جراحی جدید امکان کنترل بهتر اندام‌های مصنوعی را فراهم می‌کند

به گزارش بولتن نیوز، محققان دانشگاه MIT نوع جدیدی از جراحی قطع عضو را اختراع کرده اند که می‌تواند به قطع عضوها کمک کند تا عضلات باقی‌مانده خود را بهتر کنترل کرده و مکان "اندام فانتوم" را در فضا درک کنند. محققان می‌گویند، این حس بازسازی تصوری باید به کنترل بهتر اندام‌های مصنوعی و همچنین کاهش درد اندام منجر شود.

در بیشتر اعضای قطع عضو، جفت های عضلانی که مفاصل آسیب‌دیده را کنترل می‌کنند، مانند آرنج یا مچ پا، قطع می‌‌شوند. با این حال، تیم MIT دریافته است که اتصال مجدد این جفت‌های عضلانی، به آنها امکان می دهد رابطه طبیعی فشار و کشش خود را حفظ کنند و بازخورد حسی بسیار بهتری را به افراد ارائه می‌دهد.

شریا سرینیواسان ، فوق دکترای MIT و نویسنده اصلی این تحقیق می گوید"هر دو مطالعه ما و مطالعات قبلی نشان می‌دهد که هرچه بیماران بهتر بتوانند عضلات خود را به صورت پویا حرکت دهند، کنترل بیشتری خواهند داشت. هرچه فرد بتواند عضلات مچ پا را که به صورت مچ پا حرکت می‌دهند، تحریک کند، در واقع بهتر می توانند از پروتزهایشان استفاده کنند "

در مطالعه ای که این هفته در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر خواهد شد، 15 بیمار که این نوع جراحی جدید معروف به رابط مونورال آگونیست-آنتاگونیست (AMI) ، را دریافت کرده‌اند، می‌توانند عضلات خود را دقیق‌تر از بیماران با قطع عضوی سنتی کنترل کنند. بیماران AMI همچنین احساس آزادی حرکت بیشتر و درد کمتری در اندام آسیب‌دیده خود داشتند.

وی می‌گوید: "از طریق تکنیک‌های جراحی و احیا‌کننده که حرکات طبیعی عضلات آگونیست- آنتاگونیست را بازیابی می‌کند، مطالعه ما نشان می‌دهد افرادی که قطع عضله AMI دارند، از یک حرکت مفصل فانتوم بیشتر، سطح درد کاهش یافته و وفاداری بیشتر به دلیل کنترل‌پذیری اندام پروتز برخوردار هستند."

بازیابی احساس

بیشتر ماهیچه‌هایی که حرکت اندام را کنترل می‌کنند، به صورت دوتایی رخ می‌دهند که به طور متناوب کشیده و منقبض می‌شوند. یکی از نمونه‌های این جفت آگونیست - آنتاگونیست، عضلات دوسر و سه سر است. هنگامی که آرنج خود را خم می‌کنید، عضله دوسر ران منقبض می‌شود و باعث کشیدگی عضله سه سر می‌شود و این کشش اطلاعات حسی را به مغز باز می‌گرداند.

در حین قطع عضو معمولا، این حرکات عضلانی محدود می‌شود، این بازخورد حسی را قطع می‌کند و احساس قطع عضو پروتز خود را در مکان برای قطع عضو بسیار سخت می‌کند و یا نیروهای وارد شده به آن اندام را احساس نمی‌کند.

سرینیواسان، عضو سابق گروه بیومکترونیک که اکنون در انستیتوی تحقیقات سرطان یکپارچه MIT کار می‌کند، می‌گوید: "هنگامی که یک عضله منقبض می‌شود، عضو دیگر فعالیت آنتاگونیستی ندارد، بنابراین مغز سیگنال‌های گیج کننده‌ای دریافت می‌کند." وی افزود: حتی با استفاده از پروتزهای پیشرفته، افراد دائماً از نظر بصری پروتز را دنبال می‌كنند تا سعی كنند مغز خود را به جایی كه دستگاه در حال كالیبره است كالیبره كنند.

چند سال پیش، گروه بیومکترونیک MIT یک روش جدید قطع عضو را که روابط بین این جفت عضلات را حفظ می‌کند، در مطالعات پیش بالینی اختراع و توسعه علمی داد. آنها به جای قطع عضلات، دو انتهای عضلات را به هم متصل می‌کنند به طوری که هنوز در اندام باقیمانده با یکدیگر ارتباط پویا دارند. در مطالعه سال 2017 روی موش‌ها، آنها نشان دادند که وقتی حیوانات یک عضله از این جفت را منقبض می‌کنند، عضله دیگر کشیده می‌شود و اطلاعات حسی را به مغز می‌فرستد.

