Notas

La tensegridad, un concepto introducido por primera vez por el arquitecto e inventor Buckminster Fuller, fue posteriormente adaptado por el doctor Stephen M. Levin para describir las estructuras vivas que se estabilizan a través de un equilibrio de fuerzas de tensión y compresión: biotensegridad. En los organismos vivos, este equilibrio permite flexibilidad, resistencia y adaptabilidad. En 2021, presenté el concepto de puente de biotensegridad (“Integración entre el ser humano y el dispositivo: introducción al puente de biotensegridad”, The O&P EDGE, marzo de 2021). Este artículo profundiza en la biotensegridad y su relevancia para el diseño de encajes protésicos y sus efectos en el usuario.

La biotensegridad y el cuerpo humano

El cuerpo humano es un sistema dinámico e interconectado en el que estructuras como los huesos, los músculos, los ligamentos y la fascia trabajan juntas para mantener la estabilidad y la movilidad. Según los principios de la biotensegridad, el armazón del cuerpo no es una estructura rígida, sino una red compleja de tensión y compresión.

La biotensegridad en el cuerpo humano tiene tres componentes principales:

1. Los huesos como resortes o puntales de compresión: los huesos brindan soporte al resistir las fuerzas de compresión.

2. Los tejidos blandos como elementos de tensión: los músculos, tendones y ligamentos crean tensión, manteniendo la integridad estructural y facilitando el movimiento.

3. La fascia como red de conexión: la fascia une varios tejidos, distribuyendo fuerzas por todo el cuerpo.

Estos elementos ofrecen diversos beneficios, incluida una distribución eficiente de la fuerza. La biotensegridad garantiza que las fuerzas como la gravedad, las contracciones musculares y los impactos externos se distribuyan de manera uniforme, lo que reduce el estrés localizado. El sistema tiene una adaptabilidad inherente, ya que se adapta a cambios como la postura o las lesiones, manteniendo la función y la eficiencia energética. La tensión y la compresión equilibradas reducen la energía necesaria para el movimiento y el soporte.

Adoptar y seguir los principios de biotensegridad en O&P permite a los profesionales de la salud, ingenieros y diseñadores desarrollar intervenciones que complementen en lugar de alterar la mecánica natural del cuerpo.

Biotensegridad y diseño de encaje protésico

Interfaz HiFi subisquial impresa en 3D con aberturas completas. Fotografía cortesía de Loic Mathis de Mathis Orthopedie.

¿Cuál es el objetivo de un encaje protésico? Hay una larga lista de posibles respuestas, que incluyen, entre otras, la fijación de componentes posteriores, la transferencia de fuerzas, la estabilidad, la simetría de la marcha, el ahorro de energía y la comodidad. Pero, ¿cómo se logra esto? Las interfaces protésicas son quizás las más críticas en la transferencia bidireccional de fuerzas e información entre el miembro residual y el dispositivo protésico. Los diseños de encaje transfemoral tradicionales y los que aún están en desarrollo priorizan la estabilidad mecánica en la mitad del apoyo por sobre el respeto de la biotensegridad natural del cuerpo durante todo el ciclo de la marcha, así como durante la posición sentada o de pie. Esta priorización unidimensional a menudo conduce a incomodidad, deterioro de los tejidos y problemas de salud a largo plazo como resultado del intento del cuerpo de compensar. Devolver al usuario que ha sufrido una amputación traumática al estado natural en el que se encontraba antes del traumatismo siempre debe ser nuestro objetivo. Simplemente mantener la estabilidad en la mitad del apoyo a expensas de la salud y el bienestar a largo plazo no lo logra. Si bien la estabilidad siempre debe ser parte de la ecuación, es solo un punto de partida.

Limitaciones de los diseños de sockets tradicionales

Los diseños de contención isquiática son el estándar de atención a nivel transfemoral. Debido a que estos diseños sostienen mecánica y artificialmente la tuberosidad isquiática, proporcionan una fuerza de reacción del suelo abrupta y dirigida verticalmente en la mitad de la postura, lo que obliga a la pelvis a adoptar una posición fija para estabilizar la prótesis.

