Externa proteser
Förnyliga framsteg inom både materialvetenskap och materialteknik har resulterat i betydande framsteg när det gäller proteser. Även om det är frestande att föreställa sig att dessa lemmar ger bäraren någon slags övermänsklig fördel, försöker forskarna för närvarande helt enkelt återskapa funktionaliteten och rörelseomfånget hos en frisk mänsklig lem. Detta är svårare än det låter.
Tänk på det – om din näsa kliar, kliar du den. Men ta en stund och fundera på hur du faktiskt gör detta. Först måste du böja armbågen samtidigt som du lyfter underarmen så att den är i rätt position nära näsan. Sedan måste du rotera underarmen till den nödvändiga vinkeln så att ditt finger kan nå näsan, sedan sträcker du ut ett finger och rör det upp och ner upprepade gånger på klådan. Och du måste göra allt detta samtidigt som du utövar rätt tryck för att stoppa klådan, men utan att skrapa bort någon hud. Som du kan föreställa dig är det en stor utmaning att skapa en robotled som kan göra alla dessa saker sömlöst, enkelt och snabbt.
Det är detta samspel mellan tanke, handling och reaktion som forskare över hela världen har försökt efterlikna i sina bioniska tekniker.
Det finns nu ett antal bioniska lemproteser som börjar efterlikna en del av funktionaliteten hos de ursprungliga förlorade lemmarna. Andra befinner sig fortfarande på forsknings- och utvecklingsstadiet, men är mycket lovande. Låt oss ta en titt på några av dem.
Myoelektriska lemmar
Traditionellt sett har proteser för övre lemmar varit kroppsdrivna, med hjälp av kablar och selar som fästs på individen och som förlitar sig på att kroppens rörelser manipulerar kablar som styr den protesiska lemmen. Detta kan vara fysiskt ansträngande, besvärligt och onaturligt.
Myoelektriska lemmar är externt drivna och använder ett batteri och ett elektroniskt system för att styra rörelsen. Varje protes är skräddarsydd och fästs på den kvarvarande extremiteten med hjälp av sugteknik.
När anordningen väl har fästs använder den elektroniska sensorer för att upptäcka även de minsta spåren av muskel-, nerv- och elektrisk aktivitet i den kvarvarande extremiteten. Denna muskelaktivitet överförs till hudytan där den förstärks och skickas till mikroprocessorer som använder informationen för att styra rörelserna hos den konstgjorda extremiteten.
Baserat på den mentala och fysiska stimulans som användaren ger rör sig och agerar lemmen ungefär som ett naturligt bihang. Genom att variera intensiteten i rörelsen av sina befintliga funktionella muskler kan användaren styra aspekter som styrka, hastighet och grepp i den bioniska lemmen. Om muskelsignaler inte kan användas för att styra protesen kan man använda växlar med en gungbräda, en drag- och tryckknapp eller en pekplatta. Förbättrad fingerfärdighet uppnås genom tillägg av sensorer och motoriserade kontroller, vilket gör det möjligt för användaren att utföra uppgifter som att använda en nyckel för att öppna en dörr eller ta fram kort ur en plånbok.
En av funktionerna i den här tekniken är funktionen ”autograsp”, som automatiskt justerar spänningen när den upptäcker en förändring i omständigheterna (till exempel att hålla ett glas som sedan fylls med vatten). En extra bonus med den myoelektriska extremiteten är att den, liksom traditionella kroppsstyrda anordningar, kan göras så att den liknar utseendet på en naturlig extremitet.
Nackdelarna med denna teknik är att batteriet och motorn inuti den gör den tung, den är dyr och det finns en liten tidsfördröjning mellan att användaren skickar ett kommando och att datorn behandlar kommandot och omsätter det i handling.
Osseointegration
Ett annat genombrott för bioniska lemmar kallas ”osseointegration” (OI). Processen innebär att man skapar direkt kontakt mellan levande ben och ytan på ett syntetiskt – ofta titanbaserat – implantat.
Införandet utfördes för första gången 1994 och använder ett skelettintegrerat titanimplantat som via en öppning (stoma) i den kvarvarande extremiteten är anslutet till en extern protes. Den direkta förbindelsen mellan protesen och benet har flera fördelar:
- Det ger större stabilitet och kontroll och kan minska den energi som används.
- Det krävs inget sug för upphängning, vilket gör det enklare och bekvämare för användaren.
- Tyngdbärandet återförs till lårbenet, höftleden, skenbenet eller annat ben, vilket minskar risken för degeneration och atrofi som kan följa med traditionella proteser.
Traditionellt sett kräver ingreppet två operationer. Den första innebär att titanimplantat sätts in i benet och ofta en omfattande revision av mjukvävnaden. Det andra steget, cirka sex till åtta veckor senare, omfattar förfining av stomin och fastsättning av den hårdvara som förbinder implantatet med den yttre benprotesen. Gradvis börjar ben och muskler växa runt det implanterade titanet på benänden, vilket skapar ett funktionellt bioniskt ben. Den externa protesen kan enkelt fästas och avlägsnas från abutmentetGLOSSARYabutmentDelen av ett implantat som sticker ut genom vävnaderna och är utformad för att bära upp en protes inom några sekunder. Nyligen har den Australienbaserade kirurgen Associate Professor Munjed Al Muderis kunnat utföra operationen i ett enda ingrepp.
Då protesen är fäst direkt på benet har den ett större rörelseomfång, större kontroll och har i vissa fall gjort det möjligt för bärarna att skilja taktil skillnad mellan olika ytor (t.ex. matta kontra kakel) via osseoperception.
Gaiträning, förstärkning och rehabilitering är alla viktiga delar av förfarandet före och efter operationen. Många av mottagarna av den nya tekniken har varit uppe och gått självständigt inom några veckor efter operationen och har kunnat återfå en stor del av sin livskvalitet.
En fortsatt utveckling inom OI-området är introduktionen av produkter som använder en porös metallkonstruktion, t.ex. titanskum. Traditionella OI-konstruktioner avsedda för lårbenet var inte framgångsrika när de tillämpades på skenbenet eftersom den proximala skenbenets benstruktur är mycket svampig, men i och med utvecklingen av titanskumteknik har tillämpningen av OI nu utvidgats till att även omfatta transtibiellt amputerade personer. Docent Al Muderis har varit pionjär när det gäller att ta fram ett 3D-utskrivet skumimplantat som framgångsrikt används för transtibiala amputerade. Dessa 3D-printade metallskum kan främja och bidra till beninfiltration och bildandet och tillväxten av kärlsystem inom det definierade området. På detta sätt gör det porösa, benliknande metallskummet det möjligt för osteoblastGLOSSARYosteoblasta cellen, som utsöndrar benets substans, att påbörja sin aktivitet.
Mottagare av OI-förfarandet säger att det nästan känns som på riktigt. Nackdelarna med denna typ av protes är att den är dyr (i allmänhet över 80 000 dollar) och olämplig för många typer av amputerade.