Arti protesici esterni

I recenti progressi nella scienza e nella tecnologia dei materiali hanno portato a significativi progressi negli arti protesici. Mentre si è tentati di immaginare che questi arti diano a chi li indossa una sorta di vantaggio sovrumano, in realtà, i ricercatori stanno semplicemente cercando di ricreare la funzionalità e la gamma di movimento di un arto umano sano. Questo è più difficile di quanto sembri.

Pensaci: se ti prude il naso, ti gratti. Ma prendetevi un momento per considerare come lo fate veramente. Per prima cosa, dovete piegare il gomito mentre sollevate l’avambraccio in modo che sia nella posizione corretta vicino al vostro naso. Poi devi ruotare l’avambraccio all’angolo richiesto in modo che il tuo dito possa raggiungere il tuo naso, poi estendere un dito e muoverlo su e giù ripetutamente sul prurito. E devi fare tutto questo applicando la giusta quantità di pressione per fermare il prurito, ma senza grattare via la pelle. Come potete immaginare, creare un arto robotico che faccia tutte queste cose senza soluzione di continuità, facilmente e rapidamente è una bella sfida.

Così, mentre dare il cinque o salire una rampa di scale potrebbe non sembrare un’attività molto complessa, dietro le quinte (o dentro la tua testa) il tuo cervello lavora costantemente per aiutarti a eseguire anche i gesti più semplici. Nervi, muscoli, sinapsi, cortecce cerebrali: tutti devono lavorare senza soluzione di continuità per permetterti di eseguire questi compiti.

È questa interazione tra pensiero, azione e risposta che i ricercatori di tutto il mondo hanno cercato di replicare nelle loro tecnologie bioniche.

Sono ora disponibili diverse protesi bioniche che cominciano a imitare alcune delle funzionalità degli arti originali persi. Altri sono ancora in fase di ricerca e sviluppo, ma stanno mostrando grandi promesse. Diamo un’occhiata ad alcuni di essi.

Arti mioelettrici

Tradizionalmente, le protesi dell’arto superiore erano alimentate dal corpo, usando cavi e imbracature attaccate all’individuo e facendo affidamento sui movimenti del corpo per manipolare i cavi che controllano l’arto protesico. Questo può essere fisicamente faticoso, ingombrante e innaturale.

Gli arti mioelettrici sono alimentati esternamente, utilizzando una batteria e un sistema elettronico per controllare il movimento. Ogni protesi è fatta su misura e si attacca all’arto residuo usando la tecnologia di aspirazione.

Una volta che il dispositivo è stato fissato saldamente, utilizza sensori elettronici per rilevare anche le più piccole tracce di attività muscolare, nervosa ed elettrica nell’arto residuo. Questa attività muscolare viene trasmessa alla superficie della pelle dove viene amplificata e inviata ai microprocessori, che utilizzano le informazioni per controllare i movimenti dell’arto artificiale.

In base allo stimolo mentale e fisico fornito dall’utente, l’arto si muove e agisce come un’appendice naturale. Variando l’intensità del movimento dei loro muscoli funzionali esistenti, l’utente può controllare aspetti come la forza, la velocità e la presa dell’arto bionico. Se i segnali muscolari non possono essere usati per controllare la protesi, si possono usare interruttori con un rocker, pull-push o touch pad. Il miglioramento della destrezza si ottiene tramite l’aggiunta di sensori e controlli motorizzati, permettendo così agli utenti di eseguire compiti come usare una chiave per aprire una porta o prendere le carte da un portafoglio.

Una delle caratteristiche di questa tecnologia è la funzione ‘autograsp’, che regola automaticamente la tensione quando rileva un cambiamento nelle circostanze (come tenere un bicchiere che viene poi riempito d’acqua). Un ulteriore vantaggio dell’arto mioelettrico è che, come i tradizionali dispositivi alimentati dal corpo, può essere fatto per replicare l’aspetto di un arto naturale.

