Narzędzie, które niesie sparaliżowanym nadzieję

W zeszłym tygodniu skomentowałem fakt, że podczas rozpoczęcia Mundialu w Brazylii 12 czerwca br. sparaliżowany Juliano Pinto dzięki odpowiedniej aparaturze dokonał pierwszego kopnięcia piłki. Udowodnił w ten sposób całemu światu, że współczesna inżynieria biomedyczna może przywrócić sparaliżowanym możliwość samodzielnego poruszania się. Obiecałem Państwu, że w kolejnych felietonach objaśnię – oczywiście w takim zakresie, na jaki pozwoli ograniczona objętość tych tekstów - jak są zbudowane i jak działają poszczególne składniki systemu, który przywrócił sparaliżowanemu zdolność ruchu. Dzisiaj „biorę na warsztat” część mechaniczną, czyli tak zwany egzoszkielet.

Czy zastanawialiście się kiedyś Państwo, jak działa Wasze ciało rozpatrywane jako poruszająca się maszyna?

Otóż z pewnością zasadniczą rolę odgrywają mięśnie. To ich skurcze i rozkurcze powodują ruch wszystkich części ciała. Sparaliżowany dlatego nie może się poruszać, że jego mięśnie nie dostają sygnałów z mózgu wywołujących skurcz i rozkurcz, są bezwładne, nieużyteczne. Żeby zapewnić człowiekowi sparaliżowanemu możność działania - trzeba zamiast jego nieczynnych mięśni wykorzystać siłowniki elektryczne. Energii do ich napędu dostarczą akumulatory umieszczone w plecaku noszonym przez pacjenta.
Źródło siły powodującej ruch już mamy – ale jak tę siłę przyłożyć do ciała sparaliżowanego człowieka?

Sprawa nie jest prosta!

Mięśnie z naturalnym szkieletem łączą mocne ścięgna, które pozwalają przekazywać do kości, stawów i więzadeł siły powodujące wymagany ruch. Ale znajdujących się na zewnątrz ciała siłowników elektrycznych nie można w prosty sposób podłączyć bezpośrednio do potrzebujących napędu elementów szkieletu człowieka. Wymagałoby to mnóstwa skomplikowanych zabiegów ortopedycznych i nie dałoby się stosować przez dłuższy czas ze względu na ból i powstające stany zapalne. Próba napędzania kończyn poprzez otulające kości warstwy mięśni, naczyń krwionośnych i tłuszczu pokrytego skórą też jest skazana na niepowodzenie.
Jak więc dołączyć sztuczny napęd do naturalnych kończyn?

Trzeba wziąć przykład ze stawonogów: krabów, raków, a także ... owadów. Wszystkie te stworzenia mają szkielety zewnętrzne – mięśnie napędzające części ich ciała są od środka przymocowane do fragmentów skorupy lub chitynowej powłoki. Zasada: twarde w środku, miękkie na zewnątrz, obowiązująca w naszym ciele i w organizmach ssaków, gadów, płazów i ryb – jest tu odwrócona – u kraba czy owada twarde jest na zewnątrz, a miękkie w środku.

I to właśnie jest wzór dla inżynierów: trzeba zbudować twardy i mocny mechanizm na zewnątrz ciała pacjenta, napędzany siłownikami elektrycznymi, którego ruchy przenoszone są na kończyny pacjenta za pomocą specjalnych zaczepów. Taki system właściwie "opakowuje" ciało oraz kończyny człowieka i porusza nimi z zewnątrz - i stad możliwość jego bezpiecznego i wygodnego stosowania. Właśnie taki system nazywany jest egzoszkieletem, bo przedrostek „egzo-” zawsze oznacza coś zewnętrznego.
Egzoszkielet może być dowolnie mocny, więc obok poruszania bezwładnych kończyn sparaliżowanego pacjenta może on także wspomagać ludzi w pełni sprawnych, którzy muszą wykonywać czynności wymagające nadludzkiej siły. Tę siłę może im dostarczyć egzoszkielet.

Ale jak sprawić, żeby egzoszkielet poruszał się zgodnie z wolą człowieka?

O tym opowiem Państwu za tydzień!

WEŹ UDZIAŁ W QUIZIE "CZY JESTEŚ PRAWDZIWYM KRAKUSEM?"

"Gazeta Krakowska" na Twitterze i Google+
Artykuły, za które warto zapłacić! Sprawdź i przeczytaj

Codziennie rano najświeższe informacje z Krakowa prosto na Twoją skrzynkę e-mail. Zapisz się do newslettera!