康事务助理部长办公室，通过假肢和矫形器结果研究计划（Orthotics and Prosthetics Outcomes Research Program）获得资助。研究团队声明，他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本研究结果的报告。此外，研究团队感谢了在研究过程中提供帮助的机构和人员，包括沃尔特里德国家军事医疗中心的假肢和矫形服务，以及在数据收集和处理过程中提供支持的人员。

本研究的发现对假肢足的设计和使用具有指导意义。首先，它表明动力假肢足可能并不如预期那样有效减少对侧膝关节的负荷，尤其是在轴向TCF和KAM的加载速率方面。因此，在选择假肢足类型时，需要考虑更多的因素，而不仅仅是动力特性。其次，研究结果提示，实验室中的测量可能无法完全反映日常活动中的实际负荷情况，因此需要结合临床评估和日常活动数据，以更全面地了解假肢足对患者健康的影响。

此外，研究还强调了假肢足适应期的重要性。研究对象在使用每种假肢足类型前接受了至少一周的适应期，这可能有助于提高假肢足的使用效果和患者的整体适应性。因此，在临床实践中，建议为患者提供充分的适应期，以确保他们能够有效地使用假肢足并减少对侧膝关节的负荷。

总的来说，这项研究提供了关于假肢足类型对单侧小腿截肢个体对侧膝关节负荷影响的深入分析。研究结果表明，尽管动力假肢足被认为能够减少对侧膝关节的负荷，但实际数据并未支持这一假设，反而发现动力假肢足与能量储存和返回假肢足在某些负荷指标上相似，而具有活动踝关节的ESR假肢足则引发了最大的负荷。这些发现为假肢足的设计和使用提供了新的视角，同时也提醒我们，在评估假肢足对患者健康的影响时，需要考虑更多的因素，如行走速度、适应时间以及个体的生理和运动特征。