La repentina y abrupta inserción vertical del GRF en el isquion en la mitad del apoyo puede producir efectos negativos en la musculatura de la cadera y en la mecánica general de la marcha en personas con amputaciones, lo que viola los principios de la biotensegridad. Esto ocurre porque el encaje asume algunas de las responsabilidades de soporte que normalmente se asignan a la musculatura y la fascia de la cadera, lo que puede provocar desuso, patrones compensatorios y déficits funcionales a largo plazo.

Los efectos sobre la musculatura de la cadera son triples: acondicionamiento y atrofia muscular, pérdida del control neuromuscular y alteración de los patrones de activación muscular. Cuando el receptáculo de contención isquiática sostiene artificialmente el isquion, la musculatura de la cadera se subutiliza, en particular los abductores (p. ej., glúteo medio y menor). Con el tiempo, esto puede provocar atrofia muscular y una disminución de la fuerza. También puede producirse una reducción de la participación de los extensores de la cadera (p. ej., glúteo mayor) y flexores (p. ej., iliopsoas) ya que el receptáculo proporciona estabilidad extrínseca y limita el rango de movimiento.

La dependencia prolongada del soporte del encaje disminuye la estimulación propioceptiva y la coordinación neuromuscular, lo que reduce el control de los movimientos de la cadera. Esto puede perjudicar la capacidad de la persona para mantener el equilibrio y estabilizarse durante actividades dinámicas.

Por último, a medida que el acetábulo asume las funciones de soporte de carga, los músculos pueden relajarse o reducir sus fuerzas contráctiles durante las fases críticas de la marcha. Esto altera las secuencias de activación normales, lo que hace que sea más difícil para el individuo activar estos músculos cuando es necesario (por ejemplo, durante un terreno irregular o cambios rápidos de dirección) y, por lo tanto, puede causar una compensación excesiva de la extremidad contralateral y de todo el cuerpo.

Problemas cinéticos y de marcha

La activación reducida de los abductores de la cadera compromete la capacidad de la pelvis para permanecer nivelada durante la postura sobre una sola pierna. Esto puede causar una caída excesiva de la pelvis (marcha de Trendelenburg) en el lado contralateral. La carga asimétrica debido a una dependencia excesiva del lado protésico para la estabilidad puede conducir a estrategias compensatorias, como la sobrecarga de la extremidad contralateral o la inclinación excesiva del tronco hacia el lado protésico. Estas compensaciones aumentan el riesgo de dolor y lesiones musculoesqueléticas, en particular en la columna lumbar y la extremidad no afectada.

La falta de participación activa de los extensores y abductores de la cadera durante la postura tardía reduce la propulsión hacia adelante, lo que lleva a pasos más cortos y velocidades de marcha más lentas, mientras que los mecanismos compensatorios aumentan el costo de energía de la marcha, lo que resulta en una fatiga más rápida y una resistencia general reducida.

Por último, centrarse principalmente en la estabilidad de la fase intermedia al diseñar un encaje protésico, sin tener en cuenta la dinámica más amplia del ciclo de la marcha, es un error. La devoción a la contención isquiática en la fase intermedia mientras se ignora la fascia y el hueso subyacente da lugar a un diseño que subestima por completo la importancia de la fase de balanceo y su papel crítico en la aceleración, desaceleración, propiocepción y colocación del pie de la extremidad, así como el otro 85 o 90 por ciento de la fase de apoyo en la que el isquion no está contenido. Este diseño, que se extiende hasta el perineo, mantiene una presión mediolateral significativa entre un objeto estacionario o semiestacionario (el isquion) y el fémur en movimiento en la fase intermedia, lo que crea una tensión significativa de los tejidos perineales y, finalmente, un anillo proximal de alta compresión.

