Из каких материалов изготавливаются протезы конечностей?

Жизнь теряет смысл, когда пациент осознает чем пришлось пожертвовать ради ее спасения. Как жить, если нет возможности ходить и даже посещение санузла превратилось в проблему.

Единственный способ восстановить двигательную активность – протезирование утраченной конечности. Современные протезы способны частично или полностью выполнять функции ноги и руки, они заменяют поврежденные суставы, хрящи, некоторые внутренние органы. Стоимость протезирования высокая, но государство компенсирует сумму, необходимую на приобретение ТСР (технических средств реабилитации) и оплату услуг специалистов.

Главные требования к протезам – комфорт, прочность и функциональность. Человек, нуждающийся в протезировании, не сможет подобрать модель ТСР без участия специалиста, но он поможет сделать правильный выбор, если имеет представление о том, из каких материалов делают протезы.

Кто делает протезы?

Еще в древности люди, оставшиеся без конечности после серьезной травмы и болезни, пытались облегчить себе жизнь, изобретая подобие руки или ноги. В те времена протезы служили только опорой при ходьбе, выполняли косметическую функцию. Со временем ремесленники начали изготавливать приспособления, способные выполнять некоторые функции ампутированной конечности.

Использование инновационных материалов позволило совершенствовать форму, уменьшить вес, увеличить прочность ТСР. Сегодня человек без ноги или руки ничем не выделяется из толпы прохожих на улице. Никто не догадается об отсутствии конечности, если это намеренно не демонстрировать.

От того, какой материал использовался в изготовлении компонентов протеза, зависит комфортабельность, внешний вид, срок службы изделия. Огромное значение имеет набор функций ТСР. Функционал должен удовлетворять требованиям владельца. Разработкой схемы, сборкой и наладкой устройства занимаются техники-протезисты в протезном центре.

Комплектующие подбираются для каждого пациента индивидуально, с учетом:

Возраста;
Роста и веса;
Уровня ампутации;
Сопутствующих заболеваний;
Уровня активности.

Одинаковых протезов не бывает, как и пациентов с одинаковыми исходными данными. Все комплектующие современных ТСР, кроме гильзы, изготавливаются на специализированных фабриках и заводах. Большинство комплектующих поставляют европейские предприятия, но в последние годы производством модулей занимаются и российские компании.

Культеприемную гильзу отливают в протезном центре индивидуально для каждого пациента. Специалист мастерской делает гипсовый слепок с культи, производит необходимые замеры, изготавливает гильзу для первичного протезирования. После устранения всех недостатков, обнаруженных во время примерок и обучении ходьбе на лечебном протезе, изготавливает гильзу для постоянного ношения.

Общие сведения о материалах

Компоненты для ТСР изготавливаются из проверенных временем дерева, металла, кожи и из инновационных материалов, способных существенно облегчить жизнь человека, оказавшегося в непростой ситуации. Нельзя точно сказать, какой протез лучший, из какого материала он должен быть сделан. Это определяет врач совместно с протезистом индивидуально.

В производстве используются:

Титан. Этот металл и его сплавы обладают отличной биосовместимостью. Поверхность компонента, изготовленного из титана, покрывается окисной пленкой, предотвращающей его коррозию, потемнение при контакте с телом человека. Удельный вес титана в два раза меньше в сравнении с нержавеющей сталью, а прочность выше. Использование титана в качестве материала для базиса протеза значительно увеличивает срок службы ТСР;
Углепластик (карбон). Карбон демонстрирует уникальную биосовместимость с организмом человека. Биохимический анализ карбона и кости человека подтвердил совпадение состава по многим показателям. Импланты из углепластика не вызывают атрофии костной ткани при взаимодействии с костью человека. Карбон используется как каркас для новообразований костной ткани;
Кобальт-хром. Оптимальный вариант сплава, который отличается пластичностью и долговечностью. Он хорошо проявил себя в местах трения (головки и вкладыша) металлических бедренной и тазовой частей. Кобальт-хром- молибденовый сплав применяется в изготовлении искусственных ТБС;
Алюминиевые сплавы. Алюминий устойчив к коррозии, легкий. Он используется в сплавах с титаном и ванадием или титаном и ниобием;
Нержавеющая сталь. Применяется в производстве шарниров, спиц, корпуса модулей и т.д. Это достаточно прочный, устойчивый к внешним воздействиям металл. Он не вызывает аллергических реакций. Стоимость значительно ниже титана;
Полиэтилен. Многие сомневаются в надежности пластика, особенно когда его совмещают в одном устройстве с металлом. Материалы, используемые при изготовлении съемных протезов, отличаются прочностью. Высокомолекулярный полиэтилен и металлические сплавы имеют схожие характеристики. Пластик проходит обработку бета-частицами или гамма-лучами, после чего приобретает требуемую прочность. Многие клиники используют полиэтилен, в составе которого присутствуют антиоксиданты;
Керамика. Материал имеет монолитную структуру без водопоглощения и пористости. Хорошая биосовместимость. Используются в узлах трения керамика-керамика и керамика-полиэтилен. Это хрупкие материалы, применяемые при изготовлении несъемных протезов для неполных пациентов;
Дерево. В протезировании используется липа.

