Протезирование

Протезы подбираются и изготавливаются индивидуально с учётом внешнего вида и функциональных потребностей. Выбор конкретного решения зависит от индивидуальных особенностей, сопутствующих заболеваний, бюджета или страховых выплат, а также доступа к медицинской помощи. Технологически протезы варьируются от простых косметических или механических устройств до сложных бионических систем с микропроцессорным управлением и сенсорной обратной связью.

По расположению и функции выделяют протезы конечностей, а также краниофациальные протезы, которые разделяются на внутри- и вне-ротовые: к первым относятся, например, зубные протезы, ко вторым — протезы уха, носа, орбиты и др. Существуют также протезы шеи (заменители гортани, трахеи и верхнего пищевода) и туловища, где наиболее распространены протезы молочных желёз (груди, сосков). Отдельную категорию составляют пенильные протезы, применяемые для лечения эректильной дисфункции, при фаллопластике и хирургической коррекции пола у трансгендерных мужчин.

Применение тех или иных протезов и хирургических методик в РФ регулируется профильным медицинским и фармацевтическим законодательством и клиническими рекомендациями.

К этой группе относятся протезы верхних (рук) и нижних (ног) конечностей.

Протезы верхних конечностей предназначены для замещения руки на различных уровнях, от пальцев до плечевой области.

Они подразделяются на:

• Пассивные — выполняют косметическую функцию или служат опорой при выполнении задач двумя руками (бимануальных). Могут быть полезны для жестикуляции^[4].
• Механические (с тросовым приводом) — управляются движениями тела пользователя (например, плеча), которые передаются на кисть через систему тросов.
• С внешним источником энергии — наиболее распространёнными из них являются миоэлектрические протезы, которые используют электрические сигналы от сокращения мышц культи для управления моторами в кисти или локте.

В ортопедо-протезной промышленности (ОПП) для обозначения уровней ампутации часто используются сокращения, например, протез предплечья — BE (англ. below elbow, ниже локтя), а протез бедра — AK (англ. above knee, выше колена).

Протезы нижних конечностей служат для восстановления опоры и способности к передвижению. Их конструкция зависит от уровня ампутации: тазобедренный, бедренный (трансфеморальный), коленный, голеностопный (транстибиальный) суставы, а также части стопы. Ходьба на протезе, особенно трансфеморальном, требует значительно больших энергетических затрат (в среднем на 80 % больше, чем при ходьбе на двух ногах). Современные конструкции могут включать сложные механические и электронные компоненты для обеспечения более естественной и безопасной походки.

Протезы нижних конечностей также классифицируют по уровню ампутации или по имени хирурга, предложившего метод^[5][6]:

• Верхнебедренная (transfemoral, выше колена)
• Голеностопная, в том числе ампутация по Сайму (Syme)
• Коленный уровень
• Тазобедренный уровень
• Полупельвиктомия
• Частичные ампутации стопы (по Пирогову, Лисфранку, Шопару и др.)
• Ротационная пластика Ван Нес.

В эту группу входят искусственное сердце, почка и другие органы.

Современное зубное протезирование характеризуется массовым внедрением цифровых технологий, что повышает точность, скорость и комфорт лечения для пациентов.

Ключевым трендом является цифровая стоматология, основанная на технологиях CAD/CAM (англ. computer-aided design and computer-aided manufacturing). Процесс включает использование интраоральных 3D-сканеров для создания цифровых слепков, компьютерное моделирование (CAD) и последующее изготовление протезов — коронок, мостов, виниров — на фрезерных станках или 3D-принтерах (CAM). Это позволяет создавать конструкции с высокой точностью, зачастую за один визит к врачу. Аддитивные технологии (3D-печать) также применяются для создания хирургических шаблонов, временных коронок и даже постоянных протезов из специальных полимеров и металлов^[7].

Искусственный интеллект (ИИ) активно используется для диагностики, анализа рентгеновских снимков и данных КТ, а также для высокоточного планирования имплантации.

