В каком году были использованы протезы. Бионический протез: устройство, установка, принцип работы. Бионические протезы конечностей. Установка искусственных конечностей в России

У большинства людей протезы конечностей вызывают смешанные чувства. Но мало у кого протезы ассоциируются с военным временем и с бесчисленными ампутированными конечностями того времени.

Сегодня инвалиды с двумя ампутированными конечностями регулярно выигрывают золотые медали на Параолимпийских играх, а компьютерные технологии позволяют протезированным конечностям принимать сигналы от мозга. Но были времена, когда инвалидам приходилось мучиться с деревянными протезами, терпеть безразличие, а иногда и презрение окружающих, а зачастую им суждено было умереть из-за недоступности медицинской помощи.

Вплоть до 19 века, функциональные протезы были доступны только для состоятельных пациентов. Например, эта железная рука была предназначена для немецкого имперского рыцаря Готфрида фон Берлингена (Gottfried von Berlichingen).

Это фотографии трех из 35000 ветеранов гражданской войны, которые выжили после ампутаций.

Хотя ампутация была одной из первых зарегистрированных операций, указанных в трактате Гиппократа «О Суставах» приблизительно в 4-ом веке до нашей эры, данная процедура стала практически осуществимой после капитального усовершенствования в области предотвращения потери крови в течение 15-го и 16-го веков. Врачи начали перевязывать отдельные кровеносные сосуды и использовали жесткие жгуты, чтобы замедлить приток крови.

Тем не менее, ампутацию делали только тем пациентам, чья жизнь и без того уже была под угрозой из-за тяжелой инфекции или травмы, так как операции часто имели смертельный исход. «Контроль над некоторыми факторами, такими как потеря крови, боль и профилактика инфекций, значительно улучшает шансы инвалида на выживание», — говорит Стюарт Имменс (Stewart Emmens), куратор кафедры общественного здоровья в Музее Науки в Лондоне.

Врач Амбруаз Паре (Ambroise Paré), официальный брадобрей королей Франции в 16 веке, отмечал смертельные последствия хирургических методов и искал более эффективные способы лечения пациентов. Паре особенно интересовался лечением боевых ран, а в его первой книге рассказывается о методах лечения огнестрельных ранений и проблемах, связанных с часто используемыми в то время методами прижигания.

Подборка протезов 19-го и 20-го веков хранящихся в архивах Музея науки в Лондоне. Фото Стюарта Имменса; изображение любезно предоставлено Музеем науки в Лондоне / SSPL .

Настоящий прорыв в механике протезирования конечностей совершил Джеймс Поттс своим дизайном протеза ноги «Англси» в 1800-х годах. Этот стиль протезов стал популярен благодаря маркизу Англси, после того, как он получил ранение в битве при Ватерлоо в 1815 году. Позже протез получил название «Хлопушка» из-за щелчка, который издавали двигающиеся части протеза, имитирующие движение ноги при ходьбе. Дизайн Поттса был позже улучшен Бенджамином Палмером (Benjamin Palmer), создатель так называемой «американской ноги» с пяткой с шарнирным механизмом (в 1846 году). Протез широко применялся во время первой мировой войны.

Слева, портрет эпохи гражданской войны, на котором изображен ветеран с типичным протезом ноги из дерева и кожи. Изображение предоставлено Национальным музеем медицины и здоровья. Эта деревянная нога в стиле Англси была произведена в Великобритании в 1901 году. Изображение предоставлено Музеем науки / SSPL .

Независимо от того могли ли инвалиды позволить себе «новомодную руку или ногу» или нет, они учились справляться со своими ограниченными возможностями и изобретать свои собственные решения. Некоторые настолько привыкали к временным заменам конечностей, что и не пытались найти функционирующие протезы. Другие создавали свои собственные «протезы» на основе имеющихся материалов.

Слева — деревянный протез ноги, который изначально был предназначен для использования в течение двух недель, но в итоге использовался и неоднократно ремонтировался своим владельцем-кровельщиком в течение 40 лет. Справа — отец смастерил эту конечность для 3 -летнего сына в 1903 году, возможно, из деревянной ножки стула. Изображения любезно предоставлены Музеем науки / SSPL .

