La creación de Max Ortiz Catalán: una nueva extensión del cuerpo humano.

“[…] Es la primera vez que el hombre y la máquina poseen una conexión tan íntima en diferentes niveles […]”


NOTA ORIGINAL

(Osteointegración - Neurosensibilidad - Protésica MMSS)


En el campo de la protésica, el progreso tecnológico cada vez más avanzado ha permitido pensar en la creación de nuevas tendencias, siendo el miembro superior la zona anatómica que más se favorece en este aspecto. Esto se debe al foco en el avance y desarrollo de prototipos y dispositivos que tienen el objetivo primordial de otorgar funcionalidad durante el desarrollo de los quehaceres cotidianos y laborales que principalmente implican a los miembros superiores. Es así como, en esta ocasión, presentaremos la prótesis mioeléctrica osteointegrada con retroalimentación sensorial para pacientes con amputación transhumeral, creada por el mexicano Max Ortiz Catalán, quien actualmente radica en Suecia. Hoy por hoy, esta tecnología significa un paso trascendental en el campo, pues el equipo de investigación ha logrado que el prototipo inicial evaluado en el Laboratorio de Biomecatrónica y Neurorrehabilitación de la Universidad Tecnológica de Chalmers[1] pueda ser utilizado a largo plazo por el paciente durante la vida diaria. Ello ha sido demostrado especialmente en estudios clínicos de seguimiento, cuyos resultados mencionaremos luego.


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[1] Véase en Facebook: https://www.facebook.com/ChalmersBNL/ / Twitter, Instagram y LinkedIn como: ChalmersBNL.

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La investigación que ha llevado a cabo el Dr. en Ingeniería Biomédica junto a su equipo de trabajo, se desarrolló en colaboración con el Hospital Universitario Sahlgrenska, la Universidad de Gotemburgo y la compañía de implantes Integrum AB, todos ubicados en Gotemburgo, Suecia. También participaron investigadores de la Universidad Médica de Viena (Austria) y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (Estados Unidos). Como se puede apreciar, el espectro de los campos implicados en este marco de investigación es variado, pues cada uno de manera aislada no podría lograr implicancia clínica. Por tanto, para tal avance tecnológico, se requirió de la labor conjunta e integral de la tecnología, la medicina y la ingeniería.


En términos generales -y en simples palabras-, el dispositivo se conecta al esqueleto de forma percutánea y posee una conexión eléctrica con el sistema neuromuscular, a través de la cual controla su posición y movimiento espacial de acuerdo a lo que el individuo desea. Es decir que posibilita una comunicación bidireccional permanente e ilimitada con el cuerpo humano. Pero, para indagar aún más sobre el reemplazo protésico en cuestión, debemos hacernos dos preguntas: 1) ¿Qué tecnología alternativa se propone como anclaje de tal prótesis? y 2) ¿Dónde se encuentra el cambio rotundo en lo que respecta al control neuromuscular de la extremidad artificial? Intentaremos desglosar ambos cuestionamientos.


En el año 1990, P.I. Rickard Brånemark fue el pionero del primer implante osteointegrado en Suecia luego de décadas de investigación. Hoy en día, constituye una tecnología que mejora considerablemente la calidad de vida de un gran porcentaje de pacientes con diferentes niveles de amputación de miembro superior e inferior, puesto que se trata de un acoplamiento mecánicamente estable al esqueleto. Por sus ventajas y por el auge que goza a nivel del miembro superior, Ortiz Catalán propone la fijación de la prótesis mediante este sistema (figura 1). Desde el punto de vista técnico, ¿en qué consiste? Este término implica el implante quirúrgico de una pieza de titanio en la cavidad intramedular del hueso del muñón (en este caso, del húmero), desde el cual se extiende percutáneamente un pilar que sirve como anclaje de la prótesis. La carga se transfiere al hueso a través del dispositivo osteointegrado, posibilitando entonces el anclaje mecánico y directo entre la prótesis desmontable y el esqueleto… una increíble y moderna extensión del cuerpo humano.


