En medicina , una prótesis ( pl.: prótesis ; del griego antiguo : πρόσθεσις , romanizado : próstesis , literalmente 'adición, aplicación, apego'), [1] o un implante protésico , [2] [3] es un dispositivo artificial que reemplaza una parte faltante del cuerpo, que puede perderse debido a un trauma físico , una enfermedad o una condición presente al nacer ( trastorno congénito ). Las prótesis están destinadas a restaurar las funciones normales de la parte del cuerpo faltante. [4] La rehabilitación de amputados es coordinada principalmente por un fisiatra como parte de un equipo interdisciplinario formado por fisiatras, protesistas, enfermeras, fisioterapeutas y terapeutas ocupacionales. [5] Las prótesis se pueden crear a mano o con diseño asistido por computadora (CAD), una interfaz de software que ayuda a los creadores a diseñar y analizar la creación con gráficos 2D y 3D generados por computadora , así como herramientas de análisis y optimización. [6]
La prótesis de una persona debe diseñarse y ensamblarse de acuerdo con su apariencia y necesidades funcionales. Por ejemplo, una persona puede necesitar una prótesis transradial, pero debe elegir entre un dispositivo funcional estético, un dispositivo mioeléctrico, un dispositivo impulsado por el cuerpo o un dispositivo para una actividad específica. Las metas futuras y las capacidades económicas de la persona pueden ayudarla a elegir entre uno o más dispositivos.
Las prótesis craneofaciales incluyen prótesis intraorales y extraorales. Las prótesis extraorales se dividen a su vez en hemifaciales, auriculares (oído), nasales, orbitarias y oculares . Las prótesis intraorales incluyen prótesis dentales , como dentaduras postizas , obturadores e implantes dentales .
Las prótesis de cuello incluyen sustitutos de laringe , tráquea y reemplazos de esófago superior,
Las prótesis somato del torso incluyen prótesis mamarias que pueden ser simples o bilaterales, dispositivos mamarios completos o prótesis de pezón .
Las prótesis de pene se utilizan para tratar la disfunción eréctil , corregir la deformidad del pene , realizar procedimientos de faloplastia en hombres cisgénero y para construir un nuevo pene en cirugías de reasignación de género de mujer a hombre .
Las prótesis de extremidades incluyen prótesis de extremidades superiores e inferiores.
Las prótesis de extremidad superior se utilizan en distintos niveles de amputación: cuarto delantero, desarticulación de hombro, prótesis transhumeral, desarticulación de codo, prótesis transradial, desarticulación de muñeca, mano completa, mano parcial, dedo, dedo parcial. Una prótesis transradial es una extremidad artificial que reemplaza un brazo que falta debajo del codo.
Las prótesis de miembros superiores se pueden clasificar en tres categorías principales: dispositivos pasivos, dispositivos accionados por el cuerpo y dispositivos alimentados externamente (mioeléctricos). Los dispositivos pasivos pueden ser manos pasivas, utilizadas principalmente con fines cosméticos, o herramientas pasivas, utilizadas principalmente para actividades específicas (por ejemplo, de ocio o profesionales). Se puede encontrar una amplia descripción y clasificación de los dispositivos pasivos en una revisión de la literatura realizada por Maat et.al. [7] Un dispositivo pasivo puede ser estático, lo que significa que el dispositivo no tiene partes móviles, o puede ser ajustable, lo que significa que su configuración se puede ajustar (por ejemplo, apertura de mano ajustable). A pesar de la ausencia de agarre activo, los dispositivos pasivos son muy útiles en tareas bimanuales que requieren fijación o apoyo de un objeto, o para la gesticación en la interacción social. Según datos científicos, un tercio de las personas amputadas de miembros superiores en todo el mundo utilizan una prótesis de mano pasiva. [7] Las extremidades accionadas por el cuerpo o accionadas por cable funcionan fijando un arnés y un cable alrededor del hombro opuesto del brazo dañado. Un enfoque reciente impulsado por el cuerpo ha explorado la utilización de la respiración del usuario para alimentar y controlar la mano protésica para ayudar a eliminar el cable y el arnés de accionamiento. [8] [9] [10] La tercera categoría de dispositivos protésicos disponibles comprende brazos mioeléctricos. Esta clase particular de dispositivos se distingue de las anteriores por la inclusión de un sistema de batería. Esta batería tiene el doble propósito de proporcionar energía tanto para los componentes de accionamiento como para los de detección. Si bien la actuación depende predominantemente de sistemas motores o neumáticos, [11] se han explorado una variedad de soluciones para capturar la actividad muscular, incluidas técnicas como la electromiografía , la sonomiografía, la miocinética y otras. [12] [13] [14] Estos métodos funcionan detectando las diminutas corrientes eléctricas generadas por los músculos contraídos durante el movimiento de la parte superior del brazo , normalmente empleando electrodos u otras herramientas adecuadas. Posteriormente, estas señales adquiridas se convierten en patrones o posturas de agarre que luego ejecutará la mano artificial.
En la industria de las prótesis, una prótesis de brazo transradial a menudo se denomina "BE" o prótesis por debajo del codo.
Las prótesis de extremidades inferiores proporcionan reemplazos en distintos niveles de amputación. Estos incluyen desarticulación de cadera, prótesis transfemoral, desarticulación de rodilla, prótesis transtibial, amputación de Syme, pie, pie parcial y dedo del pie. Las dos subcategorías principales de prótesis de extremidades inferiores son transtibiales (cualquier amputación que afecte el hueso de la tibia o una anomalía congénita que produzca una deficiencia tibial) y transfemoral (cualquier amputación que afecte el hueso del fémur o una anomalía congénita que resulte en una deficiencia femoral). ). [ cita necesaria ]
Una prótesis transfemoral es una extremidad artificial que reemplaza una pierna que falta por encima de la rodilla. Los amputados transfemorales pueden tener dificultades para recuperar el movimiento normal. En general, un amputado transfemoral debe utilizar aproximadamente un 80% más de energía para caminar que una persona con dos piernas enteras. [15] Esto se debe a las complejidades del movimiento asociado con la rodilla. En diseños más nuevos y mejorados, se emplean sistemas hidráulicos, fibra de carbono, enlaces mecánicos, motores, microprocesadores de computadora y combinaciones innovadoras de estas tecnologías para brindar más control al usuario. En la industria de las prótesis, una prótesis de pierna transfemoral a menudo se denomina "AK" o prótesis por encima de la rodilla.
Una prótesis transtibial es una extremidad artificial que reemplaza una pierna que falta debajo de la rodilla. Una persona con amputación transtibial generalmente puede recuperar el movimiento normal más fácilmente que alguien con una amputación transfemoral, debido en gran parte a que retiene la rodilla, lo que permite un movimiento más fácil. Las prótesis de extremidades inferiores describen extremidades reemplazadas artificialmente ubicadas al nivel de la cadera o más abajo. En la industria de las prótesis, una prótesis de pierna transtibial a menudo se denomina "BK" o prótesis debajo de la rodilla.
Las prótesis son fabricadas y adaptadas por protesistas clínicos. Los protesistas son profesionales de la salud responsables de fabricar, colocar y ajustar las prótesis y, en el caso de las prótesis de miembros inferiores, evaluarán tanto la marcha como la alineación protésica. Una vez que un protesista ha colocado y ajustado una prótesis, un fisioterapeuta de rehabilitación (llamado fisioterapeuta en Estados Unidos) ayudará a enseñarle a un nuevo usuario de prótesis a caminar con una prótesis de pierna. Para hacerlo, el fisioterapeuta puede proporcionar instrucciones verbales y también puede ayudar a guiar a la persona mediante señales táctiles o táctiles. Esto se puede hacer en una clínica o en casa. Algunas investigaciones sugieren que dicho entrenamiento en el hogar puede tener más éxito si el tratamiento incluye el uso de una cinta de correr. [16] El uso de una cinta de correr, junto con el tratamiento de fisioterapia, ayuda a la persona a experimentar muchos de los desafíos de caminar con una prótesis.
