Kad cilvēks zaudē kādu ekstremitāti, viņa svarīgākais sapnis ir atkal sajust roku vai kāju. Un ne tikai aptaustīt, bet ar ekstremitāti veikt visas pieejamās kustības pirms traumas vai slimības: paņemt krūzīti, sašņorēt kurpes, staigāt ar atbalstu uz abām kājām. Bioniskā protēze vai sarežģīta ierīce, kas uztver nervu impulsus, ļauj atgriezt zaudētās iespējas.
Kā radās viedā protezēšana?
"Dzīvo" protēžu prototipu izgudroja un aprakstīja zinātniskās fantastikas rakstnieki. Tieši viņu darbos cīņās zaudētās rokas, kājas, acis un sirdis tika aizstātas ar mehāniskiem palīgiem, kas darbojas labāk nekā dzīvi orgāni. Slavenākais piemērs ir Kamerona terminators, kurš izskatījās tikai kā cilvēks.
Reti kurš zina, ka mūsdienu protēžu prototips ir datēts ar 19. gadsimtu, kad koka kājā tika ievietota metāla bumbiņa, lai apakšējā daļa būtu kustīga. Taču 20. gadsimtā šīs primitīvās ierīces nomainīja bioniskā protēze, kas izveidota vairāku zinātņu – medicīnas, inženierzinātņu, bionikas un elektronikas – krustpunktā.
Zinātnieki no dažādām valstīm apstrīd prioritāti šajā jautājumā, taču fakti ir tādi, ka pirmaisFunkcionālā bioniskā rokas protēze tika prezentēta ortopēdijas izstādē Vācijas pilsētā Leipcigā 2010. gadā. Gadu laikā, kas pagājuši kopš šī notikuma, pasaulē ir izstrādāts milzīgs skaits protēžu roku, roku, pēdu, kāju un pat suņu ķepu.
Kas ir bionika?
Šī ir vesela zinātne, kas pēta savvaļas dabu un iespēju pārnest dzīvo būtņu darba principus rūpnieciskos analogos. Inženieri smeļas idejas no dabas un iemieso tās savās ierīcēs un konstrukcijās. Šajā ziņā bioniskās protēzes ir tikai piliens jūrā. Tātad visiem zināmie Velcro aizdares vienkārši kopē dadzis sēklu kustību. Piesūcekņi ir aizgūti no dēlēm. Projektējot zemūdenes, viņi par modeli ņēma slieku - visi tā “nodalījumi” ir autonomi. Ostankino un Eifeļa torņu neticami izturīgais metāla ažūrs ir daudzkārt palielināta cilvēka cauruļveida kaula kopija. Metāla audums, kas tik ļoti apbrīno visus, ir kaulaudu struktūras kopija, kas apvieno spēku un elastību.
Pat daudzstāvu ēka, kurā vienlaikus dzīvo tik dažādas ģimenes, ir norakstīta no medus šūnām. Ideja par dažādu cilvēku dzīvi "šūnās" zem viena jumta ar kopīgām komunikācijām kopē bišu saimes dzīvesveidu.
Bioniskie iemiesojumi ir sastopami daudzos mums apkārtējos objektos: automašīnu riepās, lidmašīnās, novērošanas kamerās, laivās un visizplatītākajās artikulācijās.
Kā darbojas vienkārša bioniskā protēze?
Pēc traumas vai slimības laikā tiek amputēta ekstremitāte. Atlikušais celms sastāv no daudziemaudi: āda, muskuļi, kauli, asinsvadi un nervi. Operācijas laikā ķirurgs atlikušo motorisko nervu nogādā atlikušajā lielajā muskulī. Pēc ķirurģiskās brūces sadzīšanas nervs var pārraidīt motora signālu. Šo signālu uztver sensors, kas uzstādīts uz protēzes. Nervu impulsa uztveršanas procesā ir iesaistīta sarežģīta datorprogramma.
Tāpēc bioniskā protēze var veikt tikai tās darbības, kas ir paredzētas šajā programmā: paņemt karoti, dakšiņu vai bumbiņu, nospiest taustiņu un tamlīdzīgi. Salīdzinot ar ekstremitāšu neesamību, iespēja veikt pat ierobežotu kustību skaitu ir milzīgs uzlabojums. Tomēr pat labākās un vismodernākās bioniskās protēzes vēl nevar veikt visas tās mazās un precīzās kustības, ko spēj dzīva ekstremitāte.
Kā nervu impulss pārvietojas no smadzenēm uz protēzi?
Lai saprastu, kā darbojas bioniskās protēzes, jāatceras normāla cilvēka fizioloģija.