Эти материалы для протезирования используют в съемных и несъемных протезах. Применение инновационных компонентов и технологий в производстве ТСР модульного и немодульного типа улучшает их качество, обеспечивает комфортное использование. Над созданием новых материалов работают десятки лабораторий. Это вселяет надежду в сердце каждого человека, оставшегося без ноги или руки, на то, что совсем скоро появятся доступные многофункциональные устройства, способные полностью заменить ампутированную конечность.

Немодульные (каркасные) ТСР

Обладают ограниченной функциональностью, но отличаются надежностью, долговечностью и простотой в использовании. Немодульные ТСР назначают пациентам с низким уровнем активности и как дополнительное средство для купания.

Есть несколько разновидностей немодульных протезов:

Шинно-кожаные. Им отдают предпочтение люди преклонного возраста, привыкшие к этим моделям. Отказаться от шинно-кожаной модели в пользу модульной решаются единицы. Иногда шинно-кожаный протез назначают, когда использование модульного невозможно по состоянию здоровья, из-за формы культи (булавовидная форма, изменяющийся в течение суток объем), контрактуры в коленном суставе, болезненной культи. Шинно-кожаные ТСР эластичные, но тяжелые, громоздкие, быстро деформируются;
Рабочие. Есть несколько видов рабочих моделей для нижних и верхних конечностей. Для ноги используется рабочий протез без стопы, если невозможно устранить контрактуры в тазобедренных суставах или когда освоение функционального ТСР невозможно по другим показателям. Рабочие протезы верхних конечностей необходимы для осуществления профессиональной и бытовой деятельности (используются разные виды насадок);
Лечебные. Предназначены для первичного протезирования. Пациенты получают первые навыки в уходе за ТСР и культей, осваивают новый способ ходьбы, готовят культю к ношению постоянного протеза;
Для купания. Модели, предназначенные для купания, не боятся влаги, агрессивных сред, устойчивы на скользкой поверхности, легкие. Чаще их изготавливают из пластмассы прошедшей специальные обработки. Внешне выглядят как здоровая нога, что актуально при посещении открытого водоема, бассейна (не используются для плавания).

При изготовлении шинно-кожаных ТСР используется дерево, пластик (косметическая оболочка), натуральная кожа (гильза), металл (каркас, шарниры). Немодульные протезы для купания изготавливаются из пластика. Они устойчивы к коррозии, имеют специальное покрытие на стопе.

Комплектующие для немодульных изделий можно заказать на предприятии в России. Если запланировано протезирование, государство компенсирует приобретение ТСР для постоянного ношения и для купания.

Модульные ТСР

В большинстве случаев пациентам назначаются модульные протезы, которые наделены функционалом здоровой конечности. Они используются для постоянного ношения.

На рынке представлены компоненты для сборки протезов пациентам с разным уровнем активности:

Mobis 1(низкий) – перемещение по квартире. Назначают пациентам, использующим дополнительные средства (палочку, костыли), с ассиметричной походкой, низкой скоростью ходьбы;
Mobis 2 (средний) – перемещение по квартире, похода в ближайший магазин, аптеку. Владелец такого ТСР может преодолевать небольшие препятствия, но скорость ходьбы невысокая;
Mobis 3 (повышенный) – ходьба на относительно длинные дистанции с преодолением препятствий. Походка незначительно отличается от походки здорового человека;
Mobis 4 (высокий) – для пациентов, ведущих активный образ жизни. Походка не отличается от походки здорового человека.