En el Reino Unido, el 75% de las amputaciones de miembros inferiores se realizan debido a una circulación inadecuada (disvascularidad). [17] Esta afección a menudo se asocia con muchas otras afecciones médicas ( comorbilidades ), incluidas la diabetes y las enfermedades cardíacas , que pueden dificultar la recuperación y el uso de una prótesis para recuperar la movilidad y la independencia. [17] Para las personas que tienen circulación inadecuada y han perdido una extremidad inferior, no hay evidencia suficiente debido a la falta de investigación para informarles sobre su elección de enfoques de rehabilitación protésica. [17]
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Las prótesis de extremidades inferiores a menudo se clasifican según el nivel de amputación o según el nombre del cirujano: [18] [19]
Las prótesis se fabrican livianas para mayor comodidad del amputado. Algunos de estos materiales incluyen:
Las prótesis con ruedas también se han utilizado ampliamente en la rehabilitación de animales domésticos heridos, incluidos perros, gatos, cerdos, conejos y tortugas. [20]
Las prótesis se originan en el antiguo Cercano Oriente, alrededor del año 3000 a. C., y las primeras pruebas de prótesis aparecen en el antiguo Egipto e Irán . La primera mención registrada de prótesis oculares proviene de la historia egipcia del Ojo de Horus que data de alrededor del 3000 a. C., en la que Thoth extrajo el ojo izquierdo de Horus y luego lo restauró . Alrededor del 3000-2800 a. C., la evidencia arqueológica más antigua de prótesis se encuentra en el antiguo Irán, donde se encuentra una prótesis ocular enterrada con una mujer en Shahr-i Shōkhta . Probablemente estaba hecho de pasta bituminosa cubierta con una fina capa de oro. [21] Los egipcios también fueron pioneros de las prótesis de pie, como lo demuestra el dedo de madera encontrado en un cuerpo del Imperio Nuevo alrededor del año 1000 a.C. [22] Otra mención textual temprana se encuentra en el sur de Asia alrededor del año 1200 a. C., que involucra a la reina guerrera Vishpala en el Rigveda . [23] También se han encontrado coronas romanas de bronce , pero su uso podría haber sido más estético que médico. [24]
Una de las primeras menciones de una prótesis proviene del historiador griego Herodoto , quien cuenta la historia de Hegesistratus , un adivino griego que se cortó el pie para escapar de sus captores espartanos y lo reemplazó por uno de madera. [25]
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Plinio el Viejo también registró la historia de un general romano, Marco Sergio , a quien le cortaron la mano derecha mientras hacía campaña y le hicieron una mano de hierro para sostener su escudo y poder regresar a la batalla. Una prótesis de brazo histórica famosa y bastante refinada [27] fue la de Götz von Berlichingen , realizada a principios del siglo XVI. Sin embargo, el primer uso confirmado de una prótesis data del 950 al 710 a.C. En 2000, los patólogos investigadores descubrieron una momia de este período enterrada en la necrópolis egipcia cerca de la antigua Tebas que poseía un dedo gordo artificial. Esta puntera, compuesta de madera y cuero, presentaba evidencias de uso. Cuando los ingenieros biomecánicos la reprodujeron en 2011, los investigadores descubrieron que esta antigua prótesis permitía a su portador caminar descalzo y con sandalias de estilo egipcio. La primera prótesis descubierta anteriormente fue una pierna artificial procedente de Capua . [28]
Por la misma época, también se dice que François de la Noue tenía mano de hierro, al igual que, en el siglo XVII, René-Robert Cavalier de la Salle . [29] Henri de Tonti tenía una prótesis de gancho en lugar de mano. Durante la Edad Media, las prótesis seguían teniendo una forma bastante básica. A los caballeros debilitados se les colocarían prótesis para que pudieran sostener un escudo, agarrar una lanza o una espada, o estabilizar a un guerrero montado. [30] Sólo los ricos podían permitirse cualquier cosa que les ayudara en la vida diaria. [31]
Una prótesis notable fue la de un italiano, quien, según los científicos, reemplazó su mano derecha amputada con un cuchillo. [32] [33] Los científicos que investigaron el esqueleto, que fue encontrado en un cementerio longobardo en Povegliano Veronese , estimaron que el hombre había vivido en algún momento entre los siglos VI y VIII d.C. [34] [33] Los materiales encontrados cerca del cuerpo del hombre sugieren que la prótesis del cuchillo estaba sujeta con una correa de cuero, que apretó repetidamente con los dientes. [34]
Durante el Renacimiento, las prótesis se desarrollaron con el uso de hierro, acero, cobre y madera. Las prótesis funcionales comenzaron a aparecer en el siglo XVI. [35]
Un cirujano italiano registró la existencia de un amputado que tenía un brazo que le permitía quitarse el sombrero, abrir el bolso y firmar. [36] La mejora en la cirugía de amputación y el diseño de prótesis llegó de la mano de Ambroise Paré . Entre sus inventos se encontraba un dispositivo por encima de la rodilla que era una pierna de palo para arrodillarse y una prótesis de pie con una posición fija, arnés ajustable y control de bloqueo de rodilla. La funcionalidad de sus avances mostró cómo podrían desarrollarse las prótesis del futuro.
Otras mejoras importantes antes de la era moderna:
Al final de la Segunda Guerra Mundial, la NAS (Academia Nacional de Ciencias) comenzó a abogar por una mejor investigación y desarrollo de prótesis. A través de financiación gubernamental, se desarrolló un programa de investigación y desarrollo dentro del Ejército, la Armada, la Fuerza Aérea y la Administración de Veteranos.
Después de la Segunda Guerra Mundial, un equipo de la Universidad de California en Berkeley, que incluía a James Foort y CW Radcliff, ayudó a desarrollar el encaje cuadrilátero mediante el desarrollo de un sistema de ajuste de plantilla para amputaciones por encima de la rodilla. La tecnología de encajes para las extremidades inferiores experimentó una nueva revolución durante la década de 1980 cuando John Sabolich CPO inventó el método de alineación controlada por trocantérico con aducción contorneada (CATCAM), que más tarde evolucionó hasta convertirse en el encaje Sabolich. Siguió la dirección de Ivan Long y Ossur Christensen cuando desarrollaron alternativas al enchufe cuadrilátero, que a su vez siguió el enchufe abierto, creado a partir de madera. [39] El avance se debió a la diferencia entre el encaje y el modelo de contacto con el paciente. Antes de esto, los encajes se fabricaban en forma cuadrada sin contención especializada para el tejido muscular. Los nuevos diseños ayudan así a fijar la anatomía ósea, fijándola en su lugar y distribuyendo el peso uniformemente sobre la extremidad existente, así como sobre la musculatura del paciente. La contención isquiática es bien conocida y utilizada hoy en día por muchos protesistas para ayudar en la atención del paciente. Por lo tanto, existen variaciones del encaje de contención isquiática y cada encaje se adapta a las necesidades específicas del paciente. Otros que contribuyeron al desarrollo y los cambios de los encajes a lo largo de los años incluyen a Tim Staats, Chris Hoyt y Frank Gottschalk. Gottschalk cuestionó la eficacia del encaje CAT-CAM, insistiendo en que el procedimiento quirúrgico realizado por el cirujano amputador era más importante para preparar al amputado para el buen uso de una prótesis de cualquier tipo de diseño de encaje. [40]
Las primeras prótesis de rodilla controladas por microprocesador estuvieron disponibles a principios de los años 1990. La Prótesis Inteligente fue la primera prótesis de rodilla controlada por microprocesador disponible comercialmente. Fue lanzado por Chas. A. Blatchford & Sons, Ltd., de Gran Bretaña, en 1993 e hizo que caminar con la prótesis se sintiera y pareciera más natural. [41] En 1995 se lanzó una versión mejorada con el nombre de Intelligent Prosthesis Plus. Blatchford lanzó otra prótesis, la Prótesis Adaptativa, en 1998. La Prótesis Adaptativa utilizaba controles hidráulicos, controles neumáticos y un microprocesador para proporcionar al amputado una marcha que respondiera mejor a los cambios en la velocidad al caminar. El análisis de costos revela que una prótesis sofisticada por encima de la rodilla costará alrededor de $1 millón en 45 años, considerando sólo los ajustes anuales por costo de vida. [42]
En 2019, se lanzó un proyecto en el marco de AT2030 en el que los enchufes a medida se fabrican utilizando termoplástico, en lugar de yeso. Esto es más rápido de hacer y significativamente menos costoso. Los enchufes se denominaron enchufes Amparo Confianza. [43] [44]
En 2005, DARPA inició el programa Revolutionizing Prosthetics. [45] [46] [47] [48] [49] [50]
Hay muchos pasos en la evolución de las tendencias de diseño protésico que avanzan con el tiempo. Muchas tendencias de diseño apuntan a materiales más ligeros, duraderos y flexibles como fibra de carbono, silicona y polímeros avanzados. Estos no solo hacen que la prótesis sea más liviana y duradera, sino que también le permiten imitar la apariencia y la sensación de la piel natural, brindando a los usuarios una experiencia más cómoda y natural. [51] Esta nueva tecnología ayuda a los usuarios de prótesis a mezclarse con personas con ligamentos normales para reducir el estigma de las personas que usan prótesis. Otra tendencia apunta hacia el uso de componentes biónicos y mioeléctricos en el diseño de prótesis. Estas extremidades utilizan sensores para detectar señales eléctricas de los músculos residuales del usuario. Luego, las señales se convierten en movimientos, lo que permite a los usuarios controlar sus prótesis mediante sus propias contracciones musculares. Esto ha mejorado enormemente el rango y la fluidez de los movimientos disponibles para los amputados, haciendo que tareas como agarrar objetos o caminar de forma natural sean mucho más factibles. [51] La integración con la IA también está a la vanguardia del diseño de prótesis. Las prótesis habilitadas con IA pueden aprender y adaptarse a los hábitos y preferencias del usuario a lo largo del tiempo, garantizando una funcionalidad óptima. Al analizar la marcha, el agarre y otros movimientos del usuario, estas extremidades inteligentes pueden realizar ajustes en tiempo real, proporcionando movimientos más suaves y naturales. [51]
Una prótesis es un reemplazo funcional de una extremidad amputada, con malformación congénita o faltante. Los protesistas son responsables de la prescripción, el diseño y el manejo de un dispositivo protésico.