Предприниматели, многие из которых сами были молодыми ветеранами, осознавали необходимость создания улучшенных механических устройств, которые позволили бы людям с ампутированными конечностями жить относительно нормальной жизнью.

Джеймс Эдвард Хангер (Edward Hanger) – один из таких молодых солдат, 18 -летний студент инженерного факультета Вашингтонского Колледжа. Он оставил школу, чтобы присоединиться к силам Конфедерации в маленьком городке в Западной Вирджинии. Хангер получил ранение в бою и ему ампутировали ногу выше колена. Эта была первая зарегистрированная ампутация во время гражданской войны.

Слева — один из ранних патентов Джеймса Хангера (James Hanger )от 1891 года, показывает его новый шарнирный механизм протеза. Изображение предоставлено Hanger . com . Справа — Самуэль Деккер (Samuel Decker ) еще один ветеран, который создал себе механические руки и впоследствии стал официальным швейцаром в Палате представителей США.

Во время реабилитации в родительском доме в Вирджинии, Хангер работал над улучшением «протеза» ноги, который ему предоставили в армии. Это был цельный кусок дерева, с которым ходить было ужасно трудно и шумно. В течение нескольких месяцев, он создал прототип, который позволял делать более плавные и тихие движения при ходьбе. Хотя первоначальный патент потерялся, разработки Хангера для протеза ног включали шарнирные механизмы и способности сгибания протеза, использование нержавеющих рычагов и резиновых прокладок.

Слева — этот протез руки был разработан для пианистки в 1895 году, которая играла в Альберт-Холле в Лондоне в 1906 году с помощью специально разработанной руки. Справа — это рука викторианской эпохи, представляет собой красивую металлическую конструкцию. Изображения любезно предоставлены Музеем науки / SSPL .

К концу Первой мировой войны, только в Великобритании насчитывалось около 41 000 человек с ампутированными конечностями. Несмотря на это, многие не использовали протезы из-за их неудобства.

Этот протез руки был разработан Томасом Опеншоу (Thomas Openshaw ) приблизительно в 1916 году, во время работы в качестве хирурга в больнице королевы Марии. Два пальца деревянной руки поддерживаются металлическими крючками, чтобы помочь с повседневными задачами. Изображение предоставлено Музеем науки / SSPL .

В 1929 в своей статье об эволюции протеза, американский врач Дж. Даффи Хэнкок (J. Duffy Hancock) написал, что «возвращение инвалидов к нормальной жизни и работе занимает второе место по важности, после спасения жизни».

Американский ветеран использует руку, оснащенную сварочным инструментом, в Армейском госпитале Walter Reed Army Hospital в 1919 году. Изображение предоставлено Национальным музеем здоровья и медицины.

«Между людьми и их протезами возникает невероятная связь», говорит Кэрролл. «Если я беру протезы в лабораторию для проверки, они смотрят так, словно я уношу часть их тела. И я стараюсь делать это осторожно и деликатно. И это заставляет осознать, насколько протезы важны для них. Это их жизнь».

Эволюция протезирования представляет собой длительную и легендарную историю: от примитивных истоков до сложных современных конструкций. Как и в развитии любой другой области, некоторые идеи и изобретения работали и успешно развивались, в то время как другие остались на обочине истории и устарели.

Длинный и извилистый путь к компьютеризированным протезам начался около 1500 г. до н.э. Чтобы оценить, как далеко человечество зашло в области протезирования, для начала нам стоит посмотреть на опыт древних египтян.

Египтяне были пионерами ортопедической техники. Их «рудиментарные» протезы были сделаны из ткани, и считается, что их носили больше для чувства «цельности», чем ради их протезных функций. Первый функциональный протез большого пальца ноги, принадлежащей особе дворянского рода, был найден в Египте. Согласно данным ученых, он был создан в период 950-710 гг. до н.э. Протез состоял из двух деревянных частей, которые скреплялись кожаной нитью через отверстия, просверленные в древесине. Кожаный ремешок крепил палец к ноге с помощью кожаных нитей.

Сложно переоценить значение пальцев в жизни человека, но примечателен тот факт, что первый реальный пример протезирования относится именно к ним, а не к тем частям тела или конечностям, которые могут казаться более важными – например, рукам или ногам. Существует предположение, что на создание такого протеза египтян вынудила важность традиционных египетских сандалий в гардеробе знатной женщины, которые невозможно было носить, не имея большого пальца.