Kustības, ko veicam atkārtoti dienas laikā, sauc par automātiskām. Celšanās, iešana uz tualeti, mazgāšanās, zobu tīrīšana, ģērbšanās – tas viss mūsos neizraisa nekādas domas. Ķermenis visu, kas tam nepieciešams, dara it kā pats. Bet patiesībā jebkuras kustības sākums ir doma. Tas ir, sākumā mēs domājam: mums ir jāiztīra zobi, jāuzvāra kafija, jāsaģērbjas. Smadzenes sūta signālus muskuļiem, kas ir iesaistīti šajā kustībā. Muskulis var sarauties vai atslābt tikai pēc signāla no smadzenēm. Bet process notiek tik ātri un raiti, ka mums nav laika aptvert notiekošo. ATProtēzes gadījumā viss ir sarežģītāk: sākumā kustības signālu nolasa elektrods, kas atrodas blakus muskulī ievestajam nervam, un pēc tam nosūta uz procesoru protēzes iekšpusē. Šis process ir arī diezgan ātrs, taču darbību veikšanas ātrums joprojām ir zemāks par dzīvu ekstremitāti.
Cilvēka mākslīgās "daļas"
Kopš pirmās bioniskās protēzes ieviešanas zinātne ir gājusi garu ceļu. Ja pirmie modeļi bija apjomīgi, prasīja slēdžus un varēja veikt tikai visvienkāršākās kustības, tad mūsdienu modeļus diez vai var saukt par protēzēm. Tie ir eleganti inženierijas darbi, kas izskatās kā izkāpuši no futūristiskas filmas ekrāna.
Protēze ir absolūti līdzīga veselai rokai, tā var rakstīt, turēt galda piederumus, automašīnas stūri vai vistas olu. Kustību pilnveidošanai dažkārt tiek izmantoti paša cilvēka audi no citām ķermeņa daļām – piemēram, no kājām.
Idejas no nākotnes
Inženieri un zinātnieki ir neapturami savās fantāzijās. Tātad zinātnieki pat spēja "apiet" bojāto acs tīkleni, pārraidot vides attēlu tieši uz redzes nervu. Cilvēks, kurš ir akls traumas dēļ, saglabājot redzes nervu, var paļauties uz pazīstamu seju atkalredzēšanu vai skaistu saullēktu.
Jau ir ierīces, kas uzlabo smadzeņu darbību. Piemēram, trīces paralīzi vai Parkinsona slimību var ārstēt ar implantētu elektrodu.
Cilvēkiem, kuri kļuvuši nekustīgi sakarā arparalīzes implantu elektrodus tieši smadzenēs, lai tie varētu kontrolēt mākslīgās rokas un kājas. Cilvēkam, kurš ir pilnībā atkarīgs no citiem, pašapkalpošanās iespēja ir neaprakstāms prieks.
Tiek apspriests jautājums par zemādas implantētajām mikroshēmām, kas var aizstāt atslēgas, bankas karti un personas apliecību vienlaikus.
Kas mums ir?
Slavenākais uzņēmums, kas ražo bioniskās protēzes Krievijā, ir Maskavas protezēšanas un rehabilitācijas centrs. Šeit no moduļiem tiek montētas protēzes, tiek izmantoti Vācijas, Islandes un Krievijas produkti.
Katra cilvēka protēzei ir individuālas īpašības. Tas ir amputācijas līmenis un svars, augums un nodarbošanās, gaitas un mazu kustību īpatnības, vecums. Tiek izmantoti daudzi pašmācības moduļi. Protēzei pielāgojas ne tikai cilvēks, bet arī protēze cilvēkam. Pašmācības modulis, kas aprīkots ar iebūvētu mākslīgo intelektu, atceras gaitas īpatnības un kustības maršrutu. Modulis "apgūst" ne tikai pakāpiena platumu un slodzi uz ekstremitāti, bet arī atceras pakāpienu skaitu un augstumu, bedrītes un bedres ceļā. Moduļi atkārto smadzeņu darbības, sagatavojot soli vai citu kustību.
Cik maksā "dzīvā" protēze?
Bioniskās protezēšanas izmaksas joprojām ir augstas un sarežģītos gadījumos var sasniegt miljoniem rubļu. Taču atgriešanos pilnvērtīgā dzīvē ir grūti novērtēt materiālajā izteiksmē. Faktiski bionisko protēžu uzstādīšana ir vienīgais veids, kā invalīds var atgriezties normālā dzīvēdzīve: veidojiet un īstenojiet plānus, uzturiet ģimeni, sasniedziet karjeras augstumus.
Svarīgākais ir atgriezties veselu, pašpaļāvīgu cilvēku sabiedrībā. Cilvēki ar "dzīvām" protēzēm turpina dzīvot normālu dzīvi, dejot un pat saņemt sporta balvas. Tas nozīmē, ka protēze kļūst tik ļoti daļa no cilvēka, ka ir grūti atšķirt dzīvo muskuļu darbību no to bioniskajiem līdziniekiem.
