Ученые из японского университета Цукуба разработали свою модель экзоскелета. Вряд ли случайно они дали ей название HAL (Hybrid Assistive Limb). Так звали бортовой компьютер космического корабля из знаменитого фильма Стэнли Кубрика «2001: Космическая одиссея».
У этой модели широкие возможности; она должна заменить человеку и руки, и ноги. Пациента облачают в полый костюм, доходящий ему до шеи. Высота такого «скафандра» – 1,6 метра, а весит он (вместе с компьютером и зарядным устройством) 23 килограмма. Управлять им можно с помощью сигналов, отдаваемых нервной системой. Всякий раз, когда мы хотим поднять руку или переставить ногу, наш головной мозг испускает электрические импульсы, которые активизируют мышцы. Электроды, закрепленные на теле пациента, улавливают эти сигналы и передают их в процессор. Тот преобразует их в команды, управляющие искусственными руками и ногами, пристегнутыми к парализованным конечностям.
Есть самые разные варианты применения подобного экзоскелета. Его могут использовать люди, лишенные возможности двигаться. Он может послужить для реабилитации больных, которые восстанавливаются после травм. Он пригодится тем, кто занят на тяжелой работе, например заводским рабочим или спасателям, действующим в очаге катастрофы, где необходимо разбирать огромные завалы.
В перспективе, надеются ученые, «электронные скафандры» станут таким же предметом первой необходимости для пожилых людей, как очки, слуховой аппарат или трость, помогающая сохранить равновесие тем, у кого больные ноги.
Еще одна модель экзоскелета, предлагаемая фирмой «Ekso Bionics», разработана учеными из Берклийского университета. Именно она позволила вновь обрести свободу передвижения австралийской балерине Аманде Бокстел, сломавшей позвоночник в 24 года во время катания на горных лыжах. С тех пор, на протяжении двадцати с лишним лет, она была прикована к постели.
Теперь на специальных презентациях можно увидеть, как совершается обыкновенное чудо. Женщине помогают пересесть из инвалидного кресла на обычный стул. Она надевает поверх блузки искусственный скелет, который выглядит скорее как несколько скрепленных друг с другом поясов. С их помощью она пристегивает к ногам какие-то стержни с четырьмя моторчиками, надевает рюкзак. Взяв в руки два костыля, она наклоняется, подавшись вперед вместе с ними. Затем медленно приподнимается со стула. Опираясь на костыли, выставляет вперед ногу, потом – другую. Она движется очень равномерно; со стороны это напоминает движения робота. Но она идет! И это – главное!
Полтора десятка сенсоров определяют, в каком направлении намерен двигаться человек. Оба костыля также снабжены сенсорами; кроме того, они поддерживают пациента, придают ему уверенность. Компьютер обрабатывает информацию, полученную от сенсоров, и управляет работой двигателей. Те приводят в движение механизмы, которые поочередно переставляют ноги больного. Ровное гудение моторов слышно, но совсем не утомляет.
Выглядит всё это еще очень примитивно; сам экзоскелет весит 18 килограммов, и аккумулятора хватает лишь на 4 часа работы. К тому же – из соображений безопасности – подобный искусственный скелет пока нельзя использовать в одиночку. За пациентом идет человек с пультом дистанционного обслуживания и – на всякий случай – управляет каждым его шагом. Но все это – пустяки, «детские болезни роста», по сравнению с тем, что человек снова начинает ходить.
Миллионы людей во всем мире оказались парализованы вследствие несчастного случая или тяжелой болезни. Именно для них создаются эти странные конструкции – экзоскелеты. Даже в самых безнадежных ситуациях жизнь всегда начинается заново.
Перспективы плазменной медицины
В окружающем нас космосе до 99 % всего видимого вещества пребывает в состоянии плазмы. Из нагретой до многих миллионов градусов плазмы образованы огоньки звёзд. Другая, менее известная – холодная – плазма заполняет межзвездное пространство.
Обычно плазма возникает при очень высоких температурах, когда энергия газа настолько велика, что электроны вырываются из атомов и молекул, оставляя после себя микроскопические «руины» – ионы. Особенность холодной плазмы в том, что она образуется, когда энергии, полученной газом, достаточно, чтобы электроны пришли в движение и их температура заметно возросла, но этой энергии слишком мало, чтобы еще разогрелись и ионы. Внутри холодной плазмы перепад температуры поразительно велик: отдельные электроны могут быть разогреты до нескольких тысяч градусов, в то время как температура всей струи плазмы не превышает комнатную.
Многие из нас впервые заговорили о холодной плазме полтора десятилетия назад, когда в магазинах появились первые плазменные телевизоры. Есть немало других, менее броских вариантов промышленного применения холодной плазмы. Она используется при изготовлении полупроводников. Ею обрабатывают поверхности изделий из металла или керамики, а также полимерные материалы, прежде чем нанести на них покрытие.