Это внимание к эстетической привлекательности протезов является довольно распространенным явлением среди древних устройств и даже может быть более важным, чем их функциональность.

424 г. до н.э. – 1 г. до н.э.

В результате раскопок в 1858 году в итальянском городе Капуя была найдена первая искусственная нога, которую сделали приблизительно в 300 г. до н.э. Она сделана из бронзы и железа, с деревянным сердечником, которую, по-видимому, носили ниже колена. Существует точная копия этого протеза, которую можно увидеть в Музее науки в Лондоне.

Самый известный случай в древнеримской истории протезирования описан римским ученым Плинием Старшим, и связан с генералом Марком Сергием, который считается первым документально подтвержденным носителем искусственной конечности. Во второй Пунической войне Сергий потерял правую руку и получил протез, сделанный из железа, чтобы тот мог держать свой щит и продолжать битву.

В истории Древней Греции также сохранились сведения об успешном протезировании. В 424 году до н.э. древнегреческий историк Геродот писал о персидском провидце, который был приговорен к смерти, но ампутировал себе ногу и сделал деревянный протез, чтобы пройти почти 50 километров пути до следующего города и таким образом скрыться от преследования.

Темные века (476-1000 гг.)

В этот период человечество продвинулось в протезировании и создавало более сложные устройства, чем ручной крюк или деревянная нога. Большинство протезов в то время выполняли больше эстетическую функцию и были сделаны для того, чтобы скрыть уродства или травмы, полученные в бою. У рыцарей были протезы для рук, которые позволяли держать щит и для ног, чтобы можно было закрепить ее в стремени, с небольшим вниманием к функциональности. В то время носить протезы вне битвы могли себе позволить только очень богатые люди.

Проектированием и созданием искусственных конечностей в темные века в основном занимались торговцы и оружейники. Но кроме них развитию протезирования способствовали и люди других профессий. Так, например, часовщики были особенно полезны для добавления сложных внутренних функций с помощью пружин и зубчатых колес.

Эпоха ренессанса (1400-1800 гг.)

Эпоха возрождения открыла новые перспективы для искусства, философии, науки и медицины. В это время произошло возрождение в истории протезирования зубов: их изготавливали преимущественно из железа, стали, меди и дерева.

История протезирования всегда переплетается с историей войн и жизнью солдат, которые ведут борьбу. Примеры из Средневековья показывают, насколько медленно развивалась эта область – железные руки, которые изготавливали для рыцарей, были не более продвинутыми, чем те, что использовал генерал Сергий тысячу лет назад.

В 1508 году у немецкого наемника Гетца фон Берлихингена была пара технологически продвинутых железных рук, сделанных после того, как он потерял правую руку в битве при Ландсхуте. Ими можно было управлять с помощью пружин, подвешенных на кожаных ремешках.

Около 1512 года итальянский хирург, путешествуя по Азии, обратил внимание на человека с двусторонней ампутацией рук, который мог снять шляпу, открыть свой кошелек и поставить свою подпись с помощью протеза. Еще одна история того времени связана с серебряной рукой, которая была сделана для турецкого султана Хайреддина Барбароссы, воевавшего с испанцами в Бужи.

С середины до конца 1500-х годов

Французский армейский цирюльник Амбруаз Паре, по мнению многих ученых, является отцом современной хирургии ампутации и ортопедических конструкций. В 1529 году он ввел современные процедуры ампутации в медицинском сообществе, а в 1536 году сделал навесные протезы для верхних и нижних конечностей. Он также модифицировал искусственную ногу ниже колена, добавив к ней регулируемые ремни безопасности, управление блокировкой колена и другие технические особенности, которые используются в современных устройствах.

Его работа продемонстрировала первое истинное понимание того, как должен работать протез. Коллега Паре – Лоррен, французский слесарь, сделал один из самых важных вкладов в этой области, используя в изготовлении протеза кожу, бумагу и клей вместо тяжелого железа.

Большая часть работы Паре отменила многие из широко распространенных медицинских верований того времени, часть из которых приносила больше вреда, чем пользы. Например, Паре установил, что если наносить масло к месту огнестрельного ранения или любой другой раны не приводит к исцелению, как считалось ранее, а на самом деле оказывает негативное воздействие. То же касается и прижигания – еще одного распространенного метода, который казался Паре неэффективным. Вместо этого Паре пользовался перевязкой артерий, и стал, возможно, первым врачом, который проводил эту операцию.

