پیش از اقدام جهت قطع عضو، جراح بایستی میزان قطع عضو را جهت دستیابی به بهترین نتیجه بلندمدت ارزیابی کند. مهم‌ترین مساله در مورد تعیین مقدار قطع عضو، معمولاً حفظ حداکثر میزان استخوان می‌باشد که در گذشته منجر به قطع جزئی پا می‌شده است و در این حالت قطع عضو ترانس‌تیبیال (زیر زانو) دارای مزایای بیشتری جهت بهبود بیمار می‌باشد. البته تحت شرایط خاص، قطع جزئی پا انتخاب مناسبی محسوب می‌شود. پروتز پنجه کربنی سبب افزایش تماس و برخورد با زمین، تقارن گام‌برداری، بهبود ثبات در سطوح شیب‌دار و افزایش جذب ضربه می‌شود.
مزایای استفاده از کربن در ارتز و پروتز
جهت بهبود روند طراحی و ساخت ارتز و پروتز، پزشکان بر فن‌آوری جدیدی به نام فن‌آوری کربن سرمایه‌گذاری کرده‌اند. در این فن‌آوری از فیبر کربن پیش‌آغشته در ساخت پروتز و ارتز استفاده می‌شود. استفاده از کربن در ساخت ارتز و پروتز دارای مزایای بسیاری می‌باشد.با استفاده از فن‌آوری کربن پزشکان می‌توانند از پروتز و ارتزهایی استفاده کنند که وزن آن‌ها به طور متوسط نصف وزن پروتزهای قدیمی است. این محصولات جدید همچنین دارای استحکام و دوام بیشتری هستند و از ارتزها و پروتزهای قدیمی انعطاف‌پذیرتر می‌باشند. در نتیجه ماندگاری بیشتری داشته و سبب بهبود عملکرد پروتز می‌شوند.همچنین بیمار در این پروتزها احساس آسودگی بیشتری می‌کند. کربن به کار رفته در پروتز سبب ذخیره انرژی شده و مانند یک فنر عمل می‌کند و باعث بهبود عملکرد عضلات ضعیف می‌شود. در نتیجه بیمار در زمان انجام حرکات مختلف خستگی کمتری احساس می‌کند.
پروتز پنجه کربنی چیست؟
در هر یک از پاهای انسان (مچ پا به پایین) ۲۶ استخوان وجود دارد که در مجموع ۲۵ درصد از تمامی استخوان‌های کل بدن را تشکیل می‌دهند. همچنین پای انسان شامل ۳۰ مفصل مختلف و بیش از ۱۰۰ عضله، تاندون و رباط می‌باشد. این ساختار پیچیده باعث می‌شود تا انسان به راحتی و با حفظ تعادل بر روی سطوح مختلف حرکت کند. پروتز پنجه کربنی دارای ساختار بسیار ساده‌تری می‌باشد و بر اساس ذخیره و برگشت مؤثر انرژی ساخته می‌شود. به این منظور از مواد فنری ساخته شده از فیبر کربن استفاده می‌شود. پروتز پنجه کربنی وقتی که تحت فشار وزنی قرار می‌گیرد تغییر شکل داده و انرژی وارد شده را ذخیره می‌کند و این انرژی زمانی که شخص پنجه پای خود را بر روی زمین فشار می‌دهد، برگشت داده می‌شود. این حالت به بازیابی نیروی رانشی که در حالت عادی توسط عضلات مچ پا فراهم می‌شوند کمک می‌کند. البته مچ پا در پروتز پنجه کربنی معمولاً به منظور اطمینان از انتقال مؤثر انرژی به صورت ثابت ساخته شده و جهت سازگاری با زمین ناهموار، از خاصیت انعطاف‌پذیری مواد به کار رفته در این پروتز استفاده می‌شود. بر طبقه تحقیقات انجام شده عدم سازگاری با زمین ناهموار در پروتزهای قدیمی باعث می‌شده تا شخص در راه رفتن بر روی زمین غیر مسطح با مشکل مواجه شود.طراحی و ساخت پروتز پنجه کربنی جهت رفع مشکلات فوق در زمان عرضه این محصول در بین پزشکان و محققین بسیار بحث‌برانگیز بوده است، چرا که بر خلاف اصول رایج بیومکانیک مورد استفاده در پروتز در آن زمان طراحی شده است.
ویژگی‌های پروتز پنجه کربنی
- وارد شدن وزن به صورت متناسب: واردن شدن وزن به شکل متوازن بین اندام سالم و اندام مصنوعی و کاهش خطر بروز آرتروز یا کمردرد
- کاهش مصرف انرژی: خستگی کمتر در زمان استفاده و کاهش فشار وارد بر اعضای سالم بدن
- کاهش فشار: کاهش فشار وارد بر اندام باقی‌مانده و همچنین کاهش فشار واقع در زیر پای سالم، محافظت در برابر بروز مشکلات پوستی
- کاهش احتمال افتادن بر روی زمین: افزایش فاصله بین پنجه و زمین، کاهش خطر لغزش در زمان راه رفتن و رفع احتمال افتادن بر روی زمین، حفظ تعادل در زمان ایستادن بر روی زمین ناهموار یا سراشیبی
- بهبود کیفیت نحوه گام برداشتن: افزایش سرعت راه رفتن، بهبود وضعیت بدنی، بهبود نحوه راه رفتن به صورت طبیعی بر روی زمین ناهموار و سراشیبی
- رضایت بیمار: افزایش میزان رضایت بیمار در زمان استفاده از پروتز پنجه کربنی
بیومیمتیک مچ و پنجه پا
بیومیمتیک به معنای توانایی طراحی به منظور تقلید از عملکرد طبیعی و الگوهای زیستی می‌باشد. طراحی و ساخت پروتزهای قدیمی پنجه پا بر اساس تغییر میزان خمیدگی فنر فیبر کربن در قسمت پاشنه و پنجه پا جهت تولید مکانیسم حرکتی پا در زمان راه رفتن صورت می‌گرفته است. در مدل‌های قدیمی از دو فنر در قسمت جلو و عقب مچ پا استفاده می‌شده که دارای نقطه تعادل در راستای استاتیک پروتز می‌باشد. میزان کارآمدی فنرها تعیین‌کننده میزان بازگشت انرژی می‌باشد؛ با این حال کنترلی بر آزادسازی انرژی در زمان گام برداشتن وجود ندارد و در نتیجه میزان انطباق پا با سطوح مختلف محدود می‌باشد.پروتز پنجه کربنی برای جبران مشکلات فوق از مدل بیومیمتیک استفاده می‌کند. در این مدل نیز از فنر در قسمت پاشنه و پنجه پا استفاده می‌شود؛ ولی در قسمت مچ یک مفصل وجود دارد. سیستم ضربه‌گیر هیدرولیک بر حرکت این مفصل اثر گذاشته و به همین دلیل این مفصل دارای خاصیت ویسکو الاستیک شبیه به عملکرد عضله انسان می‌باشد.