На смену традиционной металлокерамике приходят более эстетичные и биосовместимые материалы:

• Диоксид циркония — отличается высокой прочностью (в 5 раз превышающей металлокерамику) и эстетикой. Современные многослойные циркониевые диски позволяют имитировать естественный градиент цвета и прозрачности зуба.
• Стеклокерамика E-max (дисиликат лития) — обеспечивает превосходную светопропускаемость, что делает её оптимальным выбором для протезирования передних зубов.
• PEEK (полиэфирэфиркетон) — высокотехнологичный полимер, применяемый для создания лёгких, гипоаллергенных и амортизирующих каркасов съёмных и условно-съёмных протезов.

В качестве «золотого стандарта» при полном отсутствии зубов рассматриваются методики протезирования на имплантатах, такие как All-on-4 и All-on-6, которые позволяют установить несъёмный протез на 4 или 6 имплантатах.

Первые протезы известны с эпохи Древнего Востока около 3000 г. до н. э.; археологические находки датируются Древним Египтом и Ираном, а упоминания встречаются и в индийском эпосе Ригведа (например, о королеве-воительнице Вишпале)^[9]. Египтяне изготавливали протезы ног, как свидетельствует обнаруженный деревянный палец (ок. 1000 до н. э.), а в Иране найдено протезированное глазное яблоко, покрытое золотом (ок. 3000-2800 до н. э.)^[10][11]. В античности широко применялись деревянные и металлические протезы^[12]. Например, у римского военачальника Марка Сергиуса был железный протез руки^[13].

В Средние века и Ренессанс протезы выполнялись из железа, стали, меди, дерева. Наибольшего мастерства достигли в XVI-XVII вв.: Гёц фон Берлихинген получил известность благодаря механической руке, которой управлял с помощью рычагов. Француз Амбруаз Паре внёс вклад в совершенствование как хирургии ампутаций, так и протезной техники^[15].

Известны имена новаторов и хирургов: Питер Вердюн разработал протез голени без замка, Джеймс Поттс сконструировал «ногу Анжлси» со стальным коленным суставом, Джеймс Сайм предложил новую технику ампутации по голеностопу, Бенджамин Палмер добавил пружины и скрытые сухожилия для имитации естественного движения.

Во второй половине XX века с участием NASA и национальных медицинских организаций США началась программа по разработке современных протезов для ветеранов войн.

Бионические, или микропроцессорные, протезы являются наиболее технологически развитым видом протезирования. Их работа основана на считывании миоэлектрических сигналов от сокращения мышц культи с помощью специальных датчиков. Встроенный в протез микропроцессор анализирует эти сигналы и преобразует их в команды для движения, например, сжатия кисти или сгибания колена. Такие «умные» системы способны в режиме реального времени адаптироваться к скорости ходьбы, типу местности, наклону поверхности и характеру движений пользователя, обеспечивая более естественную и безопасную походку.

Ведущими мировыми производителями в этой области являются компании Össur (Исландия) и Ottobock (Германия)^[16]. Среди передовых протезов верхних конечностей выделяется модель i-Limb Quantum от Össur, оснащённая усиленными титаном пальцами и функцией управления жестами, которая позволяет переключаться между 36 вариантами захватов. В протезировании нижних конечностей широкое распространение получили коленные модули с микропроцессорным управлением, такие как Genium и C-Leg от Ottobock^[16].

В России также ведётся разработка и производство высокотехнологичных протезов. Компания «Степлайф» (ранее ГК «Салют Орто») создала бионический протез бедра Steplife B7^[17]. Модуль на 95 % состоит из российских комплектующих и позволяет активно передвигаться, ездить на велосипеде и переключаться в режим бега. Управление осуществляется через мобильное приложение, а начало серийного производства запланировано на 2025 год. В области протезирования рук российская компания «МЕТИЗ» представила бионическую кисть MeHand, оснащённую индивидуальными двигателями для каждого пальца, что обеспечивает 20 типов захватов и 10 жестов^[18].

Современные бионические протезы часто интегрируются со смартфонами для тонкой настройки и выбора режимов работы. Примером такой интеграции является протез Nexus Hand британской компании COVVI, который позволяет специалистам дистанционно настраивать его функциональность на основе данных, собираемых в реальном времени^[19]. Аккумуляторы таких устройств, как правило, обеспечивают автономную работу в течение нескольких дней.