Специалисты моделируют ТСР, учитывая физическое состояние пациента, медицинские показания, возраст и т.д… Они различны по техническим характеристикам, назначению (для постоянного ношения, спортивные модели). Современные материалы, применяемые для изготовления модульных съемных протезов, отличаются прочностью, коррозионной стойкостью и малым удельным весом.

Количество модулей зависит от уровня ампутации:

При ампутации стопы используется модуль стопы и приемная гильза (приемная гильза нужна не всегда);
Ампутация голени – модуль стопы, регулировочно-соединительное устройство, приемная гильза;
Ампутация бедра – модуль стопы, регулировочно-соединительные устройства, несущий модуль, коленный модуль, приемная гильза;
Ампутация с вычленением в тазобедренном суставе – модуль стопы, регулировочно-соединительные устройства, коленный модуль, тазобедренный модуль, приемная гильза.

В разных моделях протезов сочетаются различные виды материалов. Модуль коленного сустава отличается от тазобедренного не только внешне и функционалом, но и набором использованных при изготовлении материалов. Это объясняется разной нагрузкой на суставы, участвующие в ходьбе.

Биопротезы

Уверенно завоевывают рынок оборудование с микропроцессорным управлением, позволяющее максимально восстановить функции ампутированной конечности. Биопротезы программируются индивидуально, что позволяет человеку забыть об отсутствии части ноги или руки, двигаться естественно и непринужденно. Производятся модули для бионических протезов из инновационных видов материалов.

Получить бионический протез руки бесплатно можно, но для этого придется пройти множество инстанций и доказать, что именно эта модель нужна для возвращения к профессиональной деятельности. Приобретение биопротеза ноги за счет государства пока практически невозможно, но в теории этот вариант не исключается. Стоимость бионики высокая, поэтому позволить себе покупку биопротеза за собственные средства могут немногие.

Ведущие компании, занимающиеся разработкой бионики, стараются сделать свою продукцию доступной для людей, оказавшихся прикованными к инвалидной коляске, не имеющих возможности обслуживать себя из-за отсутствия рук. Но пользоваться биопротезами могут не все желающие, т.к. это достаточно тяжелое по весу и технически сложное оборудование. Многим не показано ношение бионики по общему состоянию здоровья.

Биопротезы оснащены сенсорными датчиками, электродвигателями, аккумулятором. Их нужно регулярно ставить на зарядку, привозить в обслуживающую компанию на техосмотр, перепрограммировать, если возникают проблемы с выполнением команд. При изготовлении модулей для съемных бионических протезов используют материалы, устойчивые к внешним воздействиям. Оболочка защищает электронную начинку от влаги, механических повреждений.

Эндопротезы

В сфере эндопротезирования используются инновационные технологии, сравнимые с методиками обеспечения жизнедеятельности космонавтов.

Свойства материалов, использующихся для эндопротезов:

Повышенная прочность (не должны разрушаться при взаимодействии с тканями человеческого организма);
Малый удельный вес;
Отсутствие токсической опасности для организма человека;
Гипоаллергенность;
Биосочетаемость;
Большой срок службы.

В производстве эндопротезов используется титан, хром, кобальт, молибден. Для замены суставов подбираются разные комбинации сплавов с учетом нагрузки и технологии установки импланта. На кость и на костный цемент ставят крепежи из разных сплавов. В кость тазобедренного сустава вживляют импланты, состоящие из сплава титана, алюминия, ванадия (или ниобия), ели имеет место бесцементная установка. Если эндопротез устанавливается на цемент, используется сплав, состоящий из хрома, молибдена, кобальта. Крепеж для установки коленного эндопротеза изготавливается из сплава, в состав которого входит титан. Чтобы исключить истирание частей эндопротеза, используется керамика, полиэтилен, сплав хрома, молибдена и кобальта.

