Eksterne proteser
Den seneste tids fremskridt inden for både materialevidenskab og teknologi har resulteret i betydelige fremskridt inden for proteser. Det er fristende at forestille sig, at disse lemmer giver bæreren en slags overmenneskelig fordel, men i virkeligheden forsøger forskerne i øjeblikket blot at genskabe funktionaliteten og bevægelsesomfanget i et sundt menneskeligt lem. Det er vanskeligere, end det lyder.
Tænk på det – hvis din næse klør, klør du dig på den. Men tag et øjeblik til at overveje, hvordan du rent faktisk gør det. Først skal du bøje albuen, mens du løfter din underarm, så den er i den rigtige position tæt på din næse. Derefter skal du dreje din underarm til den nødvendige vinkel, så din finger kan nå din næse, og derefter strække en finger ud og bevæge den op og ned gentagne gange på kløen. Og du skal gøre alt dette, mens du udøver det rette tryk for at stoppe kløen, men uden at kradse huden af. Som du kan forestille dig, er det noget af en udfordring at skabe et robotben, der kan gøre alle disse ting problemfrit, nemt og hurtigt.
Det er dette samspil mellem tanke, handling og reaktion, som forskere over hele verden har forsøgt at efterligne i deres bioniske teknologier.
Der findes nu en række bioniske lemproteser, som begynder at efterligne nogle af funktionerne i de oprindelige tabte lemmer. Andre befinder sig stadig på forsknings- og udviklingsstadiet, men er meget lovende. Lad os se på nogle af dem.
Myoelektriske lemmer
Traditionelt blev proteser til overkroppen drevet af kroppen ved hjælp af kabler og seler, der var fastgjort til personen, og som var afhængige af kroppens bevægelser til at manipulere kabler, der styrede protesen. Dette kan være fysisk trættende, besværligt og unaturligt.
Myoelektriske lemmer er eksternt drevne og bruger et batteri og et elektronisk system til at styre bevægelserne. Hver protese er specialfremstillet og fastgøres til den resterende lem ved hjælp af sugeteknologi.
Når enheden er blevet fastgjort forsvarligt, bruger den elektroniske sensorer til at registrere selv de mindste spor af muskel-, nerve- og elektrisk aktivitet i det resterende lem. Denne muskelaktivitet overføres til hudens overflade, hvor den forstærkes og sendes til mikroprocessorer, som bruger oplysningerne til at styre bevægelserne af det kunstige lem.
Baseret på den mentale og fysiske stimulans, som brugeren giver, bevæger og opfører lemmerne sig meget som et naturligt vedhæng. Ved at variere intensiteten af bevægelsen af deres eksisterende funktionelle muskler kan brugeren kontrollere aspekter som styrke, hastighed og greb i det bioniske lem. Hvis muskelsignaler ikke kan bruges til at styre protesen, kan der anvendes kontakter med en vippe, træk-på-tryk- eller touchpad. Forbedret fingerfærdighed opnås via tilføjelse af sensorer og motoriserede kontroller, hvilket gør det muligt for brugeren at udføre opgaver som f.eks. at bruge en nøgle til at åbne en dør eller tage kort ud af en tegnebog.
En af funktionerne i denne teknologi er “autograsp”-funktionen, som automatisk justerer spændingen, når den registrerer en ændring i omstændighederne (f.eks. at holde et glas, der derefter fyldes med vand). En ekstra bonus ved det myoelektriske lem er, at det ligesom traditionelle kropsdrevne anordninger kan fremstilles til at efterligne udseendet af et naturligt lem.
Ulemperne ved denne teknologi er, at batteriet og motoren i den gør den tung, den er dyr, og der er en lille tidsforskydning mellem det tidspunkt, hvor brugeren sender en kommando, og det tidspunkt, hvor computeren behandler denne kommando og omsætter den til handling.
Osseointegration
Et andet gennembrud inden for bioniske lemmer er kendt som “osseointegration” (OI). Denne proces, der er afledt af det græske “osteon”, der betyder knogle, og det latinske “integrare”, der betyder at gøre hel, indebærer, at der skabes direkte kontakt mellem levende knogle og overfladen af et syntetisk – ofte titaniumbaseret – implantat.
Indgrebet blev første gang udført i 1994 og anvender et skeletintegreret titaniumimplantat, der er forbundet gennem en åbning (stomi) i den resterende lem til en ekstern protese. Den direkte forbindelse mellem protesen og knoglen har flere fordele:
- Det giver større stabilitet og kontrol og kan reducere energiforbruget.
- Det kræver ikke sugning til ophængning, hvilket gør det lettere og mere behageligt for brugeren.
- Den vægtbærende effekt bringes tilbage til lårbenet, hofteleddet, skinnebenet eller anden knogle, hvilket reducerer muligheden for degeneration og atrofi, der kan følge med traditionelle proteser.
Traditionelt kræver proceduren to operationer. Den første indebærer indsættelse af titaniumimplantater i knoglen og ofte en omfattende revision af blødt væv. Den anden fase, ca. seks til otte uger senere, omfatter finpudsning af stomaet og fastgørelse af den hardware, der forbinder implantatet med den udvendige benprotese. Efterhånden begynder knogle og muskler at vokse omkring det implanterede titanium på knogleenden, hvorved der skabes et funktionelt bionisk ben. Den eksterne protese kan let fastgøres og fjernes fra abutmentetGLOSSARIUMabutmentden del af et implantat, der stikker ud gennem vævet og er beregnet til at bære en protese. inden for få sekunder. For nylig har den australske kirurg, lektor Munjed Al Muderis, været i stand til at udføre operationen i en enkelt operation.
Da protesen er fastgjort direkte til knoglen, har den en større bevægelsesfrihed og kontrol og har i nogle tilfælde gjort det muligt for bærerne at skelne taktile forskelle mellem overflader (f.eks. tæppe versus fliser) via osseoperception.
Gaitræning, styrketræning og genoptræning er alle vigtige dele af proceduren før og efter operationen. Mange af modtagerne af den nye teknologi har været oppe og gå selvstændigt inden for få uger efter operationen og har været i stand til at genvinde en stor del af deres livskvalitet.
En fortsat udvikling inden for OI er indførelsen af produkter, der anvender en porøs metalkonstruktion, f.eks. titaniumskum. Traditionelle OI-konstruktioner beregnet til lårbenet var ikke vellykkede, når de blev anvendt på skinnebenet, da den proximale tibiale knoglestruktur er meget svampet, men med udviklingen af titaniumskumteknologien er anvendelsen af OI nu blevet udvidet til at omfatte transtibialamputerede personer. Lektor Al Muderis har været banebrydende for et 3D-printet skumoverfladeimplantat, som med succes anvendes til transtibialamputerede personer. Disse 3D-printede metalskum kan fremme og bidrage til knogleinfiltrering og dannelse og vækst af vaskulære systemer inden for det definerede område. På denne måde gør det porøse, knoglelignende metalskum det muligt for osteoblastGLOSSARYosteoblasta-cellen, som udskiller knoglestoffet, at begynde sin aktivitet.
Orecipienter af OI-proceduren siger, at det næsten føles som den ægte vare. Ulemperne ved denne type proteser er, at de er dyre (generelt over 80.000 A$) og uegnede til mange typer amputerede.