Vnější protetické končetiny

Současný pokrok v materiálové vědě i technologii vedl k významnému pokroku v protetických končetinách. Ačkoli je lákavé představit si tyto končetiny tak, že svému nositeli poskytují jakousi nadlidskou výhodu, ve skutečnosti se výzkumníci v současné době pouze snaží obnovit funkčnost a rozsah pohybu, který má zdravá lidská končetina. Je to obtížnější, než se zdá.

Přemýšlejte o tom – když vás svědí nos, poškrábete si ho. Ale zamyslete se na chvíli nad tím, jak to vlastně děláte. Nejprve musíte ohnout loket a zároveň zvednout předloktí tak, aby bylo ve správné poloze v blízkosti nosu. Poté musíte předloktí natočit do požadovaného úhlu tak, abyste prstem dosáhli na nos, pak prst natáhnout a opakovaně jím pohybovat nahoru a dolů po svrabu. A to vše musíte dělat při správném tlaku, abyste svědění zastavili, ale bez poškrábání kůže. Jak si dokážete představit, vytvořit robotickou končetinu, která by všechny tyto úkony dělala plynule, snadno a rychle, je docela výzva.

Ačkoli se tedy plácnutí nebo chůze po schodech nemusí zdát jako příliš složité činnosti, v zákulisí (nebo ve vaší hlavě) váš mozek neustále pracuje na tom, aby vám pomohl provést i ta nejjednodušší gesta. Nervy, svaly, synapse, mozková kůra – to vše musí bezchybně fungovat, abyste mohli tyto úkony provádět.

Tuto interakci mezi myšlením, akcí a reakcí se snaží výzkumníci po celém světě napodobit ve svých bionických technologiích.

V současné době je k dispozici řada bionických protéz končetin, které začínají napodobovat některé funkce původních ztracených končetin. Jiné jsou stále ve fázi výzkumu a vývoje, ale jsou velmi slibné. Podívejme se na některé z nich.

Myoelektrické končetiny

Tradičně byly protézy horních končetin poháněny tělem, používaly kabely a postroje připevněné k člověku a spoléhaly na pohyby těla při manipulaci s kabely, které ovládaly protetickou končetinu. To může být fyzicky namáhavé, těžkopádné a nepřirozené.

Myoelektrické končetiny jsou napájeny zvenčí a k ovládání pohybu používají baterii a elektronický systém. Každá protéza je vyrobena na míru a připevňuje se ke zbytkové končetině pomocí sací technologie.

Jakmile je zařízení bezpečně připevněno, využívá elektronické senzory k detekci i těch nejmenších stop svalové, nervové a elektrické aktivity ve zbývající končetině. Tato svalová aktivita je přenášena na povrch kůže, kde je zesílena a odeslána do mikroprocesorů, které na základě těchto informací řídí pohyby umělé končetiny.

Na základě psychických a fyzických podnětů od uživatele se končetina pohybuje a chová podobně jako přirozený úd. Měněním intenzity pohybu svých stávajících funkčních svalů může uživatel ovládat aspekty, jako je síla, rychlost a úchop bionické končetiny. Pokud nelze k ovládání protézy použít svalové signály, lze použít spínače s kolébkovým ovládáním, tahem a tlakem nebo dotykovou podložku. Zlepšení obratnosti je dosaženo přidáním senzorů a motorizovaných ovládacích prvků, což uživatelům umožňuje provádět úkoly, jako je použití klíče k otevření dveří nebo vyndání karet z peněženky.

Jednou z funkcí této technologie je funkce „autograsp“, která automaticky upravuje napětí, když zjistí změnu okolností (například držení sklenice, která je následně naplněna vodou). Dalším bonusem myoelektrické končetiny je, že stejně jako tradiční zařízení poháněná tělem může být vyrobena tak, aby kopírovala vzhled přirozené končetiny.

Nevýhodou této technologie je, že baterie a motor uvnitř ji činí těžkou, je drahá a existuje mírná časová prodleva mezi vysláním příkazu uživatelem a zpracováním tohoto příkazu počítačem a jeho proměnou v akci.

Oseointegrace

Dalším průlomem v oblasti bionických končetin je takzvaná „osseointegrace“ (OI). Tento proces, odvozený z řeckého „osteon“, což znamená kost, a latinského „integrare“, což znamená učinit celistvou, spočívá ve vytvoření přímého kontaktu mezi živou kostí a povrchem syntetického implantátu – často na bázi titanu.

Tento postup byl poprvé proveden v roce 1994 a využívá skeletálně integrovaný titanový implantát, který je připojen otvorem (stomií) ve zbytkové končetině k vnější protetické končetině. Přímé spojení protézy s kostí má několik výhod:

1. Zajišťuje větší stabilitu a kontrolu a může snížit množství vynaložené energie.
2. Pro zavěšení nevyžaduje sání, což je pro uživatele jednodušší a pohodlnější.
3. Závaží se vrací zpět na stehenní kost, kyčelní kloub, holenní kost nebo jinou kost, čímž se snižuje možnost degenerace a atrofie, které mohou doprovázet tradiční protézy.

Tradičně zákrok vyžaduje dvě operace. První zahrnuje zavedení titanových implantátů do kosti a často i rozsáhlou revizi měkkých tkání. Druhá fáze, přibližně o šest až osm týdnů později, zahrnuje zdokonalení stomie a připevnění hardwaru, který spojuje implantát s vnější protézou nohy. Postupně začne kolem implantovaného titanu na kostním konci růst kost a sval, čímž vznikne funkční bionická noha. Zevní protézu lze snadno připevnit a sejmout z abutmentuGLOSLOVNÍKabutmentčást implantátu, která vyčnívá skrz tkáně a je určena k podpoře protézy. během několika sekund. Nedávno se australskému chirurgovi docentu Munjedovi Al Muderisovi podařilo provést operaci během jediné operace.

Protože je protéza připevněna přímo ke kosti, má větší rozsah pohybu, ovládání a v některých případech umožnila nositelům rozlišovat hmatové rozdíly mezi povrchy (např. koberec versus dlaždice) prostřednictvím osseopercepce.

Trénink, posilování a rehabilitace jsou důležitou součástí předoperačního a pooperačního postupu. Mnoho příjemců nové technologie se během několika týdnů po operaci postavilo na nohy a začalo samostatně chodit a podařilo se jim získat zpět velkou část kvality života.

Pokračujícím vývojem v oblasti OI je zavádění výrobků, které využívají porézní kovovou konstrukci, například titanovou pěnu. Tradiční konstrukce OI určené pro stehenní kost nebyly při aplikaci na holenní kost úspěšné, protože struktura proximální holenní kosti je vysoce houbovitá. s rozvojem technologie titanové pěny se však aplikace OI nyní rozšířila i na transtibiální amputace. Docent Al Muderis je průkopníkem 3D tištěného pěnového povrchového implantátu, který se úspěšně používá u transtibiálních amputací. Tyto 3D tištěné kovové pěny mohou podporovat a přispívat k infiltraci kosti a tvorbě a růstu cévních systémů ve vymezené oblasti. Tímto způsobem umožňuje porézní, kosti podobná kovová pěna zahájení činnosti osteoblastůGLOSSARYosteoblastické buňky, které vylučují kostní hmotu.

Příjemci zákroku OI říkají, že je to téměř jako ve skutečnosti. Nevýhodou tohoto typu protézy je, že je nákladná (obvykle přes 80 000 australských dolarů) a nevhodná pro mnoho typů amputovaných končetin.

.