Prothese

Marlou van Rhijn met haar 'blade runners'

In de geneeskunde is een prothese (meervoud: prothesen; van Oudgrieks prothese , "toevoeging, toepassing, bevestiging")  of prothetisch implantaat  een kunstmatig apparaat dat een ontbrekend lichaamsdeel vervangt, dat verloren kan zijn gegaan door een ongeluk, ziekte of een bij de geboorte aanwezige aandoening (aangeboren aandoening). Prothesen zijn bedoeld om de normale functies van het ontbrekende lichaamsdeel te herstellen. Hierbij kun je ook aan een kunsthart denken. Het meest bekend en veel gebruikt zijn de prothesen in de tandheelkunde; zoals kunstgebitten, bruggen en tandheelkundige implantaten. Verder maken ze kunstledematen die zelfs zo knap zijn gemaakt, dat ze met motortjes kunnen bewegen een aangestuurd worden vanuit de nog bestaande zenuwen. In de (gehandicapten) sport zoals de paralympische spelen zijn de 'blade runners' Oscar Pistorius en Marlou van Rhijn bekend. Een figuur als Kapitein Haak uit Peter Pan zie je met een zogeheten passieve prothese.

Leren omgaan met

De revalidatie van een geamputeerd (afgesneden) lichaamsdeel wordt gecoördineerd door een fysiotherapeut als onderdeel van een interdisciplinair team bestaande uit fysiotherapeuten, prothetisten, verpleegkundigen en ergotherapeuten. Het leren omgaan met een prothese is vaak een lange weg, en bij beenprotheses vaak letterlijk met vallen en opstaan.

Protheses kunnen met de hand worden gemaakt of met computer-aided design (CAD, geavanceerde vorm van SketchUp), een software-interface die makers helpt bij het ontwerpen en analyseren van de prothese met behulp van met de computer getekende 2D- en 3D-graphics, evenals analyse- en optimalisatiegereedschappen. Ook kunnen tegenwoordig met 3D-printen onderdelen worden gemaakt.

De minder zichtbare protheses zijn kunstheupen, kunstknieën en kunstschouders. Vaak moeten deze bij oudere mensen worden geplaatst ter vervanging van versleten gewrichten.

Protheses zijn lichtgewicht gemaakt voor meer gemak voor de geamputeerde. Sommige van deze materialen omvatten:

• Kunststoffen:
  • Polyethyleen
  • Polypropyleen
  • acryl
  • Polyurethaan
• Hout (vroege protheses)
• Rubber (vroege protheses)
• Lichtgewicht metalen:
  • Titanium
  • Aluminium
• composieten:
  • Met koolstofvezel versterkte polymeren

Prothesen op wielen zijn ook veelvuldig gebruikt bij de revalidatie van gewonde huisdieren, waaronder honden, katten, varkens, konijnen en schildpadden.

Geschiedenis

IJzeren prothese van een hand

Protheses zijn afkomstig uit het oude Nabije Oosten rond 3000 v. Chr., met het vroegste bewijs van protheses in het oude Egypte en Iran. De vroegste vermelding van oogprotheses komt uit het Egyptische verhaal van het Oog van Horus dateert uit circa 3000-2800 v.Chr. Het vroegste archeologische bewijs van protheses is gevonden in het oude Iran, waar een oogprothese wordt gevonden begraven met een vrouw in Shahr-i Shōkhta. Het was waarschijnlijk gemaakt van bitumenpasta die was bedekt met een dun laagje goud. De Egyptenaren waren ook vroege pioniers van voetprothesen, zoals blijkt uit de houten teen die rond 1000 voor Christus op een lichaam uit het Nieuwe Rijk werd gevonden.  Een andere vroege vermelding is gevonden in Zuid-Azië rond 1200 voor Christus, waarbij de krijgerkoningin Vishpala in de Rigveda betrokken was. Er zijn ook Romeinse bronzen kronen voor op kiezen gevonden, maar het gebruik ervan had meer voor de sier dan medisch kunnen zijn.

Een vroege vermelding van een prothese komt van de Griekse historicus Herodotus, die het verhaal vertelt van Hegesistratus, een Griekse waarzegger die zijn eigen voet afhakte om aan zijn Spartaanse ontvoerders te ontsnappen en deze verving door een houten.

Ook in de Sushruta Samhita uit India wordt er melding gemaakt van protheses.

Plinius de Oudere heeft ook het verhaal opgetekend van een Romeinse generaal, Marcus Sergius, wiens rechterhand werd afgehakt tijdens een veldslag en een ijzeren hand liet maken om zijn schild vast te houden, zodat hij kon terugkeren naar de strijd. Een beroemde en vrij verfijnde historische armprothese was die van Götz von Berlichingen, gemaakt aan het begin van de 16e eeuw. Het eerste bevestigde gebruik van een prothese is echter van 950 tot 710 voor Christus. In 2000 ontdekten onderzoekspathologen een mummie uit deze periode begraven in de Egyptische necropolis in de buurt van het oude Thebe, die een kunstmatige grote teen bezat. Deze teen, bestaande uit hout en leer, vertoonde gebruikssporen. Toen ze in 2011 werden gereproduceerd door biomechanische ingenieurs, ontdekten onderzoekers dat deze oude prothese de drager in staat stelde om zowel op blote voeten als op sandalen in Egyptische stijl te lopen. Eerder was de vroegst ontdekte prothese een kunstbeen uit Capua.

Tijdens de Renaissance ontwikkelden protheses zich met het gebruik van ijzer, staal, koper en hout. Functionele protheses begonnen hun intrede te doen in de jaren 1500.

