Prótesis

En medicina, una prótesis (plural: prótesis; del griego antiguo: πρόσθεσις, romanizado: prósthesis, lit.  'adición, aplicación, unión'), o un implante protésico, es un dispositivo artificial que reemplaza una parte faltante del cuerpo, que puede ser perdido por un trauma, enfermedad o una condición presente al nacer (trastorno congénito). Las prótesis están destinadas a restaurar las funciones normales de la parte del cuerpo que falta. La rehabilitación de amputados está coordinada principalmente por un fisiatra como parte de un equipo interdisciplinario compuesto por fisiatras, protesistas, enfermeras, fisioterapeutas y terapeutas ocupacionales.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.

Tipos

La prótesis de una persona debe diseñarse y ensamblarse de acuerdo con la apariencia y las necesidades funcionales de la persona. Por ejemplo, una persona puede necesitar una prótesis transradial, pero la persona debe elegir entre un dispositivo funcional estético, un dispositivo mioeléctrico, un dispositivo impulsado por el cuerpo o un dispositivo de 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 además en hemifaciales, auriculares (oreja), nasales, orbitarias y oculares. Las prótesis intraorales incluyen prótesis dentales, tales como prótesis dentales, obturadores e implantes dentales.

Las prótesis del cuello incluyen reemplazos de laringe, reemplazos de tráquea y esófago superior,

Las prótesis somáticas del torso incluyen prótesis mamarias que pueden ser únicas 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 y metoidioplastia en hombres biológicos y construir un nuevo pene en cirugías de reasignación de sexo de mujer a hombre.

Prótesis de extremidades

Las prótesis de miembros incluyen prótesis de extremidades superiores e inferiores.

Las prótesis de extremidades superiores se utilizan en diferentes 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 alimentados 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, ocio o profesional). Se puede encontrar una amplia descripción y clasificación de los dispositivos pasivos en una revisión de la literatura realizada por Maat et.al.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 manual ajustable). A pesar de la ausencia de prensión activa, los dispositivos pasivos son muy útiles en tareas bimanuales que requieren fijación o apoyo de un objeto, o para la gesticulación en la interacción social. Según datos científicos, un tercio de los amputados de miembros superiores en todo el mundo utilizan una mano protésica pasiva.Las extremidades accionadas por energía o por cable funcionan colocando un arnés y un cable alrededor del hombro opuesto del brazo dañado. La tercera categoría de dispositivos protésicos disponibles son los brazos mioeléctricos. Estos funcionan al detectar, a través de electrodos, cuando los músculos de la parte superior del brazo se mueven, lo que hace que una mano artificial se abra o se cierre. En la industria de las prótesis, un brazo protésico transradial a menudo se denomina "BE" o prótesis por debajo del codo.

Las prótesis de las 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 dispositivos protésicos para las extremidades inferiores son transtibiales (cualquier amputación que atraviese el hueso de la tibia o una anomalía congénita que dé como resultado una deficiencia tibial) y transfemoral (cualquier amputación que atraviese el hueso del fémur o una anomalía congénita que dé como resultado una deficiencia femoral).).

Una prótesis transfemoral es una extremidad artificial que reemplaza una pierna que falta por encima de la rodilla. A los amputados transfemorales les puede resultar muy difícil recuperar el movimiento normal. En general, una persona con amputación transfemoral debe utilizar aproximadamente un 80 % más de energía para caminar que una persona con dos piernas completas. 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 informáticos y combinaciones innovadoras de estas tecnologías para dar más control al usuario. En la industria de las prótesis, una pierna protésica 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 la retención de 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 pierna protésica transtibial a menudo se denomina "BK" o prótesis por debajo de la rodilla.

Los fisioterapeutas están capacitados para enseñar a una persona 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 el hogar. Hay algunas investigaciones que sugieren que dicho entrenamiento en el hogar puede tener más éxito si el tratamiento incluye el uso de una caminadora. El uso de una caminadora, 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 (disvascularización). 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. 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.

Las prótesis de las extremidades inferiores a menudo se clasifican según el nivel de amputación o según el nombre de un cirujano:

• Transfemoral (sobre la rodilla)
• Transtibial (por debajo de la rodilla)
• Desarticulación de tobillo (p. ej., amputación de Syme)
• Desarticulación de rodilla
• Hemipelvictomía (desarticulación de cadera)
• Amputaciones parciales de pie (Pirogoff, Talo-Navicular y Calcaneo-cuboides (Chopart), Tarso-metatarsianas (Lisfranc), Trans-metatarsianas, Metatarso-falángicas, amputaciones de Ray, amputaciones de dedos).
• Rotaplastia de Van Nes

Materias primas protésicas

Las prótesis se hacen livianas para una mayor comodidad para el amputado. Algunos de estos materiales incluyen:

• Plástica:
  • Polietileno
  • polipropileno
  • Acrílicos
  • Poliuretano
• Madera (primeras prótesis)
• Caucho (prótesis tempranas)
• Metales ligeros:
  • Titanio
  • Aluminio
• Composicion:
  • Polímeros reforzados con fibra de carbono

Las prótesis con ruedas también se han utilizado ampliamente en la rehabilitación de animales domésticos lesionados, incluidos perros, gatos, cerdos, conejos y tortugas.

Historia

Las prótesis se originaron en el antiguo Cercano Oriente alrededor del año 3000 a. C., y la evidencia más temprana de prótesis apareció en el antiguo Egipto e Irán. La mención más antigua registrada de prótesis oculares es de la historia egipcia del Ojo de Horus que data de alrededor del 3000 a. C., lo que implica 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. Los egipcios también fueron los primeros pioneros de las prótesis de pie, como lo demuestra la punta de madera encontrada en un cuerpo del Imperio Nuevo alrededor del año 1000 a.Otra mención textual temprana se encuentra en el sur de Asia alrededor del año 1200 a. C. e involucra a la reina guerrera Vishpala en el Rigveda. También se han encontrado coronas romanas de bronce, pero su uso pudo ser más estético que médico.