XVII-XIX вв.

В 1696 году Питер Вердайн разработал первый протез ноги ниже колена без дополнительной фиксации, который позже станет основой для современного протезирования суставов и корсетных устройств.

В 1800 году лондонец Джеймс Поттс разработал протез, изготовленный из деревянного стержня со стальным коленным суставом и шарнирной ногой, которая крепилась кетгутовыми нитями от колена до лодыжки. Впоследствии такой протез будут называть «ногой Англси» в честь Генри Уильяма Пэджета – первого человека, удостоенного титула маркиза Англси, который потерял ногу в битве при Ватерлоо и воспользовался изобретением Поттса. В 1839 году Уильям Селфо завез этот протез в США, где он стал известен как «нога Селфо».

В 1843 году сэр Джеймс Сайм открыл новый метод ампутации лодыжки, не приводящий к ампутации до бедра. Этот подход приветствовался в сообществе инвалидов-ампутантов, поскольку это означало, что появилась возможность ходить не с протезом, заменяющим всю ногу, а только лишь с искусственной ступней.

В 1846 году Бенджамин Палмер решил улучшить положение дел для пациентов с ампутацией нижней конечностей и доработал «ногу Селфо», добавив переднюю пружину, сгладив внешний вид и прикрыв сухожилия, чтобы имитировать естественные движения.

Дуглас Блай изобрел и запатентовал «анатомическую ногу доктора Блая» в 1858 году, которую он называл «наиболее полным и успешным изобретением из когда-либо созданных среди искусственных конечностей». А уже в 1863 году Дюбуа Пармли изобрел усовершенствованный протез с присоской, полицентрическим коленом и множеством шарниров.

Позже Густав Герман предложил использовать алюминий вместо стали, чтобы сделать протезы легче и функциональнее. Такое легкое устройство пришлось ждать до 1912 года, когда Марсель Дезуттер, известный английский летчик, потерявший ногу в авиакатастрофе, не сделал первый алюминиевый протез при помощи своего брата-инженера Чарльза.

Прогресс, которого достигли в своем развитии технологии протезирования за 300 лет, оказался незначительным. Однако достижения в хирургии и ампутации в середине XIX века позволили врачам сформировать культю таким образом, чтобы она была более восприимчива к присоединению протеза. Протезы не сильно улучшились, но жизнь становилась все более удобной для тех, кто носил их.

Переход к современности

По мере того, как продолжалась гражданская война в США, количество ампутаций росло катастрофически быстро, что заставляло американцев усиленно развиваться в области протезирования. Джеймс Хангер, один из первых ампутантов гражданской войны, разработал то, что он позже запатентовал как Hanger Limb – протез, изготовленный из бочарных клепок и металла, который имел шарнирные суставы в области колена и лодыжки. Hanger Limb оказалась на тот момент самой передовой технологией в истории протезирования, и основанная Хангером компания продолжает оставаться лидером в этой области.

В отличие от гражданской войны, Первая мировая не способствовала особенному прогрессу в этой области. Несмотря на отсутствие технических достижений хирурги и военные осознавали важность обсуждения технологии и разработки протезов. В конечном итоге это привело к формированию американской ассоциации протезирования и применения ортопедических изделий (AOPA).

После Второй мировой войны ветераны были недовольны отсутствием технологичных решений и требовали улучшения. Тогда правительство США заключило сделку с военными компаниями для улучшения протезов, а не оружия. Это соглашение открыло путь к разработке и производству современных протезов. Новые устройства намного легче – изготавливаются из пластика, алюминия и композитных материалов, чтобы обеспечить пациентов наиболее функциональными устройствами.

В 1970-х годах изобретатель Исидро М. Мартинес оказал огромное влияние на индустрию протезирования, когда разработал протез нижней конечности, который, вместо того, чтобы попытаться повторить движения природной конечности, был ориентирован на улучшение походки и уменьшение трения. Снижая давление и делая ходьбу более комфортной, Мартинес, который сам был инвалидом, улучшил жизнь многих будущих пациентов.