En la mayoría de los casos, el protésico comienza tomando un yeso de la extremidad afectada del paciente. Los termoplásticos livianos y de alta resistencia se fabrican a medida para este modelo de paciente. Materiales de última generación como fibra de carbono, titanio y Kevlar aportan resistencia y durabilidad a la vez que hacen que la nueva prótesis sea más ligera. Las prótesis más sofisticadas están equipadas con electrónica avanzada, lo que proporciona estabilidad y control adicionales. [52]
A lo largo de los años, ha habido avances en las extremidades artificiales. Los nuevos plásticos y otros materiales, como la fibra de carbono , han permitido que las extremidades artificiales sean más fuertes y livianas, lo que limita la cantidad de energía adicional necesaria para operar la extremidad. Esto es especialmente importante para los amputados transfemorales. Los materiales adicionales han permitido que los miembros artificiales parezcan mucho más realistas, lo cual es importante para los amputados transradiales y transhumerales porque es más probable que tengan el miembro artificial expuesto. [53]
Además de nuevos materiales, el uso de la electrónica se ha vuelto muy común en las extremidades artificiales. Las extremidades mioeléctricas, que controlan las extremidades convirtiendo los movimientos musculares en señales eléctricas, se han vuelto mucho más comunes que las extremidades operadas por cables. Las señales mioeléctricas son captadas por electrodos, la señal se integra y una vez que excede un cierto umbral, se activa la señal de control de la extremidad protésica, razón por la cual, inherentemente, todos los controles mioeléctricos se retrasan. Por el contrario, el control del cable es inmediato y físico y, a través de él, ofrece un cierto grado de retroalimentación de fuerza directa que el control mioeléctrico no ofrece. Las computadoras también se utilizan ampliamente en la fabricación de extremidades. El diseño asistido por computadora y la fabricación asistida por computadora se utilizan a menudo para ayudar en el diseño y fabricación de extremidades artificiales. [53] [54]
La mayoría de los miembros artificiales modernos se fijan al muñón del amputado mediante cinturones y esposas o mediante succión . El muñón encaja directamente en un encaje de la prótesis o, más comúnmente hoy en día, se utiliza un revestimiento que luego se fija al encaje mediante vacío (enchufes de succión) o un bloqueo de pasador. Los revestimientos son suaves y, por eso, pueden crear un ajuste de succión mucho mejor que los encajes duros. Los revestimientos de silicona se pueden obtener en tamaños estándar, principalmente con una sección transversal circular (redonda), pero para cualquier otra forma de muñón, se pueden fabricar revestimientos personalizados. El encaje está hecho a medida para adaptarse al muñón y distribuir las fuerzas del muñón artificial en toda el área del muñón (en lugar de solo un pequeño punto), lo que ayuda a reducir el desgaste del muñón.
La producción de un encaje protésico comienza con la captura de la geometría del muñón; este proceso se denomina captura de forma. El objetivo de este proceso es crear una representación precisa del muñón, lo cual es fundamental para lograr un buen ajuste del encaje. [55] El encaje personalizado se crea tomando un yeso del muñón o, más comúnmente hoy en día, del revestimiento que se usa sobre el muñón y luego haciendo un molde a partir del yeso. El compuesto comúnmente utilizado se llama Yeso de París. [56] En los últimos años, se han desarrollado varios sistemas de captura de formas digitales que pueden ingresarse directamente a una computadora, lo que permite un diseño más sofisticado. En general, el proceso de captura de forma comienza con la adquisición digital de datos geométricos tridimensionales (3D) del muñón del amputado. Los datos se adquieren con una sonda, un escáner láser, un escáner de luz estructurada o un sistema de escaneo 3D basado en fotografías. [57]
Después de la captura de la forma, la segunda fase de la producción del encaje se llama rectificación, que es el proceso de modificar el modelo del muñón agregando volumen a la prominencia ósea y los posibles puntos de presión y eliminando volumen del área de carga. Esto se puede hacer manualmente agregando o quitando yeso al modelo positivo, o virtualmente manipulando el modelo computarizado en el software. [58] Por último, la fabricación del encaje protésico comienza una vez que el modelo ha sido rectificado y finalizado. Los protesistas envolverían el modelo positivo con una lámina de plástico semifundido o fibra de carbono recubierta con resina epoxi para construir el encaje protésico. [55] Para el modelo computarizado, se puede imprimir en 3D utilizando varios materiales con diferente flexibilidad y resistencia mecánica. [59]
El ajuste óptimo del encaje entre el muñón y el encaje es fundamental para el funcionamiento y uso de toda la prótesis. Si el ajuste entre el muñón y el encaje es demasiado flojo, esto reducirá el área de contacto entre el muñón y el encaje o el revestimiento, y aumentará las bolsas entre la piel del muñón y el encaje o el revestimiento. Entonces la presión es mayor, lo que puede resultar doloroso. Las bolsas de aire pueden permitir que se acumule sudor que puede suavizar la piel. En última instancia, esta es una causa frecuente de erupciones cutáneas con picazón. Con el tiempo, esto puede provocar daños en la piel. [15] Por otro lado, un ajuste muy ajustado puede aumentar excesivamente las presiones de la interfaz, lo que también puede provocar roturas de la piel después de un uso prolongado. [60]
Las extremidades artificiales normalmente se fabrican siguiendo los siguientes pasos: [53]
La tecnología actual permite que los brazos impulsados por el cuerpo pesen entre la mitad y un tercio de lo que pesa un brazo mioeléctrico.
Los brazos actuales impulsados por el cuerpo contienen casquillos construidos con epoxi duro o fibra de carbono. Estos encajes o "interfaces" se pueden hacer más cómodos recubriéndolos con un material de espuma más suave y comprimible que proporcione acolchado a las prominencias óseas. Un diseño de encaje autosuspensante o supracondilar es útil para aquellos con ausencia de rango corto a medio por debajo del codo. Las extremidades más largas pueden requerir el uso de un forro interior tipo roll-on con bloqueo o un arnés más complejo para ayudar a aumentar la suspensión.
Las unidades de pulsera son conectores de rosca con rosca UNF 1/2-20 (EE. UU.) o conectores de liberación rápida, de los cuales existen diferentes modelos.
Existen dos tipos de sistemas accionados por el cuerpo, apertura voluntaria "tirar para abrir" y cierre voluntario "tirar para cerrar". Prácticamente todas las prótesis de "gancho partido" funcionan con un sistema de apertura voluntaria.
Los "prehensores" más modernos llamados GRIPS utilizan sistemas de cierre voluntario. Las diferencias son significativas. Los usuarios de sistemas de apertura voluntaria dependen de bandas elásticas o resortes para obtener fuerza de agarre, mientras que los usuarios de sistemas de cierre voluntario dependen de la fuerza y energía de su propio cuerpo para crear fuerza de agarre.
Los usuarios de cierre voluntario pueden generar fuerzas de prensión equivalentes a las de la mano normal, hasta cien libras o más. Los GRIPS de cierre voluntario requieren una tensión constante para agarrarse, como una mano humana, y en esa propiedad, se acercan más al rendimiento de la mano humana. Los usuarios de ganchos divididos de apertura voluntaria están limitados a las fuerzas que pueden generar sus gomas o resortes, que generalmente son inferiores a 20 libras.
Existe una diferencia adicional en la biorretroalimentación creada que permite al usuario "sentir" lo que se sostiene. Los sistemas de apertura voluntaria, una vez activados, proporcionan la fuerza de sujeción para que funcionen como un tornillo de banco pasivo en el extremo del brazo. No se proporciona ninguna respuesta de agarre una vez que el gancho se ha cerrado alrededor del objeto que se sostiene. Los sistemas de cierre voluntario proporcionan control directamente proporcional y biorretroalimentación para que el usuario pueda sentir cuánta fuerza está aplicando.
