Американские ученые разработали инновационный бионический протез ноги. Новая система соединяется с телом — мышцами и костью — пользователя напрямую. Это позволяет сделать протез стабильнее и дает возможность человеку лучше контролировать движения. Участники клинического исследования подтвердили, что протез ощущался ими как часть собственного тела. Работа опубликована в журнале Science.
Современный уровень развития медицины и технологий позволяет человеку вернуть возможность пользоваться рукой или ногой даже при полном отсутствии конечности. Хотя их функциональность уже достигла такого уровня, что пользователи могут вести активный образ жизни без проблем, протезы конечностей обычно ощущаются пользователями как внешние инструменты, а не как собственное тело. Это неудивительно: они устанавливаются на культю и не соединяются с мышцами, костями пользователя.
Обычно при традиционной ампутации разрываются пары мышц, которые обычно работают по очереди: например, мышцы-антагонисты, которые тянут конечность в разные стороны, когда сокращаются. Из-за этого определить положение мышцы и скорость ее сокращения становится очень сложно.
В последние годы ученые стремились сделать протезы комфортнее. Например, недавно специалисты разработали новый хирургический подход AMI (agonist-antagonist myoneural interface), суть которого заключается в том, что во время операции врачи восстанавливают связь между двумя мышцами. Это позволяет сделать движения протезом точнее. В прошлом году вышло исследование, в котором ученые доказали, что люди, которым ампутировали ногу ниже колена и провели операцию AMI, впоследствии ходят быстрее и успешнее обходят препятствия, чем люди после обычной операции.
Теперь та же группа исследователей предложила соединять протез с костью. Так протез сможет считывать сигналы с восстановленных с помощью AMI мышц, обеспечивать лучшую стабильность и обратную связь. Для этого специалисты установили титановый стержень в остаточную бедренную кость. К мышцам, связь между которыми была восстановлена с помощью AMI, проведены 16 проводов, которые считывают электрические сигналы. Эту систему ученые назвали e-OPRA. Вся информация попадает к роботизированному контроллеру, который использует эти данные, чтобы рассчитать силу, которую нужно приложить для того, чтобы переместить протез туда, куда необходимо пользователю.
Ученые установили такой интегрированный в кость протез двум испытуемым. Их сравнивали с двумя группами: восемью пациентами, которые провели операцию AMI, но не установили систему e-OPRA, то есть с обычным протезом, и семью пациентами без операции AMI и без системы e-OPRA. Все пациенты использовали коленный протез с электроприводом. Участников просили выполнить различные задачи с протезом: сгибать колено под заданным углом, подниматься по лестнице, перешагивать через препятствия. В большей части заданий пациенты, которым провели операцию AMI и установили интегрированный в кость протез, были успешнее, чем участники, которым сделали только операцию AMI, и значительно успешнее пользователей традиционных протезов.
Испытуемым также задали вопросы, которые позволили оценить, насколько пользователи ощущают протез как часть своего тела. Например, ощущали ли пациенты наличие двух ног или контроль над протезом. Те участники, которым провели операцию AMI и поставили систему e-OPRA, ощущали протез частью своего тела и чувствовали реальный контроль над ним.
«Протез, интегрированный в ткани, то есть прикрепленный к кости и управляемый непосредственно нервной системой, — это не просто безжизненное, отдельное устройство, а система, тщательно интегрированная в физиологию человека, предлагающая более высокий уровень протезного воплощения. Это не просто инструмент, который использует человек, а неотъемлемая часть его личности», — рассказал Хью Херр из Массачусетского технологического института.
Кроме того, соединение протеза непосредственно со скелетом избавляет пользователя от частой проблемы — кожных заболеваний на месте, где культя обычно соприкасается с протезом.
Ученые ожидают, что операция AMI будет внедрена повсеместно и станет медицинским стандартом для ампутаций выше колена. Поэтому ученые планируют провести более масштабные клинические испытания, которые могут занять около пяти лет.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
