Bioelectric تحليلات لزرع طعم مندمج الذكي تصميم نظام لالبتر

فهم بارادايم التحفيز الكهربائي

تحسينات في مجال الرعاية الطبية واستراتيجيات إجلاء في ميدان القتال قد يؤدي إلى زيادة عدد الإصابات المحاربين على قيد الحياة متعلق الحرب الكارثية. في حين أن معدل البقاء على قيد الحياة هو تحسين التقدم الطبي ، والنساء من الجنود العائدين من القتال مع البتر التي تتطلب المتابعة المكثفة الرعاية والتأهيل واسعة ومكلفة للخدمات الأطراف الاصطناعية من خلال نظام شؤون المحاربين القدامى الرعاية الصحية ^3. الكونغرس التقارير أن أكثر من 1000 من التفاصيل المتعلقة بالحرب بتر حدثت نتيجة لعملية الحرية الدائمة (عملية الحرية الدائمة) وعملية حرية العراق (OIF) ⁴ الصراعات.

في حالة عملية الحرية الدائمة والمنظمة الدولية للفرانكوفونية قدامى المحاربين ، فقدت حوالي 15 ٪ من المحاربين العائدين أطراف متعددة ، وعددا كبيرا من الجنود العائدين والنساء الأطراف المتبقية قصيرة حيث التكنولوجيا مأخذ ليس خيارا أو تم رفضه من قبل المريض. وذكرت وقف استخدام الطرف العلوي من بدلة يتجاوز حتى 50 ٪ بسبب الأجهزة التثبيت مرهقة وصعبة لاستخدام مريح ^5. الأطراف الاصطناعية السفلى هي اشكالية على قدم المساواة والمشاكل المشتركة المرتبطة مآخذ الأنسجة اللينة وتشمل عدم القدرة على المشي على terrain6 تحديا ، ومحدودية طول العضو المتبقي ⁷ ، ⁵ انزعاج المريض ، والقلق مع المنظمات غير الفسيولوجية التحميل ⁸ ، تهيج من التحجر منتبذ ⁽⁹⁾ وخطر الأمراض المنهكة ^10. ومع ذلك ، والتكنولوجيا osseointegration هو أسلوب الرواية الجراحية التي يمكن أن تقلل من الألم ¹¹ ، ¹² تهيج الجلد ، وتعزيز osseoperception ¹³ ، ⁶ تحسين القدرة على الحركة وانخفاض الضغط القروح المرتبطة مآخذ ⁶ ، وخفض الطاقة من أجل التمشي ^7،14 وتقديم خدمة أفضل لقدامى المحاربين ومع محدودة ¹⁵ المتبقية طول أطرافه.

على الرغم من العديد من المزايا المادية والنفسية للosseointegration ، والإجراءات المرتبطة الجراحية المتقدمة تتطلب المزيد من العلاج الوقاية من الإصابة streategies ¹⁶ ، تتطلب برامج التأهيل طويلة وتتضمن تقييدا ​​البروتوكولات تحمل الوزن التي قد تستغرق ما يصل الى 1.5 سنة ¹⁷ بعد العملية الجراحية. لأن بقاء العظام المضيفة وطول العضو المتبقي من المهم لمرفق العضلات وظيفة ، وتطوير أجهزة جديدة لتحسين osseointegration هو المفتاح لإعادة الجنود والنساء. لذلك ، قد وضع نظام زرع طعم مندمج ذكي (OIID) تصميم والذي يستخدم التحفيز الكهربائي للرقابة خفض مدة التأهيل وزيادة التعلق الهيكل العظمي للالمخضرم ومبتوري الأطراف المحارب. ومع ذلك ، لأن الجهاز الحالي لا يتوفر تجاريا وجهت للاستخدام مع زرع طعم مندمج عن طريق الجلد ، والدافع لهذا البرنامج هو لتأكيد سلامة وفعالية مع تحليل العناصر المحدودة.

فهم دور التحفيز الكهربائي في إعادة تشكيل العظام ، وتحديدا ترسب osteoids وتمعدن ، ظلت المضاربة. ومع ذلك ، قد لاحظ النشاط الكهربائي في العظام يكون نتيجة لتحميل ^18،19 الميكانيكية وبالتالي حافزا الكهربائية قد تكون آلية فعالة لإحداث إصلاح العظام ^19. وشرح المنطق وراء فرضية وجود كسر في نموذج الشفاء. عندما يتم تحميل العظام الطويلة ، في الجانب التوتر يصبح كهربي كهربية وضغط ^20،21 الجانب ، ولكن ، بمجرد كسر العظم ، موقع ستبقى كهربية مع احترام للبيئة المحيطة حتى الشفاء وبدأ التوازن استأنفت ^21. محاكاة سلسلة الشفاء الطبيعية مع إشارة كهربائية قد يعتقد للمساعدة في ترسب الكالسيوم ²² ، تغييرات طفيفة في محتوى الأكسجين ودرجة الحموضة ²³ ، توظيف عوامل النمو ²² وتساعد في بناء العظم والهجرة إفراز المصفوفة خارج الخلية إضافية ^24.