En 1997, el Prof. colombiano Álvaro Ríos Poveda , investigador en biónica en América Latina , desarrolló una prótesis de miembro superior y mano con retroalimentación sensorial . Esta tecnología permite a los pacientes amputados manejar sistemas protésicos de mano de una forma más natural. [61]
Un estudio reciente demostró que estimulando los nervios mediano y cubital, según la información proporcionada por los sensores artificiales de una prótesis de mano, se podría proporcionar a un amputado información sensorial fisiológicamente apropiada (casi natural). Esta retroalimentación permitió al participante modular efectivamente la fuerza de agarre de la prótesis sin retroalimentación visual o auditiva. [62]
En febrero de 2013, investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suiza y la Scuola Superiore Sant'Anna en Italia implantaron electrodos en el brazo de un amputado, lo que le dio al paciente retroalimentación sensorial y permitió el control en tiempo real de la prótesis. [63] Con cables conectados a los nervios en la parte superior de su brazo, el paciente danés pudo manipular objetos y recibir instantáneamente un sentido del tacto a través de la mano artificial especial que fue creada por Silvestro Micera e investigadores tanto en Suiza como en Italia. [64]
En julio de 2019, investigadores de la Universidad de Utah , dirigidos por Jacob George, ampliaron aún más esta tecnología . El grupo de investigadores implantó electrodos en el brazo del paciente para trazar varios preceptos sensoriales. Luego estimularían cada electrodo para descubrir cómo se activaba cada precepto sensorial y luego procederían a mapear la información sensorial en la prótesis. Esto permitiría a los investigadores obtener una buena aproximación del mismo tipo de información que recibiría el paciente de su mano natural. Desafortunadamente, el brazo es demasiado caro para que lo adquiera el usuario promedio, sin embargo, Jacob mencionó que las compañías de seguros podrían cubrir los costos de la prótesis. [sesenta y cinco]
Los dispositivos terminales contienen una variedad de ganchos, prehensores, manos u otros dispositivos.
Los sistemas de gancho dividido de apertura voluntaria son sencillos, cómodos, ligeros, robustos, versátiles y relativamente asequibles.
Un gancho no coincide con una mano humana normal en apariencia o versatilidad general, pero sus tolerancias materiales pueden exceder y superar la mano humana normal en cuanto a tensión mecánica (uno puede incluso usar un gancho para abrir cajas o como un martillo, mientras que lo mismo no es posible con una mano normal), para la estabilidad térmica (se puede usar un gancho para agarrar objetos del agua hirviendo, para voltear la carne en una parrilla, para sostener una cerilla hasta que se haya quemado por completo) y para riesgos químicos (como un gancho de metal resiste ácidos o lejía y no reacciona a disolventes como un guante protésico o la piel humana).
Las manos protésicas están disponibles en versiones de apertura y cierre voluntario y, debido a su mecánica más compleja y a su cobertura cosmética de los guantes, requieren una fuerza de activación relativamente grande que, dependiendo del tipo de arnés utilizado, puede resultar incómoda. [66] Un estudio reciente realizado por la Universidad Tecnológica de Delft, Países Bajos, demostró que el desarrollo de prótesis de manos mecánicas ha sido descuidado durante las últimas décadas. El estudio demostró que el nivel de fuerza de pellizco de la mayoría de las manos mecánicas actuales es demasiado bajo para un uso práctico. [67] La mano mejor probada fue una prótesis de mano desarrollada alrededor de 1945. Sin embargo, en 2017, Laura Hruby, de la Universidad de Medicina de Viena , inició una investigación con manos biónicas . [68] [69] También están disponibles algunas manos biónicas imprimibles en 3-D de hardware abierto. [70] Algunas empresas también están produciendo manos robóticas con antebrazo integrado, para adaptarse a la parte superior del brazo del paciente [71] [72] y en 2020, en el Instituto Italiano de Tecnología (IIT), otra mano robótica con antebrazo integrado (Soft Hand Pro) fue desarrollado. [73]
Hosmer y Otto Bock son importantes proveedores comerciales de anzuelos. Hosmer y Otto Bock también venden manecillas mecánicas; El Becker Hand todavía lo fabrica la familia Becker. Las manos protésicas pueden equiparse con guantes de silicona estándar o hechos a medida con aspecto cosmético. Pero también se pueden usar guantes de trabajo normales. Otros dispositivos terminales incluyen el V2P Prehensor, una pinza robusta y versátil que permite a los clientes modificar aspectos del mismo, Texas Assist Devices (con una amplia variedad de herramientas) y TRS que ofrece una gama de dispositivos terminales para deportes. Los mazos de cables se pueden construir utilizando cables de acero para aviones, bisagras de bola y fundas de cables autolubricantes. Algunas prótesis han sido diseñadas específicamente para su uso en agua salada. [74]
Las prótesis de extremidades inferiores describen extremidades reemplazadas artificialmente ubicadas al nivel de la cadera o más abajo. Respecto a todas las edades Ephraim et al. (2003) encontraron una estimación mundial de amputaciones de extremidades inferiores por todas las causas de 2,0 a 5,9 por 10.000 habitantes. Para las tasas de prevalencia al nacer de deficiencia congénita de las extremidades, encontraron una estimación de entre 3,5 y 7,1 casos por cada 10.000 nacimientos. [75]
Las dos subcategorías principales de dispositivos protésicos de las extremidades inferiores son transtibiales (cualquier amputación que atraviese el hueso de la tibia o una anomalía congénita que produzca una deficiencia tibial) y transfemoral (cualquier amputación que atraviese el hueso del fémur o una anomalía congénita que produzca una deficiencia femoral). deficiencia). En la industria protésica, una prótesis de pierna transtibial a menudo se denomina "BK" o prótesis por debajo de la rodilla, mientras que la pierna protésica transfemoral a menudo se denomina "AK" o prótesis por encima de la rodilla.
Otros casos menos prevalentes de las extremidades inferiores incluyen los siguientes:
El encaje sirve como interfaz entre el residuo y la prótesis, lo que idealmente permite un soporte de peso cómodo, control del movimiento y propiocepción . [76] Los problemas de cavidades, como molestias y roturas de la piel, se encuentran entre los problemas más importantes que enfrentan los amputados de miembros inferiores. [77]
Esta parte crea distancia y apoyo entre la articulación de la rodilla y el pie (en el caso de una prótesis de muslo) o entre el encaje y el pie. El tipo de conectores que se utilizan entre el vástago y la rodilla/pie determina si la prótesis es modular o no. Modular significa que el ángulo y el desplazamiento del pie con respecto al casquillo se pueden cambiar después del montaje. En los países en desarrollo, las prótesis en su mayoría no son modulares, para reducir costos. Al considerar a los niños, la modularidad del ángulo y la altura es importante debido a su crecimiento promedio de 1,9 cm al año. [78]
Al proporcionar contacto con el suelo, el pie proporciona absorción de impactos y estabilidad durante la postura. [79] Además, influye en la biomecánica de la marcha por su forma y rigidez. Esto se debe a que la trayectoria del centro de presión (COP) y el ángulo de las fuerzas de reacción del suelo están determinados por la forma y la rigidez del pie y deben coincidir con la constitución del sujeto para producir un patrón de marcha normal. [80] Andrysek (2010) encontró 16 tipos diferentes de pies, con resultados muy variables en cuanto a durabilidad y biomecánica. El principal problema encontrado en los pies actuales es la durabilidad, resistencia que oscila entre 16 y 32 meses [81]. Estos resultados son para adultos y probablemente serán peores para niños debido a mayores niveles de actividad y efectos de escala. La evidencia que compara diferentes tipos de prótesis de pie y tobillo no es lo suficientemente sólida como para determinar si un mecanismo de tobillo/pie es superior a otro. [82] Al decidir sobre un dispositivo, se debe considerar el costo del dispositivo, la necesidad funcional de una persona y la disponibilidad de un dispositivo en particular. [82]
En el caso de una amputación transfemoral (por encima de la rodilla), también existe la necesidad de un conector complejo que proporcione articulación, permitiendo la flexión durante la fase de balanceo pero no durante la postura. Como su propósito es reemplazar la rodilla, la prótesis de rodilla es el componente más crítico de la prótesis para los amputados transfemorales. La función de una buena prótesis de rodilla es imitar la función de la rodilla normal, como proporcionar soporte estructural y estabilidad durante la fase de postura, pero capaz de flexionarse de manera controlable durante la fase de balanceo. Por lo tanto, permite a los usuarios tener una marcha suave y energéticamente eficiente y minimizar el impacto de la amputación. [83] La prótesis de rodilla está conectada al pie protésico mediante el vástago, que generalmente está hecho de un tubo de aluminio o grafito.
