Протезы будущего вернут людям ощущения

В России термин «инклюзия» (от лат. includere — включать, вовлекать) используется в основном в образовании, но его подлинный смысл намного шире. Данное понятие предполагает полноценное включение человека, имеющего определенные особенности, в жизнь социума. При этом особенности рассматриваются не как проблема, а как ресурс, который можно использовать.

Спецпроект Инклюзия на +1

Технологии

Первые протезы были просто подпорками и крюками. Затем, много веков спустя, появились шарниры, заменяющие суставы. В начале ХХI века на помощь инженерам и врачам пришла бионика — наука, изучающая биологические процессы и создающая на их основе новые механизмы и технические решения — например, датчик вместо нервного окончания.

Так выглядел протез ноги в ХХ и XXI веке
Так выглядел протез ноги в ХХ и XXI веке

Как работает бионический протез

После ампутации конечности хирург выводит сохранившийся нерв на оставшуюся крупную мышцу. После заживления он может передавать двигательный сигнал датчику, установленному в гильзе бионического протеза. Для этого используется компьютерная программа. Именно в ней прописано то, что «умеет» протез. Современные электронные модули — например, коленный сустав — запоминают особенности движений: то, как человек спускается по лестнице или по склону, каков его шаг при разной скорости. Все эти данные вводятся в модуль через компьютер. Человеку не приходится постоянно контролировать движение, поскольку многое берет на себя протез. Но с кистью все сложнее, чем с ходьбой: пока она может выполнять далеко не все движения. Бионические протезы дают возможность пользоваться столовыми приборами, обхватить стакан, отрезать хлеб и т. п. Экспериментальные протезы способны к более точным движениям, но и они пока не в состоянии заменить руку. На очереди — разработка синтетической кожи, которая будет способна передавать ощущения.

Чтобы довести сложное движение до автоматизма, требуется 10-15 тысяч повторений

Бионический (биоэлектрический) протез имитирует естественные движения, но каждое из них можно выполнить множеством способов. Именно с этим связана способность восстанавливаться после травмы. Движения бывают сознательными и бессознательными. В первом случае мы продумываем их, полностью или частично. Однако жизненно важные функции, такие как дыхание или ходьба, мы выполняем бессознательно. Отдельные элементы (двигательные рефлексы) полностью «замыкаются» на спинном мозге. Есть еще одна группа движений — навыки, приобретаемые с помощью тренировок. Чтобы довести сложное движение, такое как танец, до автоматизма, требуется 10-15 тысяч повторений. Тогда организм его запоминает и выполняет даже после долгого перерыва.

Косметический протез руки
Косметический протез руки

Путь сознательного движения можно описать так: кора больших полушарий головного мозга — двигательный нейрон спинного мозга — мышца. Бессознательное движение начинается в нижних отделах головного мозга, затем через двигательные нейроны включает мышцы — при этом подсознательные процессы, навыки и привычки доминируют, и человек двигается, не думая.

Сейчас есть две основные системы функционирования протезов. Часть средств реабилитации — например, искусственные суставы — управляется сигналами, инициируемыми головным мозгом при сосредоточении на процессе движения. Эти сигналы снимаются бесконтактно с оставшихся тканей конечности или с поверхности головы. Однако при этом в формировании движения задействован весь организм. Такой путь не слишком естественен и удобен, но сейчас чаще всего используется именно он.

Второй способ пока остается, скорее, экспериментальным. Он более трудоемок и требует участия квалифицированных хирургов, присоединяющих детали протеза к телу. При этой технологии кость культи надстраивается титановым имплантатом для остеосинтеза. Туда крепится протез. Это попытка воспроизвести естественные ощущения, восстановить или сформировать рефлекторные дуги. После тренировок человек с таким протезом избавляется от необходимости обдумывать каждое движение. При этом появляется возможность обратной связи: датчик может предавать ЦНС информацию о температуре, напряжении мышц и результатах действия, которые фиксируются чувствительными рецепторами. При травме эти цепочки разрываются, но могут быть частично восстановлены вживлением электродов. В будущем решение этих задач приблизит пациента к естественному движению. Пока на этом пути велико количество возможных осложнений, есть угроза отторжения и травмы. Кроме того, протез нужно менять раз в два года, и каждая новая операция несет дополнительный риск.

Протезирование требует индивидуального подхода. На выбор устройства влияют причина и уровень ампутации, возраст, вес, рост, степень активности пациента, хронические заболевания.

Сейчас остеосинтез показан только здоровым людям с травматической ампутацией. Тем же, у кого есть хронические заболевания, влияющие на ткани и сосуды, — например, диабет или атеросклероз — такой вариант не подойдет. Но технологии не стоят на месте, и не исключено, что со временем это станет возможно.

Автор: Алиса Орлова