Untuk kosmetika dan fungsionalitas, penggantian bagian tubuh yang hilang dengan protes (Yunani untuk lampiran) selalu menjadi kebutuhan. Teknologi saat ini telah melewati penggantian mekanis anggota badan, mengangkatnya ke biomekanik, berkat perkenalan sensor mioelektrik untuk mengaktifkan protes melalui aktivitas otot. Di sini, kami akan fokus pada bahan yang membentuk protes, khususnya yang dirancang untuk olahraga, bukan elektronika.
Evolusi Protes
Saat dulu, amputasi adalah satu-satunya perawatan untuk luka serius pada anggota badan. Namun, penggantian anggota badan yang hilang jarang dilakukan dan dipesan untuk bangsawan. Protes pertama yang didokumentasi ditemukan di Mesir. Di sana, seekor mumi yang berkisar pada 950 SM dari seorang bangsawan ditemukan dengan jari kaki protes dari kayu dan kulit dan kuku yang diukir sebagai replika bagian yang hilang (Gambar 1) [1].
Gambar 1. Jari estetik berusia 959 SM yang ditemukan di Mesir [2].
Selama Pertengahan Abad, protes mulai menjadi lebih fungsional (Gambar 2). Pria yang kehilangan tangan mereka dalam pertempuran diganti anggota badan mereka dengan perangkat besi dengan elemen yang memungkinkan mereka untuk memasang perisai selama pertempuran. Sementara itu, di kapal, pelaut diganti lengan bawah mereka dengan kait terkenal dan kaki mereka dengan tongkat kayu, kedua bahan yang mudah didapat di kapal.
Gambar 2. Lengan protes besi dari Pertengahan Abad [1].
Protes fungsional pertama diideakan oleh ahli bedah Prancis Ambroise Paré pada abad ke-16. Protes termasuk lutut yang dapat dibengkokkan, yang dapat dikunci saat berdiri, dan tangan yang memungkinkan kapten Prancis di atas kuda untuk memegang dan melepaskan renteng mereka [3]. Pada abad ke-17, ahli bedah Belanda, Pieter Verduyn, menyertakan articulasi dalam protesnya serta penambatan yang lebih baik ke kaki. Nanti, protes termasuk pegas untuk mensimulasikan otot dan tendon. Pada tahun 1990, mikroprosesordiperkenalkan untuk mengontrol gerakan lutut protes, dan sensor mencatat stimulan elektromiografi yang menggerakkan protes (Gambar 3) [3].
Gambar 3. Evolusi protes trans-femoral dalam bertahun-tahun [3].
Tiga Komponen Utama
Protes dapat mengganti empat bagian tubuh berbeda yang dinamai sebagai akibat dari lokasinya: trans-humeral, trans-radial, trans-tibial, dan trans-femoral. Terlepas dari aplikasi dan tempat penempatannya, protes perlu ringan untuk memfasilitasi penggunaannya (tidak akan berguna untuk memiliki anggota badan buatan yang berat seperti aslinya, yaitu 10% dan 30-40% dari berat badan untuk kedua tangan dan kedua kaki, masing-masing).
Protes terdiri dari tiga komponen utama (suspensi, pylon, dan soket) yang secara umum tetap sama di antara jenis protes (estetika atau fungsional) dan lokasi [4].
Soket adalah bagian protes yang menempel pada anggota badan sisa. Untuk menjamin kenyamanan pengguna dan efisiensi total protes, penting bahwa soket tidak mengiritasi kulit anggota badan sisa dan dapat mentransfer benturan atau gaya. Soket biasanya terbuat dari polipropilena, menggantikan wol yang sebelumnya digunakan.
Suspensi adalah jembatan antara pylon dan soket. Ini sangat penting untuk mempertahankan pylon tetap menempel pada anggota badan sisa, dan biasanya, metode sedot digunakan untuk menciptakan vacum dan menjaga kedua bagian tetap terlekat.
