Техника - молодёжи 1996-01, страница 6

ТРАНСПЛАНТОЛОГИЯ

АДАМ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЙ

Предыдущая статья посвящена в ос- Борис ГРЕХОВ, инженер Теперь-то ясно, зачем нужна пациентам

новном биологическим методам восстановления утраченных или больных органов.,А вот упомянутое в с чале искусственное сердце как непригодное для длительного при менения.

Но надо подчеркнуть: если "пламен ный мотор" вместо сердца действи тельно далек от совершенства, это вовсе не означает бесперспективности любых искусственных протезов. Больше того: как показывают зарубежные разработки последних лет, в ряде случаев только они пока и дают надежду реально помочь многим инвалидам. И прежде всего речь тут идет о протезировании, так сказать, электронном для случаев, когда конечность или с. ган не работают из-за нарушений в те> или иных звеньях нервной системы. Вот тогда-то именно искусственные электронные протезы позволяют вернуть утраченные функции.

ХОДИТЬ

В рамках западноевропейской научно-исследовательской программы "Эврика" в октябре 1994 г. началась разработка проекта CALIES (Computer Aided Lokomotion by Implanted Electrostimulation). В шести клиниках разных стран были отобраны шесть пациентов-добровольцев с парализованными ногами для подготовки к весьма необычной операции. Ее цель — вернуть этим людям способность ходить благодаря имплантированной микросхеме, которая должна напрямую командовать мышцами ног вместо пораженного спинного мозга.

В сентябре 1995 г. специальная группа хирургов объедет намеченные клиники и прооперирует шестерых пациентов. Затем в течение девяти месяцев они подвергнутся тщательным наблюдениям и тестированию для изучения всех последствий операции и возможности ее массового примене-

В одной только Западной Европе насчитывается 300 тыс. парализованных, причем их средний возраст — всего 31 год. Общая причина паралича — нарушения нервной проводимости между спинным мозгом и различными мышцами. У таких больных могут быть полностью исключены не только произвольные движения конечностей, но и автоматическое функционирование гладкой мускулатуры кишечника и мочеполовой системы. Теряется также болевая и всякая иная чувствительность мышц, тканей, кожи.

Сигналы от головного и спинного мозга к мышцам передают длинные отростки нейронов — аксоны. При этом сам аксон еще способен восстановиться после повреждения. Вот почему отрезанный и вновь пришитый палец может вернуть подвижность. Но повреждения в самом спинном мозгу непоправимы. Из многочисленных попыток его сращения за всю историю медицины не удалась ни одна.

И авторы проекта CALIES решили пойти иным путем (1). Каждому пациенту имплантируется специально разработанная французской компанией МХМ микросхема в биологически инертном керамическом корпусе размером со спичечную коробку, из которого выходят около 40 изолированных электрических проводов. Схема включает миниатюрный радиоприемник, дистанционно улавливающий управляющие

команды. Микропроцессор преобразует их в импульсы, подобные тем, что поступают от здорового спинного мозга. И по проводам внутри тела они идут по ь

Пациент снабжается двумя костылями, в рукоятках которых расположены устройства формирования команд для правой и левой стороны тела. Соответствующие кнопки выведены прямо под пальцы. Команды по проводам поступают на небольшой радиопередатчик, укрепленный на поясе. Его сигналы и воспринимает имплантированная схема.

В итоге, манипулируя кнопками, парализованный человек сможет заставить мышцы своих ног сокращаться так, как это нужно при вставании, ходьбе, подъеме по лестнице и т.п. Причем, даже если ноги у него ампутированы, та же микросхема в принципе сможет формировать сигналы движения и для электромеханических протезов.

нужна пациентам длительная подготовка. Им придется, во-первых, подкачать ослабленные мышцы (путем их электростимулирования), а во-вторых — заранее освоить все действия с кнопками и костылями. Для этого специалисты французской компании INSERM сконструировали особую машину, по сути — наружный скелет нижней части тела, движимый шестью электромоторами (для бедренных, коленных и голеностопных суставов) и прикрепляемый ремнями к поясу и ногам. Этим устройством в ходе тренировок будет управлять та же микросхема, но пока еще не имплантированная.

Описанная система кажется довольно сложной. Возникает резонный вопрос: почему бы не стимулировать мускулы непосредственно по проводам, с помощью внешних электродов, наложенных прямо на кожу? Разумеется, этот вариант был опробован. Но — оказался очень утомительным и "грубым". Как выяснилось, через кожу можно контролировать не больше 3 — 4 самых крупных мышц, да и у них не удается точно дозировать и плавно менять интенсивность сокращений. В итоге движения становятся слишком резкими, "механичными" и даже небезопасными. А управление, скажем, мочевым пузырем тут и вовсе

ДЕЙСТВОВАТЬ

Если человек не парализован, то есть его спинной мозг цел, то вместо ампутированных конечностей давно применяются активные протезы — так называемые мио-электрические, то есть управляемые биотоками мышц культи (от греческого mys — мышца). В полном варианте они приводятся в движение тремя электромоторами, например, для руки — в локте, запястье и сочленении большого пальца (2). Эти моторы уже столь совершенны, что превосходят натуральные мускулы — как по мощности, так и по точности отработки управляющего сигнала. Но и здесь, оказывается, есть свои "нейрологические" проблемы. Главная — это формирование "хорошего" сигнала, особенно в реальном масштабе времени. Ведь когда со стола берет стакан живая рука, в ней параллельно, согласованно и в доли секунды срабатывают десятки мышц, и каждая — от своего нерва, И найти наилучший способ преобразования нервных импульсов в команды для трех моторов — задача сложная.

К тому же и в самих-то этих импульсах разобраться пока толком не удалось: оказывается, расшифровать их гораздо труднее, чем биотоки мышцы в целом. Поэтому управляющие сигналы приходится снимать не с многочисленных нервов, а прямо с мышц культи, всего в 3 — 4 точках (оно и технически намного проще). Но в таком варианте было трудно добиться плавности движений: казалось, для управления скоростями моторов тут явно не хватает ин-

Рис. 1. К моменту выхода этого номера первые шесть парализованных пациентов в Западной Европе получат подобные системы "управления ходьбой".

Цифрами обозначены: 1 — костыль с кнопками управления, 2 — устройство обработки команд и радиопередатчик, 3 — антенна, излучающая сигналы и энергию питания (за спиной), 4 — имплантированный микропроцессор и генератор импульсов, управляющих мышцами ног, 5 — сеть проводов внутри тела.

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ t' 9 6

ШЕШ