Evolusi dan Sains Modern Prostetik Anggota Tubuh

Latar Belakang

Lengan dan kaki buatan, dikenal sebagai prosesa, dirancang untuk memulihkan kemampuan fungsional pada individu yang telah mengalami amputasi. Perangkat bantu mekanis yang memungkinkan berjalan atau penggunaan dua tangan berasal dari zaman kuno, dengan kaki tangga sederhana sebagai contoh awal yang paling dikenali. Teknik amputasi bedah yang berhasil hanya muncul sekitar 600 SM, setelah itu pengrajin baju besi pertengahan membuat anggota prostetik awal dari besi keras. Meskipun menggabungkan sendi artikulasi yang diperkenalkan oleh Ambroise Paré pada tahun 1500-an, perangkat awal ini menawarkan kontrol sukarela yang terbatas. Kemajuan berikutnya pada abad ke-18 dan 19—seperti desain di bawah siku Peter Baliff (1812) dan model di atas siku Van Peetersen (1844)—meningkatkan fungsionalitas, namun masih belum mencapai standar modern.

Abad kesembilan belas menandai pergeseran penting yang didorong oleh penderita amputasi sendiri. Insinyur Perang Sipil J.E. Hanger kehilangan kaki, merancang prostetik khusus, dan mendirikan perusahaan J.E. Hanger yang abadi pada 1861. Demikian pula, A.A. Winkley mengembangkan alat di bawah lutut slip-socket dan, bersama Lowell Jepson, meluncurkan perusahaan Winkley pada 1888. Produk mereka dipamerkan pada Reuni Nasional Veteran Perang Sipil, mematikan keberadaan komersial mereka.

D.W. Dorrance, yang kehilangan lengan kanan dalam kecelakaan, memperkenalkan kait terminal pada 1909 yang secara signifikan meningkatkan kemampuan memegang. Sebelum penemuannya, lengan prostetik mengandalkan soket kulit, kerangka besi berat, dan kait pasif atau tangan mekanis dasar. Split hook Dorrance—diamankan di bahu yang berseberangan dan diaktifkan oleh tali dan karet—memulihkan prehensi fungsional dan tetap menjadi dasar desain kait modern, sering disembunyikan di bawah kulit realistis.

Abad ke-dua puluh menyaksikan kemajuan transformatif ketika bahan baru seperti plastik menggantikan besi dan kayu, menghasilkan perangkat yang lebih ringan, lebih kuat, dan lebih menarik secara kosmetik. Inovasi penunjuk adalah datangnya prostetik myoelektrik pada akhir tahun 1940-an, memungkinkan gerakan anggota melalui sinyal listrik yang dihasilkan otot pasien itu sendiri. Pada tahun 1960-an perangkat myoelektrik tersedia untuk dewasa, dan satu dekade terakhir telah melihat adopsi yang luas dalam perawatan anak-anak.

Dalam beberapa tahun terakhir, desain dan manufaktur berbantu komputer (CAD/CAM) telah menjadi standar dalam praktik prostetik swasta. Delapan puluh lima persen klinik sekarang menggunakan CAD/CAM untuk memodelkan lengan atau kaki pasien, menghasilkan cetakan yang presisi untuk soket kustom. Teknik seperti vacuum-forming dan pengukuran yang dipandu laser lebih menyempurnakan pas dan kenyamanan.

Bahan Baku

Prostetik tipikal terdiri dari soket yang dipasang khusus, struktur internal (pylon), manchet lutut atau sabung, kaus kaki prostetik, dan, dalam beberapa kasus, kulit realistis. Pemilihan bahan memprioritaskan kekringan dan daya tahan: polipropilena umum untuk soket, sementara legasi titan dan aluminiun menggantikan baja dalam pylon. Inovasi terbaru mendukung serat karbon untuk rasio kekuatan-kebobotannya yang luar biasa.

Kaki secara historis menggunakan kayu keras—maple, hickory, basswood, willow, poplar, dan linden—digabungkan dengan karet. Kaki modern biasanya inti busa urethan dengan kayu batang, dilengkapi dengan polietilena, polipropilena, akrilik, dan poliuretana untuk komponen lainnya. Kaus kaki prostetik terbuat dari kain yang lembut namun lentur, berkisar dari wol dan katun hingga sintetik canggih.

Estetika visual sangat penting. Sebagian besar prostetik endoskeletal memiliki penutup busa poliuretana yang dibentuk untuk cocok dengan anggota yang berseberangan, kemudian dilapisi dengan kulit buatan yang dicat khusus yang mencerminkan warna alami pasien.

Proses Pembuatan

Anggota prostetik bukanlah item ritail yang diproduksi massal; mereka adalah solusi khusus. Setelah resep medis—biasanya setelah evaluasi multidisiplin—pasien mengunjungi prostetist untuk fitting. Sementara komponen tertentu (misalnya, soket) dibuat secara kustom, komponen lain seperti kaki dan pylon sudah diproduksi sebelumnya dan dirangkaian di tempat. Beberapa pusat canggih menghasilkan seluruh anggota secara internal.