Uno de los aspectos más importantes de una prótesis de rodilla sería su mecanismo de control de la fase de postura. La función del control de la fase de postura es evitar que la pierna se doble cuando se carga la extremidad durante la aceptación del peso. Esto asegura la estabilidad de la rodilla para soportar la tarea de soporte de una sola extremidad en la fase de postura y proporciona una transición suave a la fase de balanceo. El control de la fase de postura se puede lograr de varias maneras, incluidos bloqueos mecánicos, [84] alineación relativa de los componentes protésicos, [85] control de fricción activado por el peso, [85] y mecanismos policéntricos. [86]
Para imitar la funcionalidad de la rodilla durante la marcha, se han desarrollado articulaciones de rodilla controladas por microprocesador que controlan la flexión de la rodilla. Algunos ejemplos son la C-leg de Otto Bock , introducida en 1997, la Rheo Knee de Ossur , lanzada en 2005, la Power Knee de Ossur, introducida en 2006, la Plié Knee de Freedom Innovations y la Self Learning Knee de DAW Industries (SLK). ). [87]
La idea fue desarrollada originalmente por Kelly James, una ingeniera canadiense, en la Universidad de Alberta . [88]
Se utiliza un microprocesador para interpretar y analizar señales de sensores de ángulo de rodilla y sensores de momento. El microprocesador recibe señales de sus sensores para determinar el tipo de movimiento que realiza el amputado. La mayoría de las articulaciones de rodilla controladas por microprocesador funcionan con una batería alojada dentro de la prótesis.
Las señales sensoriales calculadas por el microprocesador se utilizan para controlar la resistencia generada por los cilindros hidráulicos en la articulación de la rodilla. Pequeñas válvulas controlan la cantidad de fluido hidráulico que puede entrar y salir del cilindro, regulando así la extensión y compresión de un pistón conectado a la sección superior de la rodilla. [42]
La principal ventaja de una prótesis controlada por microprocesador es una mayor aproximación a la marcha natural de un amputado. Algunos permiten a los amputados caminar casi a la velocidad de la marcha o correr. También son posibles variaciones de velocidad que los sensores tienen en cuenta y comunican al microprocesador, que se adapta en consecuencia a estos cambios. También permite a los amputados bajar escaleras con un enfoque paso a paso, en lugar del enfoque paso a paso que se utiliza con las rodillas mecánicas. [89] Hay algunas investigaciones que sugieren que las personas con prótesis controladas por microprocesador informan una mayor satisfacción y una mejora en la funcionalidad, la salud y la seguridad del muñón. [90] Las personas pueden realizar actividades cotidianas a mayores velocidades, incluso mientras realizan múltiples tareas, y reducir el riesgo de caídas. [90]
Sin embargo, algunos tienen algunos inconvenientes importantes que perjudican su uso. Pueden ser susceptibles a daños por agua y, por lo tanto, se debe tener mucho cuidado para garantizar que la prótesis permanezca seca. [91]
Una prótesis mioeléctrica utiliza como información la tensión eléctrica generada cada vez que un músculo se contrae. Esta tensión puede capturarse de los músculos contraídos voluntariamente mediante electrodos aplicados sobre la piel para controlar los movimientos de la prótesis, como la flexión/extensión del codo, la supinación/pronación (rotación) de la muñeca o la apertura/cierre de los dedos. Una prótesis de este tipo utiliza el sistema neuromuscular residual del cuerpo humano para controlar las funciones de una prótesis eléctrica de mano, muñeca, codo o pie. [92] Esto es diferente de una prótesis de interruptor eléctrico, que requiere correas y/o cables accionados por movimientos del cuerpo para accionar u operar interruptores que controlan los movimientos de la prótesis. No hay evidencia clara que concluya que las prótesis mioeléctricas de extremidades superiores funcionen mejor que las prótesis impulsadas por el cuerpo. [93] Las ventajas de utilizar una prótesis mioeléctrica de extremidad superior incluyen la posibilidad de mejorar el atractivo estético (este tipo de prótesis puede tener un aspecto más natural), puede ser mejor para las actividades cotidianas ligeras y puede ser beneficiosa para las personas que experimentan dolor de miembro fantasma. . [93] En comparación con una prótesis impulsada por el cuerpo, una prótesis mioeléctrica puede no ser tan duradera, puede tener un tiempo de entrenamiento más largo, puede requerir más ajustes, puede necesitar más mantenimiento y no proporciona retroalimentación al usuario. [93]
El Prof. Álvaro Ríos Poveda lleva varios años trabajando en una solución no invasiva y asequible a este problema de retroalimentación. Considera que: "Las prótesis que pueden controlarse con el pensamiento son muy prometedoras para el amputado, pero sin retroalimentación sensorial de las señales que regresan al cerebro, puede ser difícil alcanzar el nivel de control necesario para realizar movimientos precisos. Al conectarse "Con el sentido del tacto de una mano mecánica directamente al cerebro, las prótesis pueden restaurar la función del miembro amputado de una manera casi natural." Presentó la primera prótesis de mano mioeléctrica con retroalimentación sensorial en el XVIII Congreso Mundial de Física Médica e Ingeniería Biomédica de 1997, celebrado en Niza, Francia . [94] [95]
La URSS fue la primera en desarrollar un brazo mioeléctrico en 1958, [96] mientras que el primer brazo mioeléctrico se comercializó en 1964 por el Instituto Central de Investigación de Prótesis de la URSS y distribuido por Hangar Limb Factory del Reino Unido . [97] [98]
Los robots se pueden utilizar para generar medidas objetivas del deterioro del paciente y el resultado de la terapia, ayudar en el diagnóstico, personalizar terapias basadas en las habilidades motoras del paciente y garantizar el cumplimiento de los regímenes de tratamiento y mantener los registros del paciente. En muchos estudios se demuestra que existe una mejora significativa en la función motora de las extremidades superiores después de un accidente cerebrovascular utilizando robótica para la rehabilitación de las extremidades superiores. [99] Para que una prótesis robótica funcione, debe tener varios componentes para integrarla en la función del cuerpo: Los biosensores detectan señales de los sistemas nervioso o muscular del usuario. Luego transmite esta información a un microcontrolador ubicado dentro del dispositivo y procesa la retroalimentación de la extremidad y el actuador, por ejemplo, posición o fuerza, y la envía al controlador. Los ejemplos incluyen electrodos de superficie que detectan actividad eléctrica en la piel, electrodos de aguja implantados en el músculo o conjuntos de electrodos de estado sólido con nervios creciendo a través de ellos. Un tipo de estos biosensores se emplean en prótesis mioeléctricas .
Un dispositivo conocido como controlador está conectado a los sistemas nervioso y muscular del usuario y al propio dispositivo. Envía comandos de intención desde el usuario a los actuadores del dispositivo e interpreta la retroalimentación de los biosensores y mecánicos al usuario. El controlador también es responsable del seguimiento y control de los movimientos del dispositivo.
Un actuador imita las acciones de un músculo al producir fuerza y movimiento. Los ejemplos incluyen un motor que ayuda o reemplaza el tejido muscular original.
