Voják Spojených států předvádí stolní fotbal se dvěma transradiálními protézami.
Umělá končetina je typ protézy, která nahrazuje chybějící končetinu, například ruku nebo nohu. Typ použité protézy je do značné míry určen rozsahem amputace nebo ztráty a místem chybějící končetiny. Umělé končetiny mohou být potřebné z různých důvodů, včetně onemocnění, nehod a vrozených vad. Vrozená vada může vyvolat potřebu umělé končetiny, když se člověk narodí s chybějící nebo poškozenou končetinou. V rozvojových oblastech, například ve velké části Afriky, jsou hlavní příčinou amputací průmyslové, dopravní a válečné nehody. V rozvinutějších oblastech, jako je Severní Amerika a Evropa, jsou hlavní příčinou amputací nemoci. Rakovina, infekce a nemoci oběhové soustavy jsou hlavními nemocemi, které mohou vést k amputaci.
Železná protéza ruky Götze von Berlichingen z roku 1508 (lept z roku 1861).
Dřevěná noha generála Józefa Sowińského; z počátku 19. století
V Rigvédě je mytologicky zmiňována umělá končetina, „železná noha“, kterou dal Ašvin Višpalovi. První archeologicky objevený exemplář, známý jako římská noha z Capuy, byl nalezen v hrobce v italské Capuy, datované do roku 300 př. n. l., a byl vyroben z mědi a dřeva. Dva umělé prsty nalezené na egyptských mumiích jsou ještě starší, datované do let 1295-664 př. n. l.; ty se nyní testují (od července 2007), aby se zjistilo, zda mohly být používány za života. Zbrojíři v 15. a 16. století vyráběli umělé končetiny ze železa pro vojáky, kteří přišli o končetiny. V průběhu několika dalších století začali řemeslníci vyvíjet umělé končetiny ze dřeva namísto kovu, protože tento materiál byl lehčí.
V 19. století se umělé končetiny rozšířily kvůli velkému počtu amputovaných končetin z válek, jako byly napoleonské války v Evropě a americká občanská válka v USA.Technologie se zlepšila především ze dvou důvodů: díky dostupnosti státních finančních prostředků a objevu anestetik. Po druhé světové válce byl v roce 1945 Národní akademií věd zahájen program umělých končetin. Tento program pomohl zlepšit umělé končetiny tím, že podporoval a koordinoval vědecký výzkum protetických zařízení.
V posledních letech se klade velký důraz na vývoj umělých končetin, které by vypadaly a pohybovaly se podobně jako skutečné lidské končetiny. K vývoji realističtějších umělých končetin přispěly pokroky v biomechanických znalostech díky společné práci lékařů a inženýrů, vývoj nových plastů a využití počítačem podporovaného navrhování a počítačem podporované výroby.
Námořní pěšák Spojených států amerických s oboustrannou protézou nohy vede formaci.
Existují čtyři hlavní typy umělých končetin. Patří mezi ně transtibiální, transfemorální, transradiální a transhumerální protézy. Typ protézy závisí na tom, jaká část končetiny chybí.
Transtibiální protéza je umělá končetina, která nahrazuje nohu chybějící pod kolenem. Pacienti s transtibiální amputací jsou obvykle schopni obnovit normální pohyb snáze než pacienti s amputací transfemorální, a to zejména díky zachování kolena, které umožňuje snadnější pohyb.
Transfemorální protéza je umělá končetina, která nahrazuje nohu chybějící nad kolenem. Transfemorální amputace mohou mít velmi obtížný návrat k normálnímu pohybu. Obecně platí, že člověk s transfemorální amputací musí při chůzi vynaložit přibližně o 80 % více energie než člověk s oběma celými nohami. To je způsobeno složitostí pohybu spojeného s kolenem.
Transradikální protéza je umělá končetina, která nahrazuje ruku chybějící pod loktem. K dispozici jsou dva hlavní typy protéz. Končetiny ovládané kabelem fungují tak, že se kolem opačného ramene poškozené ruky připevní postroj a kabel. Druhou dostupnou formou protézy jsou myoelektrické paže. Ty fungují tak, že pomocí elektrod snímají pohyby svalů v horní části paže, což způsobí otevření nebo zavření umělé ruky.
Transhumerální protéza je umělá končetina, která nahrazuje ruku chybějící nad loktem. Transhumerální amputace se potýkají s některými stejnými problémy jako transfemorální amputace, a to kvůli podobným složitostem spojeným s pohybem lokte. Napodobení správného pohybu pomocí umělé končetiny je proto velmi obtížné.
Současná technologie/výroba
V posledních letech došlo k významnému pokroku v oblasti umělých končetin. Nové plasty a další materiály, jako například uhlíková vlákna, umožnily, aby umělé končetiny byly pevnější a lehčí, což omezuje množství dodatečné energie potřebné k provozu končetiny. To je důležité zejména pro transfemorální amputace. Další materiály umožnily, aby umělé končetiny vypadaly mnohem realističtěji, což je důležité pro transradikální a transhumerální amputace, protože je u nich větší pravděpodobnost, že budou mít umělou končetinu odhalenou.