Consecuencias a largo plazo

El desuso crónico de los músculos de la cadera puede crear desequilibrios en la fuerza y la flexibilidad, aumentando el riesgo de disfunción articular en las caderas, la pelvis y la espalda baja. Cuando vemos a un usuario de contención isquiática a largo plazo que pasa a un diseño subisquial, el desplazamiento lateral de la interfaz no se produce en el límite interfacial, donde la piel se encuentra con la pared de la interfaz, sino en la cavidad de la cadera misma debido al debilitamiento de la musculatura de la cadera y sus estructuras de soporte. Además, la dependencia prolongada de la cavidad puede reforzar patrones de marcha desadaptativos, lo que dificulta lograr una mecánica de marcha normal y simétrica. Además, la incapacidad de involucrar dinámicamente la musculatura de la cadera puede limitar la capacidad del usuario para responder con rapidez y/o de manera adecuada a los desafíos ambientales, como pendientes, escaleras o superficies irregulares, lo que aumenta el riesgo de caídas. Finalmente, inclinarse hacia un lado para evitar la incomodidad del ensanchamiento elevado del borde posterior al sentarse tiene consecuencias a largo plazo con respecto a la alineación de la columna y la degradación de los tejidos blandos.

Alvéolos subisquiáticos sin osteostabilización: una medida a medias

Los encajes subisquiales tienen como objetivo mejorar la comodidad evitando que el isquion sea la superficie de apoyo del peso. Sin embargo, si no se hace hincapié en limitar el movimiento no deseado del hueso dentro del encaje, no se consigue abordar por completo la biotensegridad. Al permitir un movimiento excesivo del hueso, se compromete la transferencia y distribución de la fuerza. Esto es similar a andar en bicicleta con el manillar suelto. Se puede hacer, pero no infunde confianza al operador ni se puede considerar totalmente seguro. La falta de estabilización conduce a una transferencia de carga ineficiente entre el miembro residual y la prótesis. Además, la inestabilidad aumenta el gasto de energía durante el movimiento. Aunque estos encajes ofrecen cierta mejora en el borde proximal, sus beneficios son limitados más allá de esto.

Jason Kahle, MSMS, CPO/L, FAAOP, comparó los encajes de contención de la rama isquiática con los encajes de suspensión asistida por vacío y determinó que, a excepción de la presión proximal medial, ninguna otra medida alcanzó evidencia estadística. Sin embargo, todos los sujetos prefirieron los encajes subisquiales. 1 Por lo tanto, se ha descubierto que los encajes subisquiales son los preferidos en términos de comodidad, ya que evitan el isquion y han mejorado el rango de movimiento, pero carecen de una mejora funcional y una estabilización suficiente, lo que conduce a una transferencia de carga inconsistente y una posible inestabilidad de la extremidad.

Beneficios de la biotensegridad en el diseño de alvéolos

Imagen simulada de captura de esqueleto: las líneas negras indican las cuatro áreas de compresión. Fotografías cortesía de biodesigns.

Un encaje protésico basado en la biotensegridad imita el equilibrio natural de tensión-compresión del cuerpo, lo que permite una mejor distribución de la carga, una mayor movilidad y comodidad, y la preservación de la salud y la funcionalidad del miembro residual. Introduje el concepto de osteostabilización a través de una interfaz estabilizada de compresión-liberación hace más de una década debido a mi frustración personal y la de mis pacientes con los encajes actuales, que son el estándar de atención médica, y su falta de función, rendimiento y comodidad. La interfaz osteostabilizada (ahora conocida como el sistema de interfaz de alta fidelidad) fue la culminación de mis años de experiencia y se alinea con los principios de la biotensegridad. Su tecnología única, patentada y pendiente de patente, de compresión y estabilización no solo proporciona un soporte mejorado, omnidireccional y más natural de la extremidad durante la totalidad de la fase de apoyo de la marcha sin un anillo proximal excesivamente compresivo, sino que también permite una fase de balanceo más precisa y de apoyo al imitar más de cerca el movimiento óseo natural y brindar soporte fascial cuando no hay carga. Esta interacción dinámica entre la interfaz protésica y el miembro residual garantiza una mejor comodidad, función y resultados de salud para el usuario.

