Manual wheelchairs: research and innovation in sports and daily life

AimsDescription of the principal characteristics of the wheelchairs and their technological developments.Current knowledgeThose with lower-limb disabilities are often dependent on manually propelled wheelchairs for their mobility, in Europe today some 3.3 million people. This implies a transfer from leg to arm work for ambulation and all other activities of daily living (ADL). Compared to the legs, arm work is less efficient and more straining, and leads to a lower physical capacity. Also, there is a major risk of mechanical overuse. Problems of long-term wheelchair use are not only pain or discomfort, but also a risk of a physically inactive lifestyle. Subsequently, serious secondary impairments (obesity, diabetes, cardiovascular problems) may eventually emerge. Wheelchair quality, including the ergonomic fitting to the individual may play a preventive role here, but also other modes of physical activity, and the understanding of training, rehabilitation, active lifestyle and sports on health and well being. The ‘International Classification of Functioning, Health and Disability’ (ICF) model, a stress–strain–work capacity model, as well as the ergonomics model that relates Human-Activity-Assistive-Technology (HAAT) are instrumental to the concepts, structure and aims of research in this field of assistive technology for mobility. Over the last decades manual wheelchairs have evolved from the chromium plated heavy foldable wheelchairs into task specific and individually optimized assistive tools. Apart from empirical developments and innovations from within wheelchair sports, systematic research has played a role in wheelchair development and design in three important areas: (1) the vehicle mechanics, (2) the human movement system, and (3) the wheelchair–user interface. Today manually propelled wheelchairs are primarily hand rim propelled. Many different issues of this propulsion mode were studied over the past, especially addressing performance, technique, vehicle mechanics and the wheelchair–user interaction. This has led to hand rim wheelchairs today that preferably have a box frame, are lightweight, task specific, are tuned to the individual physiognomy and have a contemporary ‘fresh’ look. Over the years both in sports practice and research, focus has shifted towards alternative modes of manual wheelchair propulsion. Especially crank propulsion has become popular among athletes as well as in daily life in some western countries, but is imperative in many non-western countries. For longer distances outdoors, under non-optimal environmental conditions, in sports and recreation, this propulsion mode is highly beneficial in terms of speed, distance and endurance, as well as in terms of physical strain. Gears allow propulsion at high speeds, but also in difficult terrain, both in highly trained as well as marginal users. Crank propulsion stimulates self-propulsion, mobility and an increased social range of action, i.e. a more active (and healthy) life style. The latter is stimulated through research into and the development of new forms of technology-supported modes of mobility for lower-limb impaired people (FES cycling, body weight support walking) and of training and an active lifestyle early in the rehabilitation program.

RésuméObjectifsDescription des principales caractéristiques des fauteuils roulants et de leurs évolutions technologiques.ActualitésLes personnes souffrant d'un handicap des membres inférieurs sont souvent dépendantes, en ce qui concerne leur mobilité, d'une chaise roulante manuelle. Ils sont aujourd'hui 3,3 millions en Europe. Cela implique un transfert des capacités de déplacement et de motricité de la vie courante des jambes vers les bras. Comparé à celui des jambes, le travail des bras est moins efficace et plus fatigant, et engendre de moins bonnes capacités physiques. Aussi, il existe un risque majeur d'usure mécanique prématurée. Les problèmes liés à l'utilisation d'un fauteuil roulant pour une longue durée ne sont pas seulement les douleurs ou le manque de confort, mais également le risque d'adopter un mode de vie sédentaire. Par conséquent, de sérieux effets secondaires (obésité, diabète, problèmes cardiovasculaires) peuvent alors apparaître. La qualité de l'appareillage utilisé, incluant l'adaptation ergonomique individuelle, peut jouer un rôle préventif, tout comme d'autres formes d'activité physique et la prise de conscience de l'importance de l'entraînement, la rééducation, un mode de vie actif ou encore le sport sur la santé et le bien-être. Le modèle de classification internationale pour le fonctionnement, la santé et le handicap (ICF), modèle de capacité de travail sous contrainte et stress, comme le modèle ergonomique qui relie l'homme, l'activité et l'assistance technologique, sont autant d'instruments nécessaires aux objectifs de recherche et aux concepts développés dans le champ de l'assistance technologique pour la mobilité. Au cours des dernières décennies, les fauteuils roulants sont passés de chaises très lourdes en chrome à de véritables outils d'assistance individuelle optimisés pour des tâches spécifiques. À part, sous la forme empirique du développement et des innovations pour les sports en fauteuil, la recherche systématique a joué un rôle primordial dans le développement et le design des fauteuils dans trois domaines majeurs : la mécanique des appareils, le fonctionnement du mouvement humain, et l'interface appareil–utilisateur. Aujourd'hui, les fauteuils à propulsion manuelle sont principalement utilisés par la jante. De nombreuses solutions à ce mode de propulsion ont été étudiées par le passé, particulièrement pour ajuster la performance, la technique, la mécanique et l'interface pour l'utilisateur. Cela a mené à des fauteuils qui ont pour la plupart une armature plus légère, spécifique, adaptée personnellement à la physionomie de l'individu, et avec un look plus moderne. Au fur et à mesure des années, dans la pratique sportive et la recherche, l'intérêt s'est souvent porté sur des modes alternatifs de propulsion manuelle. La propulsion à manivelle est devenue populaire parmi les athlètes ou pour la vie de tous les jours dans certains pays d'Europe occidentale, mais est impérative dans de nombreux pays de l'Est. Pour les longues distances en extérieur, sous des conditions environnementales non optimales, pour les sports et loisirs, ce mode de propulsion est hautement efficace en termes de vitesse et d'endurance. Ce dernier est stimulé par la recherche, dans et le développement de nouvelles formes de modes technologie-soutenus, pour la mobilité des personnes handicapées des membres inférieurs (FES faisant un cycle, appui de poids corporel en marche), formation et stimulation assez tôt dans le programme de réadaptation.