Протезирование конечностей, в частности стоп — важная отрасль в хирургии и ортопедии. Благодаря ей люди, потерявшие ногу, могут получить второй шанс на полноценную жизнь с минимумом ограничений. Давайте рассмотрим подробнее, какими были протезы в прошлом, что они представляют собой сегодня, какие виды бывают и в чем особенность их использования.
История протезирования стоп
Через массовую культуру мы с самого детства наблюдали примеры протезирования в прошлом, когда смотрели фильмы о пиратах с их деревянными ногами. Но первые попытки заменить потерянные конечности искусственными стали предприниматься значительно раньше.
Античность
Первый официально подтвержденный протез был найден на территории Египта. По оценкам археологов, он был сделан древнеегипетскими мастерами примерно в VIII веке до н. э. и представлял собой примитивную конструкцию из двух деревянных кусочков, в которых просверлили отверстия для кожаных нитей. Древний протез заменял большой палец на ноге и крепился с помощью ремешка.
Первый пример полной замены человеческой ноги металлическим протезом нашли в середине XIX века. Его сделали в 300 году до н. э. В качестве материалов выбрали бронзу и железо, которой обшили деревянный сердечник для легкости.
Примечательно, что в те времена из-за отсутствия надлежащих технологий сделать искусственные конечности функциональными и способными выполнять какие-либо действия не представлялось возможным. Поэтому протезы нужны были скорее для того, чтобы скрыть физические недостатки владельца или обеспечить ему статичную поддержку. К примеру, металлический зацеп на ногу для стремени необходим для езды верхом.
Другой вариант — держатель для щита на отрубленную руку древнего воина. Такой случай даже документально подтвержден найденными записями древнеримского ученого Плиния Старшего. В них философ в подробностях описывает выкованный из железа протез Марка Сергия. А коллега Плиния из Древней Греции Геродот в 424 г. до н. э. рассказывал о некоем персидском страннике, который преодолел дистанцию 50 км между городами на протезе ноги из дерева, скрываясь от погони.
После Средневековья
Первые хорошо изученные историками функциональные протезы появились лишь в конце Средневековья. В начале XVI века в Германском королевстве жил герцог Гетц фон Берлихинген, имевший вместо правой руки многосоставной металлический протез. В нем каждый палец мог двигаться отдельно и сгибаться в фалангах, как латная перчатка. Правда, делать это можно было лишь усилиями извне, чего вполне хватало, чтобы держать поводья или предметы разной формы и размера.
Парой десятилетий спустя, в 1530-ых годах француз Амбруаз Паре создал технологический прорыв в области хирургии и ампутации конечностей. Тогда же стало развиваться и протезирование стоп в том виде, каким мы его знаем сегодня. В качестве материалов кроме металлов и дерева начали использоваться кожа и бумага, а также клеевые растворы для скрепления частей. Это были первые искусственные конечности, которые внешне походили на настоящие.
С этого момента каждое последующее поколение медицинских протезов превосходило предыдущее добавлением в них новых деталей и изменений, направленных на повышение удобства ношения и эксплуатации. Протез без дополнительной фиксации изобрели в 1696 году. А еще спустя столетие — стальной коленный сустав с шарнирным принципом действия, собранный англичанином Джеймсом Поттсом. В 1863 этот протез модернизировали, добавив к нему присоску и еще больше шарнирных соединений полицентрического колена.
Наше время
На стыке XIX-XX столетий не только инженеры стремились создавать более продвинутые устройства. Хирурги научились ампутировать и обрабатывать ногу так, чтобы культя лучше подходила к протезу. Также в новое время люди всерьез озаботились удобством ходьбы на искусственных ногах, предлагая свои ортопедические корректировки для правильной походки, амортизации, уменьшения трения и снятия нагрузки с позвоночника.
После 1970-х наука и медицина развились еще больше. Медики открыли для себя нейрофизиологию, что вместе с современной микроэлектроникой позволило задуматься о создании бионических протезов, которыми люди могли бы управлять сами. Принцип их действия заключается в наличии сложного электронного механизма, который способен улавливать нейронные импульсы, посылаемые мозгом, чтобы приводить части в движение.