Una mención temprana de una prótesis proviene del historiador griego Heródoto, 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.

Prótesis de madera y metal

Plinio el Viejo también registró la historia de un general romano, Marco Sergio, a quien le cortaron la mano derecha durante una campaña y le hicieron una mano de hierro para sostener su escudo y poder regresar a la batalla. Un famoso y bastante refinado.El brazo protésico histórico fue el de Götz von Berlichingen, realizado a principios del siglo XVI. Sin embargo, el primer uso confirmado de un dispositivo protésico data del 950 al 710 a. 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 del pie artificial. Este dedo del pie, que consta de madera y cuero, exhibió evidencia de uso. Cuando los ingenieros biomecánicos la reprodujeron en 2011, los investigadores descubrieron que esta antigua prótesis permitía a su usuario caminar descalzo y con sandalias de estilo egipcio. Previamente, la primera prótesis descubierta fue una pierna artificial de Capua.

Casi al mismo tiempo, también se dice que François de la Noue tuvo una mano de hierro, al igual que, en el siglo XVII, René-Robert Cavalier de la Salle. Henri de Tonti tenía un gancho protésico en lugar de mano. Durante la Edad Media, la prótesis permaneció bastante básica en su forma. 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. Solo los ricos podían permitirse cualquier cosa que ayudara en la vida diaria.

Una prótesis notable fue la perteneciente a un hombre italiano, quien, según los científicos, reemplazó su mano derecha amputada con un cuchillo. Los científicos que investigan el esqueleto, que se encontró en un cementerio longobardo en Povegliano Veronese, estimaron que el hombre había vivido en algún momento entre los siglos VI y VIII d.C. Los materiales encontrados cerca del cuerpo del hombre sugieren que la prótesis de cuchillo estaba sujeta con una correa de cuero, que apretó repetidamente con los dientes.

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.

El progreso tecnológico antes del siglo XX

Un cirujano italiano registró la existencia de un amputado que tenía un brazo que le permitía quitarse el sombrero, abrir el bolso y firmar. 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 prótesis de pie y pata de palo para arrodillarse con una posición fija, arnés ajustable y control de bloqueo de la rodilla. La funcionalidad de sus avances mostró cómo podrían desarrollarse las prótesis futuras.

Otras mejoras importantes antes de la era moderna:

• Pieter Verduyn: primera prótesis por debajo de la rodilla (BK) sin bloqueo.
• James Potts: prótesis hecha de un vástago y un encaje de madera, una articulación de rodilla de acero y un pie articulado controlado por tendones de catgut desde la rodilla hasta el tobillo. Llegó a ser conocido como "Anglesey Leg" o "Selpho Leg".
• Sir James Syme: un nuevo método de amputación de tobillo que no implicó amputar el muslo.
• Benjamin Palmer – Mejorado sobre la pierna Selpho. Se agregó un resorte anterior y tendones ocultos para simular un movimiento de aspecto natural.
• Dubois Parmlee: prótesis creada con un encaje de succión, rodilla policéntrica y pie multiarticulado.
• Marcel Desoutter & Charles Desoutter – Primera prótesis de aluminio
• Henry Heather Bigg y su hijo Henry Robert Heather Bigg obtuvieron el mandato de la reina para proporcionar "aparatos quirúrgicos" a los soldados heridos después de la guerra de Crimea. Desarrollaron brazos que permitían hacer ganchillo a un amputado de dos brazos y una mano que los demás sentían naturales a base de marfil, fieltro y cuero.

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 fondos gubernamentales, se desarrolló un programa de investigación y desarrollo dentro del Ejército, la Marina, la Fuerza Aérea y la Administración de Veteranos.

Historia moderna de las extremidades inferiores

Después de la Segunda Guerra Mundial, un equipo de la Universidad de California, 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 encaje para las extremidades inferiores experimentó una nueva revolución durante la década de 1980 cuando John Sabolich CPO inventó el encaje del método de alineación trocantérea aducida contorneada (CATCAM), que luego evolucionó al encaje de Sabolich. Siguió la dirección de Ivan Long y Ossur Christensen a medida que desarrollaban alternativas al enchufe cuadrilátero, que a su vez seguía al enchufe de extremo abierto, creado a partir de madera.El avance se debió a la diferencia entre el encaje y el modelo de contacto con el paciente. Antes de esto, los encajes se hacían en forma cuadrada sin contención especializada para el tejido muscular. Por lo tanto, los nuevos diseños ayudan 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 protésicos para ayudar en el cuidado 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 del encaje a lo largo de los años incluyen a Tim Staats, Chris Hoyt y Frank Gottschalk.

Las primeras prótesis de rodilla controladas por microprocesador estuvieron disponibles a principios de la década de 1990. La prótesis inteligente fue la primera prótesis de rodilla controlada por microprocesador comercialmente disponible. 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. 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 forma de andar que respondía 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 solo los ajustes anuales del costo de vida.

En 2019, se lanzó un proyecto bajo AT2030 en el que los encajes a medida se fabrican utilizando un termoplástico, en lugar de un molde de yeso. Esto es más rápido de hacer y significativamente menos costoso. Los zócalos se denominaron zócalos de Amparo Confianza.

Historia moderna de las extremidades superiores

En 2005, DARPA inició el programa Revolutionizing Prosthetics.