Measuring and Casting

• 1. Pengukuran yang akurat esensial untuk membuat anggota yang nyaman dan fungsional. Prostetist pertama mengevaluasi anggota sisa, mengambil cetakan atau scan digital.
• 2. Menggunakan data ini, prostetist mencatat panjang segmen dan posisi tulang serta tendon yang tersisa. Cetakan gipsum kemudian dibuat, menangkap model positif detail dari tangkai.

Making the Socket

• 3. Lembar termoplastik jelas dipanaskan di oven dan diform vacuum atas cetakan positif. Proses ini menghasilkan test socket transparan yang memungkinkan prostetist menilai pas secara visual.
• 4. Test socket dipasang pada pasien. Untuk amputasi anggota bawah, pasien berjalan sementara prostetist mengamati gerakan dan kenyamanan. Penyesuaian dilakukan dengan memanaskan kembali termoplastik; kaus kaki lebih tebal dapat ditambahkan untuk bantal.
• 5. Setelah disesuaikan, soket permanen—biasanya polipropilena—diform vacuum dengan cara yang sama. Tangkai dapat menyusut setelah operasi, menstabil setelah sekitar satu tahun; soket oleh karena itu sering diganti pada waktu itu atau ketika perubahan anatomy memerlukan fit baru.

Fabrication of the Prosthesis

• 6. Komponen diproduksi menggunakan metode pemrosesan plastik standar: vacuum-forming, injection molding, extrusion, die-casting untuk pylon logam, dan woodworking untuk bagian kayu. Rangkaian menggunakan baut, peregos, dan laminat.
• 7. Teknisi merakit anggota, seringkali dengan alat seperti kunci torsi. Perangkat prostetik—ditampilkan dalam gambar di bawah—kemudian dipasang pada pasien. Penyesuaian akhir memastikan align dan kenyamanan yang optimal.

Physical Therapy

Adaptasi yang sukses terhadap anggota prostetik memerlukan pelatihan yang komprehensif. Pasien harus belajar mengelola perangkat, memperkuat otot anggota sisa, dan melakukan tugas harian. Dalam kasus myoelektrik, kondisi otot sangat penting untuk menghasilkan sinyal listrik yang cukup. Pembersihan rutin dan latihan memakai/melepaskan juga ditekankan.

Individu yang dipasang lengan buatan belajar mengoperasikan anggota, mekanisme kunci-nya, dan perangkat terminal. Kurva pembelajaran bervariasi antara amputasi traumatic—yang mungkin beradaptasi dengan cepat—dan mereka dengan ketidakhadiran kongenital, yang mungkin menghadapi tantangan yang lebih besar. Sistem instruksi terstruktur memungkinkan manipulasi satu tangan objek sehari-hari.

Untuk amputasi kaki, terapi fisik biasanya berlangsung 18–20 minggu untuk memulihkan berjalan. Pasien juga berlatih pindah dari tempat tidur dan mobil, menavigasi lereng, dan teknik pemulihan jatuh yang aman.

Quality Control

Sementara Amerika Serikat tidak memiliki kerangka regulasi terpadu untuk anggota prostetik, banyak produsen mengadopsi standar ISO Eropa, terutama saat mengekspor ke Eropa. Kritik berpendapat bahwa pedoman ini dapat terlalu ketat; para proponent menjaga bahwa standar yang harmonis memastikan keselamatan dan kinerja.

Pengujian independen menilai kekuatan mekanis dan daya tahan. Uji beban statis melibatkan penerapan gaya selama periode 30 detik, menahan selama 20 detik, lalu melepaskan selama 30 detik, memverifikasi tidak ada deformasi. Uji kegagalan mendorong anggota ke titik patah untuk menentukan batas kekuatan. Uji beban siklus mensimulasikan penggunaan jangka panjang—dua juta siklus pada satu per detik mendekati lima tahun aktivitas harian. Prototipe yang berhasil biasanya bertahan setidaknya 250.000 siklus.

The Future

Ahli membayangkan anggota prostetik yang baik secara teknologis dan ramah pengguna. Perangkat ideal akan intuitif, ramah pemeliharaan, nyaman, ringan, dapat disesuaikan, terlihat alami, dan mudah dibersihkan. Kemajuan terbaru membawa kita lebih dekat ke tujuan ini.

Serat karbon, terkenal karena kekuatan dan kekringan tinggi, semakin banyak digunakan sebagai bahan inti untuk pylon endoskeletal, yang mungkin menggantikan logam sepenuhnya.

Perangkat lunak inovatif menyatukan grid tekanan pada CT scan pasien, memungkinkan prostetist merancang soket yang meminimalkan kompresi jaringan dan nyeri. Kaki yang merasakan tekanan eksperimental mentransmisikan data reaksi tanah ke elektroda yang ditempelkan di tangkai, memungkinkan umpan balik proprioseptif dan pola berjalan yang lebih alami.

Selain itu, prostetik di atas lutut yang dapat diprogram mengintegrasikan komputer papan yang menyesuaikan gerakan pengguna, memberikan dinamika berjalan yang lebih halus dan lebih otomatis.