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».
Травмы, опухоли, возрастные и гормональные изменения и прочие неприятности становятся причиной разрушения костных и хрящевых тканей.
Большинство заболеваний опорно-двигательной системы – неизлечимы, и может либо убрать симптомы, такие как и спазмы, или немного притормозить дегенеративный процесс. Еще один фактор и причина неизлечимости - неспособность хрящевой ткани к регенерации.
Самыми атакуемыми различными болезнями и повреждениями суставами являются коленный и тазобедренный. Если бы не появление такого феномена, как эндопротезирование, большинство людей с подобными проблемами были бы обречены на постоянную боль, инвалидное кресло, а некоторые – даже на летальный исход. Эндопротезированием называют частичную или полную замену поврежденного сочленения имплантатом.
Как появилось эндопротезирование
Еще в 1890 году в немецкой столице,Темистоклес Глюк произвел переворот в лечении болезней суставов, впервые в истории применив из слоновой кости, дав начало истории развития эндопротезирования. Изобретательный немец для закрепления протеза в теле человека использовал хитрую смесь из гипса, канифоли и пемзовой пудры. Глюк установил собственноручно выточенные имплантаты трем подопытным пациентам, страдающим . Хоть «слоновьи» суставы и не прослужили долго, однако первый «кирпичик» в фундаменте обширного комплекса терапии сочленений под названием «эндопротезирование» был заложен.
Следующим «Колумбом» в области протезирования конечностей стал Сми-Петерсон, предложивший в 1917 году новаторскую идею о покрытии головки бедренной кости колпачком из виталиума. Однако сплав дал осложнение в виде , но положил начало развитию истории эндопротезирования этого соединения.Первой успешной инвазией по тотальной в 1938 году провел Вайлс. Имплантат полностью состоял из стали и крепился к костям при помощи шурупов. Способ удержания протеза на месте был выбран бесцементный - впервые в истории.
За Вайлсом последовали братья Жуде. Они опробовали гемипластику для замены бедренного сочленения. Однако низкая износостойкость заставила этот материал кануть в лету, дав старт новаторским идеям середины прошлого века.Более-менее долговечная операция по тотальному замещению тазобедренного соединения была проведена в 1951 году. Новый протез состоял из сплава хрома и кобальта, а чашка крепилась к тазу с помощью штифтов из металла. Вплоть до конца 60-х по разработкам французов с 1951 года использовались тотальные протезы из плексигласа, которые крепилась к костям бесцементным способом.
Создание основы основ - цементного способа
Наконец, в 1959 году сэр Джон Чанли спроектировал «прародителя» всех современных имплантатов, использовав полиэтилен для его создания, а также впервые применил метилметакрилат в качестве костного цемента, которым пользуются и по сей день. Чанли по праву считается отцом-основателем цементного эндопротезирования тазобедренных суставов и основателем его истории.
Ученый создал первую в своем роде лабораторию по исследованию биомеханики бедренного сочленения. Его труды считаются «Библией» для современного поколения разработчиков искусственных суставов. В своих трудах он описывал силу трения, механику ротации и другие особенности поведения соединения в человеческом теле.
Бесцементное крепление имплантатов
Бесцементное протезирование требует длительного периода восстановления после хирургии, так как искусственное соединение должно стать одним целым с костной тканью пациента.
Сегодня бесцементная фиксация применяется намного чаще своей предшественницы, так как в случае ревизионного эндопротезирования имплантат намного легче заменить, когда он не «приклеен» цементом.
В основе принципа установки лежит скрупулезный «подгон» кости под объемы ножки протеза. Существуют и такие модели, которые оснащены резьбой и ввинчиваются в костный канал, обеспечивая стабильную фиксацию. В случае с обтачиванием кости действует метод «press fit», который по своей технологии можно сравнить с механизмом защелкивания кнопки. Ножка протеза имеет небольшое расширение, которое, попадая в кость, защелкивается, как кнопка на рубашке.
Современные материалы
Надежность и долговечность имплантата зависит от материалов, из которых он изготовлен.
Существуют следующие виды имлантатов:
- металл + металл. Это означает, что головка и впадина будут металлическими. Полностью металлические эндопротезы устанавливаются мужчинам, ведущим активный образ жизни. Женщинам, планирующим родить ребенка, не рекомендуется такое протезирование, так как ионы металла могут навредить малышу. Токсичность продуктов трения сделала эти модели запрещенными в некоторых странах мира;
- металл + пластик. Недорогие по стоимости имплантаты имеют существенный недостаток – быстрое истирание компонентов. Однако токсичность их умеренна, и в России используются именно они;
- керамика + керамика - очень качественные, нетоксичные, гипоаллергенные изделия обладают одним недостатком – высокой стоимостью. Благодаря особой структуре именно эти модели обеспечивают самое надежное сращение при установке бесцементным методом;
- керамика + пластик. Самые недолговечные из всех моделей. На них нельзя давать даже умеренные нагрузки. Если они и применяются, то только для установки пациентам «в годах», не отличающимся активностью движений. Срок службы подобного «гибрида» составляет всего 6-7 лет.
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.
