Ātrāk, augstāk, stiprāk

Nikolaja Gogoļa slavenajā poēmā “Mirušās dvēseles” mēs citu starpā varam sastapt: “Anglijā ir ļoti pilnveidota mehānika, ko redzam pēc avīzēm, kā viens izgudroja koka kājas tādā veidā, ka pie vienas saskarsmes nemanāmai atsperei aiznes šīs kājas cilvēku dievs vien zina uz kādām vietām, tā pa pēc nekur arī viņu atrast nevarēja”. Protams, tas ir tikai rakstnieka joks, tomēr tas bija ļaunīgs: XIX gadsimta sākumā tikko bija beigušies Napoleona kari, un uz jebkuras pilsētas ielām – galvaspilsētas, guberņas vai apgabala – varēja satikt ne mazums invalīdu, kuri daudz ko atdotu par brīnumprotēzi, kuru aprakstīja Gogolis. Rokas vai kājas zaudējums – smaga trauma cilvēkam, bieži viņam nākas atteikties no mīļota darba vai hobija, mainīt plānus nākotnei ne uz labāko pusi. Tādēļ jaunu protēžu radīšana, kuras dara invalīdu dzīvi komfortablāku, paliek pieprasīts medicīnas tehnoloģijas virziens.

Mūsdienu Paralimpiskās spēles, kurās piedalās invalīdi, kļuvušas ne mazāk krāšņas, kā parastās sporta sacensības. Tur ir savas zvaigznes, savi fanāti, bet jebkurš triumfs – tā vienmēr ir uzvara pār smagu saslimšanu. Piemēram, 26-gadīgais sprinteris Johaness Flors, 2020.gada olimpiskais čempions, piedzima ar mazo iegurņa kaulu ģenētisku defektu un pusaudža gados viņam amputēja abus apakšstilbus. Sportists neslēpj, ka sasniedza uzvaru viņam palīdz mūsdienīgas protēzes ar speciālām ūdeņraža atsperēm. Oglekļa pēdu uzmauc oglekļa šķiedras vakuuma caurulei, kas aprīkota ar izlaides vārstu un blīvējošu starpliku. Protēze stiprinās ar speciālas “zeķes” palīdzību, kura netraumē ieliktni ļaujot sportistam kustēties jebkurā virzienā.

Paralimpisko spēļu dalībnieki apgalvo, ka protēzes sajušana par ķermeņa daļu, iespēja aizmirst par to un sakoncentrēties uz uzvaru, ticība tam, ka protēze nepievils, - svarīgs solis pretī normālai dzīvei, sevis sajušanu par pilnvērtīgu cilvēku. taču tas ir tikai pirmais solis, jo uzreiz vairākas kompānijas nodarbojas ar mākslīgo muskuļu, kuri papildinās protēzes, izstrādi. Piemēram, zinātnieki no Harvardas universitātes strādā pie tāda muskuļa projekta izstrādes, kurš spēs pacelt kravu, kura pārsniegs viņu pašu svaru 1000 reizes. Katrs muskulis sastāv no krokota metāla, kurš piepildīts ar gaisu vai šķidrumu. Ja šāda muskuļa iekšienē spiediens ar elektriskā sūkņa palīdzību paaugstinās – tas izplešas, bet pazeminoties – saraujas. Rezultātā sanāk kaut kas līdzīgs robotizētam eksoskeletam, kuru mēs redzējām Džeimsa Kamerona filmā “Svešie 2”.

Sarežģītāk, lokanāk, precīzāk

Tālu ne katrs invalīds sapņo par sportista karjeru, bet katram cilvēkam ir svarīgi, lai kājas viņam klausītu, bet rokas varētu izpildīt daudzumu smalku manipulāciju: saturēt zobbirstīti, karoti, dakšu un nazi, pildspalvu vai zīmuli, uzsist tekstu uz klaviatūras.

Mūsdienu bioelektriskās protēzes, kuras paredzētas sadzīves darbību veikšanai, kļūst arvien un arvien funkcionālākas. To darbības princips ir vienkāršs un vienlaicīgi fantastisks: uz ķermeni stiprinās čaula, kuru katrā gadījumā protēzists izgatavo individuāli. Tajā izvietojas muskuļu aktivitātes sensori, kuri sadarbojas tieši ar robotizēto roku. Sensori vada muskuļu bioelektriskos potenciālus, un mehāniskā roka reaģē uz tiem ar noteiktām kustībām. Tā var satvert priekšmetu precīzi un maigi salokot atsevišķas pirkstu falangas stiprāk vai vājāk, grozot locītavā plaukstu, pateicoties kam ir spējīga aizdarīt rāvējslēdzēju vai aizsiet šņores. Atšķirībā no normālas rokas tāda protēze var vēl apspīdēt priekšmetu ar minilukturīti pirkstos.

