Экзоскелеты возвращают паралитикам свободу движения

Бывший гонщик IndyCar Сэм Шмидт, который попал в аварию более двадцати лет назад, повредил позвоночник и оказался парализованным ниже шеи, вновь может ходить.

Эту возможность подарил ему новый экзоскелет, который считывает электрические импульсы и преобразует их в движения конечностей. Систему, которая возвращает возможность двигаться пациентам с самыми тяжелыми нарушениями, разработали ученые из университета Вандербильта в США. 

Первая модель медицинского экзоскелета позволяет только стоять и ходить. По заверениям ученых, в ближайшем будущем они решат технические проблемы, связанные с синхронизацией движений и удержанием баланса. Тогда пользователи экзоскелетов смогут не только ходить, но и бегать и даже танцевать. 

По оценкам агенства Gartner, медицина — самый быстрорастущий сегмент рынка экзоскелетов. По прогнозам он будет увеличиваться на 50% в год к 2027 году может достичь отметки в 5,5 миллиардов долларов. Медицинские скелеты имеют множество применений: они могут компенсировать старческую атрофию мышц, улучшать точность движений при паркинсонизме, помогать при восстановлении после тяжелых травм. 

В недавнем клиническом исследовании, проведенном в институте Кесслера в Нью-Джерси, показали, что курс физиотерапии с использованием экзоскелетов может серьезно улучшить самочувствие людей, страдающих рассеянным склерозом. При этом заболевании клетки иммунной системы нападают на центральную нервную систему пациента. По итогам лишь четырех недель занятий с экзоскелетами у испытуемых были отмечены значительные улучшения не только точности движений, но и усиление когнитивных функций. 

Еще одно исследование, прошедшее в университета Мэриленда, установило, что использование экзоскелетов не только помогает восстановить работу конечностей, но и нормализует функционирование мышц кишечника. Больше половины пациентов с травмой позвоночника также сталкивается с хроническими запорами и другими нарушениями работы желудочно-кишечного тракта. Каждый третий пациент с травмой позвоночника считает нарушение работы желудочно-кишечного тракта самой серьезной проблемой, с которой ему пришлось столкнуться, утверждают авторы исследования. Ходьба и другая физическая активность, которая становится возможной благодаря применению экзоскелетов, повышают тонус гладкой мускулатуры. Больше половины участвовавших в исследовании пациентов отметили уменьшение времени опорожнения кишечника.

Еще одна перспективная медицинская сфера применения экзоскелетов: восстановление подвижности людей, которые перенесли инсульт. По оценкам Всемирной организации здравоохранения более двух третей инсультников не могут полностью вернуть себе возможность свободно передвигаться. Им тоже могут помочь экзоскелеты. Занятия с их помощью помогают восстановить нейронные связи между мозгом и мышцами. На первых порах большую часть мышечной работы берет на себя экзоскелет, затем нагрузка на мышцы постепенно увеличивается. В подавляющем большинстве случаев тридцати-сорока занятий оказывается достаточно, чтобы полностью восстановить свободу движений. 

Экзоскелет, который вернул гонщику подвижность, выпускает американская компания Arrow Electronics. Разработка другой американской компании — Ekso Bionics —  сейчас используется в Австралии, чтобы восстановить подвижность профессионального спортсмена. 

Двадцатисемилетний игрок в американский футбол Шон Гринтри в октябре прошлого года столкнулся с игроком команды-соперника с получил трещины в третьем, четвертом и пятом позвонках и теперь утратил способность двигать руками или ногами. Программа реабилитации началась в марте, и уже сейчас пациент восстановил возможность ходить. 

В начале 2021 года в университете города Ибараки в Японии успешно провели реабилитацию пациента с серьезной травмой позвоночника. После тринадцати занятий по полчаса каждое человек смог втрое ускорить темп своей ходьбы и в полтора раза увеличить длину своего шага. В этом случае использовали систему датской фирмы Ropox.

В России также есть компании, которые работают в этом секторе медицинских экзоскелетов. Самые заметные из них «ЭкзоАтлет» и Symbionix. 

ExoAtlet создан для реабилитации пациентов, которые по какой-либо причине с трудом могут ходить. Пациенту нужно опираться на специальные костыли, связанные с экзоскелетом. Сам аппарат может считывать нервные импульсы, которые передаются к мышцам ног и усиливать их. Приводы устройства повторяют естественные движения человека и постепенно увеличивают нагрузку на опорно-двигательный аппарат. ExoAtlet применяют не только в реабилитационных центрах России и СНГ, но и в Южной Корее. 

Экзоскелет “Компаньон” от Symbionix создан для облегчения жизни малоподвижных людей. Его можно подогнать под размеры конкретного человека: регулируется ширина и глубина таза, длина бедра и голени. Это одна из самых легких разработок на рынке, вес экзоскелета — всего 8,5 кг. Он выполнен из сплавов титана, что позволяет ему выдерживать пользователей весом до 120 кг. Экзоскелет может работать в разных режимах — ходьба, приседание, подъем по ступеням. Серийное производство “Компаньона” будет запущено в этом году в Твери, в год планируется выпускать до 500 комплексов, которые будут идти не только на российский рынок, но и на экспорт.

В «Норникеле» также используют экзоскелеты для снижения травматизма на производстве и улучшения условий труда. Система ExoHeaver оснащена бортовым компьютером, который следит за такими параметрами как уровень загазованности воздуха, температура, освещенность и режим работы оператора. Экзоскелеты, которые разработаны вместе с учеными из Юго-Западного государственного университета в Курске, уже поступили в серийное производство. «Норникель» вместе с университетом-партнером разработал курсы повышения квалификации, после которых можно получить новую специальность: «эксплуатация промышленных экзоскелетов». 

В приложении «Цифроникель» есть урок, посвященный экзоскелетам, из которого можно узнать об основных типах такой техники и перспективах ее применения на производстве.