Uitwendige prothese ledematen

De recente vooruitgang in zowel de materiaalkunde als de technologie heeft geleid tot een aanzienlijke vooruitgang van prothese ledematen. Hoewel het verleidelijk is zich voor te stellen dat deze ledematen de drager een soort bovenmenselijke voorsprong geven, proberen onderzoekers in werkelijkheid gewoon de functionaliteit en het bewegingsbereik van een gezonde menselijke ledemaat na te bootsen. Dit is moeilijker dan het klinkt.

Denk er eens over – als je neus jeukt, krab je eraan. Maar bedenk eens hoe je dit eigenlijk doet. Eerst moet u uw elleboog buigen terwijl u uw onderarm optilt, zodat deze zich in de juiste positie dicht bij uw neus bevindt. Dan moet u uw onderarm in de gewenste hoek draaien zodat uw vinger uw neus kan bereiken, dan een vinger uitstrekken en deze herhaaldelijk op en neer bewegen op de jeuk. En dit alles moet je doen terwijl je de juiste hoeveelheid druk uitoefent om de jeuk te stoppen, maar zonder de huid af te krabben. Je kunt je voorstellen dat het een hele uitdaging is om een robotarm te maken die al deze dingen naadloos, gemakkelijk en snel kan doen.

Dus terwijl het geven van een high five of het lopen van een trap misschien niet erg complexe activiteiten lijken, zijn je hersenen achter de schermen (of in je hoofd) constant aan het werk om je te helpen zelfs de eenvoudigste gebaren uit te voeren. Zenuwen, spieren, synapsen, hersenschors – ze moeten allemaal naadloos samenwerken om u in staat te stellen deze taken uit te voeren.

Het is deze interactie tussen gedachte, actie en reactie die onderzoekers over de hele wereld hebben geprobeerd na te bootsen in hun bionische technologieën.

Er zijn nu een aantal bionische prothese ledematen beschikbaar die een deel van de functionaliteit van de oorspronkelijke verloren ledematen beginnen na te bootsen. Andere bevinden zich nog in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase, maar zijn veelbelovend. Laten we er eens een paar bekijken.

Myo-elektrische ledematen

Traditioneel werden protheses voor de bovenste ledematen door het lichaam aangedreven, waarbij kabels en harnassen aan het individu werden bevestigd en men op lichaamsbewegingen vertrouwde om de kabels te manipuleren die het prothese-ledemaat aansturen. Dit kan lichamelijk vermoeiend, omslachtig en onnatuurlijk zijn.

Myo-elektrische ledematen worden van buitenaf aangedreven, met behulp van een batterij en een elektronisch systeem om de beweging te regelen. Elke prothese is op maat gemaakt en wordt met behulp van zuigtechnologie aan het restledemaat bevestigd.

Als het apparaat eenmaal stevig is bevestigd, detecteert het met behulp van elektronische sensoren zelfs de kleinste sporen van spier-, zenuw- en elektrische activiteit in het overgebleven ledemaat. Deze spieractiviteit wordt doorgegeven aan het huidoppervlak, waar ze wordt versterkt en doorgegeven aan microprocessoren, die de informatie gebruiken om de bewegingen van het kunstledemaat te besturen.

Gebaseerd op de mentale en fysieke stimulans van de gebruiker, beweegt en gedraagt het ledemaat zich als een natuurlijk aanhangsel. Door het variëren van de intensiteit van de beweging van hun bestaande functionele spieren kan de gebruiker aspecten als kracht, snelheid en grip in de bionische ledemaat controleren. Als spiersignalen niet kunnen worden gebruikt om de prothese te bedienen, kan gebruik worden gemaakt van schakelaars met een tuimelschakelaar, trek-duw of touchpad. Een verbeterde beweeglijkheid wordt bereikt door de toevoeging van sensoren en gemotoriseerde bedieningselementen, waardoor gebruikers taken kunnen uitvoeren zoals een sleutel gebruiken om een deur te openen of kaarten uit een portefeuille halen.

Een van de kenmerken van deze technologie is de ‘autograsp’-functie, die automatisch de spanning aanpast wanneer hij een verandering in de omstandigheden detecteert (zoals het vasthouden van een glas dat vervolgens met water wordt gevuld). Een bijkomend voordeel van het myo-elektrische ledemaat is dat het, net als traditionele door het lichaam aangedreven hulpmiddelen, zo kan worden gemaakt dat het eruitziet als een natuurlijk ledemaat.

