Amputerad får ett skott vid OS

Förra veckan fick Oscar Pistorius, en sydafrikansk löpare i Paralympics, chansen att uppfylla sin livslånga dröm om att tävla i OS av Court of Arbitration for Sports (CAS), i Lausanne, Schweiz. Domstolen biföll överklagandet som lämnats in av Pistorius mot beslutet som fattades den 14 januari av International Association of Athletics Federations ( IAAF ) som förbjöd bladlöparen från att tävla mot arbetsföra idrottare. De CAS styrde att IAAF inte tillhandahållit tillräckliga bevis för någon metabolisk fördel ... [eller tillräckliga bevis] för att de biomekaniska effekterna av att använda denna speciella protesapparat ger Oscar Pistorius en fördel gentemot andra idrottare som inte använder apparaten.

Förstärkta människor: Hugh Herr, professor i MIT Media Lab och chef för Biomechatronics Group, ledde ett team av forskare som utvärderade den vetenskapliga giltigheten av en IAAF-studie som användes för att förbjuda Oscar Pistorius, en Paralympics-löpare, från att tävla i arbetsföra tävlingar.

Pistorius är en dubbelamputerad som tävlar på J-formade, kolfiber, Cheetah Flex-Foot-proteser tillverkade av det isländska företaget Össur . Efter att Pistorius presterat bra i ett internationellt arbetsföra evenemang 2007, uppstod misstankar bland medlemmar av IAAF att hans Cheetah-proteser kan ge honom en orättvis fördel. Institutionen förbjöd omedelbart att använda tekniska anordningar, såsom hjul och fjädrar, i konkurrens och beslutade att individuellt granska Pistorius fall.

IAAF genomförde en tvådagars vetenskaplig studie, ledd av den tyske professorn Gert-Peter Brüggemann, av proteserna. Baserat på de resulterande uppgifterna drog IAAF slutsatsen att Pistorius verkligen har en orättvis fördel gentemot friska idrottare, och hävdade att han använder 25 procent mindre energi än de gör för att tävla.

Förvånade över sådana anklagelser vände sig Pistorius advokater till MIT-professorn Hugh mr och bad honom att bedöma den vetenskapliga giltigheten av IAAF:s studie. Herr, chefen för Biomechatronics Group i MIT Media Lab, och även en docent vid MIT-Harvard Division of Health Sciences and Technology, samlade ett team som inkluderade experter inom biomekanik och fysiologi från sex universitet för att utvärdera de vetenskapliga bevisen.

Teknikgranskning satte sig ner med Herr och bad honom förklara de vetenskapliga bristerna som forskargruppen fann i IAAF-studien, såväl som de bredare konsekvenserna av CAS:s beslut.

Teknikgranskning : Vilka påståenden gjorde IAAF i sin vetenskapliga rapport som du fick i uppdrag att bedöma?

Hugh mr : Det första påståendet från IAAF var relaterat till den metaboliska energi som Oscar krävde för att springa. De hävdade att Oscar, på grund av sina Cheetah-proteser, kunde springa i sprinthastigheter med 25 procent mindre energi. I det andra påståendet sa IAAF att Cheetah-proteserna frigör en större mängd energi än det mänskliga ankel-fotkomplexet i sprinthastigheter, och att det faktiskt introducerar en konstgjord fördel för Oscar.

BARN : När det gäller det första påståendet, hur kom IAAF till den slutsatsen, och vilka vetenskapliga bevis använde du för att motbevisa det påståendet?

HH : Vid sprinthastigheter använder kroppen två energikällor: aerob och anaerob. Problemet är att man kan mäta en energikälla men inte den andra. Anaerob energi kan inte kvantifieras av någon – inte här i USA, inte i Tyskland; det går helt enkelt inte att kvantifiera exakt. IAAF hävdade att det kunde kvantifieras, och de satte en exakt siffra på det: 25 procent energimässig fördel vid 400 meters lopphastigheter. Detta är djupt felaktigt eftersom det inte kan kvantifieras vid dessa hastigheter. Ingen kan kvantitativt bedöma om det finns en fördel eller nackdel.

BARN : Hur kvantifierade då IAAF den anaeroba energikällan för att komma till en sådan slutsats?

HH : De tog blodlaktatåtgärder. Men återigen, om man är inlärd i den senaste vetenskapliga förståelsen av anaerob metabolism, drar man slutsatsen att genom att helt enkelt ta blodlaktatåtgärder kan man inte kvantifiera anaerob kapacitet.

Vid lägre löphastigheter kan den aeroba komponenten mätas genom att övervaka hur mycket syre en person förbrukar och hur mycket koldioxid som frigörs. Det vi gjorde är att vi utförde ett energitest vid lägre löphastigheter där man kvantitativt kan mäta den totala mängden energi som krävs för att springa, för vid den kritiska hastigheten och lägre utgör den aeroba energiförsörjningen hela energikällan. Vi mätte Oscar och andra elitidrottare med intakta ben i den hastigheten och lägre, och vi hittade ingen signifikant skillnad.

Om IAAF skulle ha fått sin studie granskad innan de beslutade att förbjuda Oscar, skulle de ha fått reda på detta.

BARN : I det andra påståendet sa IAAF att Cheetah-proteserna gav mer energi än den mänskliga fotled-fotleden. Hur utvärderades det och varför anser du att domen är felaktig?

