Descifrando las prótesis de brazo: tipos, funcionamiento e inconvenientes

En la ciencia ficción las prótesis aparecen con mucha frecuencia; por lo general se describen de forma vistosa como dispositivos que superan con creces a nuestras manos biológicas. Sin embargo, se trata de un error habitual. Las prótesis que existen hoy en el mundo real están lejos de ser un verdadero reemplazo de las manos. Lo más frecuente es que sean una herramienta que sirve para realizar acciones sencillas. 

Antes de analizar qué pueden hacer realmente las prótesis, qué hay en el mercado y qué dificultades existen, hay que entender los tipos de amputación: de dedos, de mano, de antebrazo y de brazo. Según el tipo de amputación se necesita la prótesis correspondiente. Reemplazar los dedos es lo más sencillo, mientras que la amputación del antebrazo plantea problemas serios. 

Motivo para instalar una prótesis pueden ser no solo los accidentes y otros incidentes que llevaron a la amputación de extremidades, sino también diversas mutaciones congénitas que provocan deformaciones de alguna parte de la mano. Hoy en día existen tres tipos principales de prótesis:

• de tracción (mecánicas)
• bioeléctricas (basadas en el funcionamiento de sensores bioeléctricos, las más avanzadas)
• cosméticas

El sentido de las prótesis cosméticas está en su nombre: simplemente hacen la amputación menos visible, pero no tienen ninguna función. Una persona con prótesis cosmética, como mucho, puede sujetar algo ligeramente, pero no realizar ninguna de las acciones cotidianas normales. 

Prótesis mecánicas

Las prótesis de tracción o mecánicas empezaron con la mano de acero del alemán Götz von Berlichingen; tenía una funcionalidad limitada, pero permitía sujetar objetos y, quizá, escribir con una pluma. El dispositivo se controlaba con un botón situado en la parte trasera de la palma. 

Con el inicio de la revolución industrial, las prótesis empezaron a perfeccionarse y a llegar a las soluciones actuales. La prótesis mecánica es una estructura con muchos cables (tirantes) que se fijan en determinadas zonas del miembro que queda. Gracias al esfuerzo, los cables se tensan y la prótesis se mueve o se dobla. Este tipo de prótesis es adecuado para cualquier tipo de amputación, incluso en caso de pérdida total de la mano. 

Las prótesis de tracción son más adecuadas que las bioeléctricas en caso de amputación del hombro, debido a las particularidades de los sensores bioeléctricos. La prótesis consta no solo de la estructura, el casquillo y la mano, sino también de un cable que se fija en el hombro sano; así se controla la prótesis (flexión y extensión de la mano). El control en la zona del codo solo es posible con la mano sana o lanzando la prótesis con el torso. 

Principales ventajas de las prótesis de tracción:

• ausencia de electrónica (esto reduce el coste y aumenta la resistencia a los daños)
• posibilidad de instalación tras amputación del brazo
• menor masa, en comparación con las bioeléctricas

Sin embargo, estas prótesis solo tienen un tipo de agarre, por lo que están diseñadas para una función específica y limitada, lo que no siempre resulta útil en la vida cotidiana. 

Prótesis bioeléctricas

Las prótesis bioeléctricas tienen un principio de funcionamiento y una estructura más complejos. Su funcionamiento se basa en la lectura del potencial eléctrico de los músculos residuales. Explicado de forma sencilla: usted decide que debe mover la mano; desde el cerebro hasta la médula espinal se envía un impulso, que después llega a los nervios conectados con las fibras musculares; la señal se amplifica y se distribuye a determinados grupos de fibras musculares; un solo nervio puede activar varias células musculares. 

En una mano sana, la señal, por ejemplo, llega a la palma, por lo que usted la cierra. Sin embargo, en una mano amputada por debajo del codo la señal se pierde «en el vacío», es decir, se dispersa. Si se instalan sensores especiales que registran la señal antes de que se disperse, es posible aprovecharla de alguna manera. Los sensores bioeléctricos no necesitan implantarse en la mano; basta con colocarse la prótesis. 

Tras registrar la señal, esta llega al procesador, donde se procesa. Se activan los servomotores y, a continuación, la prótesis realiza algún movimiento. Los servomotores son pequeños dispositivos de propulsión que pueden recibir una señal, compararla con los datos del programa y ejecutar algún movimiento. 

La ventaja de estas prótesis frente a las mecánicas radica en la electrónica. Es posible programar el movimiento de los servomotores y definir muchos tipos diferentes de agarre para la prótesis. Los métodos de tracción solo pueden cerrar y abrir la mano, mientras que las bioeléctricas permiten gesticular, girar la muñeca y hacer otros movimientos. Tienen una gama de entre 18 y 22 agarres. 

Sin embargo, estos agarres hay que cambiarlos manualmente. No basta con querer hacer un movimiento para que la prótesis lo ejecute. El funcionamiento de la prótesis depende de los sensores, y no tiene conexión con el cerebro ni con los procesos mentales. El cambio se puede realizar mediante una pantalla o un botón de la prótesis, o con una aplicación del teléfono. Al igual que con la prótesis mecánica, es necesario tensar constantemente algunos músculos para realizar el agarre, lo que puede resultar agotador con un uso prolongado. 

La persona no podrá controlar cada dedo por separado, pero sí realizar movimientos programados por los ingenieros en el código de los servomotores. Existe un tipo de prótesis que permite controlar cada dedo por separado. Funciona según el principio del escaneo ultrasónico de los músculos, pero por ahora es solo un prototipo único. 

Amputación por encima del antebrazo y el futuro

Las dificultades de la amputación por encima del antebrazo radican en que no hay de dónde leer la señal. La mano está completamente ausente, por lo que no hay dónde colocar los sensores, pero los ingenieros han encontrado dos soluciones:

1. Desarrollo de la empresa Ottobock llamado DynamicArm. El encaje se coloca donde debería estar el hombro y lee la señal para el control. Flexionar el codo es una de las opciones de agarre; además, el codo se endereza automáticamente bajo carga. 
2. Desarrollo de la Universidad Johns Hopkins. El paciente carece de ambas manos, y la amputación se realizó por encima del antebrazo. Los científicos colocaron sensores en el pecho. Las prótesis son móviles y tienen un amplio rango de movimientos, pero están limitadas en velocidad y comodidad de control, ya que resulta difícil manejar las manos mediante el pecho. 

Pese a la tecnología de las prótesis actuales, el mundo todavía tiene margen de crecimiento. Los pacientes sin una mano o con amputación bilateral pueden rehabilitarse y ampliar su rango de acción con ayuda de las prótesis. Sin embargo, siguen siendo limitadas. Estos resultados pueden mejorarse con la neuroprotetización o con redes neuronales que utilicen un mayor número de sensores bioeléctricos. 

Cabe señalar que el precio de las prótesis sigue siendo alto: de 20 000 a 100 000 dólares. Los dispositivos intentan abaratarse mediante la impresión 3D, pero en un futuro cercano es poco probable que esto se note. La ciencia ficción todavía está lejos, pero este sector de la robótica no se queda quieto, así que cabe esperar un milagro en el futuro.