Procedimiento del paciente

Una prótesis es un reemplazo funcional de una extremidad amputada, malformada congénita o faltante. Los protésicos 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 molde de yeso de la extremidad afectada del paciente. Los termoplásticos ligeros y de alta resistencia se fabrican a medida para este modelo de paciente. Los materiales de última generación como la fibra de carbono, el titanio y el 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 brinda estabilidad y control adicionales.

Tecnología actual y fabricación.

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 las extremidades artificiales se vean mucho más realistas, lo cual es importante para las personas con amputaciones transradiales y transhumerales porque es más probable que tengan la extremidad artificial expuesta.

Además de los nuevos materiales, el uso de la electrónica se ha vuelto muy común en las prótesis. Las extremidades mioeléctricas, que controlan las extremidades al convertir los movimientos musculares en señales eléctricas, se han vuelto mucho más comunes que las extremidades operadas por cable. Las señales mioeléctricas son captadas por electrodos, la señal se integra y, una vez que supera un cierto umbral, se activa la señal de control de la prótesis, por lo que inherentemente, todos los controles mioeléctricos se retrasan. Por el contrario, el control por cable es inmediato y físico, y por eso 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 a menudo se utilizan para ayudar en el diseño y la fabricación de miembros artificiales.

La mayoría de los miembros artificiales modernos se sujetan al muñón (muñón) del amputado mediante cinturones y manguitos o mediante succión. El muñón encaja directamente en un encaje de la prótesis o, más comúnmente en la actualidad, se usa un revestimiento que luego se fija al encaje ya sea por vacío (encajes de succión) o un pasador de bloqueo. Los revestimientos son blandos y, por eso, pueden crear un ajuste de succión mucho mejor que los encajes rígidos. Los revestimientos de silicona se pueden obtener en tamaños estándar, en su mayoría 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 miembro residual y para distribuir las fuerzas del miembro artificial en el área del miembro residual (en lugar de solo un punto pequeño), lo que ayuda a reducir el desgaste del miembro residual.

Producción de encaje protésico

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, que es fundamental para lograr un buen ajuste del encaje. El encaje personalizado se crea tomando un molde de yeso del muñón o, más comúnmente hoy en día, del revestimiento que se usa sobre el muñón, y luego se hace un molde con el yeso. El compuesto de uso común se llama yeso de París.En los últimos años, se han desarrollado varios sistemas de captura de formas digitales que se pueden ingresar directamente a una computadora, lo que permite un diseño más sofisticado. En general, el proceso de captura de formas comienza con la adquisición digital de datos geométricos tridimensionales (3D) del miembro residual de la persona amputada. Los datos se adquieren con una sonda, un escáner láser, un escáner de luz estructurada o un sistema de escaneo 3D basado en fotografías.

Después de la captura de 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 el 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. Por último, se inicia la fabricación del encaje protésico una vez rectificado y finalizado el modelo. Los protésicos envolverían el modelo positivo con una lámina de plástico semifundido o fibra de carbono recubierta con resina epoxi para construir el encaje protésico. Para el modelo computarizado, se puede imprimir en 3D utilizando varios materiales con diferente flexibilidad y resistencia mecánica.

El ajuste óptimo del encaje entre el muñón y el encaje es fundamental para la función y el uso de toda la prótesis. Si el ajuste entre el muñón y el encaje es demasiado flojo, se reducirá el área de contacto entre el muñón y el encaje o el inserto, y aumentarán las bolsas entre la piel del muñón y el encaje o el inserto. Entonces la presión es más alta, lo que puede ser 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 comezón. Con el tiempo, esto puede conducir a la ruptura de la piel. Por otro lado, un ajuste muy ajustado puede aumentar excesivamente las presiones de la interfaz, lo que también puede provocar lesiones en la piel después de un uso prolongado.

Las extremidades artificiales generalmente se fabrican siguiendo los siguientes pasos:

1. Medición del muñón
2. Medición del cuerpo para determinar el tamaño requerido para el miembro artificial
3. Colocación de un liner de silicona.
4. Creación de un modelo del liner colocado sobre el muñón
5. Formación de lámina termoplástica alrededor del modelo: luego se usa para probar el ajuste de la prótesis
6. Formación de alveolo permanente
7. Formación de piezas de plástico del miembro artificial: se utilizan diferentes métodos, incluido el moldeado al vacío y el moldeado por inyección.
8. Creación de piezas metálicas del miembro artificial mediante fundición a presión
9. Montaje de toda la extremidad

Brazos impulsados ​​por el cuerpo

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.

Enchufes

Los brazos accionados por el cuerpo actuales contienen enchufes construidos con epoxi duro o fibra de carbono. Estos encajes o "interfaces" se pueden hacer más cómodos si se revisten con un material de espuma comprimible más suave que proporciona un acolchado para las prominencias óseas. Un diseño de encaje autosuspensivo o supracondíleo es útil para aquellos con ausencia por debajo del codo de rango corto a medio. Las extremidades más largas pueden requerir el uso de un forro interior de tipo roll-on con bloqueo o un arnés más complejo para ayudar a aumentar la suspensión.

Muñecas

Las unidades de muñeca son conectores de rosca con rosca UNF 1/2-20 (EE. UU.) o conector de liberación rápida, de los cuales hay diferentes modelos.

Apertura voluntaria y cierre voluntario

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 tipo apertura voluntaria.

Los "prehensores" más modernos llamados GRIPS utilizan sistemas de cierre voluntario. Las diferencias son significativas. Los usuarios de sistemas de apertura voluntaria confían en bandas elásticas o resortes para la fuerza de agarre, mientras que los usuarios de sistemas de cierre voluntario confían en su propio poder y energía corporal para crear la fuerza de agarre.

