Протезы будущего

Протезы существуют уже очень давно — первые упоминания о протезах можно найти в древней Греции и Риме. В то время люди использовали протезы из дерева, бронзы и железа.

В последние годы наука и технологии проделали огромный путь в создании протезов для людей, нуждающихся в замене утраченных конечностей или других частей тела. Новые технологии и материалы позволили создавать более функциональные и эргономичные протезы, которые помогают людям вернуться к полноценной жизни. Одной из главных тенденций в развитии протезов является использование бионических технологий. Бионические протезы используют электромеханические системы для имитации движений натуральных конечностей. Они могут быть управляемыми с помощью мышечных сигналов, которые обнаруживаются с помощью электродов, расположенных на поверхности кожи. Некоторые протезы также используют искусственный интеллект для более точного и эффективного управления.

Как работают протезы

Протезы это механизмы, которые могут заменить или улучшить функциональность поврежденного тела, вызванного травмой, болезнью или врожденными дефектами. Они могут быть созданы из разных материалов, таких как металлы, керамика, пластмассы и их комбинации. Как они функционируют, основано на принципах физики и биомеханики и зависит от типа и цели протеза. Например, протезы конечностей используют механическую энергию, созданную пользователем, для управления движением протеза. Протезы глаз используют принцип оптики для создания изображения на сетчатке глаза. А слуховые протезы преобразуют звуковые волны в электрические сигналы для передачи в ухо.

Протезы также могут быть изготовлены из необычных материалов. Например, некоторые протезы для бега изготовлены из углеродных волокон, а протезы для плавания могут быть изготовлены из легких материалов, которые позволяют плавать более эффективно.

Существует множество типов протезов, которые заменяют различные части тела, такие как конечности, глаза, слуховые и зубные протезы. Они могут быть временными или постоянными, а также съемными или прямо связанными с телом пациента. Некоторые протезы, такие как сердечные, помогают сохранять жизнь, действуя как устройства поддержания жизнедеятельности.

Искусственные конечности являются одним из наиболее распространенных типов протезов. Они состоят из трех основных компонентов: каркаса, мотора и контроллера. Каркас обеспечивает прочность и структурную поддержку протеза, мотор обеспечивает движение конечности, а контроллер управляет движением мотора и часто контролируется мышечными сигналами или сигналами от нервной системы.

Одним из главных преимуществ искусственных конечностей является их способность к имитации естественных движений. Большинство современных протезов используют электрические датчики для определения положения конечности и управления движением мотора. Это позволяет пользователям контролировать протез с помощью мышечных сигналов и эффективно выполнять различные задачи.

Однако, несмотря на все преимущества, искусственные конечности имеют свои ограничения. Например, они могут быть тяжелыми и неуклюжими, что может приводить к утомлению и дискомфорту для пользователя. Также может быть трудно достичь тонкой и точной координации движений, особенно при выполнении сложных задач.

Какие типы протезов существуют

Одной из ключевых технологий, которая принесла значительный прорыв в области протезирования, является 3D-печать. С ее помощью теперь можно создавать протезы, которые идеально соответствуют форме и размеру тела, что увеличивает их комфорт и эффективность использования. Более того, благодаря 3D-печати, теперь возможно создание индивидуально настроенных протезов для каждого пациента.

Протезы не обязательно должны быть только для людей. Некоторые животные, такие как пингвины, которые потеряли лапы, могут быть обеспечены протезами, чтобы им было легче передвигаться и находить пищу.

Существует несколько типов протезов, которые используются для восстановления основных функций тела. Механические протезы — это один из самых старых и наиболее распространенных типов протезов, которые позволяют вернуть базовые функции тела, такие как ходьба и захват предметов. Однако у них есть некоторые ограничения в функциональности. Более продвинутые электронные протезы могут использоваться для восстановления функций конечностей, зрения и слуха. Они могут быть управляемыми мышечным напряжением или иметь встроенные датчики, реагирующие на действия пользователя. Электронные протезы обеспечивают пользователям возможность общения, передвижения и осуществления повседневных задач.

Читайте также: Новая высокотехнологичная перчатка сделает протезы более чувствительными.