Compresión y liberación alternas: un mecanismo basado en la biotensegridad

La interfaz HiFi aprovecha las zonas longitudinales alternas de áreas de compresión fascial alrededor de la fascia del miembro residual y los huesos subyacentes. Este diseño estabiliza el hueso dentro del encaje protésico, lo que permite que la extremidad se comporte como una parte integral de un sistema de tensegridad dinámico. A diferencia de los encajes transfemorales tradicionales, que dependen de un fuerte control proximal y una distribución generalizada de la presión aguas abajo del borde, la interfaz HiFi crea elementos estabilizadores ligeramente compresivos a lo largo de la extremidad. Al proporcionar elementos de compresión longitudinal con una superficie funcional significativa en lugar de una presión proximal localizada, se garantiza un flujo sanguíneo adecuado y se mejora la comodidad.

Radiografía de un fémur centrado en una interfaz HiFi sin soporte en flexión de 90 grados.

Las zonas de compresión se aplican en áreas específicas alrededor y a lo largo del eje de los huesos, anclando los huesos y el resto de la extremidad de forma segura dentro de la cavidad y permitiendo al mismo tiempo un rango completo de movimiento funcional. Al alinearse con la dinámica de tensión-compresión inherente del cuerpo, el HiFi reduce el estrés localizado y promueve una transferencia eficiente de energía y movimiento.

Apoyo a la fase de postura

Durante la fase de apoyo, el método de estabilización del encaje HiFi mantiene la integridad de la marcha del usuario al apoyarse en el soporte fascial, que tiene capacidades de amortiguación dinámica inherentes, a diferencia del soporte isquiático. Al incorporar el soporte fascial como su mecanismo principal, se permite que la musculatura de la articulación de la cadera vuelva a patrones y amplitudes de activación más normales. Además, los receptores de la fascia se estimulan más en virtud de la relación de compresión-tensión del mecanismo de soporte fascial, lo que aumenta y mejora la propiocepción, tanto en el balanceo como en la postura.

El patrón de compresión proporciona un mejor anclaje al reafirmar el tejido blando en cada zona, lo que permite que la extremidad soporte el peso corporal sin una traslación, rotación o deslizamiento excesivos, y se reduce el efecto pistón. Al mismo tiempo, las áreas de compresión reducida que contribuyen al patrón alternante inherente al diseño se adaptan a los cambios en la forma del tejido a medida que se desplaza el peso o se produce una 

carga/descarga, lo que garantiza un mejor equilibrio ya que la extremidad residual permanece colocada de forma segura, lo que evita la inestabilidad. A diferencia de los diseños de contención isquiática, la compresión alternante evita los puntos de presión dolorosos en el isquion o el extremo distal, lo que permite un uso prolongado sin molestias. Y al crear una base estable, la interfaz osteoestabilizada minimiza el uso compensatorio de los músculos, lo que reduce la fatiga y promueve una marcha más natural.

Cómo abordar la fase de swing

La fase de balanceo de la marcha requiere una coordinación precisa entre el muñón y el dispositivo protésico. Los encajes tradicionales no reproducen el movimiento natural del hueso, lo que genera patrones de movimiento ineficientes y torpes y una reducción de la propiocepción y la conciencia cinestésica. El usuario básicamente lanza el encaje y lo balancea como un péndulo, luego calcula el momento de iniciar la desaceleración e intentar apoyar el talón.

Dado que la posición del encaje no se reproduce con precisión en relación con la posición del esqueleto, cada paso es un ejercicio de especulación o estimación. El diseño osteoestabilizado supera esta limitación al reproducir con mayor precisión la dinámica del esqueleto, lo que permite que el cerebro reciba información propioceptiva que refleja con mayor precisión la orientación, el estado y la posición de la prótesis.

Las zonas alternas garantizan una estabilidad omnidireccional y trabajan con el movimiento natural del muñón para mantener la alineación adecuada durante toda la fase de balanceo. Esto reduce el riesgo de desviaciones de la marcha y mejora la eficiencia general.

Por último, al seguir de cerca el movimiento del hueso y mejorar la compresión fascial, la interfaz HiFi proporciona una multitud de mecanismos de retroalimentación, superando incluso la osteointegración en su alcance debido a su excitación de los mecanorreceptores en la fascia, lo que permite a los usuarios sentirse más conectados con sus miembros protésicos. Es por eso que he sostenido durante años que la OI en conjunción con una interfaz HiFi externa de perfil bajo es el camino a seguir, distribuyendo fuerzas a lo largo de la extremidad y alejándolas del pilar mientras proporciona compresión fascial y, por lo tanto, estimulación de los mecanorreceptores para una retroalimentación adicional. Finalmente, el soporte de tejido blando de la fascia minimizará los efectos gravitacionales sobre el tejido blando, evitando la deformación significativa y la invasión de tejido blando alrededor del pilar con el tiempo.