Наиболее резкое различие между современными искусственными конечностями и теми, что были сделаны в прошлом, находится на границе между протезом и той частью тела, к которой он будет крепиться. В прошлом система подвески для протезов конечностей была сделана из кожаных или тканных ремней, а паз был деревянным или металлическим, облицованным тканью. Большинство современных протезов сочетают в себе пластиковое гнездо и присоски. Они тщательно утепляются и предотвращают повреждение той части конечности, к которой крепится.

Современные разъемы также облегчают надевание и снимание протеза. Это особенно полезно, когда человек носит несколько протезов. Например, спортсмены могут иметь несколько протезов для бега, катания на лыжах, езды на велосипеде и другой физической деятельности. Чаще всего, они не похожи визуально на человеческие конечности. Это тщательно продуманная конструкция из пластика, резины и углеродного волокна, которые пропорционально приспособлены к телу. Они тщательно контролируются и проверяются во время соревнований, чтобы гарантировать, что не используются никакие дополнительные преимущества, например, более длинная конечность.

В дополнение к более легким устройствам появление микропроцессоров, компьютерных чипов и робототехники в современных приборах предназначено для возвращения пациентов к жизни, вместо того, чтобы просто обеспечить базовую функциональность или более привлекательный вид. Современные протезы способны имитировать функцию утраченной конечности точнее, чем когда-либо прежде.

В целом искусственные конечности не сильно продвинулись с тех пор. Тем не менее этот железный протез, принадлежащий Готцу фон Берлихингену (1480 – 1562), немецкому рыцарю, служащему императору Священной Римской империи Карла V, показывает, как именно в протезах появились петли.

Искусственные конечности вроде этих были дорогими, но позволяли владельцам, потерявшим конечность, продолжать боевую карьеру. Пальцы на шарнирах позволяли поднимать щит, держать бразды или даже стрелу. Эту конечность для фон Берлихингена изготовил оружейный мастер.

Спустя столетия, огромное количество жертв американской гражданской войны привело к тому, что спрос на протезы взлетел до небес. Многие ветераны занялись разработкой собственных протезов в ответ на ограниченные возможности предлагаемых конечностей.

Джеймс Хэнгер, один из первых людей с ампутированными конечностями войны, запатентовал «протез Хэнгера». Самуэль Деккер (на фото) тоже сделал собственную искусственную конечность и стал пионером модульного дизайна протезов.


В конструкции на снимке у Декера есть ложка, прикрепленная к его механическим рукам, указывающая на способность выполнять все повседневные действия с помощью протезов. Сегодня же проекты протезов требуют большего, чем просто замены утерянной конечности, они должны предлагать молодым инвалидам определенный возврат способностей. Но поколение времен Декера впервые в истории могло позволить инвалидам жить полноценной жизнью.

В 1900-х годах пионеры дизайна протезов начали развивать идею специализированных искусственных конечностей. Проекты протезов становились все более специальными и все менее сугубо декоративными.


Накладные кончики на большой палец и мизинец на изображении ниже служили одной определенной цели. Это пример искусственной руки пианистки, которая выступала в Роял Альберт Холл в Лондоне в 1906 году. Растопыренные пальцы позволяли ей брать одну октаву целиком. Несмотря на ее момент славы, имя пианистки сейчас неизвестно. Музей наук, в котором сейчас хранится этот экземпляр, сделал все возможное, чтобы открыть ее личность.

Современные методы

Впервые протезы были запущены в серийное производство в ответ на огромное количество жертв в Первой мировой войне. В США, армейский госпиталь им. Уолтера Рида производил множество искусственных конечностей для возвращающихся ветеранов. Этот пример демонстрирует инструмент для сварки и другие инструменты, интегрированные в протезы для инвалидов, которые возвращались к работе после войны.


И не только к работе, впрочем. В коллекции Национального музея медицины и здоровья США также есть накладка для игры в бейсбол. Армейский госпиталь Уолтера Рида до сих пор остается центром производства протезов в США, спустя сто лет.

После Первой мировой войны технологии продолжали развиваться. Д. В. Дорренс изобрел искусственную руку с захватом незадолго до Первой мировой войны, и после войны она стала популярной среди рабочих, которые смогли вернуться к работе, используя протез для захвата и манипуляций объектами. Это один из немногих проектов, которые остались относительно неизменными за последний век. Дорренс продемонстрировал свою многофункциональность в 1930-х годах, управляя автомобилем с использованием своего протеза.