Тканевые инженерные протезы это новое направление в области протезирования. Они создаются с использованием тканей и клеток, выращенных в лаборатории, и используются для замены поврежденных или недостающих органов и тканей, таких как сердце, печень и кожа. Такие протезы могут быть созданы из тканей, взятых из тела пациента, либо из донорских тканей. Они обладают меньшим риском отторжения и могут обеспечить более естественную функциональность, чем другие виды протезов.

В настоящее время развивается еще одна технология протезирования нейропротезирование. Она использует нейроинтерфейсы для связи между мозгом и протезом, что позволяет пациенту управлять протезом непосредственно с помощью мыслей.

Однако, несмотря на все достижения науки, еще остается много проблем, которые нужно решить. В частности, важно обеспечить надежность и долговечность протезов, а также снизить их стоимость, чтобы они стали доступными для большего количества людей. Кроме того, нужно учитывать, что даже самый совершенный протез не может заменить полностью натуральную конечность.

Передовые разработки протезов

Современная наука достигла больших успехов в создании нейропротезов. Инженеры-биомедики и электрики разработали новый метод измерения нейронной активности с использованием света вместо электричества. Это может изменить медицинские технологии, так как оптроды датчики, созданные с использованием жидкокристаллической технологии и интегрированной оптики, могут обнаруживать нервные импульсы в теле живого животного.

Некоторые протезы для рук могут давать возможность хватать, крепко сжимать и даже играть на музыкальных инструментах.

Профессор Франсуа Ладукера сказал, что команда в лаборатории показала оптроды работают так же хорошо, как обычные электроды для обнаружения нервных импульсов. Оптроды также решают проблемы, которые не могут решить другие технологии.

Одна из проблем с обычными электродами заключается в том, что очень сложно уменьшить размер интерфейса так, чтобы тысячи электродов могли соединяться с тысячами нервов на очень маленькой площади. Когда тысячи электродов сжимают и располагаются все ближе друг к другу для подключения к биологическим тканям, увеличивается их индивидуальное сопротивление, что ухудшает отношение сигнал/шум и затрудняет считывание сигнала. Кроме того, при сжатии и сближении электроды начинают взаимодействовать друг с другом из-за близости.

Теперь же ученые могут зарегистрировать нервные импульсы, которые относительно слабы и измеряются в микровольтах. Но чтобы обрабатывать сложные сети нервной и возбудимой ткани, нужно использовать больше оптродов. Например, между мозгом и рукой находится пучок нервов, который проходит от коры головного мозга и в конечном итоге разделяется на 5000-10 000 нервов, которые контролируют действия руки. Создание аналогичной связи является очень сложной задачей.

А чтобы не пропустить еще больше полезной информации подписывайтесь на наш Телеграм и Дзен!

Однако оптроды обнаруживают нервные сигналы с помощью света, а не электричества, что устраняет проблемы несоответствия и минимизирует перекрестные помехи. Это позволяет создавать очень плотные связи в оптической области без необходимости платить цену, которую нужно заплатить в электрической области.

Тем не менее эта технология требует множества улучшений, и профессор Ладусер отмечает, что, вероятно, пройдет много лет исследований, прежде чем она станет реальностью. Это включает в себя разработку возможности двунаправленной работы оптродов. Они должны иметь возможность не только получать и интерпретировать сигналы от мозга на пути к телу, но и получать обратную связь в виде нервных импульсов, возвращающихся в мозг.

Имплантат CorNeat KPro заменяет собой естественную роговицу глаза, которая нужна для преломления света

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире от роговичной слепоты страдает до 2 миллионов человек. Она входит в тройку главных причин инвалидности, потому что почти лишает людей зрения. Причиной возникновения роговичной слепоты, как вы уже могли понять, является поражение роговицы. Так называется передняя, наиболее выпуклая и прозрачная часть глазного яблока. Поражение случается в результате физических травм или проникновения инфекций. Вернуть людям зрение можно при помощи кератопластики, то есть пересадки донорской роговицы. Это довольно простая операция, но вот достать подходящую роговицу бывает сложно. Чтобы решить эту проблему, израильские ученые разработали искусственную роговицу CorNeat KPro. Недавно она была успешно имплантирована в глаз 78-летнего мужчины Джамала Фурани (Jamal Furani), который потерял зрение 10 лет назад. Создатели искусственной роговицы подробно рассказали о том, как именно проводилась пересадка.

