Desportistas Biônicos da Geração – Membros Artificiais para a Igualdade

Tanto para cosméticos quanto para funcionalidade, a substituição de uma parte do corpo ausente por uma prótese (grego para fixação ) sempre foi uma necessidade. A tecnologia atual foi além da mera substituição mecânica do membro, elevando-a à biomecânica, graças à introdução de sensores mioelétricos para ativação da prótese por meio da atividade muscular. Aqui, vamos nos concentrar nos materiais que constituem a prótese, em particular os projetados para esportes, em vez da eletrônica.

Evolução da prótese

Antigamente, amputação era o único tratamento para qualquer ferimento grave em um membro. No entanto, a substituição do membro perdido era rara e reservada aos nobres. A primeira prótese documentada foi descoberta no Egito. Lá, uma múmia datada de cerca de 950 a.C. de uma nobre foi encontrado com uma prótese de dedo do pé de madeira e couro e uma unha esculpida como réplica da parte que faltava (Figura 1) [1].

Figura 1. Dedo estético datado de 959 a.C. descoberto no Egito [2].

Durante a Idade Média, a prótese começou a se tornar mais funcional (Figura 2). Homens que perderam os braços durante as batalhas tiveram seu membro substituído por um dispositivo de ferro com elementos que lhes permitiam colocar um escudo durante os combates. Enquanto isso, nos navios, os marinheiros tinham seus antebraços substituídos pelo famoso gancho e suas pernas por bastões de madeira, ambos materiais de fácil disponibilidade a bordo.

Figura 2. Braço protético de ferro da Idade Média [1].

A primeira prótese funcional foi idealizada pelo cirurgião francês Ambroise Paré no século XVI. A prótese incluía um joelho dobrado, capaz de ser travado em pé, e mãos que permitiam aos capitães franceses em cavalos agarrar e soltar suas rédeas [3]. No século 17, um cirurgião holandês, Pieter Verduyn, incluiu articulações em sua prótese, bem como uma melhor fixação na perna. Mais tarde, a prótese incluiu molas para simular músculos e tendões. Na década de 1990, os microprocessadores foram introduzidos para controlar o movimento do joelho da prótese , e sensores registraram o estímulo eletromiográfico que moveu a prótese (Figura 3) [3].

Figura 3. Evolução da prótese transfemoral nos anos [3].

Três componentes principais

A prótese pode substituir quatro partes diferentes do corpo denominados em função de suas localizações:transumeral, transradial, transtibial e transfemoral. Independentemente de sua aplicação e colocação, as próteses precisam ser leves para facilitar seu uso (não adiantaria ter um membro artificial com peso igual ao original, ou seja, 10% e 30-40% do peso corporal para os dois braços e as duas pernas, respectivamente).

A prótese é composta por três componentes principais (suspensão, pilão e encaixe) que geralmente permanecem os mesmos entre os tipos de prótese (estética ou funcional) e localização [4].

O soquete é a parte da prótese que se liga ao membro residual. Para garantir o conforto do usuário e a eficiência total da prótese, é essencial que o encaixe não irrite a pele do membro residual e possa transferir o impacto ou a força. O soquete geralmente é feito de polipropileno, substituindo a lã usada anteriormente.

A suspensão é a junção entre o pilão e o soquete. É vital para manter o pilão preso ao membro residual e, geralmente, um método de sucção é usado para criar um vácuo e manter as duas partes presas.

O pilão é o núcleo da prótese. Normalmente, é criado a partir de fibras de titânio ou carbono (mais resistentes, leves e mais fortes que o aço), substituindo a madeira que foi usada no tempo. O pilão é frequentemente coberto com material macio que combina com a cor da pele natural.

Prótese no esporte

Após a Segunda Guerra Mundial, o envolvimento de amputados em atividades esportivas tornou-se uma oportunidade para eles voltarem à normalidade, aumentando seu bem-estar e sentimento de inclusão social. Portanto, após a substituição do membro ausente, mais um passo foi na direção da otimização da prótese para uso esportivo.

Este desenvolvimento é principalmente famoso por correr. Na década de 1980, uma das primeiras próteses criadas para atividades físicas mais extenuantes foi o Pé de Seattle (Figura 4). Uma quilha interna flexível Delrin (um plástico cristalino com características entre metais e plásticos) cercada por uma concha de poliuretano atuou como uma mola, devolvendo parte da energia [5].

Figura 4. Seção do pé de Seattle [6].

Utilizando o Flex-Foot (Figura 5) e o Re-Flex VSP, os amputados de membros inferiores conseguiram alcançar uma corrida com maior eficiência energética. A introdução de fibras de carbono permitiu, de fato, correr mais na ponta dos pés, uma característica dos corredores normais [7]. Em particular, o Flex-Foot apresentou a maior taxa de retorno de energia em comparação com as outras próteses feitas com poliuretano ou poliacetal [5].

Figura 5. Prótese Flex-Foot [8].