Технологии и материалы в протезировании стоп
В XIX веке очень важной составляющей в отрасли протезирования является комфорт. Носитель в идеале должен чувствовать искусственную конечность как продолжение собственного тела. То есть части устройства не давят и не натирают. Для этого протез должен идеально подходить под антропометрию пациента, повторяя все мельчайшие изгибы и неровности на его ноге.
Чтобы достичь высокой точности, хирургические клиники используют современную аппаратуру для создания трехмерного образа протезируемой части тела. Например, сканируют с помощью компьютерной или магнитно-резонансной томографии. А с помощью программ для 3D-моделирования создают сам протез.
Также важно правильно спрогнозировать, как пациент будет чувствовать себя во время ходьбы. Движение должно быть плавным, слегка пружинящим, что потребует идеальной подгонки длины протеза и положения его частей в разных плоскостях. Чтобы изготовить протез, активно применяются технологии 3D-печати. Данный метод позволяет задействовать прочные полимеры и является относительно дешевым.
В качестве материалов чаще всего применяют:
- титан;
- углепластик;
- силикон;
- композиты.
Титан — один из лучших металлов для протезирования. Из него делают основные структурные элементы и соединения. Он сочетает высокую прочность и легкость, имеет высокую устойчивость к коррозии, благодаря чему неприхотлив в повседневном уходе и не ржавеет от контактов с водой. Титановая конечность позволяет владельцу принимать душ и даже купаться в бассейне и естественных водоемах без последствий.
Углепластик славится пластичностью, незаменимой при изготовлении, а также высокой прочностью, позволяющей выдерживать сравнимые с металлами нагрузки. Карбоновые волокна не изнашиваются со временем, хорошо гнутся и дают нужную амортизацию во время ходьбы, бега, прыжков.
Композитные материалы хороши тем, что позволяют экспериментировать с характеристиками. Это дает возможность подстроить протез под индивидуальные потребности человека с его уникальным образом жизни. Композиты, такие как стекловолокно, накладываются слоями друг на друга, образуя структуру с нужными физико-механическими свойствами.
Силикон в протезах стоп используют в тех местах, где нужно добиться мягкой и герметичной стыковки с ногой. Кроме прослойки его применяют в качестве компонента движущихся элементов, которые требуют повышенной эластичности и высокой амплитуды движения. Также силикон снижает давление на некоторые участки кожи.
Анатомия и функции стопы
Стопы имеют одну из сложнейших анатомий среди всех частей человеческого тела. Из 208 костей на стопы приходится около четверти. Они состоят из множества мелких хрящей и сочленений, которые легко поддаются травмам в виде вывихов и переломов, особенно с учетом необходимости по несколько часов в день удерживать человеческую массу. Главная особенность стопы и одновременно сложность создания заменяющего ее протеза заключается в сложном взаимодействии ее частей во время движения.
Когда человек идет, он становится на пятку, плавно и постепенно переносит вес на переднюю часть: сначала на плюсну, затем пальцы, которыми в конечном итоге отталкивается. Все это сопровождается одновременным взаимным изменением положения костей, суставов и фаланг относительно друг друга, в результате чего получается анатомически правильная ходьба. Главная задача ортопедии — максимально повторить и сымитировать эти движения, чтобы человек не ощущал себя неестественно и дискомфортно.
Типы протезов для стопы
Люди, потерявшие конечность, воспринимают свою новую особенность по-разному. Одним важно сохранение самой функции — возможности самостоятельно ходить. При этом все остальное в расчет они не берут. Другим людям, помимо движения, важен и внешний вид искусственной ноги. В связи с этим принято различать два основных типа протезов:
- функциональные;
- косметические.
Функциональные протезы являются полноценными инженерными механическими устройствами, которые, как следует из названия, призваны обеспечить анатомические функции потерянной конечности. При этом спектр действий, которые способен дать функциональный протез, зависит от многих факторов: от самых дешевых и примитивных экземпляров, состоящих всего из нескольких деталей, до продвинутых и дорогих моделей со множеством вспомогательных функций.