Для чего нужна роговица?

Роговица также известна как роговая оболочка. Это передняя, выпуклая часть глаза, которая нужна для преломления света. Для полного выполнения своих функций, она должна оставаться полностью прозрачной. Но при повреждении из-за травм или инфекций эта прозрачность теряется и глаз обретает мутный, белый цвет. Как следствие, человек начинает очень плохо видеть или же становится полностью слепым. Обычно это лечится пересадкой роговицы от донора и это достаточно простая операция, потому что в этой части глаза нет кровеносных сосудов. Но достать донорскую роговицу тяжело, потому что ее должен пожертвовать живой человек. Можно пересадить роговицу мертвого, но важно, чтобы перед смертью он дал согласие на донорство органов.

Строение человеческого глаза

Искусственная роговица глаза

Чтобы решить проблему нехватки донорских роговиц, ученые уже давно пытаются создать искусственную альтернативу. В этой статье идет речь про вариант, представленный израильской компанией CorNeat Vision. Имплантат CorNeat KPro сделан из пористого материала, структура которого напоминает внеклеточный матрикс. Так называется ткань, которая находится вне клеток и помогает соединять их в единый многоклеточный организм. Внеклеточный матрикс является основным компонентом роговицы глаза, поэтому ее структура очень важна. Но материал, из которого изготовлен имплантат, полностью синтетический, но он все равно быстро приживается. А при установке нет никаких рисков заражения.

В комплектацию имплантата CorNeat KPro также входят все рабочие инструменты

Читайте также: Как в глазах человека могут завестись черви?

Операция по лечению роговицы

В ходе операции по установке CorNeat KPro, хирурги первым делом отделяют внешнюю оболочку глаза (конъюнктиву) от белочной оболочки (склеры). В результате этой манипуляции в глазу образуется углубление. После этого поврежденная роговица извлекается, а по его краям протягиваются нити для удерживания имплантата. В итоге получается, что он покрывает даже белую часть глаза. После имплантации конъюнктива заново пришивается к склере. По словам разработчиков, вся операция занимает около часа. А чтобы имплантат прижился, нужна примерно неделя.

На видео наглядно показано, как происходит установка искусственной роговицы CorNeat KPro

Первым человеком, который получил имплантат CorNeat KPro, стал израильтянин Джамал Фурани. Десять лет назад, из-за повреждения роговицы глаза, он полностью лишился зрения. Спустя несколько дней после операции он впервые за все это время смог увидеть своих родственников и друзей, а также прочитать текст. В скором будущем искусственная роговица будет установлена еще 9 пациентам, которые проживают на территории Канады, Франции, Голландии и США.

Джамал Фурани первый обладатель искусственной роговицы израильского производства

В статье я уже упомянул, что созданием искусственной роговицы ранее занимались и другие компании. Например, в 2018 году этим делом занялась американская компания Precise Bio. Они не просто создала искусственную часть человеческого глаза, а разработала 3D-принтер, который может печатать недостающие фрагменты человеческого организма. Только вот проект оказался не таким уж и успешным. Изначально компания надеялась, что созданный ими аппарат появится в центрах трансплантации. Но с тех пор об этой компании нет особо громких новостей.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

А вообще, ученые уже умеют создавать искусственные глаза. В одном из своих материалов моя коллега Любовь Соковикова рассказала об искусственном глазе ElectroChemical EYE (EC-EYE). Его пока нельзя имплантировать в человеческий организм, но зато он хорошо видит в темноте. Подробнее обо всем этом можно почитать по этой ссылке.

