Революционный бионический коленный протез возвращает свободу движений

Исследователи лаборатории Янга при Массачусетском технологическом институте, возглавляемые известным специалистом Хью Хэрром, работали над созданием такого устройства с 2017 года. Их цель состояла в разработке продвинутого интегрированного протеза, способствующего восстановлению подвижности и возвращению пациентам полного контроля над своими движениями.

Статья, опубликованная недавно в журнале Science, описывает принципиально новый тип конструкции — выше-коленную биоинтегрированную конечность, объединяющую три ключевых компонента:

1. Нейромышечный уровень. Обычная система мышц здорового человека включает два противоположно работающих мускула, создающих движение сустава («агонист-антагонист»). Эта взаимосвязь обеспечивает чувство проприоцепции — способность ощущать положение своего тела даже с закрытыми глазами. После традиционной ампутации этот механизм нарушается, поскольку мышцы используются лишь для поддержки протеза, нарушая контроль и восприятие собственной ноги. Новая методика позволяет восстанавливать нормальную работу мышц путем хирургического восстановления связи между ними — так называемого интерфейса «мионеурального антагонизма». Исследования показали, что пациенты, прошедшие такую операцию, обладают заметно лучшим контролем над своей ногой по сравнению с традиционными ампутациями.
2. Костная интеграция. Для установки нового протеза исследователи внедрили титановый стержень прямо в бедренную кость пациента, минуя дискомфортное крепление традиционного типа. Такая конструкция облегчает нагрузку на тело, обеспечивая большую стабильность и комфорт во время ходьбы, подъема по лестнице и преодолении препятствий. Ранее давление приходило на мягкие ткани, что вызывало боль и раздражение кожи.
3. Роботизированная механика. К имплантированному стержню крепится роботизированная конечность, управляемая внешним контроллером, подключенным к электродам, встроенным внутрь мышечной ткани. Благодаря этому обеспечивается высокая точность движений и надежная связь между мозгом и искусственной частью тела.

Бионический коленный протез на испытаниях

Испытания проводились совместно с хирургами клиники Масc Гэнерал Бригхэм. Двое пациентов получили полный комплекс лечения — специальный интерфейс мионеурного антагонизма плюс имплантацию титанового стержня. Испытуемые сравнивались с восемью пациентами, прошедшими только процедуру восстановительного вмешательства, и семью участниками, не подвергавшимися никаким операциям вообще.

Используя одинаковый тип коленного протеза, ученые оценивали способность участников проходить задания, такие как подъем и спуск по лестницам, обход препятствий при ходьбе. Результаты исследований подтвердили значительное преимущество новой технологии особенно в сложных ситуациях, связанных с высокой активностью движения.

Кроме оценки физической активности, исследовалась также степень интеграции искусственных конечностей в сознание пациентов — так называемое «ощущение воплощенности», включающее осознание принадлежности протеза своему организму и способности управлять им осознанно. Опросники, предложенные участникам эксперимента, показали, что оба испытуемых, получивших полную трехступенчатую технологию, испытывали гораздо большее чувство «ощущения» своего нового устройства.

«Ощущение воплощенности имеет огромное значение для психологического благополучия пациентов», подчеркивает Тони Шу, ведущий автор исследования.

Это одно из первых исследований, в котором пациенту с ампутированной нижней конечностью действительно задают вопрос: ”Как вы относитесь к своему протезу?

Другие специалисты высоко оценили достижения команды Массачусетского университета. Джон Брынкмэнн, специалист по ортопедии Северо-Западного медицинского факультета Университета Фейнберга, отметил, что подобное устройство знаменует значительный прогресс в области интеграции устройств с человеческим организмом, подчеркнув, однако, трудности коммерциализации проекта ввиду значительных затрат и медицинских ограничений.

Пауль Мараско, сенсорно-нейронный физиолог из клиники Кливленда, подчеркнул важность улучшения чувства владения протезом, что позволит пациенту больше доверять устройству и уверенно использовать его в повседневной жизни.

Джоан Сандерс, исследовательница Вашингтонского университета, отметила рост интереса ученых к изучению взаимодействия нервной системы с устройствами-протезами. Она подчеркнула, что подобная практика стала активно развиваться именно благодаря работе группы исследователей из Массачусетского технологического института.

Таким образом, создание нового поколения биоинтегрированных протезов открывает путь к улучшению качества жизни миллионов людей, страдающих от потери нижней части конечностей. Однако перед массовостью внедрения предстоит решить проблемы стоимости, доступности и адаптации технологий для широкого круга пациентов.

Основные выводы исследования:

• Новый протез восстанавливает полноценную функциональность суставов, предоставляя человеку возможность двигаться естественно и свободно.
• Технология костно-мозговой интеграции устраняет необходимость в неудобных разъемах и улучшает качество жизни пациентов.
• Интерфейс нервно-мышечного антагонизма способствует восстановлению нормального функционирования нервных сигналов и увеличению чувствительности.
• Бионическая конечность становится неотъемлемой частью человеческого организма, повышая самооценку и психическое благополучие пользователей.

Ложка дёгтя

Однако остаются нерешенными важные вопросы дальнейшего развития и массового распространения инновационной разработки. Необходимо учитывать высокую стоимость процедуры, медицинские противопоказания, длительность реабилитационного периода и сложность восприятия новинки обществом. Тем не менее, работа лабораторий продолжает идти вперед, обещая вскоре новые прорывы в создании реалистичных и эффективных решений для инвалидов всего мира.

Больше хороших новостей:
Новые протезы смогут управляться мозгом

Использованы материалы:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv3223
https://news.mit.edu/2024/prosthesis-helps-people-with-amputation-walk-naturally-0701
https://www.pbs.org/newshour/show/why-insurance-companies-are-denying-coverage-for-prosthetic-limbs
https://yangtan.mit.edu/k-lisa-yang-center-for-bionics/bionics-center-researchers/
https://www.youtube.com/watch?v=V7vbfTE_XtI