Как восстановить поврежденные суставы: союз медицины и 3D-печати
История медицины: от древних времен до современности
Многие медицинские технологии, и в частности наука об изготовлении протезов, берет свое начало в далеком прошлом. Первые упоминания о людях, которым вместо утраченных конечностей изготовили железные, встречаются еще в древних ведических текстах, написанных примерно за 1500 лет до нашей эры. Однако самое древнее вещественное доказательство успешного протезирования — египетская мумия времен Нового Царства, большой палец ноги которой представляет собой искусную поделку из дерева.
Сама по себе идея заместить утраченную конечность чем-то схожим с ней постоянно возникала на протяжении истории. Заменяли все — от глазных яблок и зубов до конечностей, причем часто мастера стремились не только воссоздать подобие утраченной части тела, но и наделить ее хотя бы частичными свойствами оригинала. Так, самая обычная деревянная нога превратилась в весьма функциональную конечность, стоило оснастить ее шарниром и специальной кожаной сумкой для культи, предотвращающей трение.
История протезов тесно связана с историей мировых войн. Во времена Средневековья многие воины лишались различных частей тела на поле брани, но, вопреки распространенным заблуждениям, часто выживали и даже продолжали военную карьеру. Наибольшую славу снискал себе Готфрид фон Берлихинген, стараниями Иоганна Гёте увековеченный в мировой культуре. Железнорукий Гётс, он же Готфрид Железная Рука, получил свое прозвище по вполне очевидным причинам — вместо утраченной в бою руки он носил железный протез. Нельзя не отметить и гений немецкого врача Германа Крукенберга, сразу по окончании Первой мировой войны разработавшего так называемую руку Крукенберга — «клешню», которая изготавливалась из концов лучевой и локтевой костей. После войны множеству раненых солдат и гражданских в спешке ампутировали кисти, стараясь избежать заражения крови, а потому это изобретение оказало инвалидам немалую услугу.
Долгое время система протезирования практически не развивалась. С древнейших времен человек выбирал для замещения конечностей дерево — инертный и довольно легкий материал, обладающий большим запасом прочности, легко заменяемый и не оказывающий на поврежденные ткани сильного раздражающего эффекта. Некоторые мастера использовали удобный и дешевый, но ломкий каучук. В XIX веке, когда добыча и обработка металла сделала его общедоступным, начали появляться металлические «гильзы» из сплава бронзы с алюминием, серебряных сплавов и даже обычного листового железа.
Примерно в это же время начинается качественная эволюция протезов. Американский доктор Бли первым сконструировал имитацию искусственного сустава ступни, движения которого подражали оригиналу: он представлял собой шар из полированного стекла, лежащий в полости из вулканизированного каучука. Другие использовали для имитации суставов пружины из все того же эластичного каучука, что делало походку более легкой и бесшумной.
Протезирование в наши дни
Но часто протезы необходимы тем, кто никогда не был на войне и даже не стал жертвой катастрофы. Иммунная система нашего организма — универсальный и сложный комплекс, благодаря которому мы остаемся невредимыми после регулярных контактов с окружающей средой. Однако иногда эта система оборачивается против своего хозяина: всему виной так называемые аутоиммунные заболевания, в результате которых иммунная система начинает воспринимать собственные ткани организма как чужеродные и атакует их. Подобные заболевания еще называют системными, поскольку, как правило, пораженными оказываются целые системы тела человека. Одно из следствий аутоиммунных заболеваний — сильные воспалительные реакции, в результате которых костная ткань небольших суставов попросту рассасывается и исчезает. Результатом даже незначительного изменения в структуре суставов может стать деформация всего скелета, возникающая по принципу цепной реакции. Из-за смещения осевых соотношений костей конечность деформируется и становится неспособна выполнять свои функции.
В наши дни самый простой способ исправить эту ситуацию — заменить поврежденный сустав или его части искусственным аналогом. Современные материалы, из которых изготавливаются эндопротезы, практически не взаимодействуют с внутренней средой организма и, как следствие, не отторгаются им. Часто ортопеды используют для подобных операций хорошо зарекомендовавший себя силикон. Однако у силиконовых протезов есть один существенный недостаток — они хрупкие, а потому выдерживают лишь небольшую нагрузку. Это заметно снижает силу хвата (если речь идет о суставах руки) и ограничивает использование конечности — в противном случае искусственный сустав разрушится и операцию придется проводить повторно. Кроме того, силикон не вступает в прочную связь с костью, а потому может попросту вылететь из гнезда. Но как быть в такой ситуации?
