Инновации в области протезирования: технологии, возможности

Ежегодно в мире выполняется более миллиона ампутаций конечностей. И трудно сосчитать тех, кто потерял слух, зрение или родился с патологиями в этих органах чувств. Без руки или ноги, ничего не видя и не слыша, сложно жить полноценной жизнью, выбирать профессию по душе, чувствовать свободу в окружающем мире. Но некоторые из этих ситуаций не так сложны, как кажутся, поскольку сфера протезирования развивается достаточно быстрыми темпами. А в ближайшем будущем несколько привычными станут протезы, частично или даже полностью восстанавливающие функцию утраченного органа.

Как эволюционировала сфера протезирования

При упоминании слова «протез» большинство людей думают о силиконовом изделии, имитирующем утраченную конечность или ее части. Современный протез может выглядеть как настоящая рука или нога, ведь новые технологии позволяют производить такие изделия даже с маникюром или родинками, венами. Но косметические протезы лишь маскируют проблему, а не решают ее, ведь с таким протезом невозможно выполнить даже самые простые задачи.

И хотя этот вариант можно считать эволюцией, ведь первые протезы были деревянными, современные технологии позволяют производить бионические альтернативы. Как минимум, они могут сгибаться и разгибаться, а как максимум способны реагировать на сигналы мышц или мозга. Термин «бионика» впервые был использован в 1958 году военным врачом Джеком Стилом, который занимался космическими путешествиями и развитием медицины. А первая бионическая рука была сделана в 1993 году для Роберта Кэмпбелла Эйрда. Страдая от рака мышц, ему полностью ампутировали руку. Но 11 лет спустя команда из пяти британских биоинженеров создала для него «модульную систему рук», включающую схемы, микрочипы, моторы, шестерни. Все это было покрыто реалистичной искусственной кожей. Но самое главное, «новая» конечность вращалась в плече, поворачивалась в запястье и сгибалась в локте, а пальцы захватывали предметы. Фактически протез полностью восстановил функции руки .

Сегодня бионические протезы не редкость, но возможность использования тем, кто потерял конечность, зрение, обоняние, ограничена высокой ценой. По общему признанию, быстрое развитие области протезирования работает на снижение затрат и повышение доступности протезов с инновационными вариантами. Разработки последних 10-15 лет дали отличные результаты, ведь сейчас есть даже протезы, которыми можно управлять с помощью мозга. Они дают надежду на нормальную жизнь и парализованным людям.

Современные технологии протезирования имеют несколько важных направлений:

• сетчатка, где для восстановления зрения используются имплантаты;
• улитка, позволяющая восстановить слух;
• стоматолог, дающий возможность вернуть красивую улыбку даже в самых сложных ситуациях;
• протезы конечностей;
• нейропротезы, основной задачей которых является восстановление памяти, в первую очередь при болезни Альцгеймера.

А еще протезами пользуются ортопеды для восстановления функций суставов, урологи, у которых эректильная дисфункция не поддается лечению консервативными или хирургическими методами. И что интересно, часто такие имплантаты улучшают работу органа настолько, что даже физически неподготовленные люди могут поднимать серьезные веса или выполнять задачи, которые раньше им не под силу.

Восстановление функций конечностей: наиболее актуальная область протезирования

Протезирование, как отрасль медицины, началось с верхних и нижних конечностей, поскольку их отсутствие представляет собой сочетание физического и эстетического дискомфорта. После собственно первой искусственной руки, созданной в 1993 году и выполняющей все важные функции, произошел настоящий прорыв в этой области:

1. В 2007 году канадская компания Touch Bionics представила первый протез, доступный для тех, кто потерял руки, весом всего 25 кг. Тонкие пальчики такого изделия позволяли выполнять даже такие сложные задачи, как завязывание шнурков или работа за компьютером. Для фиксации протеза использовалась специальная втулка, которую можно было без особых усилий откручивать и закручивать.
2. В 2010 году впервые был представлен серийный протез BeBionic. Произошло это на Международном конгрессе протезистов и ортопедов, который проходил в городе Лейпциг.
3. 2011 год ознаменовался выпуском широко доступного протеза от исландской компании Össur, которая спустя 2 года дополнила его микропроцессором. Таким образом, протез нижней конечности получил возможность адаптироваться к походке владельца.
4. В 2015 году были представлены управляемые мозгом протезы, которые испытали на себе парализованные женщины .

Современные бионические протезы конечностей имеют аккумулятор, моторы и систему датчиков, считывающих движения пользователя. Электроника внутри улавливает сокращения мышц, и в результате выполняется действие. Чтобы все это стало возможным, перед созданием протеза человек должен пройти процедуру считывания сигналов, чтобы разработчики могли определить расположение датчиков, регистрирующих мышечные импульсы.

Управление мозгом используется как один из вариантов при производстве протезов, который пока находится на стадии разработки исследований. В этом случае в протез вживляются специальные интерфейсы, работу которых осуществляют нейросигналы. Электроды, которые их удаляют, помещаются в кору головного мозга.

