Zubnými protézami si okrem Egypťanov v minulosti vypomáhali aj Etruskovia, Feničania, Číňania či starí Indovia, ktorí ich vyrábali zo slonoviny. Rimania zase objavili očné náhrady, i keď tie sklenené sa prirodzene objavili až s rozvojom sklárstva, zatiaľ čo starovekí Indovia boli šikovní vo výrobe nožných protéz zo železa.

Jednou z najstarších reálnych protéz je ale náhrada palca na nohe vyrobená z kože a dreva (približne 600 rokov pred Kristom) z Egypta. Keď si túto pomôcku prednedávnom vyskúšali ľudia s rovnakým postihnutím, potvrdili, že náhrada je nielen plne funkčná, ale dokonca aj pohodlná.

Materiály idú s dobou

Dnes kožu a drevo vo väčšine prípadov nahradili plasty, aj keď dnešná veda hlása návrat k prírode. Napríklad aj prostredníctvom bioniky, ktorá sa ňou inšpiruje. Na Slovensku sa v protetike okrem plastov používajú aj kompozitné materiály a kovy, respektíve ich zliatiny. Protéza ako celok je však pomôcka tvorená z viacerých častí, a teda aj z viacerých materiálov.

„Niektoré časti, napríklad lôžka, sú zhotovované individuálne, zatiaľ čo ďalšie sú skladané z komerčne dostupných produktov. Samozrejme, závisí to od pacienta a typu protézy. Materiály sú na jednotlivé časti protéz aplikované najmä v závislosti od konkrétnych požiadaviek, ktoré sa môžu týkať biomechaniky, biokompatibility, estetiky a podobne. Lôžko býva napríklad plastové, alebo kompozitné, zatiaľ čo kĺbová časť je kombináciou kovových zliatin,“ vysvetľuje docent Radovan Hudák, vedúci oddelenia Biomedicínskeho inžinierstva na Technickej univerzite v Košiciach.

Na Slovensku sa podľa neho využívajú najmä klasické technológie, nakoľko pri nových technológiách je potrebné pracovať s dátami získanými pomocou digitalizačných resp. diagnostických systémov ako sú napr. skenery,  aby sme s nimi potom mohli ďalej pracovať. Tieto postupy ale na Slovensku až na niekoľko výnimiek ešte nie sú zavedené.

Krvné čerpadlo na baterky

Čo všetko môžeme označovať za protézu? Skrášľovacia chirurgia ich používa na dennom poriadku, či už sú to silikónové výplne, transplantácia vlasov, alebo snahy o predlžovanie končatín. V tejto oblasti však väčšinou ide o rutinné zákroky. Väčšiu výzvu pre vedcov predstavujú  umelé orgány, ktoré by dokázali plnohodnotne nahradiť tie skutočné.

Momentálne pokusy o vytvorenie životne dôležitých orgánov sú zatiaľ vo veľkej časti prípadov neúspešné, no existujú aj zariadenia, ktoré fungujú. Takými sú napríklad  mimotelové zariadenia slúžiace ako dočasná náhrada obličiek, či pečene. Pacienti pri ich využívaní pravidelne navštevujú dialýzu alebo detoxikáciu, vďaka čomu dokážu istý čas bez týchto orgánov fungovať.

Oveľa väčší pokrok vo výskume zaznamenalo umelé srdce. V roku 2014 sa na druhý pokus podarilo lekárom úspešne nahradiť srdce pacienta za umelý prototyp vážiaci 900 gramov, čo je približne trikrát viac ako váži priemerné zdravé srdce.

Srdce musí byť pripojené na externú batériu s riadiacou jednotkou, ktorú musí mať pacient stále pri sebe, čo môže byť do istej miery obmedzujúce. Umelý orgán však v plnej miere plní funkcie skutočného srdca, vďaka senzorom napríklad reguluje srdcový tep a prílev krvi, čo z neho vlastne robí krvné čerpadlo. Jeho funkčnosť výrobcovia odhadli na obdobie piatich rokov.

Zdroj: Youbube

Nový pohľad na svet

Vedci sa dokonca ľuďom snažia prinavrátiť aj vnemy, či časti tela, ktoré by transplantáciou získať nemohli. Takou snahou je aj systém Second Sight. Ide o očný implantát, takzvané „bionické oko“, ktoré vysiela svetelné signály do zrakového nervu, pričom obchádza sietnice.

Drobný predmet podobný čipu lekári ukotvia v oku, vodiče pripoja chirurgickým zákrokom a zvyšok pomôcok sa namontuje do špeciálnych okuliarov. Prvý človek, ktorý tento systém úspešne otestoval, jasne videl obrysy a svetlo, a dokonca aj svoj odraz v okne.

Obrovským úspechom v oblasti náhrad sa môžu pochváliť aj vedci zo Slovenska. Ľuďom trpiacim rozsiahlymi popáleninami sa rozhodli pomôcť vedci z Fakulty chemickej a potravinárskej technológie STU.  Vyvinuli preto biosyntetickú náhradu kože, ktorá dokáže telo ochrániť a nevyvolať pritom imunitnú reakciu.