Imágenes extraídas de: (izquierda) Chalmers University of Technology. The mind-controlled prosthesis with sensation [Internet]. My new desk. 29 de abril del 2020 [citado 13/08/2020]. Disponible en: https://www.mynewsdesk.com/uk/chalmers/images/the-mind-controlled-prosthesis-with-sensation-1934359 / (derecha) Chalmers University of Technology. An X-ray image and illustration of the mind-controlled prosthesis with sensation [Internet]. My new desk. 29 de abril del 2020 [citado 13/08/2020]. Disponible en: https://www.mynewsdesk.com/uk/chalmers/images/an-x-ray-image-and-illustration-of-the-mind-controlled-prosthesis-with-sensation-1934361 /



Ahora bien, las prótesis mioeléctricas han constituido un antes y un después en este campo dado su potencial para restaurar la funcionalidad del miembro superior perdido. Esto ha sido logrado gracias al desarrollo sorprendente de la ingeniería en electrónica, los motores, las baterías y los materiales. No obstante, el control mioeléctrico de circuito abierto a través de electrodos de superficie aún se halla limitado en ciertos puntos.


¿Qué aspectos son los que reducen la capacidad de control protésico por medio de electromiografía (EMG) de superficie? Por un lado, dado que la señal se atenúa al atravesar múltiples capas de tejido blando y grasa hasta llegar al electrodo ubicado en la piel, se requerirá de un incremento en el esfuerzo muscular y, por ende, mayor gasto energético. Por el otro, no es posible la manipulación de elementos extremadamente frágiles, ya que los electrodos suelen ser sensibles al movimiento veloz de la piel, activando la mano protésica fácilmente y sin haberlo deseado. Otra cuestión que limita el uso de la prótesis es que el adecuado funcionamiento de estos electrodos depende de las condiciones ambientales. Es decir que, por ejemplo, si la piel se reseca en invierno o transpira en verano, las señales no podrán traducirse de forma apropiada en el electrodo para ejecutar un movimiento. Finalmente, también es susceptible a los artefactos en movimiento y a la diafonía mioeléctrica (conocida como interferencia electromagnética), por lo que el control de la prótesis no estará protegido de los sensores ubicados en las puertas del negocio que el paciente suele frecuentar. No obstante, esto no significa que la tecnología actual no funcione, pues innumerable cantidad de pacientes pueden desarrollar funcionalmente sus actividades a lo largo de los días, sin problema alguno.



Un tema fundamental a considerar por fuera de las restricciones de la EMG de superficie es que, aunque el hardware protésico y los algoritmos de decodificación de la señal bioeléctrica de los movimientos están sencillamente disponibles, aún faltan señales fisiológicas lo suficientemente apropiadas y estables para controlar los dispositivos. Por tanto, Ortiz Catalán y su grupo de investigación han llevado la tecnología mucho más allá, desarrollándola para establecer un puerto de comunicación entre una un sistema osteointegrado y electrodos implantados en los nervios y la musculatura remanente -bíceps y tríceps braquial- (figura 1). ¿Cómo se logra ello? Para permitir una comunicación eléctrica bidireccional, los componentes de acoplamiento mecánico entre la pieza de titanio y el pilar que se extiende fuera del hueso son reemplazados por conectores eléctricos integrados en la prótesis. Como se observa en la figura 2, dos cables se extienden en una dirección intramedular desde el extremo proximal del dispositivo y, transcorticalmente, se unen a dos conectores ubicados fuera del hueso. Desde ellos, se extienden cables que terminarán enlazados en los electrodos epimisiales neurales o musculares, creando una interfaz neuromusculoesquelética autónoma humano-máquina.






Figura 2 - e-OPRA Implant System – Sistema de implantes osteointegrados para la rehabilitación de amputados






Como bien ha relatado Max a sus espectadores en el 17° Congreso Mundial de la Sociedad Internacional de Ortesis y Prótesis (ISPO), los electrodos implantados no son una idea completamente nueva, pues en los años setenta (más específicamente, en el año 1977) ha sido utilizada en Canadá por un paciente con amputación transradial. Ello le había permitido contar con la capacidad de un control directo de la prótesis y la libertad de dos grados de movimiento, hasta el momento en el que contrajo una infección a nivel de los conectores percutáneos. Es posible plantear que tal razón puede justificar el uso de la osteointegración en combinación con electrodos implantados. En este sentido, el cambio de paradigma se presenta en la conexión de ambas partes -prótesis y sistema neuromuscular- mediante cables que atraviesan la placa de titanio. De esta forma, la interfaz osteointegrada no solo funciona como una fijación al esqueleto, sino que también proporciona la comunicación bidireccional.