Tāda tipa protēžu izstrādāšana notiek visā pasaulē. Holdings “Tehnodinamika”sola tuvākā laikā sākt markas A.R.M. bionisko roku protēžu sērijveida ražošanu. Holdinga “Švabe” jau izlaiž augsti tehnoloģiskās roku protēzes sadarbībā ar rezidentu “Skolkovo”- kompāniju “Motorika”.

Rokas, kājas un ne tikai

Palielinājusies 3D drukas pielietošana dod protēžu konstruktoriem un ražotājiem patiesi bezgalīgas iespējas. Ir diezgan vienkārši ar tādu printeri izgatavot arī zobu protēzes. Taču vai var to izmantot cilvēka miesas printēšanai?

Tam, protams, ir vajadzīgas dzīvas dažādu audu šūnas – kaulu, muskuļu, asinsvadu, nervu, ādas, iekšējo orgānu. Tās iegūst divos veidos: vai nu no donoriem, vai izaudzē no stumbra šūnām un kultivē tik ilgi, kamēr nebūs pietiekami vajadzīgā orgāna “konstruēšanai”. Uz kompjūtermodeļu, kurus iegūst ar konkrētā pacienta orgānu magnētisko rezonansi, bāzes printera galviņas izvieto šūnas ar orgāna šūnām tur, kur tās nepieciešamas, un dažu stundu laikā rada jaunu orgānu.

Sarežģītums ir tajā, ka jebkurš cilvēka orgāns – ne tikai sirds vai galvas smadzenes, bet arī āda vai kauli – sastāv no vesela audu kopuma, kuri katrs ir nevis vienkārši dzīvu šūnu savākums, bet gan mijiedarbības, pakļautības un atpakaļsaites sistēma, un visi tie ir nepieciešami normālai funkcionēšanai. Tomēr problēmas pakāpeniski risinās: vēl 2014.gadā komanda no britu Suonsas Universitātes izstrādāja bioprintēšanas tehnoloģiju, kura ļauj radīt protēzi vajadzīgā kaula veidā, kurš spēj reģenerēties. Šajā pat virzienā veic pētījumus kolēģi no Notinghemas universitātes.

Šodien mēs zinām, ka locekļu protezēšanai ir ļoti svarīga locekļu atjaunošana, tajā skaitā – skriemeļu, kuri klāj savienojošās virsmas. 2015.gadā Cīrihes zinātnieki izstrādāja tehnoloģiju, kura ļaus slimnīcām printēt pilnizmēra cilvēka deguna implantu mazāk kā par 30 minūtēm. Kompānija gatavojas taisīt skriemeļus pēc individuāla pasūtījuma no pacienta personīgo skriemeļu audiem.

Mākslīgās ādas radīšana tāpat dod protezēšanai jaunas iespējas, jo tā spēs reaģēt uz spiediena, temperatūras un mitruma izmaiņām. Ar tās ražošanu un pilnveidošanu nodarbojas zinātnieku komanda no Dienvidkorejas un ASV. Pamatideja izskatās šādi: silīcija nanolentu tīkls, kurš ģenerē nelielus elektriskos lādiņus pie izstiepšanās vai saraušanās, tiek ievietots apvalkā no lokana caurspīdīga silikona materiāla. Pateicoties elektrisko impulsu starpībai tiek nodrošināta taktila atpakaļsaite. Silīcija nanolentes tāpat ļauj sajust priekšmetu temperatūru.

Vispār, mākslīgā āda – ne tikai nodeva estētikai: tās pielietojums glābs cilvēkus ar apdegumiem ķermeņa virspusē, par cik tādi pacienti visbiežāk iet bojā no šķidruma zaudējuma un infekciju iekļūšanu caur bojāto ādu vēl ilgi līdz mirklim, kad iedzīvojas pārstādītā āda vai reģenerējas personiskā. Bioprinteris, kurš ražo gatavu ādu, nozīmīgi paātrina tās ražošanas procesu. Paralēli ādai, tiek veikti mēģinājumi radīt plaušu un nieru protēzes; 2019.gada aprīlī Telavivas universitātē pirmo reizi bija izprintēta vesela sirds.

Bioprotezēšana – viens no pašiem perspektīvākajām mūsdienu medicīnas virzieniem. Futurologi un fantasti apgalvo, ka ar laiku tā ļaus savākt veselus mākslīgos ķermeņus, kuri varēs aizvietot mūsu dabiskos. Labi tas ir vai slikti – cits jautājums.