К дополнительным возможностям относится, например, механизм накапливания кинетической энергии во время нагрузки, который создает дополнительную подъемную силу в момент отталкивания, тем самым позволяя пользователю «пружинить». Также широко распространены гидравлические системы, способные при ударе протеза о поверхность земли частично гасить энергию, чтобы не нагружать кости ноги.
Если затрагивать более технологически продвинутые версии устройства, существуют режимы ходьбы и бега, которые самостоятельно анализируют нагрузку и подстраиваются под темп физической активности. А торсионные узлы эндоскелета способны компенсировать недостаточную подвижность коленного или голеностопного суставов.
Протезы, обладающие подобным набором функций (направленных на упрощение активного отдыха для человека), принято выделять в отдельную категорию спортивных. Есть также специальные голеностопные протезы с изменяемой высотой, предназначенные для ношения с обувью разной длиной каблука.
Косметические протезы сильно отличаются. В отличие от функциональных, они не несут механической и динамической пользы для владельца. Данный вид представляет собой пассивную оболочку, единственное предназначение которой — воссоздавать внешним видом настоящую стопу. Косметический протез изготавливают из пластика и/или силикона: материалов, хорошо имитирующих поверхность человеческой кожи.
На них для повышения реалистичности по желанию наносятся различные элементы и мелкие дефекты, такие как шрамы, царапины, веснушки, родовые пятна, иногда волосы и т. д. Косметический протез может давать базовую опору на поверхность с равновесием, чего достаточно для неспешного хождения. Но для бега и других более сложных действий ему не хватает сложных составных элементов. Прочитать подробнее о выборе протеза вы можете здесь.
Процесс протезирования стопы
Первым делом перед протезированием стопы нужно пройти консультацию. Специалист, в отличие от клиента, прекрасно знаком со спецификой жизни с протезами, знает все нюансы и «подводные камни» такого быта. Поэтому только он, задавая правильные вопросы, может определить, какие устройства подойдут под личные потребности, какими характеристиками они должны обладать.
Вторым шагом станет изучение анатомических особенностей ампутированной конечности. Врач исследует ее форму, размер, положение ампутации относительно других частей ноги, оценит рост и комплекцию человека. Также он измерит ширину, длину и все неровности на культе. Это важно, чтобы будущий протез идеально садился на нее.
Потом наступает этап проектировки. С помощью программы моделируется каждая деталь и компонент заменителя стопы с индивидуальными особенностями. После чего на основании макета их создают из выбранных материалов. Способ может отличаться в зависимости от возможностей клиники и особенностей протеза. Обычно это вытачивание на станке, литье в формах или 3D-печать полимерных компонентов. Изготовленные части собирают в единый механизм.
Затем готовый предмет начинают настраивать. Учитывается правильность посадки на ноге, регулируются уровни и углы в механизме, жесткость приводящих конструкций, крепление и поддержка на части тела и другие показатели, обеспечивающие комфортное ношение. В процессе подгонки пациент тестирует протез и дает оценку на основании ощущений. При необходимости специалист делает корректировку.
Далее — обучение. Чтобы привыкнуть к новому образу жизни, человеку понадобится время от пары дней до нескольких недель. В течение этого времени пациент осваивает технику ходьбы, учится самостоятельно настраивать, снимать и надевать искусственную конечность, а также ухаживать за ней.
Реабилитация и уход за протезом ноги
Протезирование, как следствие, сопряжено с причиной, по которой оно необходимо — потерей конечности. Люди по-разному реагируют на выпавшее им испытание, поэтому срок реабилитации может быть разным. Помимо того, чтобы научиться сугубо механическим нюансам новой жизни, пациентам часто требуется психологическая поддержка.
Наличие психологических барьеров, депрессии и апатии могут омрачить повседневную жизнь. Также тяжелое моральное состояние крайне пагубно сказывается на способности к адаптации. Работа с психологом в реабилитационном центре продолжается, пока врач не посчитает пациента готовым справляться с новой для него реальностью.
Вместе с этим проходит физиологическая реабилитация. Она включает в себя разработку суставов ампутированной конечности, работу над растяжкой мышц и связок. Иногда после долгой неактивности мышцы в пораженной области требуют восстановления. Вместе с тем пациент учится ходить с помощью нового протеза.