Los usuarios de cierre voluntario pueden generar fuerzas de prensión equivalentes a las de la mano normal, de hasta cien libras o más. Los GRIPS de cierre voluntario requieren una tensión constante para agarrar, como una mano humana, y en esa propiedad, se acercan más al rendimiento de la mano humana. Los usuarios de anzuelos divididos de apertura voluntaria están limitados a las fuerzas que pueden generar sus cauchos o resortes, que generalmente es inferior a 20 libras.

Retroalimentación

Existe una diferencia adicional en la biorretroalimentación creada que permite al usuario "sentir" lo que se está sosteniendo. 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 retroalimentación de agarre una vez que el gancho se ha cerrado alrededor del objeto que se sujeta. 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 que los pacientes amputados manejen los sistemas de manos protésicas de una manera más natural.

Un estudio reciente mostró que al estimular los nervios mediano y cubital, de acuerdo con la información proporcionada por los sensores artificiales de una prótesis de mano, se podría proporcionar información sensorial fisiológicamente apropiada (casi natural) a una persona amputada. Esta retroalimentación permitió al participante modular efectivamente la fuerza de agarre de la prótesis sin retroalimentación visual o auditiva.

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. 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.

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 el paciente recibiría de su mano natural. Desafortunadamente, el brazo es demasiado costoso para que lo adquiera el usuario promedio, sin embargo, Jacob mencionó que las compañías de seguros podrían cubrir los costos de la prótesis.

Dispositivos terminales

Los dispositivos terminales contienen una variedad de ganchos, prehensores, manos u otros dispositivos.

Manos

Los sistemas de gancho partido de apertura voluntaria son simples, convenientes, livianos, robustos, versátiles y relativamente asequibles.

Un gancho no coincide con una mano humana normal en cuanto a apariencia o versatilidad general, pero sus tolerancias materiales pueden exceder y sobrepasar la mano humana normal para el estrés mecánico (incluso se puede usar un gancho para cortar cajas abiertas o como un martillo, mientras que el mismo no es posible con una mano normal), para la estabilidad térmica (se puede usar un gancho para sujetar elementos del agua hirviendo, para dar vuelta a la carne en una parrilla, para sostener un fósforo hasta que se haya quemado por completo) y para peligros químicos (como un gancho de metal resiste los ácidos o la lejía y no reacciona a los solventes como un guante protésico o la piel humana).

Manos

Las manos protésicas están disponibles tanto en versiones de apertura voluntaria como de cierre voluntario y, debido a su mecánica más compleja y su cobertura cosmética del guante, requieren una fuerza de activación relativamente grande que, según el tipo de arnés utilizado, puede resultar incómoda. Un estudio reciente de la Universidad Tecnológica de Delft, Países Bajos, mostró que el desarrollo de prótesis mecánicas de mano se ha descuidado durante las últimas décadas. El estudio mostró que el nivel de fuerza de pellizco de la mayoría de las manos mecánicas actuales es demasiado bajo para un uso práctico. La mano mejor probada fue una mano protésica desarrollada alrededor de 1945. Sin embargo, en 2017, Laura Hruby, de la Universidad de Medicina de Viena, inició una investigación con manos biónicas.También están disponibles algunas manos biónicas imprimibles en 3D de hardware abierto. Algunas empresas también están produciendo manos robóticas con antebrazo integrado, para adaptarse a la parte superior del brazo de un paciente y en 2020, en el Instituto Italiano de Tecnología (IIT), se desarrolló otra mano robótica con antebrazo integrado (Soft Hand Pro).

Proveedores y materiales comerciales

Hosmer y Otto Bock son importantes proveedores de anzuelos comerciales. Hosmer y Otto Bock también venden manos mecánicas; Becker Hand todavía es fabricado por la familia Becker. Las manos protésicas pueden equiparse con guantes de silicona de aspecto cosmético estándar o hechos a medida. Pero también se pueden usar guantes de trabajo normales. Otros dispositivos terminales incluyen V2P Prehensor, una pinza robusta y versátil que permite a los clientes modificar aspectos de la misma, Texas Assist Devices (con una variedad completa de herramientas) y TRS que ofrece una gama de dispositivos terminales para deportes. Los arneses de cables se pueden construir utilizando cables de acero para aeronaves, bisagras de bola y cubiertas de cables autolubricantes. Algunas prótesis han sido diseñadas específicamente para su uso en agua salada.

Prótesis de extremidades inferiores

Las prótesis de extremidades inferiores describen extremidades reemplazadas artificialmente ubicadas al nivel de la cadera o más abajo. Con 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 cada 10 000 habitantes. Para las tasas de prevalencia al nacer de la deficiencia congénita de las extremidades, encontraron una estimación entre 3,5 y 7,1 casos por cada 10.000 nacimientos.

Las dos subcategorías principales de dispositivos protésicos para las extremidades inferiores son transtibial (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 un defecto femoral). deficiencia). En la industria protésica, una pierna protésica transtibial a menudo se denomina "BK" o prótesis por debajo de la rodilla, mientras que la pierna protésica transfemoral se denomina a menudo "AK" o prótesis por encima de la rodilla.

Otros casos menos frecuentes de las extremidades inferiores incluyen los siguientes:

1. Desarticulaciones de cadera: esto generalmente se refiere a cuando un paciente amputado o con problemas congénitos tiene una amputación o una anomalía en la articulación de la cadera o cerca de ella.
2. Desarticulaciones de rodilla: esto generalmente se refiere a una amputación a través de la rodilla que desarticula el fémur de la tibia.
3. Symes: se trata de una desarticulación del tobillo conservando la almohadilla del talón.

Enchufe

El encaje sirve como interfaz entre el residuo y la prótesis, lo que idealmente permite soportar el peso cómodamente, controlar el movimiento y la propiocepción. Los problemas de encaje, como la incomodidad y la ruptura de la piel, se clasifican entre los problemas más importantes que enfrentan las personas con amputaciones de miembros inferiores.