Ultimamente, o nome do sul-africano Oscar Pistorius ganhou as manchetes por ser o primeiro atleta com dupla amputação a competir nos Jogos Olímpicos e iniciar o debate sobre doping tecnológico (Figura 6). O corredor de sprint utilizou as Cheetahs , inventado pelo engenheiro médico Van Phillips. Sua forma é projetada para avançar e, portanto, não inclui salto.

De acordo com Josh McHugh [9], “Os Cheetahs parecem saltar por conta própria. É impossível ficar parado sobre eles e difícil se mover lentamente. Uma vez que eles começam, as Cheetahs são extremamente difíceis de controlar.” A razão está no fato de que as Cheetahs são feitas em polímero reforçado com fibra de carbono (como poliéster, epóxi ou nylon que liga a fibra de carbono). Dependendo da direção e densidade das fibras, diferentes níveis de rigidez podem ser dados.

A fibra de carbono funciona como uma mola, armazenando e liberando a energia cinética do atleta a cada passo. Em particular, a proporção do trabalho mecânico na articulação do tornozelo entre a fase negativa e positiva é de 0,907 para as chitas em comparação com 0,401 para atletas saudáveis ​​[7].

O trabalho mecânico no joelho foi 11 e oito vezes maior na fase negativa e positiva, respectivamente, nas Cheetahs do que nos atletas aptos [7]. Devido às propriedades elásticas aprimoradas do membro artificial, os saltadores paralímpicos usam a perna protética para decolar durante o salto.

Figura 6. Oscar Pistorius no início usando prótese Cheetah [10].

Durante a corrida, atletas amputados transfemorais têm mais desvantagens do que os transtibiais. A principal razão reside no fato de que a articulação do joelho é de difícil reprodução mecânica devido à sua alta complexidade. A corrida do atleta transfemoral é caracterizada por uma assimetria de até 36% na fase de balanço entre o lado capaz e incapaz [11]. Portanto, diferentes soluções têm sido propostas para sanar o problema da inércia que influencia a aceleração da prótese durante a fase de recuperação.

Não apenas em execução

A evolução da prótese para esportes não se restringe ao mundo da corrida. Normalmente, as próteses de membros inferiores são usadas em esportes que precisam de uma posição ereta, como esqui, enquanto as próteses de membros superiores são usadas em esportes como remo ou ciclismo. Neste último, a propulsão e estabilidade dada pelos braços são essenciais. Para muitos esportes, uma adaptação das próteses não é necessária para jogá-lo, mas na maioria dos casos, é [11].

Em ciclismo , a prótese do membro superior precisa ter permissão para quebrar e trocar as marchas. Um mecanismo padrão de abertura/fechamento deve ser suficiente. No entanto, para ciclismo competitivo, a prótese deve garantir a capacidade do atleta de mudar sua posição no punho também [11]. Para mountain bike, um amortecedor pode reduzir as vibrações do passeio que são transmitidas para a alça (Figura 7).

Para o membro inferior, os pés que armazenam energia são úteis para andar e correr constituem uma desvantagem no ciclismo, não permitindo a propulsão adequada devido à sua elasticidade [11]. Geralmente, uma prótese normal da parte inferior do corpo é suficiente para garantir o impulso. Ainda assim, algumas adaptações precisam ser consideradas, como um pedal mais largo e dobras para fixar a prótese ao pedal.

Figura 7. Adaptação do pistão de uma prótese de parte superior do corpo para mountain bike [12].

Os amputados unilaterais de membros superiores e inferiores geralmente podem nadar sem problemas, desde que sejam próteses impermeáveis. No entanto, para melhorar sua eficiência, uma nadadeira é frequentemente fixada diretamente no encaixe do membro sadio (Figura 8) e no mesmo comprimento do membro sadio [11].

Figura 8. Adaptação da nadadeira para natação [12].

Além disso, o Bartlett Tendon Universal Knee e o XT9 são próteses utilizadas em esportes radicais, de esqui a snowboard e motociclismo . Ambas as próteses foram inventadas por esportistas que perderam seus membros em acidentes.

O futuro

Nike, Adidas e outras empresas estão desenvolvendo suas próteses para esportes. A Adidas criou a linha de próteses Symbiosis utilizando materiais como fibra de carbono, sorbotano (um poliuretano) e alumínio [13]. A Nike avançou na criação de próteses que pudessem interagir com a lâmina de fibra de carbono da Ossur, proporcionando benefícios como estabilidade, retorno de energia e recuperação (Figura 9).

Figura 9. Prótese Nike [13].

A fim de reduzir o preço da prótese esportiva e de uso normal, a impressão 3D tem sido empregada em sua produção. Assim como as próteses normais, as próteses impressas em 3D são feitas de plásticos como polipropileno, polietileno, acrílico e poliuretano, com um pilão interno de titânio, alumínio ou fibra de carbono.

O futuro das próteses esportivas e do uso normal parece estar na osteointegração, ou seja, na fixação da prótese diretamente no osso do amputado usando titânio. No entanto, a osteointegração apresenta prós e contras. A ausência do encaixe permitirá reduzir o desconforto e a pressão sobre a pele. Por outro lado, o risco de infecção é alto e o paciente deve cuidar diariamente da área da pele do abutment, com possibilidade de não poder realizar atividades como pular ou correr.