Специалисты из российского Центра хирургии стопы и кисти МЕДСИ бросили вызов этой проблеме. Протезирование — сложный и кропотливый процесс, и если необходимо заменить крупные суставы, то медики просто используют стандартные блоки. Однако подобная методика не подходит для мелких суставов кисти или стопы: строение каждого организма уникально, а потому не существует двух одинаковых рук или стоп. Кроме того, подобные операции требуют практически ювелирной работы. Выход был найден в технологии 3D-печати, которая подарила возможность находить индивидуальный подход к каждому пациенту. В современном мире трехмерная печать используется повсеместно, от космической промышленности до индустрии развлечений. Обычно трехмерные принтеры работают преимущественно с мягкими полимерами, однако в случае с суставами в дело пошел металл.
Шаг 1. Сначала пациент проходит через знакомую всему процедуру компьютерной томографии (КТ), которая регистрирует абсолютно все параметры его организма. После этого данные, полученные в результате сканирования, отправляются на производственный блок, не имеющий прямого отношения к клинике. Здесь информация превращается в компьютерную 3D-проекцию, на основе которой специалисты-биоинженеры формируют модель скелета. Ее конечности расположены так, чтобы соответствовать положению здоровых костей и суставов. Подобная методика сугубо индивидуальна, что позволяет избежать множества проблем еще до начала операции. Это очень важно: как уже было сказано, даже самый маленький сустав оказывает влияние на всю конечность в целом и незначительный дефект может стать причиной деформации всей кисти или стопы.
Шаг 2. Обнаружив дефект, биоинженеры совместно с лечащим врачом создают протез (сустав или часть кости), полностью повторяющий по форме утраченную костную ткань. Прочный и легкий титановый сплав, лежащий в его основе, способен выдерживать большие нагрузки, что облегчает восстановление поврежденной конечности. Благодаря современным медицинским технологиям изготовление одного изделия в среднем занимает всего три часа, а весь производственный процесс укладывается в неделю. Преимущество 3D-печати позволяет существенно уменьшить цену изделия. Стоимость такого протеза не превышает 10 000 рублей (для сравнения — на уже готовый протез, изготовленный по шаблону, придется потратить порядка 70 000).
Шаг 3. Операция по замене сустава проходит в современном клинико-диагностическом центре МЕДСИ (метро «Белорусская») под руководством Ярослава Борисовича Хренникова. Она длится не дольше 60 минут, из которых большая часть времени уходит на очистку организма от воспаленных тканей. Суставная активность восстанавливается уже на следующий день, и дальнейшее выздоровление проходит под наблюдением врача в стандартном режиме. Это последний и весьма важный этап сложной работы: специалисты в области ортопедии сходятся во мнении, что именно от успешной реабилитации зависят 60% успеха всей операции.
Стоит отметить, что сейчас многие пациенты отказываются от операций на кистях и стопах: несмотря на то что формально дефект будет устранен, жить со стандартизированными протезами все равно очень дискомфортно. В этом и проявляет себя одно из главных достоинств современных 3D-технологий: распечатанный протез, до мельчайших деталей повторяющий индивидуальные особенности строения скелета пациента, практически не ощущается в повседневной жизни и не препятствует выполнению привычных движений конечности.
Страх как первопричина всех бед
Но если все так просто, почему люди не идут на подобные меры? Чаще всего причиной становится банальный страх перед всем новым и неизвестным. Патологии суставов вызывают чрезвычайный дискомфорт, однако они не смертельны. Многие пациенты не решаются обратиться в клинику, до последнего оттягивая визит к врачу, пока их состояние не ухудшится до критической отметки. После этого операция осложняется, и даже в случае благоприятного исхода конечность может никогда не восстановить прежнюю подвижность и эффективность. Все дело в атрофии тканей, которая неизбежно берет свое уже тогда, когда сустав еще только начинает терять подвижность. Мышцы, отвыкнув от привычной нагрузки, быстро атрофируются, что сказывается на всей конечности. Однако избежать этой проблемы просто — нужно лишь своевременно обратиться за медицинской помощью к квалифицированному специалисту и не разрушать свой организм самолечением.