قابلیت خود تنظیم شونده پروتز
انطباق پروتز پنجه کربنی با سطح زمین در زمان ایستادن از اهمیت زیادی برخوردار است. جهت ایستادن بر روی زمین صاف، سازنده پروتز به گونه‌ای پروتز را تنظیم می‌کند که نیروهای وارد بر مفاصل اندام تحتانی به حداقل کاهش پیدا کنند؛ محور وزن بدن بایستی در قسمت جلوی مچ، تا حدی در قسمت جلوی زانو و پشت لگن قرار داشته باشد. در پروتزهای قدیمی، مچ با سطح زمین منطبق نشده و بنابر این در زمان ایستادن بر سطح شیب‌دار به انجام حرکات اضافی جهت جبران این نقص نیاز می‌باشد. یک روش برای جبران نقص فوق، قرار دادن پا بر روی زمین توسط خم کردن زانو می‌باشد. در نتیجه، محور وزن بدن به پشت زانو منتقل می‌شود و شخص بایستی مقاومت بیشتری از خود نشان دهد و نهایتاً حفظ تعادل مشکل‌تر شده و سبب خستگی شخص در زمان ایستادن می‌شود. یک روش دیگر کشیدن و باز کردن بیش از حد زانو می‌باشد؛ در این حالت وزن بدن بر روی پاشنه وارد شده و بالاتنه به سمت جلو متمایل می‌شود. در نتیجه محور وزن بدن در قسمت جلوی لگن قرار گرفته و سبب ایجاد راستای نامناسب پا و بدن می‌شود.
مشکلات فوق سبب وارد آمدن فشار بیشتر بر اعضای سالم جهت حمایت از وزن بدن و همچنین افزایش انرژی مورد نیاز می‌شود. به علاوه شخص بایستی در برابر نیروهای ایجاد شده در اثر ناهم‌راستایی مقاومت کند. به این ترتیب در انجام فعالیت‌های روزمره انرژی بیشتری نسبت به افراد سالم مصرف خواهد شد. شیب زمین نیز بر تقسیم فشار در قسمت سوکت پروتز (محل اتصال اندام به پروتز) اثر می‌گذارد و در برخی از مواقع سبب بروز درد یا آسیب‌دیدگی اندام می‌شود. پروتزی که بتواند با زوایای مختلف زمین منطبق شود، سبب حفظ وضعیت مناسب سوکت و کاهش احتمال وارد آمدن فشار بر اندام می‌شود. پروتز پنجه کربنی با زاویه سطح شیب‌دار منطبق شده و باعث تنظیم راستای محور وزن بدن نسبت به زانو و لگن می‌شود. این حالت سبب اصلاح وضعیت بدنی و بهبود تقارن و کاهش احتمال بروز عارضه‌های اسکلتی- عضلانی مانند آرتروز و کمردرد می‌شود. عارضه‌های اسکلتی- عضلانی در اثر قطع عضو در اندام تحتانی متداول می‌باشند.
کاهش احتمال افتادن بر روی زمین
کنترل وزن و انرژی در زمان ایستادن از اهمیت زیادی برخوردار است. در زمان حرکت، قرار گرفتن پا بر روی زمین بدون گیر کردن پنجه بر روی زمین حائز اهمیت می‌باشد. در اثر عدم تعادل و لغزیدن در زمان راه رفتن احتمال افتادن شخص بر روی زمین افزایش پیدا می‌کند. کاهش عملکرد عضلانی و حس عمقی در اندام تحتانی سبب می‌شود که فاصله بین پنجه و زمین در زمان راه رفتن کاهش پیدا کرده و احتمال افتادن شخص بر روی زمین افزایش پیدا می‌کند. زمانی که پا بر روی زمین قرار می‌گیرد، حرکت پروتز پنجه کربنی، مچ پا را در وضعیت دورسی فلکشن (حرکت مچ به سمت بالا) قرار می‌دهد و این حالت در زمان راه رفتن نیز ادامه پیدا می‌کند. در نتیجه در مقایسه با پروتزهای قدیمی، فاصله بین پنجه و زمین به میزان متوسط ۱۸ درصد افزایش داده می‌شود. وضعیت دورسی فلکشن همچنین سبب جذب ضربه نیز می‌شود؛ چرا که حرکت مچ پا با محدوده کامل حرکتی انجام می‌شود.