Одним из передовых направлений в протезировании является создание систем, обеспечивающих двунаправленную связь между нервной системой человека и искусственной конечностью. Эти технологии направлены на интуитивное управление протезом и восстановление утраченных ощущений (так называемое «очувствление»).

Сенсорная (тактильная) обратная связь

Технологии обратной связи позволяют пользователю получать тактильные ощущения от протеза. Разработки в этой области ведутся по нескольким направлениям:

• Инвазивная стимуляция. Российская компания «Моторика» совместно с ДВФУ и Сколтехом разработала технологию, основанную на имплантации электродов в область периферических нервов культи^[20]. Сигналы от датчиков на протезе передаются в нервную систему, что позволяет человеку ощущать давление, различать твёрдые и мягкие предметы и их размер^[21]. Эта технология также показала эффективность в подавлении фантомных болей^[20].
• Неинвазивная стимуляция. Швейцарско-итальянский проект представил устройство MiniTouch, которое крепится к коже культи и позволяет пользователю ощущать разницу температур через протез, не требуя хирургического вмешательства^[22].

Нейроинтерфейсы и управление с помощью ИИ

Передовые системы управления стремятся считывать команды непосредственно из нервной системы, делая движения протеза более естественными и быстрыми.

Группа под руководством профессора Хью Герра в MIT разработала комплексный подход, включающий инновационную хирургическую методику AMI (англ. Agonist-antagonist Myoneural Interface)^[23]. При ампутации сохраняются естественные нейронные связи между парами мышц-антагонистов, что позволяет мозгу получать сигналы о положении конечности в пространстве (проприоцепция)^[23]. В 2024 году на основе этой методики был представлен бионический протез ноги с нейроинтерфейсом, который отслеживает электрическую активность мышц для управления и одновременно передаёт обратно сенсорную информацию. Испытания показали, что пациенты смогли увеличить скорость ходьбы на 41 % и передвигаться так же быстро, как люди без ампутации^[24][25].

Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение также активно применяются для совершенствования систем управления. Алгоритмы анализируют мышечные сигналы пользователя и со временем обучаются предугадывать его намерения. Ярким примером является протез Esper Hand, который адаптируется к индивидуальным паттернам движений, делая управление более интуитивным^[26]. В России также ведутся разработки в этой области, например, система распознавания жестов UBI 4.0 от «Моторики».

Остеоинтеграция — передовая технология в протезировании, предполагающая прямое вживление имплантата (штифта), как правило, из титана, в кость культи^[27]. По аналогии с зубными имплантами, к этому штифту затем крепится внешняя часть протеза (экзопротез)^[28]. Такой метод позволяет избежать проблем, связанных с традиционной культеприёмной гильзой (дискомфорт, повреждения кожи, нарушение трофики мягких тканей), обеспечивает более естественное распределение нагрузки и приближает биомеханику движений к естественной^[28][29]. В перспективе технология может позволить соединять электроды напрямую с нервами для более совершенного управления протезом^[28].

В России разработкой остеоинтегрируемых протезов занимается консорциум, включающий Центр компетенций НТИ «Бионическая инженерия в медицине» СамГМУ, компанию «Моторика» и Сколтех^[27][30]. В июне 2025 года были успешно проведены первые испытания прототипов для нижних конечностей на лабораторных животных^[27][30]. Завершение разработки и внедрение технологии ожидается к 2026 году^[31].

Современное протезирование активно использует цифровые технологии производства и инновационные материалы, что позволяет создавать индивидуализированные, лёгкие и прочные устройства.

Ключевой технологией в персонализации протезов стала 3D-печать в связке с системами CAD/CAM (англ. computer-aided design and computer-aided manufacturing). Процесс включает 3D-сканирование культи, создание точной компьютерной модели и последующее изготовление (печать или фрезерование) культеприёмной гильзы^[32]. Такой подход обеспечивает идеальную анатомическую подгонку, что снижает дискомфорт и риск повреждения кожи^[32], и особенно важен в детском протезировании, где требуется частая замена протезов по мере роста ребёнка^[32]. Цифровые технологии также применяются для создания интерактивных 3D- и AR-конфигураторов, которые помогают пациентам изучить устройство будущих протезов^[33].