Vástago y conectores

Esta parte crea distancia y apoyo entre la articulación de la rodilla y el pie (en el caso de una prótesis de parte superior de la pierna) 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 encaje se pueden cambiar después del ajuste. En los países en desarrollo, las prótesis en su mayoría son no 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.

Pie

Proporcionando contacto con el suelo, el pie proporciona absorción de impactos y estabilidad durante la postura. 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 estructura del sujeto para producir un patrón de marcha normal. Andrysek (2010) encontró 16 tipos diferentes de pies, con resultados muy variados en cuanto a durabilidad y biomecánica. El principal problema que se encuentra en los pies actuales es la durabilidad, que va de los 16 a los 32 mesesEstos resultados son para adultos y probablemente serán peores para los niños debido a niveles de actividad más altos y efectos de escala. La evidencia que compara diferentes tipos de pies y dispositivos protésicos de tobillo no es lo suficientemente fuerte para determinar si un mecanismo de tobillo/pie es superior a otro. 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.

Articulación de la rodilla

En el caso de una amputación transfemoral (por encima de la rodilla), también existe la necesidad de un conector complejo que proporcione articulación y permita la flexión durante la fase de balanceo pero no durante la postura. Como su propósito es reemplazar la rodilla, la articulación de rodilla protésica es el componente más crítico de la prótesis para amputados transfemorales. La función de una buena articulación de rodilla protésica es imitar la función de la rodilla normal, como proporcionar soporte estructural y estabilidad durante la fase de apoyo 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. La prótesis de rodilla está conectada al pie protésico por el vástago, que generalmente está hecho de un tubo de aluminio o grafito.

Uno de los aspectos más importantes de una articulación de rodilla protésica sería su mecanismo de control de fase de apoyo. La función del control de la fase de apoyo es evitar que la pierna se tuerza cuando se carga la extremidad durante la aceptación del peso. Esto asegura la estabilidad de la rodilla para apoyar la tarea de soporte de una sola extremidad de la fase de apoyo y proporciona una transición suave a la fase de balanceo. El control de la fase de apoyo se puede lograr de varias maneras, incluidos los bloqueos mecánicos, la alineación relativa de los componentes protésicos, el control de la fricción activado por el peso y los mecanismos policéntricos.

Control por microprocesador

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 pierna C de Otto Bock, presentada en 1997, la rodilla Rheo de Ossur, lanzada en 2005, la rodilla Power de Ossur, presentada en 2006, la rodilla Plié de Freedom Innovations y la rodilla de autoaprendizaje (SLK) de DAW Industries.

La idea fue desarrollada originalmente por Kelly James, una ingeniera canadiense de la Universidad de Alberta.

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 está empleando 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.

La principal ventaja de una prótesis controlada por microprocesador es una mayor aproximación a la marcha natural de una persona amputada. Algunos permiten que los amputados caminen cerca de la velocidad de caminata o corran. Las variaciones en la velocidad también son posibles y los sensores las toman en cuenta y las comunican al microprocesador, que se ajusta a estos cambios en consecuencia. También permite que los amputados bajen las escaleras con un enfoque de paso a paso, en lugar del enfoque de un paso a la vez que se usa con las rodillas mecánicas. Hay algunas investigaciones que sugieren que las personas con prótesis controladas por microprocesador reportan una mayor satisfacción y mejora en la funcionalidad, la salud del muñón y la seguridad. Las personas pueden realizar actividades cotidianas a mayor velocidad, incluso mientras realizan múltiples tareas, y reducir el riesgo de caídas.

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.

Mioeléctrico

Una prótesis mioeléctrica utiliza la tensión eléctrica que se genera cada vez que se contrae un músculo, como información. 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 mano, muñeca, codo o pie protésico eléctrico.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 pruebas claras que concluyan que las prótesis mioeléctricas de las extremidades superiores funcionan mejor que las prótesis accionadas por el cuerpo. Las ventajas de usar una prótesis mioeléctrica para las extremidades superiores 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 en el miembro fantasma.En comparación con una prótesis impulsada por el cuerpo, una prótesis mioeléctrica puede no ser tan duradera, puede requerir un tiempo de capacitación más largo, puede requerir más ajustes, puede necesitar más mantenimiento y no proporciona información al usuario.

El Prof. Álvaro Ríos Poveda lleva varios años trabajando en una solución no invasiva y asequible a este problema de retroalimentación. Él considera que: "Las prótesis que se pueden controlar con el pensamiento son muy prometedoras para el amputado, pero sin la retroalimentación sensorial de las señales que regresan al cerebro, puede ser difícil lograr el nivel de control necesario para realizar movimientos precisos. Al conectar el sentido del tacto de una mano mecánica directamente al cerebro, las prótesis pueden restaurar la función de la extremidad amputada de una manera casi natural". Presentó la primera mano protésica mioeléctrica con retroalimentación sensorial en el XVIII Congreso Mundial de Física Médica e Ingeniería Biomédica de 1997, realizado en Niza, Francia.

La URSS fue la primera en desarrollar un brazo mioeléctrico en 1958, mientras que el primer brazo mioeléctrico se comercializó en 1964 por el Central Prosthetic Research Institute de la URSS y lo distribuyó Hangar Limb Factory del Reino Unido.