از زمان این مطالعات بالینی، حدود 25 نفر تحت عمل جراحی AMI در بیمارستان بریگام و زنان قرار گرفته‌اند که توسط کارتی انجام شده است، وی همچنین یک جراح پلاستیک در بیمارستان زنان و بریگام است. در مطالعه جدید PNAS، محققان دقت حرکات عضلانی در مچ پا و مفاصل ساب تالار 15 بیمار را که قطع AMI در زیر زانو انجام شده است اندازه‌گیری کردند. این بیماران دو دسته از عضلات را هنگام قطع عضو دوباره بهم متصل کردند: عضلات کنترل کننده مچ پا، و عضلات دیگری که مفصل ساب تالار را کنترل می‌کنند، که باعث می‌شود کف پا به سمت داخل یا خارج متمایل شود. این مطالعه این بیماران را با هفت نفری که قطع عضو زیر زانو داشتند مقایسه کرد.

هر بیمار در حالی که دراز کشیده بود و پاهای او را روی بالش کف قرار داده بود، ارزیابی شد و اجازه داد پاها به بالا کشیده شوند. بیماران در طول مطالعه از اندام مصنوعی استفاده نکردند. محققان از آنها خواسته‌اند مفاصل مچ پا خود را - هم مفصل سالم و هم "فانتوم" - با 25، 50، 75 یا 100 درصد دامنه حرکتی کامل خود خم کنند. الکترودهای متصل به هر پا به محققان اجازه می‌دهد تا فعالیت عضلات خاص را اندازه‌گیری کنند، زیرا هر حرکت به طور مکرر انجام می‌شود.

محققان سیگنال‌های الکتریکی حاصل از عضلات اندام قطع شده را با اندام دست نخورده مقایسه کردند و دریافتند که برای بیماران AMI، آنها بسیار مشابه هستند. آنها همچنین دریافتند که بیماران با قطع AMI قادر به کنترل دقیق عضلات اندام قطع شده خود هستند بسیار دقیق‌تر از بیماران با قطع عضوی سنتی. بیمارانی که قطع عضوی سنتی دارند، بدون توجه به اینکه از آنها برای خم شدن مچ پا، چه حرکتی در اندام قطع شده خود بیشتر و بیشتر انجام می‌شود.

سرینیواسان می‌گوید: "توانایی بیماران AMI در کنترل این عضلات بسیار بیشتر از کسانی که قطع عضو دارند، بیشتر شهودی است، که بیشتر مربوط به نحوه پردازش مغز آنها در نحوه حرکت اندام فانتوم است."

در مقاله ای که اخیراً در Science Translational Medicine منتشر شده است، محققان گزارش دادند که اسکن مغزی افراد قطع شده AMI نشان می‌دهد که آنها از عضلات باقیمانده خود بازخورد حسی بیشتری نسبت به بیماران با قطع عضوی سنتی دریافت می‌کنند. در کارهایی که اکنون ادامه دارد، محققان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا این توانایی به معنی کنترل بهتر پای پروتز هنگام راه رفتن است.

آزادی حرکت

محققان همچنین تأثیری را کشف کردند که پیش‌بینی نمی‌کردند: بیماران AMI درد بسیار کمتر و احساس آزادی بیشتری را در اندام قطع شده گزارش کردند.

سرینیواسان می‌گوید: "مطالعه ما به طور خاص برای دستیابی به این هدف طراحی نشده است، اما احساسی بود كه افراد ما بارها و بارها ابراز می‌كردند. آنها احساس بسیار بیشتری نسبت به احساس واقعی پای خود و نحوه حركت آن در فضا داشتند." "به طور فزاینده‌ای آشکار شد که بازگرداندن عضلات به فیزیولوژی طبیعی آنها نه تنها برای کنترل پروتز، بلکه همچنین برای سلامتی ذهنی روزمره فوایدی دارد."

تیم تحقیقاتی همچنین نسخه اصلاح شده‌ای از جراحی را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند در افرادی که قبلاً قطع سنتی داشته‌اند انجام شود. این روند، که آنها آن را "AMI بازسازی" می‌نامند، شامل پیوند عضلات کوچک برای خدمت به عنوان عضلات آگونیست و آنتاگونیست برای یک مفصل قطع شده است. آنها همچنین در حال توسعه روش AMI برای انواع دیگر قطع عضو، از جمله بالای زانو و بالا و پایین آرنج هستند.

هیر می گوید: "ما در حال یادگیری هستیم که این روش سیم کشی مجدد اندام و استفاده از قطعات یدکی برای بازسازی آن اندام در حال کار است و برای قسمت‌های مختلف بدن قابل استفاده است."