Этот процесс выполняется поэтапно с увеличением сложности действий и интенсивности: поначалу — простые проходки по комнате, затем повороты корпуса, сгибания, приседания. В конце — бег и прыжки, если тип устройства и возможности человека позволяют. Конечная цель физиологических занятий — вывести пациента на уровень максимального использования своих физических способностей с учетом протеза.
Также реабилитация предполагает обучение всем бытовым и повседневным действиям.
Правильный уход
Чтобы владелец протеза мог полноценно справляться без помощи медицинского персонала, ему нужно запомнить правила ухода и эксплуатации устройства:
- регулярно чистить поверхность;
- смазывать подвижные детали;
- проверять на наличие дефектов;
- хранить в надлежащих условиях;
- не подвергать нагрузкам, для которых протез не приспособлен.
В вопросах ухода нельзя забывать о собственном теле. Ткани в местах контакта могут натираться и поддавливаться. Также изолированная часть ноги сильно потеет, получает меньше кислорода. На коже могут возникать рубцы, раны, потертости. Следует посещать врача каждые несколько месяцев и не допускать осложнения. Периодические осмотры нужны и протезу.
Преимущества и ограничения протезирования стопы
К преимуществам протезирования стоп можно отнести:
- Возможность вести активную жизнь. Протезирование стоп возвращает человеку с ампутацией простые человеческие радости, такие как хождение, бег, способность вставать и садиться.
- Ведение социальной жизни. Посещение работы, учебного заведения, различных мероприятий.
- Самообслуживание в быту. Человеку с протезом не нужна сиделка, как с инвалидной коляской. Он может самостоятельно выполнять любую работу по дому, готовить еду, делать уборку помещений, соблюдать гигиенические процедуры и многое другое.
- Психологический аспект. Имея функциональную искусственную конечность, люди чувствуют себя полноценными. Это благотворно сказывается на их психологическом состоянии, позволяет заниматься самореализацией.
- Привыкание. Уже спустя несколько месяцев пользователь полностью адаптируется к жизни с протезом, практически не испытывает неудобств. Это становится настолько обыденностью, что можно легко забыть об отсутствии стопы и вспоминать, когда нужно обслуживать устройство.
- Развитие технологий. Со временем протезы становятся более продвинутыми, особенно бионические. Это делает жизнь людей с ограниченными возможностями еще проще.
В то же время существует ряд ограничений, из-за которых искусственная нога не сравнится с живой. Например, сустав голеностопа может совершать сложные вращения и повороты, весь спектр которых не поддерживается протезом так же эффективно. А на период адаптации человек становится очень зависимым от окружающих и требует помощи докторов или родственников. Здесь вы можете прочесть еще больше про жизнь с протезами.
Ношение протеза стопы может повлечь некоторые заболевания кожи и тканей при неправильной посадке или ненадлежащем уходе. И не стоит забывать о финансовой составляющей. Качественный протез стоит дорого, а если протезируемый — ребенок, то менять устройство придется не один раз по мере взросления. Частичным решением этой проблемы может служить изменяемая длина.
Новые тенденции в развитии протезирования стопы
Главной особенностью современных протезов являются «умные» технологии. Прежде всего, речь о нейропротезировании. Особенность бионических конечностей заключается в соединении с нейромышечной тканью человеческого тела. В результате электроника при помощи датчиков может считывать импульсы, посылаемые из мозга человека, и выполнять соответствующие им действия: поворачивать механические суставы, сгибать и разгибать, фиксировать положение пальцев.
Немалой значимостью в последние годы обзавелись нейросети. С интеграцией искусственного интеллекта процессоры для протезов могут эффективнее обучаться, подстраиваться под окружающую среду и действия пользователя в режиме реального времени.
Подведем итоги
Протезирование, как и все технологии, совершенствуется, делая жизнь лучше и удобнее с каждым днем. В настоящее время на рынке существует большой выбор видов протезов и функций, которые они способны выполнять. Главный аспект их успешного применения — желание самого человека учиться и адаптироваться, повседневно использовать эти устройства и следить за их состоянием.