Umelá koža pripomína krepový papier, keďže má nerovnomerný povrch, na ktorom sú zblízka viditeľné póry. Náhrada sa aplikuje na otvorenú ranu, pričom po istom čase pórmi prerastie vrchná vrstva kože. Objav je už vo fáze klinického testovania.

Úspech zaznamenali slovenskí vývojári aj v  novej a rýchlo sa rozvíjajúcej oblasti medicíny, ktorou je 3D tlač. Dvom mladým medikom – Tomášovi Havranovi a Marošovi Čižmárovi – sa podarilo  na základe dát z CT vyšetrenia vytlačiť model srdca novorodenca, ktorý trpel ojedinelou poruchou. Podrobný model pomohol chirurgom naštudovať si postup pri operácii a zachrániť tak dieťaťu život.

Na Katedre biomedicínskeho inžinierstva a merania v Košiciach, Strojníckej fakulte v spolupráci so spoločnosťou CEIT Biomedical Engineering  sa vyvíjajú a vyrábajú implantáty na mieru pre rôzne lokality ľudského tela pomocou technológie laserového sinterovania, ktorá je vo všeobecnosti považovaná za jednu z technológií 3D tlače.

Samotná 3D tlač sa ale na vybraných vedecko-výskumných pracoviskách stále využíva najmä vo výskume a vývoji. „V protetickej praxi to stále nie je bežne používaná technológia. Vyžaduje si prácu so skenovacími systémami, respektíve 3D medicínskymi dátami a so špecifickými softvérmi, na čo však v praxi nie sú vytvorené podmienky,“ vysvetľuje Radovan Hudák.

Sila mysle

Protéza dnes už nepredstavuje iba nehybný kus plastu či kovu. Čoraz častejšie sa vyvíjajú robotické protézy, ktoré umožňujú svojmu nositeľovi čo najprirodzenejší pohyb – pre výkonnostných športovcov tak aktívny pohyb už nie je problém.

Vedcom sa podarilo dosiahnuť aj to, že človek dokáže protézy prirodzene ovládať mysľou, čo je dôležité najmä v prípade končatín. Doktor Tedd Kuiken z Chicagského rehabilitačného inštitútu napríklad prichytil nervy zo zvyšku amputovanej ruky na zdravé prsné svaly. Na hrudník nasadil pacientovi vestu so senzormi, na ktorú je umelá ruka napojená. Hneď, ako pacient pomyslel na nejaký pohyb, mozog vyslal signál do ruky a protéza pohyb vykonala.

Zdroj: Youtube

Kým protetické ruky už nejaký ten čas existujú, väčší problém mali vedci s vytvorením nôh. Pohyb rúk robíme vedome, mozog vydáva príkaz, aby sme napríklad niečo uchopili. Pohyb nôh je riadený skôr reflexívne, signálmi z miechy, a je podvedomý.

Hlavnou zložkou systému, ktorý vytvorili vedci zo spoločnosti Össur, je myoelektrický senzor, ktorý sa vloží do svalov v zdravej časti amputovanej nohy. Senzor pri snahe o pohyb zachytáva svalové impulzy a bezdrôtovo ich vysiela do robotickej nohy, ktorá ich následne zrealizuje.

Uľahčujú pohyb, no utlmujú aj bolesť

Zdokonalenie protéz prinieslo ešte ďalší dôležitý aspekt. Okrem schopnosti pohybu si niekedy vedia poradiť aj s ďalším nepríjemným sprievodným javom straty časti tela – fantómovou bolesťou. Nanešťastie, protézy ovládané mysľou sa ešte stále bežne nevyužívajú, zatiaľ ide iba o individuálne prípady demonštrujúce možnosti využitia takýchto protéz.

„Prepojenie protézy s nervami  umožní dolnej končatine identifikovať typ terénu a povrchu, po ktorom sa človek pohybuje. Horným zase pomôže identifikovať predmet, ktorý držia z hľadiska hmotnosti či iných fyzikálnych parametrov,“ vysvetľuje Radovan Hudák. Identifikácia povrchu terénu tak pomáha navodiť mozgu pocit, že tam končatina skutočne je.

Čo nás teda čaká v najbližšej budúcnosti? „Vývoj bude určite smerovať do oblasti využívania bionických či biomimetických princípov. Ich cieľom bude čo najviac napodobniť prírodu, čiže anatómiu a fyziológiu končatiny; prepojiť ju s receptormi, nervami a centrálnym nervovým systémom tak, aby pacient čo najmenej vnímal tento "cudzí" objekt Pri činnosti takýto bionických protéz bude významnú úlohu určite zohrávať oblasť mikrosenzoriky, mikroelektroniky a informačných technológií,“ myslí si Hudák.

Zároveň ale upozorňuje, že netreba zabúdať na základnú biomechanickú funkciu, ktorá by takisto mala rešpektovať bionické princípy. „Pre oblasť rozhrania protézy a reziduálnej  (zostatkovej) končatiny budú napríklad vyvinuté inteligentné materiály, ktoré sa budú adaptovať na tlak, či štrukturálne a morfologické zmeny v tkanivách,“ dodáva Radovan Hudák na záver.