El control de la prótesis es completamente intuitivo. La posibilidad para predecir la intención de movimiento distal se argumenta en el uso del reconocimiento de patrones mioeléctricos, a pesar de que los grupos musculares sinérgicos responsables de ejecutarlo ya no estén presentes. Así, algoritmos matemáticos complejos transforman y amplifican la señal producto de una leve activación muscular, de manera tal que sea traducida en movimiento por parte de la prótesis. El resultado siempre dependerá del adecuado reconocimiento de la intención motora del paciente. En consecuencia, los movimientos de la mano protésica serían más precisos e implicarían un menor gasto energético, por lo que sería posible tomar objetos más pequeños y/o frágiles sin temor a romperlos, del mismo modo que la prótesis podría moverse bruscamente sin realizar ninguna acción, a menos que sea deseada por el paciente. Asimismo, al no existir una interface con la piel, el ambiente en donde el individuo se desenvuelve no sería más una limitación.


Tal innovadora y sofisticada tecnología facilita el acceso a mayor cantidad de grupos musculares (figura 3) y vías neuronales que permanecen luego de una amputación, al igual que hace posible que las señales sean más confiables. Pero lo más sorprendente es que los nervios, además, transportan la información proveniente de los sensores de la mano protésica hacia el cerebro. En este sentido, debido a que la interfaz es bidireccional por naturaleza, los nervios periféricos pueden ser estimulados directa y eléctricamente para proporcionar retroalimentación sensorial táctil y propioceptiva. Con el objeto de que esta última sea apropiada y referida distalmente, el desafío primordial consiste crear interfaces neuronales que puedan transmitir grandes cantidades de información recopilada artificialmente al sistema nervioso. Así, se podría llegar a reproducir la percepción de sensaciones provenientes de la mano biológica perdida: por ejemplo, sin ver el objeto, el paciente podría sentir que ha tocado algo y detectar cuánta fuerza de agarre está requiriendo para sostenerlo producto de la neuroestimulación.





Imagen extraída de: Max Ortiz Catalan, Bo Håkansson, Rickard Brånemark. An osseointegrated human-machine Gateway. Sci. Transl. Med. 2014; 6:1-9. DOI: 10.1126/scitranslmed.3008933





Entonces… todo lo que hemos clarificado en términos de las preguntas iniciales, hace indispensable pensar en el principal objetivo de los dispositivos protésicos. En efecto, en este y en todos los tipos de tecnología, el punto más importante donde se debe hacer hincapié a la hora de probar clínicamente la funcionalidad y el confort del reemplazo protésico, es si realmente es útil para el paciente durante el desarrollo de las actividades de la vida diaria e instrumentales, como así también en el desempeño laboral. Con ello nos referimos a que le permita lograr, sin ningún tipo de obstáculo que interfiera, lo que se propone día a día fuera de entornos controlados. Es así como en muchas oportunidades Max ha presentado a Magnus Niska, el primer paciente con amputación transhumeral que ha probado su creación desde el año 2013 y que le ha permitido regresar a su actividad laboral como conductor de maquinaria pesada, demostrando la estabilidad a largo plazo de los patrones mioeléctricos (figuras 4 y 5). Y no solo eso, sino que además redujo el dolor de miembro fantasma a nivel del cuarto y quinto dedo gracias al control adecuado del movimiento y de las sensaciones durante el uso diario de la prótesis. También ha participado en el Cybathlon del año 2016, quedando en el cuarto puesto de la disciplina de miembro superior (figura 6). “No se siente como una máquina, sino como mi viejo brazo”, refirió Magnus en el 2015 para una filmación presentada en el 17° Congreso Mundial de ISPO.