Mejora de la retroalimentación

La compresión dirigida puede aumentar la conciencia propioceptiva al activar los mecanorreceptores (como las terminaciones de Ruffini, los corpúsculos de Pacini, las células de Merkel y los corpúsculos de Meissner) en la fascia. De manera similar a lo que ocurre en las prótesis osteointegradas, la osteopercepción se mejora en la interfaz osteoestabilizada, con el beneficio adicional de una mayor retroalimentación mecánica de los receptores inherente al tejido fascial comprimido.

Esto ayuda al usuario a percibir mejor la orientación y el movimiento de las extremidades y mejora la retroalimentación táctil y vibratoria de la interacción con el entorno externo, como impactos externos, terreno irregular o contacto con otras anomalías u objetos de la superficie. La percepción de la presión sostenida o dinámica sobre la extremidad se mejora, ya que el ajuste fino de las zonas de compresión y/o liberación de la interfaz puede proporcionar una retroalimentación diferencial, lo que ayuda al usuario a medir la posición de la extremidad y los puntos de contacto durante el movimiento.

Debido a la compresión dirigida, que a su vez excita los mecanorreceptores fasciales, se mejora la retroalimentación háptica (una combinación de retroalimentación táctil y relacionada con la fuerza), simulando sensaciones de fuerza de forma más dinámica.

Con el tiempo, el sistema nervioso se adapta para interpretar estas señales mecánicas como parte de la retroalimentación propioceptiva y táctil, mejorando el control y la conciencia de la prótesis. Un perfil de compresión aumentado y una extremidad con un apoyo y control más naturales dentro de la interfaz protésica no solo aumentan la sensibilidad y la respuesta de los mecanorreceptores, sino que también reducen la carga cognitiva en el cerebro, lo que aumenta el potencial de encarnación. La encarnación protésica completa representa la integración definitiva de la prótesis con el cuerpo, la mente y la vida cotidiana del usuario. Implica una sensación perfecta de propiedad, funcionalidad y retroalimentación sensorial, donde la prótesis se siente como una extensión natural del cuerpo en lugar de un dispositivo externo. Alcanzar este estado aborda múltiples dimensiones de la experiencia del usuario y la calidad de vida.

Al incorporar múltiples mecanismos de retroalimentación y alinear el diseño de la interfaz protésica con los principios de biotensegridad, el HiFi y las futuras interfaces osteoestabilizadoras pueden mejorar la experiencia sensorial general del usuario y el rendimiento funcional del sistema protésico, ayudando al individuo a lograr un mejor control e integración del dispositivo en sus actividades diarias.

Conclusión

La tecnología de compresión de la interfaz osteoestabilizadora alinea el diseño del encaje protésico con los principios de biotensegridad. Al estabilizar el hueso de forma dinámica y replicar el movimiento natural, el diseño HiFi favorece el equilibrio tensión-compresión del cuerpo durante las fases de apoyo y balanceo. Esto mejora la eficiencia de la marcha y facilita la incorporación de la prótesis, mejorando la salud y el bienestar general de los usuarios de prótesis. Como alternativa más saludable a los diseños de encaje tradicionales, las interfaces osteoestabilizadoras representan el futuro de la atención protésica, priorizando la función, la comodidad y los resultados a largo plazo.

Randall Alley, CP, es el director ejecutivo de Biodesigns, California. Puede ponerse en contacto con él en ralley@biodesigns.com

Referencias

Kahle JT, MJ Highsmith. 2013. Comparación de la cinemática de la cadera, la posición del encaje, la presión de contacto y la preferencia entre los encajes transfemorales con suspensión asistida por vacío: contención isquiática versus sin borde. Journal of Rehabilitation Research and Development 50(9):1241-52.