La reinervación muscular dirigida (TMR) es una técnica en la que los nervios motores , que previamente controlaban los músculos de una extremidad amputada, se redirigen quirúrgicamente de modo que reinerven una pequeña región de un músculo grande e intacto, como el pectoral mayor . Como resultado, cuando un paciente piensa en mover el pulgar de la mano que le falta, se contraerá una pequeña zona de músculo del pecho. Al colocar sensores sobre el músculo reinervado, se pueden realizar estas contracciones para controlar el movimiento de una parte apropiada de la prótesis robótica. [100] [101]
Una variante de esta técnica se llama reinervación sensorial dirigida (TSR). Este procedimiento es similar a la TMR, excepto que los nervios sensoriales se redirigen quirúrgicamente a la piel del pecho, en lugar de los nervios motores a los músculos. Recientemente, las extremidades robóticas han mejorado en su capacidad para recibir señales del cerebro humano y traducirlas en movimiento en la extremidad artificial. DARPA , la división de investigación del Pentágono, está trabajando para lograr aún más avances en esta área. Su deseo es crear un miembro artificial que se conecte directamente al sistema nervioso . [102]
Los avances en los procesadores utilizados en los brazos mioeléctricos han permitido a los desarrolladores lograr avances en el control preciso de la prótesis. El Boston Digital Arm es una extremidad artificial reciente que ha aprovechado estos procesadores más avanzados. El brazo permite el movimiento en cinco ejes y permite programarlo para una sensación más personalizada. Recientemente, la mano I-LIMB , inventada en Edimburgo, Escocia, por David Gow se ha convertido en la primera prótesis de mano disponible comercialmente con cinco dígitos accionados individualmente. La mano también posee un pulgar giratorio manualmente que el usuario opera pasivamente y permite que la mano agarre en los modos de precisión, potencia y agarre de teclas. [103]
Otra prótesis neuronal es el Proto 1 del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins. Además del Proto 1, la universidad también terminó el Proto 2 en 2010. [104] A principios de 2013, Max Ortiz Catalan y Rickard Brånemark de la Universidad Tecnológica de Chalmers, y Sahlgrenska El Hospital Universitario de Suecia logró fabricar el primer brazo robótico controlado mentalmente y que puede fijarse permanentemente al cuerpo (mediante osteointegración ). [105] [106] [107]
Un enfoque que es muy útil se llama rotación del brazo que es común en amputados unilaterales que es una amputación que afecta solo un lado del cuerpo; y también esencial para que los amputados bilaterales, personas desaparecidas o a las que se les hayan amputado ambos brazos o piernas, puedan realizar las actividades de la vida diaria. Esto implica insertar un pequeño imán permanente en el extremo distal del hueso residual de sujetos con amputaciones de miembros superiores. Cuando un sujeto gira el brazo residual, el imán girará con el hueso residual, provocando un cambio en la distribución del campo magnético. [108] Las señales de EEG (electroencefalograma), detectadas mediante pequeños discos metálicos planos adheridos al cuero cabelludo, que esencialmente decodifican la actividad del cerebro humano utilizada para el movimiento físico, se utilizan para controlar las extremidades robóticas. Esto permite al usuario controlar la pieza directamente. [109]
La investigación de piernas robóticas ha avanzado con el tiempo, permitiendo un movimiento y control exactos.
Investigadores del Instituto de Rehabilitación de Chicago anunciaron en septiembre de 2013 que habían desarrollado una pierna robótica que traduce los impulsos neuronales de los músculos del muslo del usuario en movimiento, siendo la primera pierna protésica que lo hace. Actualmente se encuentra en pruebas. [110]
Hugh Herr, jefe del grupo de biomecatrónica del Media Lab del MIT, desarrolló una pierna transtibial robótica (PowerFoot BiOM). [111] [112]
La empresa islandesa Össur también ha creado una pierna transtibial robótica con tobillo motorizado que se mueve a través de algoritmos y sensores que ajustan automáticamente el ángulo del pie durante diferentes puntos de la zancada de su portador. También hay piernas biónicas controladas por el cerebro que permiten a un individuo mover sus extremidades con un transmisor inalámbrico. [113]
El objetivo principal de una prótesis robótica es proporcionar una actuación activa durante la marcha para mejorar la biomecánica de la marcha, incluyendo, entre otras cosas, la estabilidad, la simetría o el gasto energético de los amputados. [114] Actualmente hay varias piernas protésicas eléctricas en el mercado, incluidas piernas totalmente eléctricas, en las que los actuadores impulsan directamente las articulaciones, y piernas semiactivas, que utilizan pequeñas cantidades de energía y un pequeño actuador para cambiar las propiedades mecánicas de las piernas. pierna pero no inyecte energía positiva neta en la marcha. Ejemplos específicos incluyen el emPOWER de BionX, el pie Proprio de Ossur y el pie Elan de Endolite. [115] [116] [117] Varios grupos de investigación también han experimentado con piernas robóticas durante la última década. [118] Los temas centrales que se están investigando incluyen el diseño del comportamiento del dispositivo durante las fases de postura y balanceo, el reconocimiento de la tarea de deambulación actual y varios problemas de diseño mecánico, como la robustez, el peso, la duración/eficiencia de la batería y el nivel de ruido. Sin embargo, científicos de la Universidad de Stanford y la Universidad Nacional de Seúl han desarrollado un sistema de nervios artificiales que ayudará a sentir las prótesis. [119] Este sistema nervioso sintético permite que las prótesis perciban el braille , sientan el sentido del tacto y respondan al entorno. [120] [121]
En todo el mundo se fabrican prótesis a partir de botellas y tapas de plástico reciclado. [122] [123] [124] [125] [126]
La mayoría de las prótesis se pueden fijar al exterior del cuerpo, de forma no permanente. Algunos otros, sin embargo, pueden unirse de forma permanente. Un ejemplo de ello son las exoprótesis (ver más abajo).
La osteointegración es un método para unir la extremidad artificial al cuerpo. Este método también se denomina a veces exoprótesis (unir un miembro artificial al hueso) o endoexoprótesis.
El método del muñón y el alvéolo puede causar un dolor significativo en el amputado, razón por la cual se ha explorado ampliamente la inserción directa del hueso. El método funciona insertando un perno de titanio en el hueso al final del muñón. Después de varios meses, el hueso se adhiere al perno de titanio y se fija un pilar al perno de titanio. El pilar se extiende fuera del muñón y luego se fija la extremidad artificial (extraíble) al pilar. Algunos de los beneficios de este método incluyen los siguientes:
La principal desventaja de este método es que los amputados con la unión ósea directa no pueden sufrir grandes impactos en la extremidad, como los que se experimentan al correr, debido a la posibilidad de que el hueso se rompa. [15]
Las prótesis cosméticas se han utilizado durante mucho tiempo para disimular lesiones y desfiguraciones. Con los avances de la tecnología moderna, la cosmesis , la creación de extremidades realistas hechas de silicona o PVC , ha sido posible. [127] Estas prótesis, incluidas las manos artificiales, ahora pueden diseñarse para simular la apariencia de manos reales, con pecas, venas, cabello, huellas dactilares e incluso tatuajes. Los cosméticos hechos a medida son generalmente más caros (cuestan miles de dólares estadounidenses, según el nivel de detalle), mientras que los cosméticos estándar vienen prefabricados en una variedad de tamaños, aunque a menudo no son tan realistas como sus homólogos hechos a medida. Otra opción es la funda de silicona hecha a medida, que se puede hacer para que coincida con el tono de piel de una persona pero no con detalles como pecas o arrugas. Los cosméticos se adhieren al cuerpo de varias maneras, utilizando un adhesivo, succión, piel ajustada, elástica o una funda para la piel.
A diferencia de las prótesis neuromotoras, las prótesis neurocognitivas detectarían o modularían la función neuronal para reconstituir o aumentar físicamente los procesos cognitivos como la función ejecutiva , la atención , el lenguaje y la memoria. Actualmente no hay prótesis neurocognitivas disponibles, pero se ha propuesto el desarrollo de interfaces neurocognitivas cerebro-computadora implantables para ayudar a tratar afecciones como accidentes cerebrovasculares , lesiones cerebrales traumáticas , parálisis cerebral , autismo y enfermedad de Alzheimer . [128] El campo reciente de la tecnología de asistencia para la cognición se refiere al desarrollo de tecnologías para aumentar la cognición humana. Los dispositivos de programación como Neuropage recuerdan a los usuarios con problemas de memoria cuándo realizar determinadas actividades, como visitar al médico. Se han utilizado dispositivos de microinstrucciones como PEAT, AbleLink y Guide para ayudar a los usuarios con problemas de memoria y funciones ejecutivas a realizar actividades de la vida diaria .
Además de la extremidad artificial estándar para el uso diario, muchos amputados o pacientes congénitos tienen extremidades y dispositivos especiales para ayudar en la participación en deportes y actividades recreativas.
Dentro de la ciencia ficción y, más recientemente, dentro de la comunidad científica , se ha considerado el uso de prótesis avanzadas para reemplazar partes sanas del cuerpo con mecanismos y sistemas artificiales para mejorar la función. La moralidad y la conveniencia de tales tecnologías están siendo debatidas por transhumanistas , otros especialistas en ética y otros en general. [129] [130] [131] [132] Se pueden reemplazar partes del cuerpo como piernas, brazos, manos, pies y otras.
