"Умный" коленный сустав сообщит о высокой нагрузке и попросит о замене в случае износа

31 января 2019 11:06 Юлия Воробьева

Срок службы искусственного коленного сустава зависит от уровня физических нагрузок. В среднем пациентам приходится менять имплантаты раз в пять-десять лет. Фото Global Look Press.

Как и любые хирургические "запчасти", искусственные коленные суставы со временем изнашиваются. Но медикам сложно предсказать срок службы имплантата для каждого конкретного пациента, ведь всё зависит от индивидуальных физических нагрузок. Поэтому учёные решили создать "умный" имплантат, который будет сам сообщать врачу о своём состоянии.

Коленные суставы невероятно уязвимы: они подвержены травмам и повреждениям, а также возрастным заболеваниям. Если лечение не даёт результата, медики проводят хирургическую операцию по замене сустава на искусственный аналог. Такие вмешательства сегодня широко распространены.

Однако новая "запчасть" со временем изнашивается, и срок её годности, как правило, зависит от двигательной активности пациента. Собственно, это и становится основной проблемой, особенно для молодых людей. Одни не ограничивают свои физические нагрузки, что ускоряет износ нового сустава, другие же берегут имплантат, и потому отказывают себе в определённых занятиях.

При этом врачам сложно сказать, какие нагрузки будут оптимальны для конкретного пациента, пока у него не появятся первые симптомы повреждения имплантата.

Но что, если бы искусственный коленный сустав сам мог "сообщать" медикам о своём состоянии, сигнализировать о высокой нагрузке или просить о замене?

Такой "умный" имплантат разработали исследователи из Бингемтонского университета в США.

Они снабдили искусственный сустав датчиками, позволяющими отслеживать, какое давление оказывается на него во время тех или иных движений. Получив эти данные, медики смогут составить чёткое представление о том, какая активность негативно отражается на состоянии имплантата каждого конкретного пациента.

Правда, решив одну проблему, исследователи столкнулись с другой: датчикам требовался источник питания. Но если снабдить имплантат батареей, вся концепция теряет смысл. Сустав будет изнашиваться медленнее, но менять его всё равно придётся чаще (из-за севшей батареи).

Поэтому специалисты решили использовать трибоэлектрическую систему получения энергии. Речь идёт о физическом эффекте, когда электрические заряды генерируются в материале из-за трения.

Для этого в искусственный сустав встроили суперконденсатор для хранения энергии, образующейся в результате трения между поверхностями в коленном суставе во время ходьбы.

Затем систему проверили на механическом симуляторе. Тесты показали, что обычный пациент во время ходьбы способен "вырабатывать" таким образом 6 микроватт энергии. При этом для питания датчиков было бы достаточно и 4,6 микроватта.

Специалисты отмечают, что новая система обеспечит медиков нужной информацией, поможет снизить риски для пациентов и потребность в хирургических операциях.

Но работа ещё не завершена. Ожидается, что она станет лишь первым шагом на пути к созданию более совершенных и продвинутых искусственных суставов с максимально длительным сроком службы.

Подробнее о новой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Smart Materials and Structures.

Добавим, что ранее хирурги впервые пересадили пациенту коленный сустав с напечатанной костной тканью. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о создании идеальных имплантатов для коленей на основе особого гидрогеля.