“Reinervação muscular dirigida” – será este o futuro que a tecnologia biônica reserva para milhões de amputados em todo o mundo?

Saiba um pouco mais sobre a “reinervação muscular dirigida”, técnica cirúrgica que permitiu ao Zac Vawter subir aquele arranha-céu nos EUA usando uma prótese biônica controlada pelo cérebro. O procedimento cirúrgico, chamado “Targeted Muscle Reinnervation” nos EUA, redireciona os sinais do cérebro dos nervos cortados durante a amputação para músculos intactos, permitindo ao paciente controlar sua prótese intuitivamente. A técnica já é bastante utilizada em pacientes com amputação de membros superiores, mas atualmente está em desenvolvimento para amputados transfemurais, como o Zac Vawter. O feito alcançado no último domingo reabre as discussões se este é realmente o futuro que a tecnologia biônica reserva para milhões de amputados em todo o mundo.

Novas perspectivas para as próteses biônicas

Por Aimee Schultz *

Ao longo das últimas décadas, vimos robôs criados com espantosa capacidade: robôs humanóides que podem subir e descer escadas; robôs que podem vagar em Marte, coletar amostras e enviar imagens para a Terra; e até mesmo robôs que são utilizados para ajudar a realizar cirurgias. Com toda a incrível tecnologia robótica que nos rodeia, por que os membros protéticos (usados atualmente para substituir braços e pernas humanos) não são mais próximos da realidade?

De fato, muitos avanços surpreendentes em tecnologia prótese têm sido feitos nos últimos anos, com mais andamento. Infelizmente, porém, as próteses ainda não atingiram o nível do braço (foto) impecável de Luke Skywalker em Star Wars. Por quê? Uma razão é que não temos meios para que as pessoas contar às suas próteses o que fazer de forma natural e intuitiva.

Em geral, os robôs são ambos controlados através de controle remoto ou programados para executar tarefas em determinado momento. A prótese, no entanto, não pode ser pré-programada – como poderíamos saber quando alguém quer tomar um copo de água, ou começar a subir as escadas? – E um controle remoto teria uma grande quantidade de concentração, assim como a utilização constante de uma ou ambas as mãos.

Atualmente os braços protéticos são controlados de duas maneiras. Uma delas é através da utilização de movimentos do corpo, tais como encolhendo os ombros, o que ativa uma série de cabos que podem operar a mão, punho ou cotovelo protético. Estas próteses são chamadas de “corpo-powered”. A outra maneira é por meio da ‘leitura’ de pequenos sinais elétricos gerados pelos músculos restantes quando se contraem, o que permite controlar um braço motorizado.

Estes sinais musculares são lidos por pequenas antenas elétricos chamadas de eletrodos. Por exemplo, alguém que amputou o braço acima do cotovelo pode utilizar os seus bíceps e tríceps para controlar a mão protética. A prótese pode ser programada para interpretar os sinais a partir do músculo do bíceps para “abrir a mão” e os sinais a partir do músculo do tríceps para “fechar a mão.” Estas são chamadas de “próteses mioelétricas.”

Designers de próteses mioelétricas têm um importante problema para resolver. Há muitos movimentos para controlar e músculos insuficientes para a execução dessas tarefas. Tomemos o exemplo acima: se os músculos bíceps e tríceps são usados para abrir e fechar a mão, que músculos podem enviar os sinais para dobrar e esticar o cotovelo? E se a mão precisa girar para os lados a fim de pegar um objeto, como é que o usuário pode dizer a ela que faça isso?

Pesquisadores têm tentado muitas maneiras de resolver esses problemas. Eles implementaram vários tipos de interruptores, ou instruído aos usuários executar combinações de contrações musculares para atuar como um interruptor. No entanto, a ausência de sinais de controle disponíveis tornam a execução desses movimentos extremamente difícil tecnologia prótese.

