Мы привыкли, что люди с протезами конечностей выделяются среди других. Им тяжело ходить, подниматься по лестнице, переступать естественные препятствия. Представьте себе, что людей на протезах намного больше, чем вам кажется, просто некоторые остановили свой выбор на бионических конструкциях, которые работают как часы, предоставляя человеку свободу действий. 

Давайте разбираться, в чем особенность современных протезов и почему их называют аналогами здоровых конечностей. 

Как работает тело здорового человека?

Чтобы понять принцип работы бионических протезов, не лишним будет вспомнить, как функционирует наш организм. 

Вспомните, как мы заносим ногу для шага или сгибаем в колене, чтобы сесть. Эти и многие другие действия — это результат слаженной работы нервной и опорно-двигательной системы, которая напоминает иерархию в крупной бизнес-компании. Нижестоящие работники выполняют несложные, иногда рутинные задачи, а те, кто повыше, заняты творческой, более сложно работой. Вот так мы оберегаем нашу нервную систему от перенапряжения, позволяя опорно-двигательной выполнение простых задач, например, просто поднять ногу.

Не важно откуда поступила команда, мышцы сделают свое дело — сократятся. Вот так в нашем организме происходит передача сигналов. 

Логично, что повреждения могут затрагивать как одну систему, так и вторую. Но протезирование показано лишь при нарушениях в работе опорно-двигательного аппарата. Например, считается, что даже после самого тяжелого инсульта человек может восстановиться за счет замещения функций погибших нейронов другими участками мозга. 

Поэтому задача протезирования — решить проблему травматических повреждений — отрывов конечностей, ампутаций и других. Это сложное вмешательство в жизнь человека, зачастую работоспособного возраста — 60 % ампутаций проводится у людей в возрасте от 24 до 54 лет, более 60 % среди прооперированных — мужчины, поэтому протезирование является жизненно необходимой.

Только современные протезы работают на основе прямой связи с организмом и являются результатом симбиоза нейрофизиологии и механики. 

Как работает современный протез?

Бионический протез функционирует подобно движениям здорового человека — мышцы сокращаются и расслабляются. Например, особенностью голеностопного сустава является его циклические движения при ходьбе. Основой этих движений является последовательное сокращение и расслабление групп, запрограммированное на определенный вид действий, например, на ходьбу по ровной поверхности или подъем по ступенькам.  

Из чего состоит такой протез?

Современный протез состоит из физической модели, напоминающей утраченную часть конечности, датчиков на культе и двух микропроцессоров, которые выполняют по несколько десятком миллионов операций за секунду. 

Работа протеза координируется сигналами, которые подаются мышце. В результате высвобождается кальций, что вызывает сокращение мышц и в итоге движение.

То есть сигналы считываются именно с мышц, а не с нервов, как было раньше, потому что

  • это проще с технической точки зрения
  • это наименее инвазивно
  • сигнал может считываться с группы мышц.

Например, если протезируется голеностоный сустав, то сигнал поступает с тыльной стороны стопы и мышц, ответственных за сгибание конечности. Затем импульс передается на компьютер, который выбирает для протеза нужное движение. 

Кстати, в случае с протезами рук принцип работы аналогичен, разве что число датчиков требуется больше, поскольку при функционировании задействуется намного больше мышц, чем в нижних конечностях. 

Процесс создания современного протеза сложен

Механизм производства бионических конструкций давно налажен до малейших нюансов, но все равно остается сложным. Как он выглядит со стороны?

Сначала ученые изучают, как ведут себя мышцы во время разного рода движений — при ходьбе, подъеме по ступенькам, приседании, беге.

Потом полученные данные собираются и происходит процесс их точного анализа в зависимости от уровня ампутации конечности.

Результаты диагностики загружаются в переносное устройство, которое крепится на тело человека.

Когда мышцы совершают прописанное в алгоритме движение, то они заставляют и протез двигаться также.

Проблемы при современном протезировании

Главная задача современной науки — создать полный аналог утерянной конечности с достаточным набором функций, но все еще существует ряд моментов, которые не так просто учесть:

  • имплант должен весить столько, чтобы не доставлять дискомфорта при его ношении, но пока вес остается не малым.
  • микропроцессоры, отвечающие за движение деталей протеза, работают на аккумуляторах, которые часто требуется подзаряжать. Иногда разрядка наступает во время движения.
  • моторы протеза пока не могут работать бесшумно, а значит принять аналоговую конечность за настоящую пока не представляется возможным.

И, наконец, при всем удобстве и максимальной функциональности даже современные протезы не могут обеспечить чувствительность протеза. Датчики научились оснащать функцией считывания давления, поэтому движения оказываются четко выверенными. И в ближайшее время разработчики обещают нам все-таки представить протезы, которые будут обладать чувствительностью и вот тогда можно будет сказать, что проблема замены ампутированных конечностей на идентичные по свойствам и функциям искусственные решена.

Вместе с тем уже сейчас у нас можно заказать высокотехнологичный современный протез, который даст возможность жить полноценной жизнью. Врач-протезист подберет нужный размер, осуществит подгонку и научит пользоваться сложной на первый взгляд электроникой, а также покажет комплекс упражнения для адаптации к новому устройству.