Imagen extraída de: Max Ortiz Catalan, Bo Håkansson, Rickard Brånemark. An osseointegrated human-machine Gateway. Sci. Transl. Med. 2014; 6:1-9. DOI: 10.1126/scitranslmed.3008933














Imagen extraída de: Chalmers University of Technology. The first patient with a mind-controlled prosthesis [Internet]. My new desk. 29 de abril del 2020 [citado 13/08/2020]. Disponible en: https://www.mynewsdesk.com/uk/chalmers/images/the-first-patient-with-a-mind-controlled-prosthesis-1934357












Figura 6 – Magnus en una sesión de práctica del Cybathlon 2016

Imagen extraída de: Liat, Clark. Meet Magnus, the cyborg Olympian with an implanted bionic arm [Internet]. WIRED. 2016 [citado 13/05/2020]. Disponible en: https://www.wired.co.uk/article/magnus-first-athlete-implanted-bionic-arm

Créditos: ETH Zurich / Alessandro Della Bella




Otro estudio también ha demostrado la funcionalidad de la interfaz neuromusculoesquelética luego de 3 a 7 años de uso en tres pacientes que fueron seguidos clínicamente, y un alivio completo en dos de ellos que sufrían de dolor de miembro fantasma. La prótesis fue efectiva durante la realización de actividades de la vida diaria sin supervisión y permitió la retroalimentación sensorial intuitiva, para lo que no se requirió de entrenamiento formal previo. Sin embargo, recordemos que estos son los inicios del prototipo fuera del laboratorio, por lo que aún son necesarios más estudios que demuestren su efectividad para dar el siguiente paso: la producción en masa.


Por otro lado, la cosmética del reemplazo protésico también forma parte de los objetivos primordiales a considerar, pues hace mucho tiempo los pacientes podían llegar a preferir la mejor estética posible por sobre la funcionalidad. De todas formas, en las sociedades y culturas de todo el mundo, la tendencia que actualmente predomina es la búsqueda de la practicidad y funcionalidad. Es así como, con el transcurso de los años, la presencia de extremidades artificiales o “manos mecánicas” se ha vuelto mucho más común, aunque también sigue existiendo la posibilidad de utilizar guantes plásticos que simulen una mano real y que, por ejemplo, permitan disfrutar a un individuo de pintarse las uñas. Al fin y al cabo, la esencia de este objetivo siempre estará sujeta a las necesidades y deseos de aquel que la utilice, para que efectivamente pueda integrar el reemplazo como parte de su cuerpo y no como algo ajeno a sí mismo. Entonces, es aquí donde se pone en evidencia que, hasta ahora, hemos estado contando el lado puramente tecnológico de la historia. No debemos olvidarnos que, fuera de los confines clínicos, los relatos de las experiencias personales del uso de la prótesis son los que nos permiten contar con una perspectiva completamente subjetiva, dejando de lado las realidades objetivas que se intentan suponer y que no terminan de dilucidar con exactitud el impacto psicosocial de tales circunstancias. Los matices que muy probablemente surgen entre cada relato son los que determinan la construcción individual y personal del significado de la extremidad artificial. De hecho, un estudio publicado recientemente ha demostrado la adaptación e integración de esta nueva tecnología, tanto en ámbitos sociales como funcionales, a partir de la utilización de un enfoque fenomenológico interpretativo que aborda la óptica cualitativa de tres participantes con amputaciones transhumerales. Muy resumidamente, los efectos psicosociales que han sido observados a nivel de la autoestima, la autoimagen y las relaciones sociales fueron positivos, al mismo tiempo que los sujetos se han sentido más confortables para participar en una gama más amplia de actividades. El aspecto sustancial que principalmente subyace a todo ello es una mayor confianza del paciente en su prótesis.


Para concluir y reflexionando sobre todo lo que hemos propuesto, podríamos definir sencillamente al dispositivo protésico con fijación estable y de control natural que Max Ortiz Catalán propone a la industria, como aquel reemplazo potencialmente confortable, seguro y útil fuera de ámbitos controlados. Como hemos aludido previamente, ello será la clave para que el paciente confíe indudablemente en su nueva oportunidad a lo largo del tiempo, pues “si la tecnología funciona, se vuelve bastante atractiva”, como señalaba el ingeniero en una entrevista (2016).


María Carolina Amestoy Dragonetti

Favio Martín Montané


Referencias bibliográficas.


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* Chalmers University of Technology. An X-ray image and illustration of the mind-controlled prosthesis with sensation [Internet]. My new desk. 29 de abril del 2020 [citado 13/08/2020]. Disponible en: https://www.mynewsdesk.com/uk/chalmers/images/an-x-ray-image-and-illustration-of-the-mind-controlled-prosthesis-with-sensation-1934361 /


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