В Великобритании госпиталь королевы Марии в Рохамптоне стал центром для изготовления протезов во время Второй мировой войны. Открылся он в 1939 году. В первый год 10 987 участников войны обратились в центр и еще 16 251 искусственная конечность были отправлены по почте. На пике войны фабрику расширили. Впрочем, благодаря прогрессу хирургических методов, лечению инфекций и доступности переливания крови после Первой мировой войны, необходимость ампутации значительно снизилась.

За последние несколько лет хирургия и, в частности, протезирование достигли невероятных высот. В Австралии, например, разрабатывают нейрокомпьютерный интерфейс, который позволит парализованным пациентам контролировать роботизированные протезы, а в Великобритании придумали искусственную руку, которая видит предметы перед собой.

Такие разработки, безусловно, облегчают жизнь людям, вынужденным носить искусственные конечности. Но когда же были изобретены первые протезы — 200 лет назад? В эпоху средневековья? На самом деле, намного раньше: история ампутации конечностей и последующего протезирования восходит к античности.

Первые пробы

Войны в Древней Греции не щадили солдат: около 80% раненых погибали в день сражения, а из оставшихся 20% - каждый третий умирал от полученных травм, уже вернувшись домой.

Конечно, замена потерянных конечностей становилась одной из самых важных задач медицины. В Древней Греции начали применять ампутацию еще в конце V — начале IV века до нашей эры. Судя по Гиппократовскому корпусу «О вправлении суставов», это были самые простые ампутации кистей рук, стоп и пальцев. Кроме того, в своем труде Гиппократ предостерегает от удаления всей руки или ноги.

Примерно в это же время начала развиваться ортопедическая хирургия, и у древних греков появились первые протезы, которые стали альтернативой костылям и палкам для опоры. Например, Геродот — древнегреческий «отец истории» — в своем труде рассказывает, как во время греко-персидской войны (499−449 гг. до н.э.) персидский гадатель Гегесистрат, заключенный спартанцами в тюрьму, ампутировал себе часть ноги и смастерил взамен деревянный аналог.

Древние египтяне использовали похожую технологию. Археологам удалось обнаружить в гробницах искусственные пальцы ног из дерева. Как говорят исследователи, признаки износа демонстрируют их жизненную необходимость, а не эстетическую функцию.

Хирургия как область медицины значительно продвинулась в эпоху Эллинизма (323−31 гг. до н.э.). Успехи были в значительной мере достигнуты благодаря практикующим врачам из Александрии, которые глубоко изучали анатомию человека и даже проводили вивисекцию преступников, приговоренных к смертной казни.

Это помогло древнегреческим медикам понять систему кровообращения, в частности — как остановить кровотечение. Они обнаружили, что ампутацию можно проводить медленнее и осторожнее, чем раньше. И это понижало риск смерти пациента на операционном столе.

Детали из железа и бронзы

На юге Италии, в городе Капуя, археологи нашли в гробнице искусственную ногу, датированную концом IV — началом III века до нашей эры. Она имела деревянную сердцевину, покрытую бронзой. Протез крепился на место при помощи кожаного пояса, который, как полагают исследователи, позволял легче двигаться.

Еще один пример — римский генерал Марк Сергий Сил. Он потерял правую руку во время Второй Пунической войны (218−201 гг. до н.э.). Вместо того, чтобы уйти в отставку генерал смог достать железную руку, которую впоследствии использовал, чтобы держать щит, научившись управлять мечом левой рукой.

Протезы, обнаруженные и изученные археологами, показывают, что, скорее всего, они были спроектированы и изготовлены с учетом индивидуальных особенностей и предпочтений человека. Вполне возможно, что их создавали те же ремесленники, которые делали для воинов оружие и доспехи.

Темные пятна истории

В истории протезирования есть еще загадки: в частности, исследователи до сих пор не знают, как искусственные конечности вживлялись солдатам — в медицинских трактатах нет упоминания об этих процедурах.

Кстати, после окончания эпохи и вплоть до XVI века протезы практически никак не модифицировались, пока французский королевский хирург Амбруаз Паре не придумал механическую версию искусственных конечностей, которые могли сгибаться как настоящие.