El primer experimento con un individuo sano parece haber sido el del científico británico Kevin Warwick . En 2002, se interconectó un implante directamente al sistema nervioso de Warwick. El conjunto de electrodos , que contenía alrededor de cien electrodos , se colocó en el nervio mediano . Las señales producidas fueron lo suficientemente detalladas como para que un brazo robótico pudiera imitar las acciones del propio brazo de Warwick y proporcionar una forma de retroalimentación táctil nuevamente a través del implante. [133]
La empresa DEKA de Dean Kamen desarrolló el "brazo Luke", una prótesis avanzada controlada por nervios . Los ensayos clínicos comenzaron en 2008, [134] con la aprobación de la FDA en 2014 y la fabricación comercial por parte de Universal Instruments Corporation prevista para 2017. Se espera que el precio ofrecido al por menor por Mobius Bionics sea de alrededor de 100 000 dólares. [135]
Investigaciones adicionales realizadas en abril de 2019 revelaron mejoras en la función protésica y la comodidad de los sistemas portátiles personalizados impresos en 3D. En lugar de la integración manual después de la impresión, la integración de sensores electrónicos en la intersección entre una prótesis y el tejido del usuario puede recopilar información como la presión a través del tejido del usuario, lo que puede ayudar a mejorar la iteración de estos tipos de prótesis. [136]
A principios de 2008, Oscar Pistorius , el "Blade Runner" de Sudáfrica, fue declarado brevemente no elegible para competir en los Juegos Olímpicos de Verano de 2008 porque se decía que sus prótesis transtibiales le daban una ventaja injusta sobre los corredores que tenían tobillos. Un investigador descubrió que sus extremidades utilizaban un veinticinco por ciento menos de energía que las de un corredor no discapacitado que se movía a la misma velocidad. Esta decisión fue revocada en apelación, y el tribunal de apelaciones afirmó que no se había considerado el conjunto general de ventajas y desventajas de las extremidades de Pistorius.
Pistorius no se clasificó para el equipo sudafricano para los Juegos Olímpicos, pero arrasó en los Juegos Paralímpicos de Verano de 2008 y ha sido declarado elegible para clasificarse para futuros Juegos Olímpicos. [ cita necesaria ] Se clasificó para el Campeonato Mundial de 2011 en Corea del Sur y llegó a la semifinal donde terminó la última vez, fue 14º en la primera ronda, su mejor marca personal en 400 m le habría dado el 5º lugar en la final. En los Juegos Olímpicos de Verano de 2012 en Londres, Pistorius se convirtió en el primer corredor amputado en competir en unos Juegos Olímpicos. [137] Corrió en las semifinales de la carrera de 400 metros , [138] [139] [140] y en la final de la carrera de relevos de 4 × 400 metros . [141] También compitió en 5 eventos en los Juegos Paralímpicos de Verano de 2012 en Londres. [142]
Hay múltiples factores a considerar al diseñar una prótesis transtibial. Los fabricantes deben tomar decisiones sobre sus prioridades con respecto a estos factores.
Sin embargo, hay ciertos elementos de la mecánica del encaje y del pie que son invaluables para el atleta, y estos son el foco de atención de las empresas de prótesis de alta tecnología de hoy en día:
Al comprador también le preocupan muchos otros factores:
Una característica clave de las prótesis y del diseño protésico es la idea de “diseñar para discapacidades”. Esto podría parecer una buena idea en la que las personas con discapacidad puedan participar en un diseño equitativo, pero lamentablemente no es cierto. La idea de diseñar para las discapacidades es problemática en primer lugar debido al significado subyacente de discapacidad. Les dice a los amputados que hay una forma correcta e incorrecta de moverse y caminar y que si los amputados se adaptan al entorno que los rodea por sus propios medios, entonces esa es la manera incorrecta. Junto con ese significado subyacente de discapacidad, muchas personas que diseñan para discapacidades en realidad no lo son. El "Diseño para la discapacidad" de estas experiencias toma la discapacidad como objeto, con la sensación de los diseñadores no discapacitados de que han aprendido adecuadamente sobre su trabajo a partir de su propia simulación de la experiencia. La simulación es engañosa y no favorece a las personas discapacitadas. - entonces el diseño que surge de esto es altamente problemático. La participación en el diseño de la discapacidad debería ser... idealmente, con miembros del equipo que tengan la discapacidad relevante y sean parte de comunidades importantes para la investigación [143] . No sé cuáles son las experiencias personales del día a día, diseñando materiales que no satisfacen las necesidades o dificultan las necesidades de las personas con discapacidad real.
En Estados Unidos, una prótesis típica cuesta entre 15.000 y 90.000 dólares, dependiendo del tipo de extremidad que desee el paciente. Con un seguro médico, un paciente normalmente pagará entre el 10% y el 50% del costo total de una prótesis, mientras que la compañía de seguros cubrirá el resto del costo. El porcentaje que paga el paciente varía según el tipo de plan de seguro, así como la extremidad solicitada por el paciente. [144] En el Reino Unido, gran parte de Europa, Australia y Nueva Zelanda, el coste total de las prótesis se cubre con financiación estatal o con seguros obligatorios. Por ejemplo, en Australia las prótesis están totalmente financiadas por planes estatales en el caso de amputaciones debidas a enfermedades, y por compensación laboral o seguro contra lesiones de tránsito en el caso de la mayoría de las amputaciones traumáticas. [145] El Plan Nacional de Seguro de Invalidez , que se implementará a nivel nacional entre 2017 y 2020, también cubre las prótesis.
Las prótesis transradiales (amputación por debajo del codo) y transtibiales (amputación por debajo de la rodilla) suelen costar entre 6.000 y 8.000 dólares estadounidenses , mientras que las prótesis transfemorales (amputación por encima de la rodilla) y transhumerales (amputación por encima del codo) cuestan aproximadamente el doble con un rango de $10.000 a $15.000 y a veces pueden alcanzar costos de $35.000. El costo de una extremidad artificial suele ser recurrente, mientras que una extremidad normalmente necesita ser reemplazada cada 3 a 4 años debido al desgaste del uso diario. Además, si el encaje tiene problemas de ajuste, debe reemplazarse dentro de varios meses desde el inicio del dolor. Si la altura es un problema, se pueden cambiar componentes como los pilones. [146]
El paciente no solo debe pagar por sus múltiples prótesis, sino que también debe pagar la terapia física y ocupacional que conlleva la adaptación a vivir con una extremidad artificial. A diferencia del costo recurrente de las prótesis, el paciente generalmente solo pagará entre $ 2000 y $ 5000 por la terapia durante el primer año o dos de vivir como amputado. Una vez que el paciente esté fuerte y cómodo con su nueva extremidad, ya no será necesario que vaya a terapia. A lo largo de su vida, se proyecta que un amputado típico pasará por un tratamiento por valor de 1,4 millones de dólares, que incluye cirugías, prótesis y terapias. [144]
Las prótesis por encima de la rodilla de bajo costo a menudo proporcionan sólo un soporte estructural básico con una función limitada. Esta función a menudo se logra con articulaciones de rodilla toscas, no articuladas, inestables o bloqueadas manualmente. Un número limitado de organizaciones, como el Comité Internacional de la Cruz Roja (CICR), crean dispositivos para los países en desarrollo. Su dispositivo, fabricado por CR Equipments, es una prótesis de rodilla de polímero de bloqueo de un solo eje operada manualmente. [147]
Mesa. Lista de tecnologías de articulación de rodilla basada en la revisión de la literatura. [81]
Un plan para una pierna artificial de bajo costo, diseñado por Sébastien Dubois, se presentó en la Exposición Internacional de Diseño y entrega de premios de 2007 en Copenhague, Dinamarca, donde ganó el Index: Award . Sería capaz de crear una prótesis de pierna con retorno de energía por 8,00 dólares , compuesta principalmente de fibra de vidrio . [149]
Antes de la década de 1980, las prótesis de pie simplemente restauraban las capacidades básicas para caminar. Estos primeros dispositivos se pueden caracterizar por un simple accesorio artificial que conecta el muñón al suelo.
La introducción del Seattle Foot (Seattle Limb Systems) en 1981 revolucionó el campo, poniendo en primer plano el concepto de pie protésico con almacenamiento de energía (ESPF). Otras empresas pronto siguieron su ejemplo y, en poco tiempo, aparecieron en el mercado múltiples modelos de prótesis con almacenamiento de energía. Cada modelo utilizó alguna variación de un talón comprimible. El talón se comprime durante el contacto inicial con el suelo, almacenando energía que luego se devuelve durante la última fase del contacto con el suelo para ayudar a impulsar el cuerpo hacia adelante.
Desde entonces, la industria de las prótesis de pie ha estado dominada por pequeñas y constantes mejoras en el rendimiento, la comodidad y la comercialización.
Con las impresoras 3D es posible fabricar un solo producto sin necesidad de disponer de moldes metálicos , por lo que los costes se pueden reducir drásticamente. [150]
El pie de Jaipur , una extremidad artificial procedente de Jaipur , India , cuesta unos 40 dólares estadounidenses.