وقد تم افتراض أن التحفيز الكهربائي يمكن أن يحكم وحده الكامل إصلاح العظام وإعادة تعريف الفرضية الحالية والجديدة تقترح أن يتم تشكيل النقابات الكامل من جانب الأحمال الميكانيكية والتحفيز الكهربائي المشترك التحفيز ^19. وترتبط هذه النبضات الكهربائية التي لوحظت في الجسم الحي مع تشوه كهرضغطية الكولاجين أو الحركية الكبيرة والكهربائية التي تنتجها التيارات المتدفقة أجزاء المكونة الأيونية الماضية المعدنية للعظام مصفوفة ^25. في الواقع ، تم الإبلاغ عن إمكانات عفوية في العظم كما كبيرة 6 بالميليفولت ويرتبط مع زيادة في معدل بدل المعدنية للعظم ^26.

العمل في وقت مبكر عن طريق استخدام برايتون وFriedenberg ^{18،21،27،28} مفهوم التحفيز الكهربائي لتجديد العظام في 1960s و 1970s و دemonstrated التي يمكن استخدامها لاصلاح التيار المباشر غير النقابات في فترة أقصر من الوقت عند مقارنة بطرق العلاج التقليدية. حققت نماذج إضافية تكوين العظام مع تحمل الوزن التقييدية وأظهرت زيادة 31 في المئة في النشاط المكونة للعظم بين الضوابط وأطرافه حفزت كهربائيا ^25.

في حين أن الباحثين في مجال التحفيز الكهربائي قد مهدت الطريق لفهم آلية لترسب مصفوفة بناء العظم مع التحفيز الكهربائي ، وعدم كفاية فهم محدود للتوسع في هذه التكنولوجيا. في حين أن هناك العديد من الحالات الناجحة في الشفاء من النقابات عدم التئام الكسور ونماذج وأمثلة من الانزعاج المريض والمحاولات الفاشلة تزخر في الأدب وكذلك ^29. المشكلة مع التحفيز الكهربائي يحدث من العلماء والأطباء السيطرة على مقاييس خاطئة الكهربائية والتركيز فقط على المقادير الحالي. وقد درس الباحثون السابقة إلى الحالية بأنها "حل سحري" لإصلاح 500000 تقريبية غير النقابات التي تحدث سنويا ^30. ومع ذلك ، فقد كان محدودا التكرار بين نماذج من مضاعفات التدفئة الجول ⁽³¹⁾ وعدم تحديد الكثافة الحالية ^32. في الواقع ، يجب أن يكون محدودا كافة الأجهزة الطبية الحيوية المصنعة لكثافة التيار أقل من 2 مللي أمبير / سم ² على النحو المبين من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية لمنع المترجمة نخر الأنسجة والانزعاج المريض ^33.

جانبا من المساعدة في تثبيت الهيكل العظمي ، قد التحفيز الكهربائي للرقابة أيضا منع التصاق البكتيريا على زرع العظام وتقليل خطر لالتهاب العظم والنقي وبيوفيلم تشكيل ^34-37. تشكيل بيوفيلم على أجهزة تقويم العظام يؤدي إلى مضاعفات المريض والضائقة كبيرة بالنسبة لأولئك الذين يعتمدون على هذه الأجهزة ^38. ويجري التركيز على ضرورة أن يكون معقم تماما الأجهزة ويزرع قبل الجراحة ³⁹ ، ومع ذلك فإنه غالبا ما يكون من الصعب تشخيص التصاق البكتيريا كما يتضح من العديد من الحالات السلبية التي كانت في الواقع مثقف وأصاب ^40. وتقترن هذه المشكلة في كثير من الأحيان مع حقيقة أن الأغشية الحيوية هي بطيئة النمو في الطبيعة ⁴⁰ ، لا يمكن أن يكون النمو في المختبر بدقة ³⁹ ، تعتمد على نوع من خلايا البكتيريا ، ونظافة المياه السطحية والجهاز المناعي للشخص المصاب ^39. التحقيق في transfemoral مبتوري الأطراف الأوروبية مع التكنولوجيا oseeointegration تكشف المشكلة الأكثر شيوعا هي الإصابة (العدوى المتكررة سطحية ، 1 / 3 إصابات periprosthetic) ^41. بينما كانت هناك تحسينات واسعة في إعداد الجراحية ، والقضاء على البكتيريا هو واحد من العوامل الأساسية لتحسين osseointegration منذ الأغشية الحيوية ما بين 500-5000 ألف مرة أكثر صعوبة بسبب استئصال شكل غير أفلاطوني ^34،35،39 بهم. لذا ، وذلك باستخدام التحفيز الكهربائي كوسيلة لإزالة المستعمرات البكتيرية الضارة وزيادة تثبيت الهيكل العظمي هي عوامل هامة لضمان حماية صحة المريض وفعالية OIID.