Pylon adalah inti protes. Biasanya, pylon dibuat dari titanium atau serat karbon (lebih tahan lama, ringan, dan lebih kuat dari besi), menggantikan kayu yang digunakan saat dulu. Pylon sering dilapisi dengan bahan lunak yang cocok dengan warna kulit asli.
Protes dalam Olahraga
Setelah Perang Dunia II, keterlibatan amputasi dalam aktivitas olahraga menjadi kesempatan bagi mereka untuk kembali ke normalitas, meningkatkan kesejahteraan dan perasaan inklusi sosial mereka. Oleh karena itu, setelah penggantian anggota badan yang hilang, langkah lebih lanjut dilakukan dalam arah optimisasi protes untuk digunakan dalam olahraga.
Perkembangan ini terutama terkenal untuk lari. Pada tahun 1980, salah satu protes pertama yang dibuat untuk aktivitas fisik yang lebih berat adalah Seattle Foot (Gambar 4). Kiel internal Delrin fleksibel (plastik kristal dengan karakteristik antara logam dan plastik) yang dikelilingi oleh cangkang polyurea bertindak sebagai pegas, mengembalikan sebagian energi [5].
Gambar 4. Bagian dari kaki Seattle [6].
Menggunakan Flex-Foot (Gambar 5) dan Re-Flex VSP, amputasi anggota badan bawah berhasil mencapai lari yang lebih efisien energi. Perkenalan serat karbon memungkinkan, bahkan, untuk lari lebih pada jari kaki, karakteristik dari pelari normal [7]. Secara khusus, Flex-Foot menunjukkan rasio pengembalian energi tertinggi dibandingkan dengan protes lain yang terbuat dari polyurea atau polyasetalia [5].
Gambar 5. Protes Flex-Foot [8].
Akhir-akhir ini, nama atlet Afrika Selatan Oscar Pistorius menjadi sorotan sebagai atlet double-amputasi pertama yang bertanding di Olimpiade dan memulai perdebatan tentang doping teknologis (Gambar 6). Pelari sprint menggunakan Cheetahs, yang ditemukan oleh insinyur medis Van Phillips. Bentuknya dirancang untuk bergerak ke depan, dan oleh karena itu, hakinya tidak disertakan.
Menurut Josh McHugh [9], “Cheetahs seolah-olah memantul sendiri. Tidak mungkin untuk berdiri diam di atasnya, dan sulit untuk bergerak lambat. Setelah mereka berjalan, Cheetahs sangat sulit dikontrol.” Alasannya terletak pada fakta bahwa Cheetahs terbuat dari polimer diperkuat serat karbon (seperti polyster, epoksi, atau nylon yang mengikat serat karbon). Terjauh arah dan kepadatan serat, berbagai tingkat kekakuan dapat diberikan.
Serat karbon bekerja sebagai pegas, menyimpan dan melepaskan energi kinetik atlet selama setiap langkah. Secara khusus, rasio kerja mekanis di persendian mata kaki antara fase negatif dan positif adalah 0,907 untuk Cheetahs dibandingkan dengan 0,401 untuk atlet sehat [7].
Kerja mekanis di lutut adalah 11 dan delapan kali lebih tinggidalam fase negatif dan positif, masing-masing, di Cheetahs daripada di atlet yang mampu [7]. Karena properti elastis yang ditingkatkan dari anggota badan buatan, paralympion lompat jauh menggunakan kaki protes untuk melompat.
Gambar 6. Oscar Pistorius di garis start mengenakan protes Cheetah [10].
Saat berlari, atlet amputasi trans-femoral memiliki lebih banyak kerugiandaripada trans-tibial. Alasannya terletak pada fakta bahwa persendian lutut sulit untuk direproduksi secara mekanis karena kompleksitasnya yang tinggi. Lari atlet trans-femoral ditandai dengan asimetri hingga 36% dalam fase goyang antara sisi yang mampu dan tidak mampu [11]. Oleh karena itu, berbagai solusi telah diusulkan untuk mengatasi masalah inersia yang mempengaruhi percepatan protes selama fase pemulihan.
