Una nueva cirugía puede permitir un mejor control de las prótesis
Investigadores del MIT, en colaboración con cirujanos de la Escuela de Medicina de Harvard, han ideado un nuevo tipo de cirugía de amputación que puede ayudar a los amputados a controlar mejor sus músculos residuales y recibir retroalimentación sensorial. Crédito: MIT
Los investigadores del MIT han inventado un nuevo tipo de cirugía de amputación que puede ayudar a las personas amputadas a controlar mejor sus músculos residuales y detectar dónde se encuentra su «miembro fantasma» en el espacio. Este sentido restaurado de propiocepción debería traducirse en un mejor control de las prótesis, así como en una reducción del dolor en las extremidades, dicen los investigadores.
En la mayoría de las amputaciones, se cortan los pares de músculos que controlan las articulaciones afectadas, como los codos o los tobillos. Sin embargo, el equipo del MIT descubrió que reconectar estos pares de músculos, lo que les permite conservar su relación normal de empujar y tirar, ofrece a las personas una respuesta sensorial mucho mejor.
«Tanto nuestro estudio como estudios anteriores muestran que los mejores pacientes pueden mover dinámicamente sus músculos, más control tendrán. Cuanto mejor pueda una persona accionar los músculos que mueven su tobillo fantasma, por ejemplo, mejor podrá usar sus prótesis», dice Shriya Srinivasan, un Postdoctorado del MIT y autor principal del estudio.
En un estudio que aparecerá esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, 15 pacientes que recibieron este nuevo tipo de cirugía, conocida como agonista-antagonista mioneural (AMI), podían controlar sus músculos con mayor precisión que los pacientes con amputaciones tradicionales. Los pacientes con IAM también informaron sentir más libertad de movimiento y menos dolor en la extremidad afectada.
«A través de técnicas quirúrgicas y regenerativas que restauran los movimientos musculares agonistas-antagonistas naturales, nuestro estudio muestra que las personas con una amputación de IAM experimentan una mayor amplitud de movimiento de la articulación fantasma, un nivel reducido de dolor y una mayor fidelidad en el control de la prótesis», dice Hugh Herr, profesor de artes y ciencias de los medios, jefe del grupo de Biomecatrónica en el Laboratorio de Medios y autor principal del artículo.
Otros autores del artículo son Samantha Gutiérrez-Arango y Erica Israel, asociadas sénior de apoyo a la investigación en Media Lab; Ashley Chia-En Teng, estudiante del MIT; Hyungeun Song, estudiante de posgrado en el Programa Harvard-MIT en Ciencias y Tecnología de la Salud; Zachary Bailey, ex investigador visitante del Media Lab; Matthew Carty, científico visitante en el Media Lab; y Lisa Freed, científica investigadora de Media Lab.
Restaurar la sensación
La mayoría de los músculos que controlan el movimiento de las extremidades ocurren en pares que se estiran y contraen alternativamente. Un ejemplo de estos pares agonista-antagonista son los bíceps y tríceps. Cuando doblas el codo, el músculo bíceps se contrae, lo que provoca que el tríceps se estire, y ese estiramiento envía información sensorial de regreso al cerebro.
Durante una amputación convencional de una extremidad, estos movimientos musculares se restringen, cortando este retroalimentación sensorial y hace que sea mucho más difícil para los amputados sentir dónde están sus prótesis en el espacio o sentir las fuerzas aplicadas a esas extremidades.
«Cuando un músculo se contrae, el otro no tiene su actividad antagonista , por lo que el cerebro recibe señales confusas», dice Srinivasan, ex miembro del grupo de Biomecatrónica que ahora trabaja en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT. «Incluso con prótesis de última generación, las personas están constantemente siguiendo visualmente la prótesis para tratar de calibrar sus cerebros hacia dónde se mueve el dispositivo».
Investigadores del MIT, en colaboración con cirujanos de la Escuela de Medicina de Harvard, han ideado un nuevo tipo de cirugía de amputación que puede ayudar a los amputados a controlar mejor sus músculos residuales y recibir retroalimentación sensorial. Crédito: MIT
Hace algunos años, el grupo de Biomechatronics del MIT inventó y desarrolló científicamente en estudios preclínicos una nueva técnica de amputación que mantiene las relaciones entre esos pares de músculos. En lugar de cortar cada músculo, conectan los dos extremos de los músculos para que todavía se comuniquen dinámicamente entre sí dentro del muñón. En un estudio de ratas de 2017, demostraron que cuando los animales contraían un músculo del par, el otro músculo se estiraba y enviaba información sensorial de vuelta al cerebro.
