UNA NUEVA PIERNA BIóNICA PERMITE IMITAR LA MARCHA NATURAL EN PERSONAS AMPUTADAS
El equipo del investigador estadounidense Hugh Herr, líder en el desarrollo de prótesis, desarrolla un nuevo dispositivo que permite un mayor nivel de control cerebral.
En 1982, cuando sólo tenía 17 años y estaba escalando en el Barranco de Huntington (New Hampshire), a Hugh Herr le sorprendió una ventisca que le mantuvo tres noches perdido en un inhóspito paraje, a temperaturas que rozaban los 30 grados bajo cero. Fue rescatado con vida, pero las secuelas del frío extremo al que estuvo sometido, obligaron a amputarle las dos piernas.
Tras el accidente, el biofísico decidió dedicar su carrera a desarrollar prótesis tecnológicamente avanzadas, un objetivo que ha cumplido con creces. Considerado un líder mundial en biónica, ha recibido numerosos galardones por su trabajo, como el Premio Princesa de Asturias en Investigación Científica y Técnica que logró en 2016 "por haber diseñado las primeras prótesis que logran emular la locomoción humana, permitiendo superar discapacidades como las que él mismo tiene", tal y como señaló el jurado.
Este lunes, la revista Nature Medicine destaca un nuevo avance del científico estadounidense. Se trata de una interfaz neuroprostética que permite que una pierna biónica pueda responder completamente al sistema nervioso del usuario. "Ningún estudio previo había podido demostrar este nivel de control cerebral", subrayó Herr en una presentación del prototipo ante la prensa. "Es el sistema nervioso el que controla el movimiento", añadió.
La interfaz permite restaurar la propriocepción del individuo, la capacidad natural que cualquier persona tiene de sentir la posición y el movimiento que tienen las diferentes partes de su cuerpo. "La sensación es como si tuviera una pierna normal. Se siente natural, se mueve naturalmente", añadió el investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), cuyo equipo ha llevado a cabo un ensayo con 14 personas, todas ellas con una amputación por debajo de la rodilla en una de sus piernas.
La mitad de ellos recibieron el dispositivo desarrollado por Herr, mientras que el resto tenía una prótesis más convencional. Y los resultados mostraron beneficios palpables del nuevo abordaje, denominado AMI y que conecta quirúrgicamente pares de músculos agonistas-antagonistas (necesarios para una correcta marcha) con electrodos externos que se pueden retirar y son capaces de 'leer' y enviar a la médula información sobre la posición y el movimiento de la extremidad.
Según explican los investigadores, en personas con una pierna amputada por debajo de la rodilla es complicado recuperar la normalidad en la marcha pese a la creciente sofisticación tecnológica de las prótesis que se han desarrollado en los últimos años. Eso se debe a que cuando movemos una pierna, se ponen en funcionamiento un gran número de músculos, que actúan en pares agonistas-antagonistas, y que mientras actúan envían todo tipo de señales proprioceptivas al sistema nervioso, informándole, por ejemplo, de cómo se está ejecutando el movimiento o dónde está la pierna. Tras una amputación, esa dinámica se pierde, un proceso que intenta restaurar el dispositivo diseñado por Herr.
Al medir la eficacia de la prótesis biónica, los investigadores comprobaron que la velocidad de la marcha era un 41% mayor en las personas que portaban el dispositivo. De hecho, la manera de caminar era similar a la de una persona sin amputación, señalan. La utilidad del dispositivo se probó no solo en suelos lisos, sino en escaleras, rampas o terrenos con obstáculos, señalan.
"En este trabajo se ha desarrollado una prótesis de miembro inferior que permite adquirir información sobre la ejecución del movimiento y activar nervios con función propioceptiva que aportan información a la médula espinal y, posteriormente, al cerebro. Al incorporar la información propioceptiva, el sistema nervioso central tiene mayor capacidad de regular el movimiento que se quiere realizar con la prótesis. En concreto, se consigue que la biomecánica al andar tenga una ejecución de movimientos más parecida a personas sin daño. Para ello, se incorporan sensores que recogen la información de la presión producida al apoyar y levantar la prótesis del suelo", señala, en declaraciones a SMC España Juan de los Reyes Aguilar, jefe del Grupo de Neurofisiología Experimental en la Unidad de Investigación del Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. "Además, se obtiene la electromiografía de la contracción muscular en regiones de la pierna preservadas, sobre el nivel de la amputación. Ambos tipos de información se transforman en descargas eléctricas que sirven para activar los nervios propioceptivos de la pierna (situados entre la rodilla y en sitio de amputación). El resultado es que se consigue una 'prótesis activa', ya que proporciona información propioceptiva al sistema nervioso central para conseguir una mejor regulación del movimiento", señala.
De los Reyes añade que, "aunque existen prótesis para personas con amputación desde hace tiempo, los modelos utilizados hasta ahora carecían de la capacidad de transmitir información propioceptiva, por tanto, los autores las denominan 'prótesis pasivas'. El trabajo demuestra que el implante de prótesis activas en personas con amputación consigue la recuperación de la biomecánica cercana a la del movimiento natural (que los autores denominan 'biomimético'). Además, tuvieron mayor velocidad al andar que personas con prótesis sin sensores propioceptivos. Asimismo, al tener más información propioceptiva, las personas que usaron la prótesis activa mostraron mayor capacidad de actuar ante obstáculos inesperados o la necesidad de cambiar el movimiento de andar a subir una escalera".
"Si bien el resultado supone una mejora para las funciones que pierden personas con una extremidad inferior amputada", continúa el experto, "el mecanismo que se debe implementar es más voluminoso, pesado y complejo que el de prótesis que sin sensores. Es posible que la apariencia excesivamente aparatosa de la prótesis activa pueda crear rechazo en su uso por parte de algunas personas, siendo las prótesis clásicas más fáciles de llevar y más integradas en la anatomía de la persona, permitiendo vestir con normalidad, etc. Los autores discuten este punto y consideran que quizás pueda suponer un límite al uso extendido de prótesis activas. Por tanto, una de las mejoras previsibles en el diseño de futuras prótesis activas requerirá de la miniaturización de la tecnología; podrá ayudar a reducir el peso y volumen de todo el mecanismo requerido para implantar los sensores y transmitir la información propioceptiva".
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