مزايا استخدام المحارب المخضرم ومبتوري الأطراف هي أن الشباب والصحة الجيدة نسبيا إلا لهؤلاء الأفراد ما يجعله مثاليا لإعادة تأهيل السكان العدوانية وآخر عن طريق الجلد سيكون بمثابة المساعدات الإسعافية ويمكن وضعها باعتبارها القطب السالب يتعرض لالتحفيز الكهربائي. وجود زرع طعم مندمج لا تتطلب عمليات جراحية إضافية لإدراج المكونات الكهربائية ، ويسمح للرقابة الجهاز من الخارج ويمنع مزيد من خطر العدوى ^42. لذلك ، قد من خلال فهم طريقة الحقن الحالية في أطرافهم المتبقية من مبتوري الأطراف المخضرم والمحارب ، وهو الحقل الكهربائي عن حجم 10-10 V / سم تنشأ ، التي تسيطر عليها وقياسها على واجهة الزرع. وافترض أن هذا سوف يسمح مستويات آمنة من الكهرباء ليتم تسليمها ، وقادرة على حفز الهجرة بناء العظم ، وتحسين مرفق الهيكل العظمي. سوف حقل كهربائي من هذه الدرجة زيادة كمية ونوعية العظم في واجهة الزرع ، وتحسين فرص التأهيل السريع وتثبيت الهيكل العظمي لمبتوري الأطراف. استخدام التحفيز الكهربائي لم يتم التحقيق كطريقة لتسريع osseointegration في زرع الأطراف الاصطناعية داخل النقي ، ويقدم العديد من الفرص للبحوث متعدية لتحسين رعاية المرضى.

النتائج التجريبية

وأيد ضرورة لنماذج محددة المريض مع جهاز التحفيز الكهربائي عن طريق الجلد في الدراسة. قد وضعت لمحاكاة الجهاز الطبي الحيوي المقترحة للحصول على قدرات التعجيل مرفق الهيكل العظمي من جراء الهجرة المتزايدة بناء العظم ومنع التصاق البكتيريا ^{27،34،36،39.} شركاتوقد أظهرت نماذج utation بفعالية التي قد تكون ولدت 10/01 / V المجالات الكهربائية الطول والكثافة الحالية أقل من ² مللي أمبير / سم 2 باستخدام عملية الزرع باعتبارها القطب السالب وظيفية وزعت معظم متجانس باستخدام القطب النطاق اثنان الخارجية. النظام قد OIID تكون الخطوة الأولى في حل المشكلة الكلاسيكية المرتبطة التحفيز الكهربائي ، وعدم القدرة على تحديد المسارات الحالية في جسم الإنسان ^43. لذلك ، قد تحديد الأدوات اللازمة لتعزيز الهيكل العظمي مرفق مساعدة في الحد من طول التأهيل اللازمة لإجراء طعم مندمج.

استخدام التحفيز الكهربائي لكبار السن مبتوري الأطراف هو أيضا جانبا بالغ الأهمية الذي يجب أن تستكشف كذلك. كتلة العظام والحد الأقصى من عقد من الزمان بعد توقف نمو العظام ولكن بشكل ملحوظ بحلول العقد الثامن والتاسع ^44. كما العظام الطويلة تغير مع تقدم العمر ، وقطرها بطانة العظم يميل إلى الزيادة بسرعة أكبر من القطر سمحاقي مما قد يؤدي إلى تخفيف زرع ^45. قد هذه المشكلة إلى جانب الحد من الضغط على العظام التي تساهم في ضعف العضلات الأمراض المنهكة ، مثل هشاشة العظام وهشاشة ⁽⁴⁵⁾ وتتطلب خيارات العلاج إضافية لمرضى زرع طعم مندمج. ومع ذلك ، قد التحفيز الكهربائي للرقابة والتحميل الميكانيكية كمحفز المتآزر لongrowth العظام والحفاظ على سلامة العظام المضيف السرير مع المرضى المسنين باستخدام نظام OIID.