Очень перспективно применение холодной плазмы в медицине. Ведь у нее обнаружились поразительные свойства. Например…
Для медиков она интересна тем, что очень полезна в борьбе с различными возбудителями заболеваний. Она уничтожает разросшиеся колонии бактерий и ускоряет заживление хронических ран, дезинфицируя их, а также стимулируя рост тканей. Для этого струю теплого воздуха (около 35 °C), содержащую ионизованный газ, направляют на поврежденный участок кожи пациента. Вся «операция» занимает несколько минут. Она абсолютно безболезненна.
При этом точный механизм действия холодной плазмы все еще не вполне ясен. Одни исследователи полагают, что ультрафиолетовое излучение, исходящее от нее, повреждает генетический материал бактерий. Другие говорят о растрескивании клеточных мембран. Третьи обращают внимание на то, что свободные радикалы – очень агрессивные ионы кислорода и азота, содержащиеся в плазме, – вступают в реакцию с веществами, окружающими бактерии. Продукты таких реакций могут быть очень опасны для микробов.
Свободные радикалы и ультрафиолет в больших дозах губительны и для клеток нашего организма. Ученым потребовались годы работы, чтобы убедиться в том, что предлагаемая технология не опасна для пациентов. В течение долгого времени в различных лабораториях изучалось, какое действие холодная плазма оказывает на образцы клеток и тканей человека. Так было установлено, при каких параметрах она безвредна для нас.
В будущем космонавты, отправляясь в путешествие к далеким планетам, станут на много месяцев погружаться в сон
По мнению специалистов, плазменная медицина сейчас находится на той же стадии развития, что и лазерная медицина в 1980-х годах. Тогда в ее действенности тоже сомневались многие врачи старой школы. Лишь когда повседневная практика показала, насколько эффективен лазер в руках врача, он стал таким же важным инструментом медиков, как скальпель.
Сейчас в плазменной медицине идет время экспериментов, клинических исследований. Поэтому врачи вправе сомневаться в том, что знания, полученные в опытах с лабораторными культурами бактерий, можно смело применять на практике – для лечения больных, ведь мы, как правило, ничего не знаем о том, какие побочные последствия может иметь новая терапия. Например, не очень понятно, какое действие плазма оказывает на генетический материал клеток нашего организма. Проще говоря, не может ли она вызвать мутации генов. Не приводит ли лечение холодной плазмой к образованию раковой опухоли? Уверенно можно сказать лишь одно: медики занимаются холодной плазмой вот уже два десятилетия, и до сих пор в опытах с ней не зафиксировано ни одного случая мутагенеза – искусственного появления мутаций, вызванных ею. Под действием ионизованного газа здоровые ткани ускоренно росли, но при этом наследственная программа, содержащаяся в их клетках, не претерпевала изменений. Похоже, наши клетки слишком прочны, чтобы разрушиться от соприкосновения с плазмой. Генетический материал вдобавок еще и упрятан, как в сейф, в клеточное ядро. Но бывают ли исключения из этого правила?
В любом случае пока плазма применяется в основном лишь при проведении клинических исследований и различных экспериментов. Результаты этих испытаний обнадеживают, но новая терапия еще не стала проверенной практикой. Можно лишь предполагать, что лечение холодной плазмой получит широко распространение уже в ближайшие годы.
У плазменной терапии есть перспективы и в онкологии. В опытах с животными ученые убедились, что некоторые опухоли уменьшаются в размерах или хотя бы перестают расти, если их обработать холодной плазмой. Однако точного объяснения этому нет. Предположительно под действием плазмы у клеток опухоли включается механизм запрограммированной смерти (апоптоз), вызывающий их гибель. Отмершие клетки заменяются безобидной соединительной тканью. Может быть, со временем у медиков появится новое действенное оружие в борьбе с опухолями?
Впрочем, ученые подчеркивают, что «мы стоим в самом начале исследований и нет никакой уверенности в том, что наши надежды сбудутся». Пока специалисты по плазменной медицине ничем не могут помочь раковым больным. Новые методы борьбы с раком, предлагаемые ими, лишь опробуются на подопытных животных. Пройдет еще немало времени, прежде чем их можно будет использовать в онкологических клиниках. Ученым нужно досконально понять, каким образом холодная плазма действует на клеточном уровне. Нужно выяснить, какие виды плазмы наиболее эффективны в тех или иных условиях. Определить химический состав целебной плазмы. Вопросы следуют за вопросами, и, не получив на них точного ответа, нельзя испытывать на пациентах многообещающие, но рискованные методы лечения.
Между тем исследователи из Национального центра плазменной медицины (Германия) сообщили, что с помощью холодной плазмы в лабораторных условиях удалось остановить рост клеток глиобластомы. По-видимому, самым успешным методом борьбы с этой агрессивной опухолью мозга будет комбинированная терапия, включающая применение холодной плазмы и «химию», причем последняя будет щадящей, объем препаратов можно заметно снизить. Однако до того, как эта терапия станет общепринятым способом лечения, нужно сделать очень многое. Ведь сейчас ученые лишь наблюдали за клеточными культурами и боролись с ними. До лечения людей путь еще долог.