De nadelen van deze technologie zijn dat de batterij en motor in het maakt het zwaar, het is duur, en er is een kleine vertraging tussen de gebruiker het verzenden van een commando en de computer verwerking van dat commando en het om te zetten in actie.

Oseointegratie

Een andere doorbraak op het gebied van bionische ledematen staat bekend als ‘osseointegratie’ (OI). Afgeleid van het Griekse ‘osteon’, wat bot betekent, en het Latijnse ‘integrare’, wat ‘heel maken’ betekent, bestaat het proces uit het creëren van direct contact tussen levend bot en het oppervlak van een synthetisch – vaak titanium-implantaat.

De procedure werd voor het eerst uitgevoerd in 1994, en maakt gebruik van een skelet-geïntegreerd titanium implantaat, dat via een opening (stoma) in het restledemaat is verbonden met een uitwendig prothese-ledemaat. De directe verbinding tussen de prothese en het bot heeft verschillende voordelen:

1. Het biedt een grotere stabiliteit en controle, en kan de hoeveelheid verbruikte energie verminderen.
2. Het vereist geen zuiging voor ophanging, wat het gemakkelijker en comfortabeler maakt voor de gebruiker.
3. De gewichtsbelasting wordt teruggebracht naar het dijbeen, heupgewricht, scheenbeen of ander bot, waardoor de mogelijkheid van degeneratie en atrofie die traditionele prothesen kunnen vergezellen, wordt verminderd.

Traditioneel vereist de procedure twee operaties. De eerste omvat het inbrengen van titanium implantaten in het bot en, vaak, een uitgebreide revisie van het zachte weefsel. De tweede fase, ongeveer zes tot acht weken later, omvat de verfijning van het stoma en de bevestiging van de hardware die het implantaat met het uitwendige prothesebeen verbindt. Geleidelijk aan beginnen bot en spieren rond het geïmplanteerde titanium aan het botuiteinde te groeien, waardoor een functioneel bionisch been ontstaat. De externe prothese kan gemakkelijk binnen enkele seconden aan het abutment worden bevestigd en eruit worden verwijderdGLOSSARYabutment het gedeelte van een implantaat dat door de weefsels heen steekt en bedoeld is om een prothese te ondersteunen. Onlangs heeft de in Australië gevestigde chirurg, Associate Professor Munjed Al Muderis, de operatie in één enkele operatie kunnen uitvoeren.

Omdat de prothese rechtstreeks aan het bot is bevestigd, heeft zij een groter bewegingsbereik, meer controle en, in sommige gevallen, hebben dragers via osseoperceptie tactiele verschillen tussen oppervlakken (zoals tapijt versus tegels) kunnen onderscheiden.

Gaitraining, versterking en revalidatie zijn allemaal belangrijke onderdelen van de procedure voor en na de operatie. Veel patiënten die de nieuwe technologie hebben gekregen, zijn binnen enkele weken na de operatie weer zelfstandig aan het lopen en hebben hun levenskwaliteit grotendeels terug kunnen winnen.

Een voortdurende ontwikkeling op het gebied van OI is de introductie van producten die gebruik maken van een poreuze metalen constructie, zoals titanium foam. Traditionele OI-ontwerpen voor het dijbeen waren niet succesvol bij toepassing op het scheenbeen, omdat de proximale botstructuur van het scheenbeen zeer sponsachtig is, maar met de ontwikkeling van de titaniumschuimtechnologie is de toepassing van OI nu uitgebreid tot transtibiaal geamputeerden. Universitair hoofddocent Al Muderis heeft baanbrekend werk verricht met een 3D-geprint implantaat met schuimoppervlak dat met succes wordt gebruikt bij transtibiaal geamputeerden. Deze 3D-geprinte metaalschuimen kunnen de botinfiltratie en de vorming en groei van vasculaire systemen binnen het afgebakende gebied bevorderen en stimuleren. Op deze wijze maakt het poreuze, op bot lijkende metaalschuim het mogelijk dat osteoblastGLOSSARYosteoblasta cel die de substantie van bot afscheidt. activiteit kan beginnen.

Begunstigden van de OI-procedure zeggen dat het bijna aanvoelt als het echte werk. Nadelen van dit type prothese zijn dat hij duur is (over het algemeen meer dan A$ 80.000), en ongeschikt voor veel soorten geamputeerden.