Искусственные мышцы восстановят способность мигать
Разработка специалистов из медицинского центра Дэвис при Калифорнийском университете может вернуть способность мигать тысячам пациентов, утратившим возможность закрывать глаза в результате травм, инсульта, повреждений нервов в результате воспаления или операции по удалению опухоли. Устройство, состоящее из тончайших электродов и кремнийорганического полимера, способного сокращаться под действием тока (electroactive polymer artificial muscle, EPAM), описано в текущем выпуске журнала Archives of Facial Plastic Surgery (Force Requirements for Artificial Muscle to Create an Eyelid Blink With Eyelid Sling).
Мигание очень важно для поддержания нормального функционирования глаз, поскольку движения век очищают поверхность глаза и увлажняют роговицу. При недостаточном увлажнении глаз подвержен риску скорого развития язвы роговицы, что чревато потерей зрения.
Непроизвольные мигательные движения контролируются одним из черепно-мозговых нервов – лицевым. Повреждение этого нерва является основной причиной необратимого паралича века у большинства пациентов. У многих пациентов в силу индивидуальных анатомических особенностей отсутствуют дополнительные ветки лицевого нерва, которые можно было бы перенаправить к парализованному веку. Некоторые пациенты в результате врождённого синдрома Мебиуса, характеризующегося недоразвитием лицевых нервов, также не могут мигать или даже улыбаться.
В настоящий момент медицина располагает двумя методами лечения паралича век. Один из них заключается в пересадке мышечных лоскутов из височной, жевательной мышцы или из подкожной мышцы шеи с микрососудистым и нервным анастомозом – сшиванием периферического отрезка лицевого нерва с центральным отрезком другого, специально пересеченного, двигательного черепномозгового нерва. Подобная операция занимает от 6 до 10 часов и сопряжена с дополнительной травматизацией, что зачастую нежелательно для пожилых и ослабленных пациентов.
Второй метод заключается во вживлении в веко небольшой золотой проволочки, выполняющей роль грузика, который помогает закрывать глаза под действием силы тяжести. Хотя такая операция успешно выполняется более чем у 90% пациентов, веко в итоге мигает медленней, чем обычно, и его движения невозможно синхронизировать со вторым глазом. У некоторых пациентов также возникают трудности с закрыванием глаз во время сна.
В рамках своего исследования пластический хирург Трэвис Толлефсон (Travis Tollefson) и его коллеги испытали новейший альтернативный метод восстановления функции века при необратимом параличе лицевого нерва. Для начала учёные имитировали процесс мигания на трупах. С этой целью они вживляли в веки покойных струны из соединительной ткани или искусственного биосовместимого материала – политетрафлуороэтилена. При помощи крошечных титановых винтиков струны фиксировались к кости у внутренней части глаза. С другого конца струны соединяли с искусственной мышцей, работающей от батарейки. Искусственную мышцу вместе с батарейкой разместили в естественном углублении височной кости, чтобы скрыть их присутствие.
Впервые искусственная мышца была разработана в начале 1990х годов инженерами компании SRI International из Пало Альто, Калифорния, и состоит из трёх слоёв – двух покровных и внутреннего, акрилового или кремнийорганического, покрытого слоем углеродной смазки. Когда на мышцу подаётся напряжение, сила электростатического притяжения заставляет внешние слои сближаться и сжимать эластичный центр, что вызывает растяжение искусственной мышцы. При выключении тока мышца принимает свою исходную форму, т.е. сокращается. Сила и характер движений искусственной мышцы очень похожи на естественные, а для питания такой мышцы достаточно источника, использующегося в имплантируемых слуховых аппаратах.
Испытания имплантированного устройства показали, что сила, необходимая для закрывания века с его помощью, не превышает пределов, достижимых с помощью искусственной мышцы. Эта особенность делает возможным реалистичное воссоздание естественного мигания века, а также синхронизацию его движений с нормальным, функциональным веком.
Пациентам, у которых второе веко не затронуто параличом, можно проложить к здоровому веку чувствительный электрод, который будет фиксировать импульсы естественного мигания и сокращать искусственную мышцу одновременно со здоровой. Если же пациент утратил контроль над обоими веками, можно использовать электронный импульсный стимулятор, подобный тем, что применяются для регулирования сердечного ритма.
Эксперименты с лицевыми мышцами означают лишь первый шаг в разработке искусственных мышц для управления другими частями тела. Лицевые мышцы требуют значительно меньше усилий, чем необходимо для движения пальцев или сгибания рук. По словам доктора Толлефсона, число идей для применения их технологии бесконечно велико. Для пациентов с другими типами паралича применение искусственных мышц даёт надежду восстановить утраченную способность улыбаться или контролировать мочевой пузырь.
Сейчас исследователи совершенствуют свою методику на трупах и животных моделях. По их оценкам, эта технология станет доступной для пациентов в ближайшие пять лет.
Руслан Кушнир
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Science Daily: Artificial Muscles Restore Ability to Blink
21.01.2010