21.12.2025

Преимущества электронных коленных модулей в протезировании на уровне бедра

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

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.

 

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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Kahle J.T., Highsmith M.J., Hubbard S.L. Comparison of nonmicroprocessor knmechanism versus C-Leg on Prosthesis Evaluation Questionnaire, stumbles, falls, walking tests, stair descent, and knpreference. J Rehabil Res Dev.             2008.     №45(1). р. 1-14.

Maaref K., Andre J.M., Paysant J., Martinet N., Grumillier C., Ghannouchi S. Kinematics in the terminal swing phase of unilateral transfemoral amputees: microprocessor-controlled versus swing-phase control prosthetic knees. Archives of physical medicine and rehabilitation. 2010. №91(6). р. 919-925. 

Orendurff M.S., Segal A.D., Klute G.K., McDowell M.L., Pecoraro J.A., Czerniecki J.M. Gait efficiency using the C-Leg. J Rehabil Res Dev.    2006.     №43(2). р. 239-246.

Мезенцева Е.А., Еремушкин М.А., Колышенков В.А. Сравнительная характеристика биомеханических параметров ходьбы у пользователей протезов бедра с механическим и электронным коленными модулями // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2022. Т. 99. С. 4; 

Тибо А., Бодарт С., Маертенс де Нордхаут Б., Гирс С., Кокс Дж. Ф., Пельцер Д. Влияние микропроцессорного протеза коленного сустава на подвижность и качество жизни пациентов с ампутацией нижних конечностей: систематический обзор литературы. Eur J Phys Rehabil Med. 2022. №58. С. 452-461. DOI: 10.23736/S1973-9087.22.07238-0

 Автор:

Рыбаченкова В.А. - студентка  Российский государственный социальный университет (г. Москва, Россия)


Теги: протез
234567 Начало активности (дата): 21.12.2025 05:00:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова:  электронный коленный модуль, протез, ампутант, протезирование бедра, реабилитация, биомеханика ходьбы, механический электронный модуль
12354567899