Kromě nových materiálů se v umělých končetinách velmi rozšířilo používání elektroniky. Myoelektrické končetiny, které ovládají končetiny převodem svalových pohybů na elektrické signály, se staly mnohem běžnějšími než končetiny ovládané kabelem. Myoelektrické končetiny umožňují amputovaným osobám ovládat umělou končetinu bezprostředněji. Při výrobě končetin se také hojně využívají počítače. Při navrhování a výrobě umělých končetin se často používá počítačem podporovaný design a počítačem podporovaná výroba.
Většina moderních umělých končetin je k pahýlu amputované končetiny připevněna pomocí pásů a manžet nebo pomocí sání. Pahýl obvykle zapadá do objímky na protéze. Zásuvka je vyrobena na míru, aby lépe přiléhala k noze a protéze, což pomáhá snižovat opotřebení pahýlu. Zakázkové pouzdro se vytvoří tak, že se pořídí sádrový odlitek pahýlu a poté se ze sádrového odlitku zhotoví forma. Mezi novější metody patří laserem řízené měření, které lze zadat přímo do počítače, což umožňuje sofistikovanější návrh.
Jedním z největších problémů s upevněním pahýlu a zásuvky je velké tření mezi pahýlem a zásuvkou. To může být bolestivé a může způsobit rozpad tkáně.
Umělé končetiny se obvykle vyrábějí v následujících krocích:
Existuje několik oblastí technologií, které v posledních letech výrazně pokročily a vykazují značný potenciál. Robotické končetiny a přímé upevnění na kost jsou dvě nové technologie, které v poslední době zaznamenaly obrovský pokrok.
Pokroky v procesorech používaných v myoelektrických pažích umožnily u umělých končetin dosáhnout pokroku v jemném vyladění ovládání protézy. Bostonská digitální ruka je nejnovější umělá končetina, která tyto pokročilejší procesory využila. Paže umožňuje pohyb v pěti osách a umožňuje naprogramovat ruku pro větší přizpůsobení.
Cílená svalová reinervace (TMR) je technika, při níž jsou motorické nervy, které dříve ovládaly svaly na amputované končetině, chirurgicky přesměrovány tak, aby reinervovaly malou oblast velkého neporušeného svalu, jako je velký sval prsní. Výsledkem je, že když pacient pomýšlí na pohyb palce chybějící ruky, stáhne se místo něj malá oblast svalu na hrudníku. Umístěním senzorů nad reinervovaný sval lze těmito kontrakcemi ovládat pohyb příslušné části robotické protézy.
Novou variantou této techniky je tzv. cílená senzorická reinervace (TSR). Tento postup je podobný TMR, s tím rozdílem, že senzorické nervy jsou chirurgicky přesměrovány do kůže na hrudníku, nikoliv motorické nervy do svalů. Pacient pak pociťuje jakýkoli smyslový podnět v této oblasti hrudníku, například tlak nebo teplotu, jako by k němu docházelo v oblasti amputované končetiny, kterou nerv původně inervoval. V budoucnu by mohly být konstruovány umělé končetiny se senzory na konečcích prstů nebo jiných důležitých místech. Při aktivaci podnětu, jako je tlak nebo teplota, by se tyto senzory aktivovaly a elektrický signál by byl vyslán do aktuátoru, který by vyvolal podobný podnět na „přepojené“ oblasti kůže hrudníku. Uživatel by pak tento podnět cítil, jako by se vyskytoval na příslušné části umělé končetiny.
V poslední době se zlepšila schopnost robotických končetin přijímat signály z lidského mozku a převádět je na pohyb v umělé končetině. DARPA, výzkumná divize Pentagonu, pracuje na dalším pokroku v této oblasti. Jejím cílem je vytvořit umělou končetinu, která bude napojena přímo na nervový systém.
Hlavní nevýhodou této metody je, že amputované osoby s přímým upevněním na kost nemohou na končetinu působit velkými nárazy, jako je tomu například při běhu, protože by mohlo dojít ke zlomení kosti.
Transradiální a transtibiální protézy obvykle stojí od 6 000 do 8 000 amerických dolarů. Transfemorální a transhumerální protézy stojí přibližně dvakrát tolik s rozmezím 10 000 až 15 000 USD a někdy mohou dosáhnout nákladů 35 000 USD. Náklady na protézu se opakují, protože protézy se obvykle vyměňují každé 3-4 roky z důvodu opotřebení protézy. Pokud má navíc umělá končetina problémy s uložením, musí být během několika měsíců vyměněna.
Jaipur Foot, umělá končetina z indického Jaipuru, stojí přibližně 40 USD.
Plán levné umělé nohy, který navrhl Sébastien Dubois, se objevil na výstavě Indernational Design Exhibition 2007 v dánské Kodani. Plánuje, že za 8 amerických dolarů bude možné vytvořit protézu nohy s energetickou návratností, složenou převážně ze skleněných vláken.