Gli svantaggi di questa tecnologia sono che la batteria e il motore al suo interno lo rendono pesante, è costoso, e c’è un leggero ritardo tra l’utente che invia un comando e il computer che elabora quel comando e lo trasforma in azione.

Osseointegrazione

Un’altra innovazione dell’arto bionico è conosciuta come ‘osteointegrazione’ (OI). Derivato dal greco ‘osteon’, che significa osso, e dal latino ‘integrare’, che significa rendere intero, il processo comporta la creazione di un contatto diretto tra l’osso vivo e la superficie di un impianto sintetico, spesso a base di titanio.

La procedura è stata eseguita per la prima volta nel 1994, e utilizza un impianto in titanio integrato nello scheletro, collegato attraverso un’apertura (stoma) nell’arto residuo ad una protesi esterna. La connessione diretta tra la protesi e l’osso ha diversi vantaggi:

1. Fornisce una maggiore stabilità e controllo, e può ridurre la quantità di energia spesa.
2. Non richiede l’aspirazione per la sospensione, il che rende più facile e confortevole per l’utente.
3. Il peso portante viene riportato al femore, all’articolazione dell’anca, alla tibia o ad altre ossa, riducendo la possibilità di degenerazione e atrofia che può accompagnare le protesi tradizionali.

Tradizionalmente, la procedura richiede due operazioni. Il primo comporta l’inserimento di impianti in titanio nell’osso e, spesso, un’ampia revisione dei tessuti molli. La seconda fase, circa sei-otto settimane dopo, comprende il perfezionamento dello stoma e il fissaggio dell’hardware che collega l’impianto alla gamba protesica esterna. Gradualmente, l’osso e il muscolo iniziano a crescere intorno al titanio impiantato sull’estremità ossea, creando una gamba bionica funzionale. La protesi esterna può essere facilmente attaccata e rimossa dall’abutmentGLOSSARIOabutment la parte di un impianto che sporge attraverso i tessuti ed è progettata per sostenere una protesi. in pochi secondi. Recentemente, il chirurgo australiano Associate Professor Munjed Al Muderis è stato in grado di eseguire l’intervento in una sola operazione.

Perché la protesi è attaccata direttamente all’osso, ha una maggiore gamma di movimento, controllo e, in alcuni casi, ha permesso a chi la indossa di distinguere la differenza tattile tra le superfici (come il tappeto rispetto alle piastrelle) tramite l’osseopercezione.

L’allenamento dell’andatura, il rafforzamento e la riabilitazione sono tutte parti importanti della procedura pre e post-intervento. Molti dei destinatari della nuova tecnologia sono stati in piedi e hanno camminato indipendentemente entro poche settimane dall’operazione, e sono stati in grado di recuperare gran parte della loro qualità di vita.

Un continuo sviluppo nel campo delle IU è l’introduzione di prodotti che usano una costruzione in metallo poroso, come la schiuma di titanio. I design tradizionali dell’OI destinati al femore non hanno avuto successo quando sono stati applicati alla tibia, poiché la struttura ossea prossimale della tibia è altamente spugnosa. Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia della schiuma di titanio, l’applicazione dell’OI è stata estesa agli amputati transtibiali. Il professore associato Al Muderis è stato il pioniere di un impianto con superficie in schiuma stampata in 3D che viene utilizzato con successo negli amputati transtibiali. Queste schiume metalliche stampate in 3D possono promuovere e contribuire all’infiltrazione ossea e alla formazione e crescita di sistemi vascolari all’interno dell’area definita. In questo modo, la schiuma metallica porosa e simile all’osso permette l’inizio dell’attività dell’osteoblastoGLOSSARYosteoblasta cellula che secerne la sostanza dell’osso.

I destinatari della procedura OI dicono che sembra quasi la cosa reale. Gli svantaggi di questo tipo di protesi sono che è costosa (generalmente più di 80.000 dollari australiani) e inadatta a molti tipi di amputati.