HH : IAAF tittade på den mekaniska nettoenergin i den mänskliga fotled-fotleden vid 400 meters lopphastigheter och fann att fotleden absorberar mer mekanisk energi än den släpper ut. Det är bra - de använde standardförfarande för att titta på vridmoment och kraft - men de drog sedan slutsatsen att kroppen försvinner den energin. Det finns så mycket energi som absorberas, och så mycket som frigörs, och de antog skillnaden som kroppen bara kastar ut som värme. Det är en mycket tveksam teori eftersom kroppen vanligtvis inte kastar ut enorma mängder energi som värme om inte en person ständigt går nerför backen där kroppen måste avleda energi. Vad som kan vara en alternativ hypotes … är att inte all energi går förlorad, och en del av den överförs till knät. I vår kropp har vi muskler som spänner över flera leder; till exempel vadmuskeln ... går förbi fotleden och knäet. Biomekaniskt vet vi att ett syfte med sådana muskler är att kroppen ska kunna överföra energi över lederna. IAAF undersökte inte denna möjlighet, utan lade istället fram en teori om att kroppen kastar ut all den energin. De angav som ett faktum att det mänskliga intakta benet har en nackdel jämfört med Cheetah-protesen, som är en fjäder, eftersom den absorberade mer energi än [den] släppte, och skillnaden försvinner som värme.

BARN : Om IAAF hade antagit att den absorberade energin överfördes istället för att försvinna som värme, skulle energimätningarna mellan fotled-fotleden och protesen ha varit liknande?

HH : När det gäller hur mycket energi som skulle lagras, ja. Detta förutsätter också att själva utgångspunkten är giltig, och deras utgångspunkt är att om fotleden absorberar mer än den släpper eller släpper mer än den absorberar vid dessa hastigheter är den avgörande avgörande faktorn för vem som vinner 400 meter loppet, vilket är mycket misstänkt.

Peter Weyand [en medlem av Herrs forskargrupp och chef för Locomotion Laboratory vid Rice University] studerar sprint och vad som bestämmer maximal löphastighet, och han fann att riktigt snabba människor genererar väldigt höga krafter på marken, och de gör det väldigt snabbt . Långsammare människor kan inte generera höga krafter. En viktig egenskap med att springa snabbt är inte vad lederna gör utan benens totala förmåga att generera höga krafter på marken under en mycket kort tid. Nu upptäckte vi det, och Dr Brüggemann fann att Oscars markstyrkor verkar vara något lägre än en idrottares med ben. Detta tyder på att han kanske är kraftbegränsad eftersom hans protes bara är en fjäder, och han kan inte generera de höga krafter som ett intakt ben kan.

Nu, vad vår forskning säger är inte att [IAAF-studiens] data är felaktiga, utan att det är tolkningen av data som vi fann tvivelaktiga. Bevisbördan ligger hos IAAF. Om de vill förbjuda Oscar och kanske alla amputerade som använder Cheetah-proteser måste de visa vetenskapligt att det visar en övergripande fördel i 400 meter loppet. Vår poäng är att detta är en viktig fråga, och man måste vara mycket försiktig med vetenskapen. Därför behöver det finnas en hög grad av säkerhet för vad som biomekaniskt och energimässigt pågår när det gäller den protetiska effekten. Brüggemann gjorde en utvald uppsättning experiment, och med dessa data gjorde han vissa vetenskapliga påståenden som vi inte håller med om. Vi håller inte med om denna tolkning av uppgifterna, men utöver det gjorde IAAF ett mycket bredare uttalande. De sa att Pistorius har ett övertag överlag på 400 meter.

BARN : Gjorde ditt forskarteam några ytterligare studier för att visa antingen att IAAF:s vetenskapliga utvärdering var felaktig eller att Pistorius inte har en fördel?

HH : Vi gjorde en åtgärd som inte var direkt relaterad till påståendena från IAAF. Om du tar en sprintatlet, och vid en viss löphastighet mäter du hur länge de kan hålla den hastigheten, och sedan ändrar du hastigheten och mäter den nya tidslängden och så vidare, får du en hastighet-varaktighetskurva. Vid riktigt, riktigt höga hastigheter kan personen ta, typ, 10 steg och behålla den hastigheten under en kort tid. När du sänker hastigheten blir varaktigheten längre och längre. Sprintatleter med intakta lemmar faller alla på en mycket standardlinje. Vi trodde att om Oscar är artificiellt utökad, skulle han inte falla på den hastighet-varaktighetskurvan. Vi gjorde testet och han faller precis på kurvan, vilket är en indikation på att han tröttnar på samma sätt som friska sprinters.

BARN : Vilka är de bredare konsekvenserna av CAS-domen?

HH : Oscar kommer att ges möjlighet att kvalificera sig för IAAF-sanktionerade evenemang. Men i stort sett kommer det att vara framsteg i det övergripande initiativet att fullt ut integrera personer med funktionsnedsättning i samhället. Vissa människor i världen bevittnar en extraordinär idrottare som har konstgjorda ben eller armar ... och de tror direkt att det inte kan vara så – funktionshindrade människor kan inte vara så bra på något. Det faller aldrig in för vissa människor att Oscar kan vara en märklig idrottare. De tror att han måste vara otrogen.

Det finns så mycket att lära om hur människokroppen fungerar och dessutom hur kroppen påverkas av en bärbar enhet, som en sko eller protes. Dagen då det finns en protes som överträffar en intakt lem med hjälp av någon enskild mätning – oavsett om det är att hoppa högt eller att manipulera något – kommer verkligen att bli en mycket spännande dag.

Dölj