Помимо бионических протезов, помогающих вернуться к обычному образу жизни, существуют и рабочие версии таких изделий, специально разработанные для конкретного вида работ. В отличие от бионики, оснащенной микропроцессорами, моторами, датчиками, они не имеют такой сложной конструкции, поэтому выполняют только один-два типа задач. Например, они могут быть оснащены приемником для рабочих насадок, чтобы человек мог выполнять задачи, связанные с его специальностью. Никого не удивишь художником-татуировщиком, рисующим рисунки на теле рукой с протезом, или ремонтником, умеющим держать инструменты только потерянной конечностью .

Рынок бионических протезов для нижних конечностей: компании, варианты, ценовая политика

На рынке не так уж много компаний, производящих бионические протезы верхних и нижних конечностей. Однако из-за их масштабности многие люди по всему миру каждый год могут пользоваться их продукцией, которая, однако, стоит немало. Лидерами в этой области являются: Touch Bionics, i-Limb, Ottobock, Vincent System. Средняя стоимость их продукции составляет около 30 000 долларов, но эта цена объясняется способностью выдерживать довольно большие нагрузки – вес до 45 килограммов.

Российский рынок протезов конечностей также динамично развивается. Компании Motorika и MaxBionic, начавшие свой путь с детских протезов, подходят к созданию своей продукции индивидуально для каждого клиента. При этом стоимость российских бионических протезов не превышает $10 000. Украина не отстает от других стран. В 2018 году была основана компания Esper Bionics, производящая самообучающийся протез руки. Легкая, удобная система практически полностью заменяет утраченную конечность. Компания получила множество наград за свои разработки и вошла в тройку ведущих технологических компаний мира .

Протезирование в области офтальмологии

Статистика ВОЗ предоставляет данные о более чем 36 миллионах людей во всем мире, потерявших зрение или родившихся слепыми. Плохое зрение – еще одна серьезная проблема. До недавнего времени разрешить ситуацию было сложно, но инновационные разработки в области протезов сетчатки дают надежду на возможность видеть красоту вокруг.

Для восстановления зрения сегодня используются оптоэлектронные устройства, которые берут на себя функции зрительного аппарата. Такие протезы включают в себя три элемента:

• преобразователь фотоэлектрического типа, считывающий визуальную сцену;
• электроника, обрабатывающая полученные сигналы;
• электроды, посылающие импульсы к нервным окончаниям в сетчатке, коре головного мозга.

Такие протезы актуальны, если пациент страдает выраженной дистрофией сетчатки, атрофической формой ВМД или амаврозом Лебера. Впервые аппараты для искусственного восстановления зрения были разработаны В. Добелем, предложившим метод стимуляции зрительной коры головного мозга с помощью вживляемых электродов, соединенных с камерой. При их включении человек начинал воспринимать фосфены.

Исследователь М. Хумаюн вместе с группой своих коллег предложил принципиально иной способ восстановления зрения. Научная группа разработала технологию прямой стимуляции сетчатки с помощью планарных электродов, встроенных в эпиретинальный имплантат Argus II. Еще одним вариантом глазных протезов является имплантат Alpha IMS (AMS), а также его улучшенная версия Retina Implant AMS. Это субретинальные микрофотодиоды, которые берут на себя функции фотодиодов.

И третьей удачной модификацией внутриглазных устройств для имплантации считается Intelligent Medical Implant. Пациенты, которым имплантирована такая система, могут различать геометрические фигуры, видеть горизонтальные и вертикальные линии.

Несмотря на высокую перспективность глазных протезов, стоит помнить, что полностью восстановить зрение невозможно, и этот вариант подходит не всем. Но с имплантами человек получает возможность несколько улучшить качество жизни .

Кохлеарное протезирование как возможность услышать этот мир

Первый слуховой аппарат был разработан во второй половине 20 века. Но с тех пор технологии быстро развивались, и в 21 веке пациенты с нарушениями слуха могут рассчитывать на более продвинутые варианты восстановления слуха. Кохлеарные протезы были впервые одобрены для взрослых в 1985 году и в 1990 году для детей. Но первые операции по имплантации систем Cochlear, лидера в этой области, имели несколько нюансов:

• пациенты их боялись, потому что внедрение техники в организм считалось чем-то необычным;
• имплантация проводилась не всем детям, хотя слух в очень раннем возрасте теряется быстрыми темпами;
• инструменты не были такими «умными», как сейчас, и не различали все звуки;
• операции были достаточно сложными и травматичными.

Современная кохлеарная имплантация проходит гораздо быстрее, ее также применяют для детей от 6-8 месяцев. И самое главное, слуховые протезы позволяют разделять нюансы звуков и подключаться к смартфону, компьютеру, ноутбуку.