Наряду с цифровизацией, расширяется применение высокотехнологичных материалов:

• Углепластик (карбон) — используется для создания сверхлёгких и прочных протезов и гильз^[34]. Многослойная структура материала позволяет регулировать его жёсткость и упругость, адаптируя изделие под нужды конкретного пациента^[34]. Для изготовления гильз также применяется сочетание карбона и кевлара.
• Титан и его сплавы — применяются для изготовления лёгких и износостойких компонентов, способных выдерживать высокие нагрузки.
• Полимеры — получили широкое распространение благодаря разнообразию свойств. Например, компания «Моторика» использует высокотемпературный (HTV) силикон для изготовления гильз с более надёжной фиксацией. В MIT была разработана методика создания более доступных протезов из нейлона^[35]. В экспериментальных моделях применяются сплавы с эффектом памяти формы в качестве искусственных мышц^[36], а также создаются композитные материалы, способные постепенно высвобождать лекарственные препараты для ускорения заживления^[37].

В 2014—2015 годах в ветеринарном протезировании наметились значительные успехи, связанные с применением 3D-печати для создания индивидуальных протезов. В этот период получили известность несколько случаев, демонстрирующих возможности технологии. Так, в 2014 году компания NovaCopy напечатала на 3D-принтере новую лапу для утёнка в виде лёгкого силиконового «носка»^[38]. В том же году в Германии для черепахи по кличке Блэйд, страдавшей болезнью опорно-двигательного аппарата, было создано инвалидное кресло из деталей конструктора LEGO^[39].

К 2015 году 3D-печать стала более зрелой технологией, позволяющей создавать лёгкие, доступные и идеально подогнанные искусственные конечности^[40]. Одним из самых ярких примеров стал случай собаки по кличке Дерби, родившейся с деформированными передними лапами. Впервые получив протезы в конце 2014 года, в 2015 году он обзавёлся кардинально усовершенствованной моделью, разработанной компанией 3D Systems^[41]. Новая, более высокая конструкция имела сложную форму в виде «восьмёрки» с гибким соединением, напоминающим колено. Это позволило Дерби бегать и сидеть с прямой спиной, как здоровой собаке^[41]. Протезы были изготовлены из нейлона методом селективного лазерного спекания (SLS)^[41].

Одним из прорывных направлений в ветеринарном протезировании стала российская технология чрескожного остеоинтегрируемого протезирования (ЧОП), разработанная ветеринарным хирургом Сергеем Горшковым. Методика, получившая название SerGoFIX^[42], предполагает вживление имплантата непосредственно в кость ампутированной конечности^[43]. Технология основана на создании индивидуального протеза с помощью 3D-печати на основе данных компьютерной томографии (КТ) животного^[42]. Имплантат изготавливается из титанового сплава и имеет пористую структуру, в которую прорастает костная ткань, обеспечивая надёжную фиксацию (остеоинтеграцию)^[43][44]. Для улучшения срастания и предотвращения инфекций на имплант наносится специальное биоактивное покрытие, разработанное в сотрудничестве с учёными Томского политехнического университета^[45][46].

Разработка методики началась в 2015 году в Новосибирске^[44]. Первые успешные операции по установке протезов кошкам и собакам были проведены в 2016—2017 годах^[47]. В июле 2022 года технология была запатентована^[48][49]. Количество проведённых операций постоянно росло: к 2020 году было выполнено около 20 процедур^[50], а к 2023 году — около 40^[51].

Технология получила мировую известность благодаря ряду уникальных случаев. Первым в мире животным, которому установили протезы на все четыре конечности, стал кот по кличке Рыжий, пострадавший от обморожения; операции были завершены к 2019 году^[52][53]. Позже подобные операции были проведены собаке Монике^[54] и коту Арнольду, который в декабре 2024 года стал четвёртым в мире животным с четырьмя бионическими протезами^[55]. В 2023 году технология была усовершенствована: для изготовления внешних, съёмных частей протеза (экзопротезов) стали использовать более износостойкий полиуретан^[51].