Desde estos estudios preclínicos, unas 25 personas han se sometió a la cirugía AMI en el Brigham and Women’s Hospital, realizada por Carty, quien también es cirujano plástico en el Brigham and Women’s hospital. En el nuevo estudio PNAS, los investigadores midieron la precisión de los movimientos musculares en el tobillo y las articulaciones subastragalina de 15 pacientes a los que se les realizaron amputaciones por IAM por debajo de la rodilla. A estos pacientes se les reconectó dos conjuntos de músculos durante la amputación: los músculos que controlan el tobillo y los que controlan la articulación subastragalina, que permite que la planta del pie se incline hacia adentro o hacia afuera. El estudio comparó a estos pacientes con siete personas que tenían amputaciones tradicionales debajo de la rodilla.
Cada paciente fue evaluado mientras estaba acostado con las piernas apoyadas en una almohada de espuma, lo que permitía que los pies se extendieran en el aire. Los pacientes no usaron prótesis durante el estudio. Los investigadores les pidieron que flexionaran las articulaciones de los tobillos, tanto la intacta como la «fantasma», en un 25, 50, 75 o el 100 por ciento de su rango completo de movimiento. Los electrodos adheridos a cada pierna permitieron a los investigadores medir la actividad de músculos específicos a medida que cada movimiento se realizaba repetidamente.
Los investigadores compararon las señales eléctricas provenientes de los músculos de la extremidad amputada con las de la extremidad intacta y encontró que para los pacientes con IAM, eran muy similares. También descubrieron que los pacientes con amputación AMI podían controlar los músculos de la extremidad amputada con mucha más precisión que los pacientes con amputaciones tradicionales. Los pacientes con amputaciones tradicionales tenían más probabilidades de realizar el mismo movimiento una y otra vez en la extremidad amputada, independientemente de cuánto se les pidiera que flexionaran el tobillo.
«La capacidad de los pacientes con AMI para controlar estos músculos era mucho más intuitivos que aquellos con amputaciones típicas, que en gran parte tenía que ver con la forma en que su cerebro procesaba cómo se movía el miembro fantasma», dice Srinivasan.
En un artículo que apareció recientemente en Science Translational Medicine , los investigadores informaron que los escáneres cerebrales de los amputados de AMI mostraron que estaban recibiendo más información sensorial de sus músculos residuales que los pacientes con amputaciones tradicionales. En un trabajo que ahora está en curso, los investigadores están midiendo si esta capacidad se traduce en un mejor control de una prótesis de pierna al caminar.
Libertad de movimiento
Los investigadores también descubrieron un efecto que hicieron no anticipar: los pacientes con IAM reportaron mucho menos dolor y una mayor sensación de libertad de movimiento en sus extremidades amputadas.
«Nuestro estudio no fue diseñado específicamente para lograr esto, pero fue un sentimiento que nuestros sujetos expresaron sobre una y otra vez. Tenían una sensación mucho mayor de cómo se sentía realmente su pie y cómo se movía en el espacio», dice Srinivasan. «Se hizo cada vez más evidente que restaurar los músculos a su fisiología normal tenía beneficios no solo para el control protésico, sino también para su bienestar mental cotidiano».
El equipo de investigación también ha desarrollado un versión modificada de la cirugía que se puede realizar en personas que ya han tenido una amputación tradicional. Este proceso, al que denominan «IAM regenerativo», consiste en injertar pequeños segmentos musculares para que actúen como músculos agonistas y antagonistas de una articulación amputada. También están trabajando en el desarrollo del procedimiento AMI para otros tipos de amputaciones, incluso por encima de la rodilla y por encima y por debajo del codo.
«Estamos aprendiendo que esta técnica de volver a cablear la extremidad y usar piezas de repuesto para reconstruir esa extremidad, está funcionando y es aplicable a varias partes del cuerpo», dice Herr.
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Hacer que las extremidades protésicas se sientan más naturales Más información: Shriya S. Srinivasan el al., «La arquitectura de interfaz neuronal permite un control motor mejorado y la funcionalidad de la extremidad residual después de la amputación», PNAS ( 2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2019555118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Science Translational Medicine
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita : La nueva cirugía puede permitir un mejor control de las prótesis (15 de febrero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-surgery-enable-prosthetic-limbs.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.