Вчені імплантували біонічний протез ноги прямо в тіло пацієнта

Американські вчені розробили інноваційний біонічний протез ноги. Нова система з’єднується з тілом — м’язами і кісткою — користувача безпосередньо. Це дозволяє зробити протез стабільнішим і дає можливість людині краще контролювати рухи. Учасники клінічного дослідження підтвердили, що протез відчувався ними як частина власного тіла. Робота опублікована в журналі Science.

Сучасний рівень розвитку медицини і технологій дозволяє людині повернути можливість користуватися рукою або ногою навіть при повній відсутності кінцівки. Хоча їх функціональність вже досягла такого рівня, що користувачі можуть вести активний спосіб життя без проблем, протези кінцівок зазвичай відчуваються користувачами як зовнішні інструменти, а не як власне тіло. Це не дивно: вони встановлюються на культю і не з’єднуються з м’язами, кістками користувача.

Зазвичай при традиційній ампутації розриваються пари м’язів, які зазвичай працюють по черзі: наприклад, м’язи-антагоністи, які тягнуть кінцівку в різні боки, коли скорочуються. Через це визначити положення м’яза і швидкість його скорочення стає дуже складно.

В останні роки вчені прагнули зробити протези комфортнішими. Наприклад, нещодавно фахівці розробили новий хірургічний підхід AMI (agonist-antagonist myoneural interface), суть якого полягає в тому, що під час операції лікарі відновлюють зв’язок між двома м’язами. Це дозволяє зробити рухи протезом точнішими. Минулого року вийшло дослідження, в якому вчені довели, що люди, яким ампутували ногу нижче коліна і провели операцію AMI, згодом ходять швидше і успішніше обходять перешкоди, ніж люди після звичайної операції.

Тепер та ж група дослідників запропонувала з’єднувати протез з кісткою. Так протез зможе зчитувати сигнали з відновлених за допомогою AMI м’язів, забезпечувати кращу стабільність і зворотний зв’язок. Для цього фахівці встановили титановий стрижень в залишкову стегнову кістку. До м’язів, зв’язок між якими був відновлений за допомогою AMI, проведено 16 проводів, які зчитують електричні сигнали. Цю систему вчені назвали e-OPRA. Вся інформація потрапляє до роботизованого контролера, який використовує ці дані, щоб розрахувати силу, яку потрібно прикласти для того, щоб перемістити протез туди, куди необхідно користувачеві.

Вчені встановили такий інтегрований в кістку протез двом випробовуваним. Їх порівнювали з двома групами: вісьмома пацієнтами, які провели операцію AMI, але не встановили систему e-OPRA, тобто зі звичайним протезом, і сімома пацієнтами без операції AMI і без системи e-OPRA. Всі пацієнти використовували колінні протези з електроприводом. Учасників просили виконати різні завдання з протезом: згинати коліно під заданим кутом, підніматися по сходах, переступати через перешкоди. У більшості завдань пацієнти, яким провели операцію AMI і встановили інтегрований в кістку протез, були успішніші, ніж учасники, яким зробили тільки операцію AMI, і значно успішніші за користувачів традиційних протезів.

Випробовуваним також задали питання, які дозволили оцінити, наскільки користувачі відчувають протез як частину свого тіла. Наприклад, чи відчували пацієнти наявність двох ніг або контроль над протезом. Ті учасники, яким провели операцію AMI і поставили систему e-OPRA, відчували протез частиною свого тіла і відчували реальний контроль над ним.

«Протез, інтегрований в тканини, тобто прикріплений до кістки і керований безпосередньо нервовою системою, — це не просто неживий, окремий пристрій, а система, ретельно інтегрована в фізіологію людини, що пропонує більш високий рівень протезного втілення. Це не просто інструмент, який використовує людина, а невід’ємна частина її особистості», — розповів Х’ю Херр з Массачусетського технологічного інституту.

Крім того, з’єднання протеза безпосередньо зі скелетом позбавляє користувача від частої проблеми — шкірних захворювань на місці, де культя зазвичай стикається з протезом.

Вчені очікують, що операція AMI буде впроваджена повсюдно і стане медичним стандартом для ампутацій вище коліна. Тому вчені планують провести більш масштабні клінічні випробування, які можуть зайняти близько п’яти років.