Technologische vooruitgang voor de 20e eeuw

Een Italiaanse chirurg registreerde het bestaan ​​van een geamputeerde die een arm had waarmee hij zijn hoed kon afzetten, zijn tas kon openen en zijn handtekening kon zetten. Verbetering in amputatiechirurgie en prothetisch ontwerp kwam in handen van Ambroise Paré . Een van zijn uitvindingen was een apparaat voor boven de knie dat een knielende been- en voetprothese was met een vaste positie, verstelbaar harnas en knievergrendeling. De functionaliteit van zijn vorderingen liet zien hoe toekomstige protheses zich konden ontwikkelen.

Andere belangrijke verbeteringen vóór de moderne tijd:

• Pieter Verduyn  – Eerste niet-vergrendelende prothese onder de knie (BK).
• James Potts  - Prothese gemaakt van een houten schacht en koker, een stalen kniegewricht en een gearticuleerde voet die werd aangestuurd door catgut-pezen van de knie tot de enkel. Werd bekend als "Anglesey Leg" of "Selpho Leg" aan.
• Sir James Syme  - Een nieuwe methode voor enkelamputatie waarbij geen amputatie van de dij nodig is.
• Benjamin Palmer  - Verbeterd op het Selpho-been. Een voorste veer en verborgen pezen toegevoegd om natuurlijk ogende bewegingen te simuleren.
• Dubois Parmlee  – Gemaakte prothese met een zuignap, polycentrische knie en multi-gelede voet.
• Marcel Desoutter & Charles Desoutter  – Eerste aluminium prothese
• Henry Heather Bigg, en zijn zoon Henry Robert Heather Bigg, wonnen het bevel van de koningin om "chirurgische apparaten" te leveren aan gewonde soldaten na de Krimoorlog. Ze ontwikkelden armen waarmee een geamputeerde met een dubbele arm kon haken, en een hand die voor anderen natuurlijk aanvoelde op basis van ivoor, vilt en leer.

Aan het einde van de Tweede Wereldoorlog begon de NAS (National Academy of Sciences) te pleiten voor beter onderzoek en ontwikkeling van protheses. Met overheidsfinanciering werd een onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma ontwikkeld binnen het leger, de marine, de luchtmacht en de Veterans Administration.

Moderne protheses

Begin jaren negentig kwamen de eerste microprocessor (computer) gestuurde knieprothesen op de markt. De Intelligent Prosthesis was de eerste commercieel verkrijgbare microprocessorgestuurde protheseknie. Het werd uitgebracht door Chas. A. Blatchford & Sons, Ltd., uit Groot-Brittannië, in 1993 en maakte het lopen met de prothese natuurlijker en zag er natuurlijker uit. In de loop der jaren zijn er vorderingen gemaakt op het gebied van de technologie van kunstmatige ledematen. Dankzij nieuwe kunststoffen en andere materialen, zoals koolstofvezel , zijn kunstmatige ledematen sterker en lichter geworden, waardoor de hoeveelheid extra energie die nodig is om de ledemaat te bedienen, is beperkt. Extra materialen hebben ervoor gezorgd dat kunstledematen er veel realistischer (echter) uitzien. Naast nieuwe materialen is het gebruik van elektronica heel gewoon geworden in kunstledematen.

De meeste moderne kunstmatige ledematen worden aan het restledemaat (stomp) van de geamputeerde bevestigd door middel van riemen en manchetten of door vacuüm zuigen.

Maken van kunstledematen

Kunstmatige ledematen worden meestal vervaardigd met behulp van de volgende stappen:

1. Meting van het restledemaat
2. Meting van het lichaam om de maat te bepalen die nodig is voor het kunstledemaat
3. Aanbrengen van een siliconen liner
4. Maken van een model van de voering die over het restledemaat wordt gedragen
5. Vorming van een thermoplastische laag rond het model (een soort mal) - Dit wordt vervolgens gebruikt om de pasvorm van de prothese te testen
6. Vorming van permanente socket (het deel wat over de stomp wordt geplaatst)
7. Vorming van kunststof onderdelen van het kunstledemaat – Er worden verschillende methoden gebruikt, waaronder vacuümvormen en spuitgieten
8. Maken van metalen onderdelen van het kunstledemaat met behulp van spuitgieten
9. Montage van hele ledemaat

Het maken van elektronische onderdelen is nog weer een vak apart en zeer kostbaar. Zeker als het gaat om de nabootsing van een hand. Het is niet alleen de beweging, maar ook de druk op de vingertoppen vraagt om een hoop technische kennis. Dit maakt het verschil tussen iets voorzichtig vastpakken of het fijn- of stukknijpen. Er worden tegenwoordig zelfs sensoren ingebouwd die de gebruiker een soort 'gevoel' geven. Dit noemen ze sensorische feedback.

Robot hand die pakt, maar niet breekt

In februari 2013 implanteerden onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Zwitserland en de Scuola Superiore Sant'Anna in Italië elektroden in de arm van een geamputeerde, die de patiënt sensorische feedback gaven en realtime (zelf) controle over de prothese mogelijk maakten. Met draden verbonden met zenuwen in zijn bovenarm, kon de Deense patiënt voorwerpen hanteren en onmiddellijk een tastzin krijgen door de speciale kunstmatige hand die werd gemaakt door Silvestro Micera en onderzoekers in zowel Zwitserland als Italië.

In juli 2019 werd deze technologie nog verder uitgebreid door onderzoekers van de University of Utah , onder leiding van Jacob George.

Hiermee is de stap gezet naar robot armen en benen die zelfs met de hersenen gekoppeld kunnen worden.