Effect of replacing a wooden keel with a polymer keel in the sach foot on walking energy expenditure in transtibial prosthesis users: a pilot study in a resource-limited setting

Abstract

Objective. This study aims to compare the energy expenditure of unilateral transtibial prosthesis users when using a prototype SACH foot with a polymer keel and a local SACH foot with a wood keel. Method: This study used a quasi-experimental pretest–posttest within-subject (paired) design involving 13 users of unilateral transtibial prosthesis. All participants underwent measurements using both types of prosthetic feet. Energy expenditure was measured using the Physiological Cost Index (PCI) derived from the 6-minute walk test, and heart rate was measured with the XOSS chest sensor. Normality was assessed using the Shapiro-Wilk test, and comparisons between conditions were analyzed using the Wilcoxon signed-rank test. Results. The average PCI for the local SACH foot was 0.461 ± 0.235, and for the prototype SACH foot, 0.458 ± 0.234. The Wilcoxon test showed no statistically significant difference between the two conditions (p = 0.057; p > 0.05). However, the effect size indicated a medium-to-large effect (rβ = −0.604), with a tendency toward decreased PCI with the use of polymer SACH foot prototypes. Conclusion. This study shows that a prototype SACH foot with a polymer keel has the potential to increase walking energy efficiency compared to a local SACH foot with a wooden keel, although the difference was not statistically significant. These findings make an early contribution to the development of alternative, material-based prosthetic feet that are more efficient and better suited to rehabilitation services in developing countries. Followup research with larger sample sizes and more sensitive metabolic measurement methods is needed to confirm these findings.

Мета. Порівняти витрати енергії користувачами односторонніх протезів великогомілкової кістки під час використання прототипу стопи SACH із полімерним кілем і локальної стопи SACH із дерев’яним. Методи. Використано квазіекспериментальний внутрішньосуб’єктний (парний) дизайн перед-посттестового методу, що включав 13 користувачів одностороннього протеза великогомілкової кістки. Усі учасники пройшли вимірювання з використанням обох типів протезів. Витрати енергії вимірювали за допомогою фізіологічного індексу вартості (Physiological Cost Index, PCI), отриманого з 6-хвилинного тесту ходьби, а частоту серцевих скорочень вимірювали за допомогою нагрудного датчика XOSS. Нормальність оцінювали за допомогою тесту Шапіро-Уїлка, а порівняння між умовами аналізували за допомогою тесту знакових рангів Вілкоксона. Результати. Середній показник PCI для локальної стопи SACH становив 0,461 ± 0,235, а для прототипу стопи SACH — 0,458 ± 0,234. Тест Вілкоксона не показав статистично значущої різниці між двома умовами ( p = 0,057; p > 0,05). Проте розмір ефекту вказував на середній а бо великий ефект (rβ = − 0,604) і з тенденцією до зниження PCI під час використання полімерних прототипів стопи SACH. Висновок. Виявлено, що прототип стопи SACH із полімерним кілем має потенціал для підвищення енергоефективності ходьби порівняно з локальною стопою SACH із дерев’яним кілем. Ці результати роблять внесок у розробку альтернативних, матеріальних протезів стоп, які є більш ефективними. Для підтвердження цих висновків необхідні подальші дослідження з більшими вибірками та більш чутливими методами вимірювання метаболізму.