O Centro de Engenharia Neural para membros artificiais do Instituto de Reabilitação de Chicago (RIC) está focado neste problema de controle de próteses. Os centros de laboratório em torno de uma técnica cirúrgica chamada “Targeted Muscle Reinnervation” (TMR), ou “Reinervação muscular dirigida”. O objetivo da cirurgia TMR é utilizar os comandos do cérebro que ainda tentam atingir o membro em falta. Estes comandos viajam até os nervos que foram cortados durante a amputação e não são mais recebidos pelos músculos. Se esses nervos são ligados a sites musculares diferentes, eles podem causar esses outros músculos a se contrair, produzindo os sinais usados para controlar a prótese mioelétrica.

O primeiro paciente submetido à TMR foi um homem que perdeu os dois braços à altura do ombro em um acidente elétrico. Sem armas, os músculos do peito eram inúteis para ele. Então, no seu lado esquerdo, eles cortaram os nervos que correram para os músculos do peito e ligaram aos nervos que já havia ido para o braço. Depois de alguns meses, as tentativas de mover o seu braço esquerdo e a falta contrações dos músculos do peito foram de encontro com as diferentes contrações ocorrendo para flexão do cotovelo e demais movimentos da mão.

Em seguida, usando um número ainda maior de eletrodos de superfície para ler as contrações musculares, os pesquisadores foram finalmente capazes de dizer a diferença entre as tentativas de movimentos do cotovelo, punho e mão, incluindo diferentes tipos de mão segura. A técnica ajudou não apenas no problema do controle, possibilitando ao paciente mover diferentes articulações de forma independente, mas também permitiu ao paciente controlar a prótese de forma intuitiva. Suas tentativas de mover o braço inexistente resultou em movimentos semelhantes da prótese.

O trabalho segue em andamento para aperfeiçoar o controle mioelétrico. Ao invés de usar sítios musculares individuais para controlar cada movimento, um computador pode ser programado para reconhecer os diferentes movimentos a partir do padrão de sinais elétricos gravados oriundos dos músculos reinervados. Não se exige que os sinais musculares sejam perfeitamente isolados, havendo adaptação automática a sinais extras, tais como o coração, por exemplo.

Além disso, não é necessária a colocação de eletrodos para ser exato, como fariam com controle convencional, porque o sistema é treinado novamente cada vez que o sistema é utilizado. Essa tecnologia, chamada de “reconhecimento de padrões”, atualmente só é usada como uma ferramenta de pesquisa. No entanto, é possível que um dia ela possa ser incorporada em dispositivos protéticos para controle ainda mais preciso.

Uma nova melhoria das tecnologias protéticas pode ser possível em resultado adicional e inesperado de cirurgia de TMR. Vários meses depois de seu procedimento, o primeiro paciente submetido à reinervação muscular relatou aumento de sensibilidade em sua pele do peito, um dos locais afetados pela intervenção. Quando é tocado em seu peito é como se estivesse sendo tocado em seu braço perdido. Outras investigações mostraram que os pacientes são capazes de perceber diferentes temperaturas, nitidez de objetos, vibrações, e as pressões sobre a sua pele no local da reinervação, como se todos esses estímulos fossem redirecionados para o membro em falta.

Os pesquisadores foram capazes de “mapear” estas percepções, ou ver quais locais na pele sobre os músculos reinervados correspondem ao dedo mindinho, ao antebraço, à palma da mão, etc. Surpreendentemente, esses mapas parecem manter-se estáveis ao longo do tempo. Ao aprender mais sobre essas percepções, esperamos um dia fornecer feedback da prótese biônica, que permitirá ao usuário “sentir” com seu braço artificial, como se fosse a sua própria mão. Isso pode ser um longo caminho para melhorar a capacidade dos pacientes para controlar suas próteses, e até mesmo melhorar a sua qualidade de vida.

* Artigo publicado na Science in Society, uma iniciativa da Northwestern University de conectar a ciência à comunidade.

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Passo Firme – 06.11.2012
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