Notícia

Reconstrução cirúrgica pode permitir membros protéticos mais naturais

Jose-Luis Olivares, MIT

Fonte

Instituto de Tecnologia de Massachusets

Data

segunda-feira, 5 junho 2017 12:05

Áreas

Biomecânica. Bioeletrônica. Reabilitação. Próteses. Engenharia Biomédica.

Uma nova técnica cirúrgica desenvolvida por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) poderá permitir que membros protéticos fiquem muito mais parecidos com membros naturais. Através da coordenação da prótese, dos nervos existentes e dos enxertos musculares, os amputados podem sentir onde seus membros estão no espaço e sentir a quantidade de força que está sendo aplicada a eles. Este tipo de sistema poderá ajudar a reduzir a taxa de rejeição dos membros protéticos, que é de cerca de 20%.

“Estamos falando de uma melhoria significativa no atendimento ao paciente“, diz o Dr. Hugh Herr, professor do Media Lab do MIT e um dos autores do estudo. “No momento, não existe um método neural robusto para uma pessoa com amputação de membros sentir posições proprioceptivas e também forças aplicadas à prótese. Isto pode prejudicar a capacidade de se mover, equilibrar ou manipular objetos com sucesso”.

No novo estudo, publicado na revista científica Science Robotics no último dia 31 de maio, os pesquisadores demonstraram em ratos que sua técnica gera feedback sensorial do músculo-tendão para o sistema nervoso, que deve ser capaz de transmitir informações sobre a posição do membro e as forças aplicadas. Agora eles planejam implementar essa abordagem em amputados humanos, incluindo o Dr. Hugh Herr, cujas pernas foram amputadas abaixo do joelho quando ele tinha 17 anos.

Shriya Srinivasan, estudante de pós-graduação no Programa Harvard-MIT em Ciências e Tecnologia da Saúde (HST), é a principal autora do artigo. Outros autores são o cientista visitante do Media Lab, Dr. Matthew Carty, o estudante de graduação do MIT, Peter Calvaresi, os estudantes de pós-graduação do HST Tyler Clites e Benjamin Maimon, o estudante de pós-graduação do Media Lab Cameron Taylor e o orientador de doutorado Dr. Anthony Zorzos.

Melhor feedback

Durante uma amputação convencional, os músculos são cortados de uma forma que se perde uma relação-chave que normalmente ajuda as pessoas a controlar seus membros e a sentir onde estão no espaço. A maioria dos músculos que controlam o movimento dos membros ocorre em pares conhecidos como pares agonistas-antagonistas, de modo que um músculo se estende quando o outro se contrai. Por exemplo, quando você dobra seu cotovelo, o músculo bíceps se contrai, fazendo com que o tríceps se estenda e que o estiramento do tríceps envie informações sensoriais relacionadas à posição, velocidade e força de volta ao cérebro. A relação agonista-antagonista muscular também é o que permite que as pessoas controlem de forma independente a posição e a rigidez nas articulações dos membros.

Sem esses pares de músculos intactos, as pessoas com amputação de membros não têm como detectar os membros artificiais, nem podem sentir as forças aplicadas a esses membros.

“Eles têm que seguir visualmente suas mãos ou seus membros, porque não há nenhum feedback do dispositivo ou membro residual que diz ao cérebro onde suas próteses estão no espaço”, explica Shriya Srinivasan.

A equipe do MIT propôs recriar essas relações agonistas-antagonistas musculares. Em muitos amputados, os nervos que enviam sinais ao membro amputado permanecem intactos. Os pesquisadores decidiram aproveitar esses nervos conectando-os em pares de músculos enxertados de outra parte do corpo para o local da amputação.

Estes enxertos consistem em um par de músculos que trabalham juntos, assim como os músculos naturais. Quando o cérebro envia sinais que instruem um membro para se mover, um dos músculos enxertados irá se contrair, e seu agonista se estenderá. O músculo agonista, em seguida, envia feedback para o cérebro sobre o quanto o músculo se moveu e as forças aplicadas a ele.

No artigo publicado na Science Robotics, os pesquisadores testaram os enxertos musculares em ratos e descobriram que quando os ratos contraíam um músculo do par, o outro músculo se movia do lado oposto e enviaria informações sensoriais de volta ao cérebro.

Sistema de controle

Em outros trabalhos, os pesquisadores desenvolveram os componentes de um sistema de controle que traduz os sinais nervosos em instruções para mover o membro da prótese. Quando o cérebro envia impulsos nervosos para os músculos regenerados, esses sinais também serão recebidos por um microprocessador que controla o movimento do membro artificial.

As estimulações neurais farão com que o músculo agonista se contraia e o músculo antagonista se alongue. O músculo esticado proporcionará feedback neural para permitir que o paciente sinta onde seu membro está no espaço. Os pesquisadores esperam que o cérebro seja capaz de aprender rapidamente quanto controle deve exercer para fazer um movimento de membro artificial da maneira desejada.

“Usando este quadro, o paciente não terá que pensar sobre como controlar seus membros artificiais. Quando um paciente imaginar mover seu membro, os sinais serão enviados através dos nervos para os pares musculares reconstruídos na cirurgia. Os eletrodos musculares implantados então sentirão esses sinais e enviarão a ação de controle para os motores“, diz o Dr. Herr. “Nós achamos que o cérebro irá se adaptar rapidamente para saber o quanto deve contrair cada enxerto muscular para o controle protético natural”.

Este tipo de sistema de feedback também deve permitir que pessoas com um braço protético, por exemplo, sintam um torque aplicado à prótese.

Os pesquisadores acham que esta estratégia poderá funcionar para qualquer amputado, incluindo pessoas cujas amputações foram realizadas há muitos anos.

“Para quase qualquer cenário de amputação, desde que tenhamos um pouco do nervo saudável ainda, podemos colocá-lo em contato com enxertos musculares regenerados. Podemos colher estes enxertos musculares de quase qualquer lugar do corpo, tornando isso aplicável a um grande número de casos, desde trauma até dor crônica “, diz Shriya Srinivasan.

O Dr. Rickard Branemark, professor associado de cirurgia ortopédica na Escola de Medicina da Universidade da Califórnia em San Francisco descreve a nova abordagem do MIT como “uma ideia brilhante”.

“Está resolvendo um dos maiores desafios quando se trata de controle de membros artificiais: saber onde o membro está no espaço”, diz o Dr. Branemark, que não esta envolvido no estudo. “Se isso pode ser feito em seres humanos, os riscos envolvidos são bastante limitados e o benefício potencial pode ser realmente enorme”.

Acesse o resumo do artigo científico (em Inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News Office. Imagem: Jose-Luis Olivares, MIT

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