Bukan Hanya Lari
Evolusi protes untuk olahraga tidak terbatas pada dunia lari. Biasanya, protes anggota badan bawah digunakan dalam olahraga yang membutuhkan posisi tegak seperti skiing, sementara protes anggota badan atas digunakan untuk olahraga seperti baring atau bersepeda. Dalam yang terakhir, dorongan dan stabilitas yang diberikan oleh tangan sangat penting. Untuk banyak olahraga, adaptasi protes tidak diperlukan untuk memainkannya, tetapi dalam sebagian besar kasus, itu diperlukan [11].
Dalam bersepeda, protes anggota badan atas perlu diizinkan untuk memutar dan mengganti gigi. Mekanisme pembukaan/penutupan standar seharusnya cukup. Namun, untuk bersepeda kompetitif, protes harus menjamin kemampuan atlet untuk mengubah posisinya di pegangan, juga [11]. Untuk sepeda gunung, pengabsor getaran dapat mengurangi getaran perjalanan yang ditransmisikan ke pegangan (Gambar 7).
Untuk anggota badan bawah, kaki penyimpan energi yang membantu untuk berjalan dan berlari menjadi kerugian dalam bersepeda, tidak memungkinkan dorongan yang tepat karena elastisitas mereka [11]. Secara umum, protes badan bawah normal sudah cukup untuk menjamin dorongan. Masih, beberapa adaptasi perlu dipertimbangkan, seperti pedal yang lebih lebar dan lenturan untuk memasang protes ke pedal.
Gambar 7. Adaptasi piston dari protes badan atas untuk sepeda gunung [12].
Amputasi anggota badan bawah atau atas sepihak biasanya dapat berenang tanpa masalah, asalkan protesnya tahan air. Namun, untuk meningkatkan efisiensi mereka, sirip kaki seringkali langsung dipasang ke soket anggota badan yang sehat (Gambar 8) dan pada panjang yang sama dengan anggota badan yang sehat [11].
Gambar 8. Adaptasi sirip kaki untuk berenang [12].
Selanjutnya, Bartlett Tendon Universal Knee dan XT9 adalah protes yang digunakan dalam olahraga ekstrim, dari skiing hingga snowboarding dan motorbalap. Keduanya ditemukan oleh atlet yang kehilangan anggota badan mereka dalam kecelakaan.
Masa Depan
Nike, Adidas, dan perusahaan serupa telah mengembangkan protes mereka untuk olahraga. Adidas membuat garis protes Symbiosis menggunakan bahan seperti serat karbon, sorbothane (sebuah polyurea) dan aluminium [13]. Nike beralih dalam penciptaan protes yang dapat berinteraksi dengan blad serat karbon Ossur, memberikan manfaat seperti stabilitas, pengembalian energi, dan pemulihan (Gambar 9).
Gambar 9. Protes Nike [13].
Untuk mengurangi harga protes olahraga dan penggunaan normal, pencetakan 3D telah digunakan dalam produksi mereka. Sama seperti protes normal, protes pencetakan 3D terbuat dari plastik seperti polipropilena, polietilena, akrilik, dan polyurea, dengan pylon internal dari titanium, aluminium atau serat karbon.
Masa depan protes olahraga dan penggunaan normal tampak terletak pada osteointegrasi, yaitu pemasangan protes secara langsung di tulang amputasi menggunakan titanium. Namun, osteointegrasi memiliki keuntungan dan kerugian. Absen soket akan memungkinkan untuk mengurangi ketidaknyamanan dan tekanan pada kulit. Di sisi lain, risiko infeksi tinggi dan pasien harus merawat area abutment kulit setiap hari, dengan kemungkinan tidak dapat melakukan aktivitas seperti melompat atau berlari.