Феликс Гретарссон после успешной операции

Как бы страшно не было это осознавать, каждый день в мире происходят тысячи несчастных случаев. В результате этих происшествий люди умирают, получают серьезные травмы и даже лишаются конечностей. Многие жертвы несчастных случаев вынуждены жить без рук и даже ног, но иногда медицина способна помочь им вернуть утраченные части тела. Если верить статистике, на данный момент в мире проживает около 100 человек с донорскими конечностями. Пересадка была возможно потому, что они лишились рук только отчасти, скажем, до предплечья. Но недавно французские хирурги совершили прорыв в области трансплантации частей тела. Им удалось пришить две донорские руки человеку, у которого они были ампутированы до самых плеч. Операция прошла успешно и пациент уже мечтает начать новую жизнь, потому что после катастрофы дела у него шли хуже некуда.

Полная пересадка рук

Об удивительном случае рассказало издание The Guardian. Первым человеком, пережившим трансплантацию полноценных рук, стал 48-летний Феликс Гретарссон (Felix Gretarsson). Примерно 23 года назад у него была вполне обыкновенная жизнь, но несчастный случай на работе перевернул все вверх дном. В январе 1998 года Феликс выполнял свои обязанности электрика, как вдруг произошел скачок напряжения. Электрический разряд мощностью 11 тысяч вольт обжег ему руки и он упал с большой высоты на землю. Мужчина получил серьезные переломы и внутренние повреждения и на 3 месяца впал в кому. Пока он лежал, хирургам пришлось ампутировать ему обе руки.

Репортаж о Феликсе Гретарссоне до проведения операции

После несчастного случая Феликс Гретарссон впал в глубокую депрессию и пристрастился к наркотикам. В таком состоянии он прожил 4 года, но впоследствии он решил не сдаваться. У него появилась возможность получить донорские руки, только вот ждать их пришлось достаточно долго. Недавно долгожданная операция наконец-то была проведена. Она длилась 14 часов, в ходе которых четыре хирургические бригады численностью в 50 человек пришивали мужчине совершенно чужие руки. К большому счастью, операция прошла успешно, пациент пришел в сознание и хорошо себя чувствует.

Уже до операции Феликс решил начать новую жизнь

По словам хирурга Арама Газаряна (Aram Gazarian), им еще нужно оценить подвижность новых конечностей пациента. Возможно, Феликс Гретарссон не сможет контролировать свои новые руки полностью. Но если он сможет активно сгибать локти и двигать пальцами, это будет считаться огромным успехом. Как и говорилось, на данный момент пациент чувствует себя хорошо:

Не могу дождаться момента, когда я смогу начать новую жизнь. Впереди три года реабилитации, но я очень счастлив и полон надежд, поделился Феликс Гретарссон.

Трансплантация частей тела

Важно еще раз напомнить, что это не первая пересадка рук в истории. Но это первый случай, когда руки были пересажены в случае, когда человек лишился их полностью, почти до плеч. Одним из обладателей донорских рук является мальчик Зион Харви, о котором мы писали в этом материале. Операция была сделана относительно давно и уже известно, что пациент ведет активную жизнь и почти ни в чем себя не ограничивает. По словам врачей, спустя год со дня трансплантации, ребенок уже мог держать в руках бейсбольную биту. Потом он научился писать, самостоятельно кушать и мыться в ванной. Были моменты, когда его организм пытался отторгнуть чужие части тела, но эти проблемы были решены.

Видео о Зионе Харви и его новых руках

Еще одним обладателем донорских рук является Шрея Сидданагоудер. В 2016 году, когда ей было 18 лет, она попала в автокатастрофу и тоже лишилась обеих рук. Ей были пересажены руки 21-летнего чернокожего парня, который погиб во время аварии. Руки пришивались на протяжении 13 часов, причем в процессе участвовало 20 хирургов и 16 анестезиологов. Девушка проходила поддерживающую физиотерапию на протяжении 1,5 года и в конечном итоге научилась хорошо контролировать свои новые руки.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!

Спустя некоторое время врачи заметили одно необычное явление. Изначально кожа на новых руках девушки была темной, но со временем она начала белеть. Также она начала терять грубые, мужские формы и стала более женственной. Исследователи предположили, что это связано с тем, что организм девушки производит меньше меланина, чем тело погибшего мужчины. Получилось так, что донорские конечности как бы начали играть по чужим правилам. Как выглядят мужские руки на женском теле и как происходит трансплантация частей тела, можно узнать по этой ссылке.

Последние комментарии