Prótesis robóticas

Los robots se pueden usar para generar medidas objetivas del deterioro del paciente y el resultado de la terapia, ayudar en el diagnóstico, personalizar las terapias según las habilidades motoras del paciente y asegurar el cumplimiento de los regímenes de tratamiento y mantener los registros del paciente. Se muestra en muchos estudios 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. 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 la actividad eléctrica en la piel, electrodos de aguja implantados en el músculo o conjuntos de electrodos de estado sólido con nervios que crecen a través de ellos. Un tipo de estos biosensores se emplea 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 del usuario a los actuadores del dispositivo e interpreta la retroalimentación de los sensores mecánicos y biosensores 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 anteriormente controlaban los músculos de una extremidad amputada, se desvían quirúrgicamente de modo que reinervan 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, en su lugar se contrae una pequeña área de músculo en su 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.

Una variante de esta técnica se denomina reinervación sensorial dirigida (TSR). Este procedimiento es similar a la TMR, excepto que los nervios sensoriales se desvían quirúrgicamente hacia la piel del tórax, en lugar de que los nervios motores se desvíen hacia el músculo. Recientemente, las extremidades robóticas han mejorado en su capacidad para tomar señales del cerebro humano y traducir esas señales 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 una extremidad artificial que se una directamente al sistema nervioso.

Brazos robóticos

Los avances en los procesadores utilizados en los brazos mioeléctricos han permitido a los desarrolladores obtener 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 programar el brazo 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 comercialmente disponible con cinco dedos accionados individualmente. La mano también posee un pulgar giratorio manualmente que es operado pasivamente por el usuario y permite que la mano agarre en modos de agarre de precisión, potencia y llave.

Otra prótesis neural 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. A principios de 2013, Max Ortiz Catalan y Rickard Brånemark de la Universidad Tecnológica de Chalmers y el Hospital Universitario Sahlgrenska en Suecia, logró fabricar el primer brazo robótico controlado por la mente y que puede adherirse permanentemente al cuerpo (utilizando la osteointegración).

Un abordaje que es muy útil se llama rotación del brazo, que es común para los amputados unilaterales, que es una amputación que afecta solo un lado del cuerpo; y también imprescindible para amputados bilaterales, persona desaparecida o amputada de ambos brazos o piernas, para realizar 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 rota el brazo residual, el imán rotará con el hueso residual, provocando un cambio en la distribución del campo magnético.Las señales de EEG (electroencefalograma), detectadas mediante pequeños discos metálicos planos adheridos al cuero cabelludo, 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.

Prótesis transtibiales robóticas

La investigación de las piernas robóticas ha avanzado un poco con el tiempo, lo que permite un control y un movimiento exactos.

Investigadores del Instituto de Rehabilitación de Chicago anunciaron en septiembre de 2013 que habían desarrollado una pierna robótica que traduce los impulsos neurales de los músculos del muslo del usuario en movimiento, que es la primera prótesis de pierna que lo hace. Actualmente se encuentra en pruebas.

Hugh Herr, director del grupo de biomecatrónica del Media Lab del MIT, desarrolló una pierna transtibial robótica (PowerFoot BiOM).

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 en 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.

Diseño de prótesis

El objetivo principal de una prótesis robótica es proporcionar una actuación activa durante la marcha para mejorar la biomecánica de la marcha, lo que incluye, entre otras cosas, la estabilidad, la simetría o el gasto de energía de los amputados. Hay varias piernas protésicas motorizadas actualmente en el mercado, incluidas piernas totalmente motorizadas, 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 la pierna, pero no no inyectar energía positiva neta en la marcha. Los ejemplos específicos incluyen The emPOWER de BionX, Proprio Foot de Ossur y Elan Foot de Endolite. Varios grupos de investigación también han experimentado con piernas robóticas durante la última década.Los temas centrales que se están investigando incluyen el diseño del comportamiento del dispositivo durante las fases de apoyo 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 que las prótesis se sientan. Este sistema nervioso sintético permite que las extremidades protésicas detecten braille, sientan el sentido del tacto y respondan al entorno.

Uso de materiales reciclados

Las prótesis se fabrican a partir de botellas y tapas de plástico recicladas en todo el mundo.

Apego al cuerpo

La mayoría de las prótesis se pueden unir al exterior del cuerpo, de manera no permanente. Sin embargo, algunos otros se pueden unir de manera permanente. Un ejemplo de ello son las exoprótesis (ver más abajo).

Fijación ósea directa y osteointegración

La osteointegración es un método para unir el miembro artificial al cuerpo. Este método también se denomina a veces exoprótesis (fijación de una extremidad artificial al hueso) o endoexoprótesis.

El método del muñón y la cavidad puede causar un dolor significativo en el amputado, razón por la cual se ha explorado ampliamente la unión directa al 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 une un pilar al perno de titanio. El pilar se extiende fuera del muñón y la extremidad artificial (removible) se une al pilar. Algunos de los beneficios de este método incluyen los siguientes:

• Mejor control muscular de la prótesis.
• La capacidad de usar la prótesis durante un período prolongado de tiempo; con el método del muñón y la cavidad esto no es posible.
• La capacidad de los amputados transfemorales para conducir un automóvil.

La principal desventaja de este método es que los amputados con la unión directa al hueso no pueden tener grandes impactos en la extremidad, como los que experimentan al trotar, debido a la posibilidad de que el hueso se rompa.

Cosmética

Las prótesis cosméticas se han utilizado durante mucho tiempo para disfrazar lesiones y desfiguraciones. Con los avances en la tecnología moderna, la cosmética, la creación de extremidades realistas hechas de silicona o PVC, ha sido posible.Dichas prótesis, incluidas las manos artificiales, ahora se pueden diseñar 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 contrapartes hechos a medida. Otra opción es la cubierta 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 estirable que se adapta a la forma o una funda de piel.

Cognición

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 cerebro-computadora neurocognitivas implantables para ayudar a tratar afecciones como accidentes cerebrovasculares, lesiones cerebrales traumáticas, parálisis cerebral, autismo y enfermedad de Alzheimer. 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 ciertas actividades, como visitar al médico. Se han utilizado dispositivos de microindicadores como PEAT, AbleLink y Guide para ayudar a los usuarios con problemas de memoria y funciones ejecutivas a realizar actividades de la vida diaria.