Для купания

Модульные и бионические протезы не предназначены для регулярного принятия душа, посещения бассейна и т.д… Базисные протезы для купания идут как дополнение к постоянным. Они производятся из водостойкого материала, который хорошо переносит щелочную среду, устойчив к коррозии.

Косметическая оболочка изготавливается из многослойного пластика. Подошва стопы оснащена протектором, обеспечивающим устойчивость на скользкой поверхности.

Иногда для защиты от влаги используются специальные чехлы, но они эффективны при нахождении под дождем или единичных случаев принятия душа. Влажная среда неблагоприятна для металлических механизмов, поэтому при случайном намокании искусственной конечности нужно ее хорошо просушить и только потом использовать. Цена постоянного протеза высокая, ремонт тоже удовольствие недешевое, поэтому не стоит нарушать правила эксплуатации.

Приемные гильзы

Культеприемную гильзу изготавливают индивидуально для каждого пациента в протезном центре, где планируется протезирование. Специалист производит замеры и делает гипсовый слепок. Изготовленную по индивидуальным параметрам гильзу несколько раз примеряют и корректируют. Материалы, используемые для изготовления приемных гильз для полных съемных протезов, должны обеспечивать комфорт при ходьбе и плотное прилегание гильзы к культе.

Гильзы чаще изготавливают:

Из литьевой акриловой смолы, которую ламинируют углеродными нитями и стекловолокном. В результате получается легкая, тонкостенная гильза;
Прозрачные гильзы из термопласта делают для лечебных (временных) протезов. Они позволяют правильно сформировать культю под установку постоянного протеза, следить за состоянием культи при ходьбе;
Из дерева изготавливают гильзы редко, т.к. это сложная трудоемкая техника, которой владеют немногие. Дерево обладает хорошей теплоизоляцией, не раздражает кожу, имеет малый вес;
Гильза из алюминия отличается легкостью и относительной прочностью. Алюминий легко принимает нужную форму;
Углеродное волокно обладает повышенной прочностью, устойчивостью к внешним воздействиям. Гильзы из углеродного волокна дополняют постоянные модульные и бионические протезы.

При изготовлении используется одна из техник: отливка или компьютерная анатомическая визуализация (3D печать). Для улучшения комфорта используется полиэтиленовый вкладыш. Вакуумное крепление предполагает использование гипоаллергенных прочных натуральных материалов.

Крепление гильзы к культе обеспечивается:

Чехлом амортизатора. Это гелевая подушка, предназначенная для защиты кожи культи и равномерного распределения давления. Чехол потребуется для комфортного размещения неправильных контуров культи;
Ортопедическим носком. Носки изготавливаются из шерсти, нейлона и других материалов. Для улучшения комфорта иногда между слоями ткани размещают гелевый слой;
Ремнями и хомутами, если стандартная крепежная система не обеспечивает надежность фиксации.

Для производства креплений протезов к конечностям используются материалы, не вызывающие аллергических реакций, раздражений на коже.

Косметическая оболочка

Некоторые пациенты не хотят демонстрировать протез окружающим, чтобы не привлекать к себе внимание. Искусственная нога или рука может выглядеть естественно после нанесения на нее вспененного материала. Искусственная кожа по консистенции напоминает натуральную кожу, мышечную массу. Мягкая пена, цвет которой соответствует оттенку кожи пациента, наносится на пластиковые и металлические элементы. Искусственной ноге придается форма здоровой конечности. Такое покрытие защищает конструкцию от механических воздействий, препятствует повреждению одежды.

Косметическая оболочка создает некоторые неудобства, если механическая часть требует починки, регулировки.

Какие металлы не используются в протезировании?

Съемные, частично съемные протезы, имплантаты изготавливаются из разных материалов. Для одних компонентов главное условие – прочность, а для других – биосовместимость с организмом человека.

Если предполагается тесный контакт с кожей, костной тканью, не используется алюминий. Вызвать отрицательные побочные эффекты может медь, т.к. в высоких концентрациях она токсична для организма. Не используется в протезировании ртуть. Ее воздействие на ткани вызывает серьезные проблемы со здоровьем.

Материалы для изготовления съемных протезов должны быть прочные, легкие, не поддающиеся коррозии, поэтому все чаще производители отказываются от нержавеющей стали, заменяя ее титаном.