Actualmente existe un foro de Prótesis de diseño abierto conocido como " Proyecto de Prótesis Abiertas ". El grupo emplea colaboradores y voluntarios para avanzar en la tecnología de prótesis mientras intenta reducir los costos de estos dispositivos necesarios. [151] Open Bionics es una empresa que está desarrollando prótesis de manos robóticas de código abierto. Utilizan impresión 3D para fabricar los dispositivos y escáneres 3D de bajo costo para colocarlos en el muñón de un paciente específico. El uso de la impresión 3D por parte de Open Bionics permite diseños más personalizados, como el "Hero Arm", que incorpora los colores, texturas e incluso la estética favoritos de los usuarios para parecerse a superhéroes o personajes de Star Wars con el objetivo de reducir el coste. Un estudio de revisión sobre una amplia gama de prótesis de manos impresas encontró que, aunque la tecnología de impresión 3D es prometedora para el diseño de prótesis individualizadas y es más barata que las prótesis comerciales disponibles en el mercado, es más cara que los procesos de producción en masa, como el moldeo por inyección. El mismo estudio también encontró que aún faltan pruebas sobre la funcionalidad, durabilidad y aceptación por parte del usuario de las prótesis de mano impresas en 3D. [152]
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En EE.UU. se encontró una estimación de 32.500 niños (<21 años) que sufrieron una amputación pediátrica mayor, con 5.525 nuevos casos cada año, de los cuales 3.315 congénitos. [153]
Carr et al. (1998) investigaron las amputaciones causadas por minas terrestres en Afganistán, Bosnia y Herzegovina, Camboya y Mozambique entre niños (<14 años), mostrando estimaciones de 4,7, 0,19, 1,11 y 0,67 por 1.000 niños, respectivamente. [154] Mohan (1986) indicó que en la India había un total de 424.000 amputados (23.500 al año), de los cuales el 10,3% tenían una discapacidad inicial antes de los 14 años, lo que representa un total de aproximadamente 43.700 niños con deficiencias de extremidades sólo en la India. [155]
Se han creado pocas soluciones de bajo costo especialmente para niños. Ejemplos de dispositivos protésicos de bajo costo incluyen:
Este bastón de mano con banda de soporte de cuero o plataforma para la extremidad es una de las soluciones más sencillas y económicas que existen. Sirve bien como solución a corto plazo, pero es propenso a la formación rápida de contracturas si la extremidad no se estira diariamente mediante una serie de series de rango de movimiento (RoM). [78]
Esta solución, también bastante sencilla, consta de un encaje de yeso con un tubo de bambú o de PVC en la parte inferior, opcionalmente unido a una prótesis de pie. Esta solución previene contracturas porque la rodilla se mueve en todo su RoM. La Colección David Werner, una base de datos en línea para la asistencia a los niños discapacitados de las aldeas, muestra manuales de producción de estas soluciones. [156]
Esta solución se construye utilizando una tija de sillín de bicicleta boca abajo como pie, lo que genera flexibilidad y capacidad de ajuste (en longitud). Es una solución muy económica que utiliza materiales disponibles localmente. [157]
Se trata de un miembro inferior modular endoesquelético procedente de la India, que utiliza piezas termoplásticas. Sus principales ventajas son el pequeño peso y la adaptabilidad. [78]
Las monoextremidades son prótesis no modulares y, por lo tanto, requieren un protesista más experimentado para su correcta adaptación, ya que la alineación apenas se puede cambiar después de la producción. Sin embargo, su durabilidad en promedio es mejor que la de las soluciones modulares de bajo costo. [158]
Varios teóricos han explorado el significado y las implicaciones de la extensión protésica del cuerpo. Elizabeth Grosz escribe: "Las criaturas utilizan herramientas, adornos y aparatos para aumentar sus capacidades corporales. ¿Les falta a sus cuerpos algo que necesitan reemplazar con órganos artificiales o sustitutos?... O por el contrario, ¿deben entenderse las prótesis, en términos de ¿Reorganización y proliferación estética, como consecuencia de una inventiva que funciona más allá y quizás desafiando la necesidad pragmática? [159] Elaine Scarry sostiene que cada artefacto recrea y extiende el cuerpo. Las sillas complementan el esqueleto, las herramientas complementan las manos, la ropa aumenta la piel. [160] En el pensamiento de Scarry, "los muebles y las casas no son ni más ni menos internos al cuerpo humano que los alimentos que absorbe, ni son fundamentalmente diferentes de prótesis tan sofisticadas como pulmones, ojos y riñones artificiales. El consumo de cosas manufacturadas convierte el cuerpo de adentro hacia afuera, abriéndolo hacia y como cultura de los objetos”. [161] Mark Wigley , profesor de arquitectura, continúa esta línea de pensamiento sobre cómo la arquitectura complementa nuestras capacidades naturales y sostiene que "todas las prótesis producen una identidad borrosa". [162] Parte de este trabajo se basa en la caracterización anterior de Freud de la relación del hombre con los objetos como una relación de extensión.
Las prótesis desempeñan un papel vital en cómo una persona se percibe a sí misma y cómo la perciben otras personas. La capacidad de ocultar dicho uso permitió a los participantes protegerse de la estigmatización social que a su vez permitió su integración social y la reducción de los problemas emocionales relacionados con dicha discapacidad. [163] Las personas que pierden una extremidad primero tienen que lidiar con el resultado emocional de perder esa extremidad. Independientemente de los motivos de la amputación, ya sea por causas traumáticas o como consecuencia de una enfermedad, existe un shock emocional. Puede tener una amplitud mayor o menor dependiendo de una variedad de factores como la edad del paciente, la cultura médica, la causa médica, etc. Como resultado de la amputación, los informes de los participantes de la investigación estuvieron cargados de dramatismo. La primera respuesta emocional a la amputación fue de desesperación, una severa sensación de auto-colapso, algo casi insoportable. [164] Los factores emocionales son sólo una pequeña parte del análisis de las implicaciones sociales. Muchas personas que pierden una extremidad pueden sentir mucha ansiedad en torno a las prótesis y sus extremidades. Después de la cirugía, durante un período prolongado de tiempo, los pacientes entrevistados de la Biblioteca Nacional de Medicina notaron la aparición y aumento de la ansiedad. Muchos pensamientos negativos invadieron sus mentes. Las proyecciones sobre el futuro eran sombrías, marcadas por la tristeza, el desamparo e incluso la desesperación. La incertidumbre existencial, la falta de control y las pérdidas previstas en la vida debido a la amputación fueron las principales causas de ansiedad y, en consecuencia, cavilaciones e insomnio. [164] Desde la pérdida de una pierna hasta la obtención de una prótesis, también pueden ocurrir muchos factores, incluido el enojo y el arrepentimiento. La amputación de un miembro se asocia no sólo con la pérdida física y el cambio en la imagen corporal, sino también con una ruptura abrupta del sentido de continuidad. Para los participantes con una amputación como resultado de un trauma físico, el evento a menudo se vive como una transgresión y puede generar frustración e ira. [164]
También existen muchas preocupaciones éticas sobre cómo se fabrican y producen las prótesis. Una amplia gama de cuestiones éticas surgen en relación con los experimentos y el uso clínico de prótesis sensoriales: experimentación con animales; el consentimiento informado, por ejemplo, en pacientes con un síndrome de enclaustramiento que puede aliviarse con una prótesis sensorial; expectativas poco realistas de los sujetos de investigación que prueban nuevos dispositivos. [165] Cómo surgen las prótesis y las pruebas de la usabilidad del dispositivo es una preocupación importante en el mundo médico. Aunque se obtienen muchos aspectos positivos cuando se anuncia un nuevo diseño de prótesis, la forma en que el dispositivo llegó a donde está lleva a cuestionar la ética de las prótesis.
También hay muchos debates entre la comunidad protésica sobre si deberían usar prótesis. Esto se debe a si las prótesis ayudan en la vida diaria o la hacen más difícil. Muchas personas se han adaptado a la pérdida de una extremidad para que les funcione y no necesiten una prótesis en su vida. No todos los amputados llevarán una prótesis. En una encuesta nacional de amputados australianos realizada en 2011, Limbs 4 Life encontró que el 7 por ciento de los amputados no usan una prótesis, y en otro estudio de un hospital australiano, este número se acercaba al 20 por ciento. [166] Muchas personas informan que se sienten incómodas con las prótesis y que no quieren usarlas, incluso informan que usar una prótesis es más engorroso que no tener ninguna. Estos debates son naturales entre la comunidad protésica y nos ayudan a arrojar luz sobre los problemas que enfrentan.
Diez fechas de radiocarbono en la prótesis, huesos humanos y piezas de madera de la misma tumba sugieren que la edad más probable del entierro es alrededor del 300-200 a. C. (intervalo de confianza del 68%), introduciendo así la prótesis de pierna funcional más antigua conocida hasta la fecha.
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