Mejora protésica

Además del miembro artificial estándar para el uso diario, muchos pacientes amputados o congénitos tienen miembros 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. 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 en el sistema nervioso de Warwick. La matriz 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.

La empresa DEKA de Dean Kamen desarrolló el "brazo de Luke", una prótesis avanzada controlada por los nervios. Los ensayos clínicos comenzaron en 2008, 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 minorista ofrecido por Mobius Bionics sea de alrededor de $ 100,000.

Investigaciones adicionales en abril de 2019, han mejorado 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 en el tejido del usuario, que puede ayudar a mejorar la iteración adicional de este tipo de prótesis.

Oscar pistorius

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 usaban un veinticinco por ciento menos de energía que las de un corredor no discapacitado que se movía a la misma velocidad. Este fallo fue anulado en apelación, y el tribunal de apelaciones declaró 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 pasó a arrasar en los Juegos Paralímpicos de Verano de 2008, y ha sido declarado elegible para clasificar para futuros Juegos Olímpicos. Se clasificó para el Campeonato Mundial de 2011 en Corea del Sur y llegó a la semifinal donde terminó por 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. Corrió en las semifinales de la carrera de 400 metros y en la final de la carrera de relevos de 4 × 400 metros. También compitió en 5 eventos en los Juegos Paralímpicos de Verano de 2012 en Londres.

Consideraciones de diseño

Hay múltiples factores a considerar cuando se diseña una prótesis transtibial. Los fabricantes deben tomar decisiones sobre sus prioridades con respecto a estos factores.

Actuación

No obstante, hay ciertos elementos de la mecánica del encaje y del pie que son invaluables para el atleta, y estos son el enfoque de las empresas de prótesis de alta tecnología de hoy:

• Ajuste: los amputados atléticos/activos, o aquellos con residuos óseos, pueden requerir un ajuste de encaje cuidadosamente detallado; los pacientes menos activos pueden sentirse cómodos con un ajuste de "contacto total" y un forro de gel
• Almacenamiento y retorno de energía: almacenamiento de energía adquirida a través del contacto con el suelo y utilización de esa energía almacenada para la propulsión.
• Absorción de energía: minimiza el efecto del alto impacto en el sistema musculoesquelético
• Cumplimiento del suelo: estabilidad independiente del tipo de terreno y el ángulo
• Rotación: facilidad de cambio de dirección
• Peso: maximiza la comodidad, el equilibrio y la velocidad
• Suspensión: cómo se unirá el encaje y se ajustará a la extremidad

Otro

Al comprador también le preocupan muchos otros factores:

• Productos cosméticos
• Costo
• Facilidad de uso
• Disponibilidad de tallas

Libertad de costo y fuente

Alto costo

En los EE. UU., una prótesis típica cuesta entre 15.000 y 90.000 dólares, según el 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. En el Reino Unido, gran parte de Europa, Australia y Nueva Zelanda, el costo total de las prótesis se cubre con fondos estatales o seguros obligatorios. Por ejemplo, en Australia, las prótesis están totalmente financiadas por planes estatales en el caso de amputación por enfermedad, y por compensación de trabajadores o seguro de accidentes de tránsito en el caso de la mayoría de las amputaciones traumáticas.El Plan Nacional de Seguro de Invalidez, que se implementará a nivel nacional entre 2017 y 2020, también paga 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 una gama de $ 10,000 a $ 15,000 y, a veces, puede alcanzar costos de $ 35,000. El costo de una extremidad artificial a menudo se repite, mientras que una extremidad generalmente debe reemplazarse cada 3 o 4 años debido al desgaste del uso diario. Además, si el encaje tiene problemas de ajuste, el encaje debe reemplazarse dentro de varios meses desde el inicio del dolor. Si la altura es un problema, se pueden cambiar componentes como los pilones.

El paciente no solo debe pagar sus múltiples prótesis, sino que también debe pagar la terapia física y ocupacional que acompaña a la adaptación a vivir con una prótesis. A diferencia del costo recurrente de las extremidades protésicas, el paciente normalmente solo pagará entre $2000 y $5000 por la terapia durante el primer o segundo año de vida 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 la vida, se proyecta que un amputado típico pasará por un tratamiento valorado en $1.4 millones, que incluye cirugías, prótesis y terapias.

Bajo costo

Las prótesis por encima de la rodilla de bajo costo a menudo brindan solo un soporte estructural básico con una función limitada. Esta función a menudo se logra con articulaciones de rodilla toscas, no articuladas, inestables o que se bloquean manualmente. Un número limitado de organizaciones, como el Comité Internacional de la Cruz Roja (CICR), crea dispositivos para países en desarrollo. Su dispositivo, fabricado por CR Equipments, es una articulación de rodilla protésica de polímero de bloqueo manual de un solo eje.

Mesa. Lista de tecnologías de articulación de rodilla basadas en la revisión de la literatura.

Nombre de la tecnología (país de origen)	Breve descripción	Nivel más alto deevidencia
CICR rodilla (Suiza)	Eje único con bloqueo manual	campo independiente
Rodilla ATLAS (Reino Unido)	Fricción activada por peso	campo independiente
Rodilla POF/OTRC (EE. UU.)	Eje único con ext. asistir	Campo
DAV/Rodilla de Seattle (EE. UU.)	Policéntrico compatible	Campo
Rodilla LIMBS International M1 (EE. UU.)	cuatro compases	Campo
Jaipur Rodilla (India)	cuatro compases	Campo
LCKnee (Canadá)	Monoeje con bloqueo automático	Campo
No proporcionado (Nepal)	Eje único	Campo
Ninguno proporcionado (Nueva Zelanda)	Eje simple rotomoldeado	Campo
Ninguno proporcionado (India)	Seis barras con sentadillas	Desarrollo técnico
Rodilla de fricción (EE. UU.)	Fricción activada por peso	Desarrollo técnico
Rodilla Wedgelock (Australia)	Fricción activada por peso	Desarrollo técnico
Rodilla de fricción SATHI (India)	Fricción activada por peso	Datos limitados disponibles

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 premio Index: Award. Sería capaz de crear una pierna protésica de retorno de energía por US $ 8,00, compuesta principalmente de fibra de vidrio.