Protezēšana: attīstības posmi
Salīdzinājumā ar parasto bionisko roku protezēšanu – īsts izrāviens. Pavisam nesen cilvēks, kurš zaudējis roku, varēja rēķināties tikai ar divām iespējām: starp elkoņa kaulu un rādiusu tika izveidots ādas atloks, lai cilvēks varētu satvert lielus priekšmetus, vai arī pie celma tika piestiprināts āķis. Abi bija neērti un neestētiski. Šodien operāciju zālē sākas pat celma veidošana topošajai protēzei. No pirmajām pēcoperācijas perioda dienām ar cietušo strādā protezētājs, palīdzot izvēlēties labāko detaļu kombināciju. Celms tiek veidots un trenēts, un topošās protēzes daļas tiek maksimāli pielāgotas atlikušajām iespējām. Smalka silikona aproce ar iestrādātām skaidām nonāk saskarē ar ādu. No mūsdienu protēzēm nav nobrāzumu. Programma katram produktam tiek izstrādāta individuāli, atkarībā no tā, ko cilvēks dara. Uzdevums ir pēc iespējas atjaunot funkciju.
Palīdzība invalīdiem
Personai, kura ir zaudējusi kādu ekstremitāšu, noteikti jāiziet medicīniskā un sociālā pārbaude. Vienlaikus ar grupas dibināšanuinvaliditāte, tiek izstrādāta sociālās rehabilitācijas programma ikvienam. Rehabilitācija ietver, pirmkārt, tehnisku līdzekļu izmantošanu, kas veicina personas atgriešanos darbā. Visas bioniskās ekstremitāšu protēzes ir iekļautas šādu tehnisko līdzekļu obligātajā sarakstā. Cilvēkam ir izvēle: rehabilitācijas programmas ietvaros saņemt gatavo produktu vai iegādāties to pašam ar sekojošu naudas kompensācijas saņemšanu. Kompensācijas apmērs tiek aprēķināts, pamatojoties uz līdzīgu protezēšanas izstrādājumu vidējām izmaksām.
Pie kā strādā izstrādātāji?
Mūsdienu bioniskās protēzes rokas lieliski veic smalkas kustības, bet cilvēks no tām nesaņem tās sajūtas, pie kurām viņš ir pieradis. Tātad, protēze var noglaudīt cilvēka matus, bet nevar just galvas ādas siltumu un matu mīkstumu. Zinātnieki šobrīd strādā pie šī trūkuma novēršanas. Speciālisti jau iemācījušies salabot kaulus ar titānu, kustību un sajūtu sensorus savienot tieši ar dzīvu nervu. Tādējādi bioniskā roka pilnībā aizvieto dzīvu, un cilvēks saņem taustes sajūtas, kuras viņam ir liegtas daudzus gadus. Nervu un muskuļu tiešais savienojums ar tehnisko ierīci ievērojami palielina kustības ātrumu, tuvinot to dabiskajam.
No kādām daļām sastāv bioniskā kāja?
Mūsdienu bioniskā kāju protēze ietver vairākus obligātus elementus, piemēram:
- silikona aproce ar iebūvētiem sensoriem;
- atbalsts - titāna stienis, pēc formasbungu stienis;
- artikulārs modulis ar mikrodzinējiem un procesoru;
- mākslīgā intelekta vienība, kas apstrādā visus ienākošos signālus.
Vadāko Vācijas uzņēmumu jaunākajiem protēžu modeļiem ir īpašs pārklājums, kas ir ļoti līdzīgs ādai. Sintētiskajai ādai ir divējāds mērķis: tā aizsargā protēzes detaļas no mitruma un veic kosmētisku funkciju. Varat atstāt pārklāto protēzi, dušā ar to un staigāt pa peļķēm.
Mazliet fantāzijas
Šodien uz vienas planētas ar mums dzīvo vairāki cilvēki, kuriem vienlaikus ir 2 un pat 3 bioniskās protēzes. Izgudrota sintētiskā āda, kas maina stingrību. Eksoskeleti ir izgudroti, lai palīdzētu paralizētiem cilvēkiem staigāt. Izstrādāti produkti, kurus kontrolē domas spēks. Notiek eksperimenti nervu audzēšanai mikrokanālos. Teorētiski nav tālu diena, kad varēs izaudzēt vajadzīgā garuma nervu. Zinātnieki cenšas izjaukt robežu starp savvaļas dzīvniekiem un tehnisko ierīci. Bionisko protēžu veikto kustību skaits nepārtraukti pieaug, kā arī to sarežģītība.
Tas viss dod lielas cerības, ka cilvēks kļūs stiprāks par slimību.
Ekstremitāšu protezēšana kļūst par ikdienišķu procedūru, kas atgriež cilvēku normālā stāvoklī. Varbūt pienāks diena, kad jebkuru cilvēka ķermeņa daļu varēs aizstāt ar mākslīgu. Vismaz man ļoti gribas tam ticēt.