Возможности имплантации

Ученые и врачи разработали четыре варианта, которые могут помочь при глухоте в каждом отдельном случае:

1. Имплантаты среднего уха показаны тем, кто не может пользоваться обычным слуховым аппаратом из-за хронических инфекций уха.
2. Имплантаты ствола мозга, воздействующие на подкорковые центры головного мозга. Чаще всего используется после травмы или удаления опухоли.
3. Имплантаты с электроакустической стимуляцией — для пациентов с частичной глухотой.
4. Системы костной проводимости в первую очередь подходят детям с аномалиями развития наружного и среднего уха .

Реконструктивно-заместительные технологии в урологии

Мало кто знает об использовании протезов урологами, хотя это может избавить мужчин от половой дисфункции. Установка протеза в половой член показана при болезни Пейрони, выраженных фиброзных процессах в полом теле полового члена, аномалиях в системе кровообращения, после травм и при тяжелых формах сахарного диабета. Но стоит помнить: эндофаллопротезирование – это крайняя мера, если другие методы лечения не действуют. Решение о применении принимает врач после тщательного обследования пациента.

В настоящее время для проведения оперативных вмешательств используются три типа протезов:

• полужесткий – самый простой и доступный, но поскольку половой член постоянно находится в состоянии эрекции, целесообразность его использования сомнительна;
• пластиковый — более «умный», у меня память, так что пенис можно привести в эрегированное состояние с помощью рук, а после окончания полового акта опустить еще и вручную. Использование данного вида протеза доставляет гораздо меньше неудобств, чем полужесткий;
• гидравлические – сложные и дорогие, но дают более естественную эрекцию, хотя риск непроизвольных эрекций все же возможен.

Наличие эндофаллопротеза во время полового акта не ощущается, но иногда можно услышать специфический механический звук. Эффективность восстановления эректильной функции при протезировании полового члена достигает 95%, что не может не радовать .

Протезирование мозга

Лучший контент месяца

• Коронавирус: SARS-CoV-2 (COVID-19)
• Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: насколько они эффективны
• Самые распространенные «офисные» болезни
• Убивает ли водка коронавирус
• Как остаться в живых на наших дорогах?

Инновационные протезы мозга, которые еще недавно казались фантастикой, очень скоро могут получить широкое распространение. Они были разработаны исследователями из Университета Южной Калифорнии для борьбы с потерей памяти при болезни Альцгеймера. Созданный имплантат содержит электроды, которые размещаются в области мозга — гиппокампе. При его повреждении долговременная память не формируется, поэтому больные помнят, что было в детстве, но не могут вспомнить, завтракали ли они сегодня. Именно на эффекте трансформации кратковременной памяти в долговременную и основано действие имплантов.

В тестировании функции мозговых протезов приняли участие девять добровольцев, но для того, чтобы иметь возможность использовать импланты для лечения пациентов, они должны пройти несколько клинических исследований. Пока протезы головного мозга не применялись, но перспективы его обнадеживают .

Протезирование в стоматологии

Использование протезов в стоматологии не ново, так как они используются уже несколько десятилетий. Но и здесь внедрены инновационные технологии для улучшения процесса восстановления улыбки. При изготовлении протезов используются современные компьютерные технологии:

• 3D-дизайн, позволяющий создать точную копию будущей конструкции с учетом индивидуальных особенностей;
• cAD/CAM системы для производства протезов из диоксида циркония, которые позволяют вносить коррективы на любом этапе;
• программные комплексы для определения готовности пациентов к протезированию .

Имплантация считается важной технологией восстановления утраченных зубов, но она имеет некоторые ограничения. Установку дентальных имплантов, например, нельзя проводить при заболеваниях сердца, онкологии, психических расстройствах и ряде воспалительных процессов в полости рта.

Какие перспективы у протезирования

Если говорить о перспективах протезов в разных областях, то можно смело сказать, что они самые высокие. Всегда будет необходимость восстановить конечности, зрение, слух, зубы и даже эректильную функцию. И это только часть направлений, где актуальна замена утраченных органов протезами.

Ученые, врачи, биотехнологи работают над созданием искусственных рук, ног, систем для глаз, ушей, поэтому в ближайшем будущем стоит верить, что протезы с современными технологиями станут более доступными и многим дадут шанс на нормальную жизнь.

Источники

1. ↑ СалютОрто. — Помощь в получении косметических протезов рук
2. ↑ Книга рекордов Гиннесса. + 1993: Первая бионическая рука
3. ↑ Тенденции РБК. — Бионические протезы: на что они способны и когда мы станем киборгами?
4. ↑ в хабе. — Инновационные протезы рук
5. ↑ Эспер Бионикс. — Эспер Бионикс — О нас
6. ↑ Центр сетчатки. – Протезы сетчатки
7. ↑ Мастерская репутация. «Над этим работают ученые. Перспективные инновационные методы восстановления слуха
8. ↑ Мединтерком. — Эндофаллопротезирование
9. ↑ МФарм. — Инновационный «мозговой протез» поможет при потере памяти
10. ↑ Зуб.ру. — Новая технология зубных протезов