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 un pie protésico con almacenamiento de energía (ESPF). Otras compañías pronto siguieron su ejemplo y, en poco tiempo, había múltiples modelos de prótesis de almacenamiento de energía en el mercado. 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 único producto sin necesidad de tener moldes metálicos, por lo que los costes se pueden reducir drásticamente.

El pie de Jaipur, un miembro artificial de Jaipur, India, cuesta alrededor de 40 dólares estadounidenses.

Prótesis robótica de código abierto

Actualmente existe un foro de prótesis de diseño abierto conocido como "Proyecto de prótesis abiertas". El grupo emplea a colaboradores y voluntarios para avanzar en la tecnología de prótesis mientras intenta reducir los costos de estos dispositivos necesarios.Open Bionics es una empresa que está desarrollando prótesis de manos robóticas de código abierto. Utilizan la impresión 3D para fabricar los dispositivos y escáneres 3D de bajo costo para colocarlos en el muñón de un paciente específico. El uso de Open Bionics de la impresión 3D permite diseños más personalizados, como el "Hero Arm", que incorpora los colores, texturas e incluso estéticas favoritas de los usuarios para parecerse a superhéroes o personajes de Star Wars con el objetivo de reducir el costo. Un estudio de revisión sobre una amplia gama de manos protésicas impresas descubrió 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 costosa que los procesos de producción en masa, como el moldeo por inyección. El mismo estudio también encontró que la evidencia sobre la funcionalidad,

Prótesis para niños a bajo costo

En EE.UU. se encontró una estimación de 32.500 niños (<21 años) con amputación pediátrica mayor, con 5.525 casos nuevos cada año, de los cuales 3.315 congénitos.

Carr et al. (1998) investigaron 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 cada 1000 niños, respectivamente. Mohan (1986) indicó en la India un total de 424.000 amputados (23.500 anuales), de los cuales el 10,3% tenían un inicio de discapacidad antes de los 14 años, lo que suma un total de alrededor de 43.700 niños con deficiencias en las extremidades solo en la India.

Se han creado pocas soluciones de bajo costo especialmente para niños. Los ejemplos de dispositivos protésicos de bajo costo incluyen:

Bastón y muleta

Este bastón de mano con banda de soporte de cuero o plataforma para la extremidad es una de las soluciones más sencillas y económicas encontradas. Sirve bien como una solución a corto plazo, pero es propenso a la formación de contracturas rápidas si la extremidad no se estira diariamente a través de una serie de series de rango de movimiento (RoM).

Extremidades de bambú, PVC o yeso

Esta solución también bastante simple consiste en un encaje de yeso con un tubo de bambú o PVC en la parte inferior, opcionalmente unido a un pie protésico. Esta solución evita las contracturas porque la rodilla se mueve en todo su RoM. La Colección David Werner, una base de datos en línea para ayudar a los niños discapacitados de las aldeas, muestra manuales de producción de estas soluciones.

Miembro de bicicleta ajustable

Esta solución se construye utilizando una tija de sillín de bicicleta boca abajo como pie, generando flexibilidad y ajustabilidad (longitud). Es una solución muy económica, utilizando materiales disponibles localmente.

Extremidad Sathi

Se trata de un miembro inferior modular endoesquelético procedente de la India, que utiliza piezas termoplásticas. Sus principales ventajas son el reducido peso y la adaptabilidad.

Monoextremidad

Las monoextremidades son prótesis no modulares y, por lo tanto, requieren un protésico más experimentado para un ajuste correcto, ya que la alineación apenas se puede cambiar después de la producción. Sin embargo, su durabilidad en promedio es mejor que las soluciones modulares de bajo costo.

Perspectivas de la teoría cultural y social

Varios teóricos han explorado el significado y las implicaciones de la extensión protésica del cuerpo. Elizabeth Grosz escribe: "Las criaturas usan herramientas, adornos y aparatos para aumentar sus capacidades corporales. ¿Les falta algo a sus cuerpos que necesitan reemplazar con órganos artificiales o sustitutos?... O, por el contrario, las prótesis deben entenderse en términos de reorganización y proliferación estéticas, como consecuencia de una inventiva que funciona más allá y tal vez desafiando la necesidad pragmática? Elaine Scarry argumenta que cada artefacto recrea y extiende el cuerpo. Las sillas complementan el esqueleto, las herramientas añaden las manos, la ropa aumenta la piel.En el pensamiento de Scarry, "los muebles y las casas no son ni más ni menos interiores 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 por dentro". hacia afuera, abriéndola a y como la cultura de los objetos”. Mark Wigley, profesor de arquitectura, continúa esta línea de pensamiento sobre cómo la arquitectura complementa nuestras capacidades naturales y argumenta que "todas las prótesis producen una confusión de la identidad". 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.

Usuarios notables de dispositivos protésicos

• Marie Moentmann (1900-1974), niña sobreviviente de un accidente industrial
• Terry Fox (1958-1981), atleta canadiense, activista humanitario y de investigación del cáncer
• Oscar Pistorius (nacido en 1986), ex velocista profesional sudafricano