Pasaulį prie ekranų prikausčiusios Paryžiaus paralimpinės žaidynės – įspūdingas reginys, leidžiantis stebėtis sportininkų su negalia sugebėjimas ir rezultatais. Dalis paralimpiečių naudoja protezus, kurie ne tik kompensuoja prarastas funkcijas – kai kuriose sporto šakose jie gali suteikti naudos. „Mokslininkai diskutuoja, kad tam tikrose situacijose protezai gali suteikti pranašumą prieš sportininkus be negalios“, – sako VILNIUS TECH Mechanikos fakulteto Biomechanikos inžinerijos katedros vedėjas prof. dr. Julius Griškevičius.

„Bėgimo peiliai“ imituoja biologinių galūnių savybes

Pasak Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VILNIUS TECH) mokslininko prof. dr. Juliaus Griškevičiaus, sportiniai protezai gerokai skiriasi nuo įprastų. Jie turi specifinę formą, kuri padeda atlikti tam tikrus judesius, pvz., šuolius, taip pat bėgti ar užsiimti kita fizine veikla, kur reikalingas lankstumas ir atsparumas.

Sportiniai protezai dažnai gaminami iš anglies pluošto, kuris leidžia efektyviai sugerti ir atiduoti energiją. Jie išsiskiria ne tik gebėjimu grąžinti energiją, bet ir lengvumu, tvirtumu bei dinamika. Tiesa, protezų, kuriuos naudoja profesionalūs sportininkai, tipai skiriasi priklausomai nuo sporto šakos. 

„Pavyzdžiui, bėgikams reikalingi lengvi ir labai elastingi protezai, o dviratininkai ir plaukikai gali naudoti protezus, kurie yra labiau optimizuoti aerodinamikai arba plūdrumui. Lengvosios atletikos rungtyse dalyvaujantys sportininkai dažniausiai naudoja anglies pluošto protezus, dar vadinamus „bėgimo peiliais“ (angl. „running blades“). Šie protezai yra skirti maksimaliam greičiui ir dinamikai pasiekti“, – dalijasi prof. dr. J. Griškevičius.

Protezai „bėgimo peiliai“, kaip ir tie, kuriuos naudoja tokie žymūs sportininkai kaip vokiečių šuolininkas į tolį Markus Rehm ir PAR sprinteris Oscar Pistorius, bėgimo metu kaupia ir išlaisvina energiją, taip imituodami kai kurias biologinių galūnių savybes.

„Anglies pluošto ašmenys veikia panašiai kaip blauzdos raumenys ir Achilo sausgyslės – kai bėgikas suspaudžia konstrukciją, energija kaupiama, o kai ją atleidžia – išlaisvinama“, – aiškina profesorius.

Prof. dr. J. Griškevičius priduria, kad pagrindinis biologinių galūnių ir protezų skirtumas yra tai, kad anglies pluošto protezai neturi funkcinių pėdų. Tai – reikšminga, nes biologinė pėda, per čiurnos sąnarį turinti papildomą sukimosi ašį, prisideda prie energijos gamybos ir taip vaidina lemiamą vaidmenį bėgimo biomechanikoje.

„Pėdoje yra raumenys, kurie padeda atsispirti nuo žemės, o tai padidina medžiagų apykaitos efektyvumą – su kiekvienu žingsniu kūnui nereikia naudoti tiek daug energijos, nes raumenys atlieka dalį darbo. Priešingai, ašmenų protezas neturi šio aktyvaus pėdos posūkio ir pats nesukuria energijos. Ašmenų energijos grąža gaunama tik iš jo konstrukcijos ir medžiagų. Bėgikas pėdos raumenų aktyvumo trūkumą turi kompensuoti kitais raumenimis, pavyzdžiui, šlaunimis ir klubais“, – sako VILNIUS TECH Biomechanikos inžinerijos katedros vedėjas.

Ar protezai gali suteikti pranašumą prieš sportininkus be negalios?

Vis tik kai kurie mokslininkai diskutuoja, kad anglies pluošto protezai turi savybių, kurios tam tikrose situacijose gali suteikti pranašumą prieš sportininkus be negalios. Pirmiausia, šie protezai efektyviau grąžina energiją nei natūralūs raumenys, todėl sportininkai gali generuoti daugiau jėgos. Be to, jie gali būti sukurti taip, kad atitiktų tam tikrus mechaninius poreikius, pavyzdžiui, maksimaliai sumažintų svorį arba padidintų judesio amplitudę. 

„Lengvoji atletika, ypač sprintas, yra viena iš sričių, kur protezai gali suteikti pranašumą, nes jie gali generuoti daugiau energijos tam tikrose bėgimo fazėse, pavyzdžiui, kai bėgikas pagreitėja iki maksimalaus greičio – jis gali greičiau judinti protezus su mažesnėmis pastangomis. 

Protezai gali suteikti papildomą spyruokliuojantį efektą ir šuolių rungtyse. Mokslininkai nustatė, kad Markus Rehm ir kiti pasaulinio lygio šuolininkai į tolį su žemiau kelio amputuotomis galūnėmis naudoja kitokią šuolio techniką nei atletai be protezų. Nors elastingos protezų plokštelės gali apriboti maksimalų šuolininko įsibėgėjimo greitį, jos leidžia naudoti geresnę atsispyrimo techniką. Vis tik mokslininkai iki galo negali atsakyti į klausimą, ar M. Rehm protezas suteikia jam bendrą pranašumą. Tyrėjai iki šiol ginčijasi ir dėl protezų trūkumų bei pranašumų įtakos bėgimo našumui“, – sako mokslininkas.

Prof. dr. J. Griškevičiui antrina ir VILNIUS TECH Mechanikos fakulteto Biomechanikos inžinerijos katedros docentė dr. Jurgita Žižienė, kuri tikina – įvertinti protezų įtaką sportiniams rezultatams yra labai sunku.

„Tai labai priklauso nuo daugybės faktorių: amputacijos lygio, amputacijos priežasčių, amputuotų galūnių skaičiaus (viena ar abi), bigės formos ar asmens individualių fizinių savybių. Kadangi negalima surinkti vienodos imties tyrimui, neįmanoma atlikti tikslių eksperimentinių tyrimų, kurie vienareikšmiškai atsakytų į šį klausimą“, – sako dr. J. Žižienė.

Vis dėlto mokslininkai dirba, kad, pasitelkdami inovatyviausias priemones, galėtų atlikti kiek įmanoma tikslesnius protezų įtakos sportiniams rezultatams tyrimus. 

„Vienas iš būdų yra skaitmeninis modeliavimas, kuris, mano nuomone, puikiai tinka įvertinti paties protezo konstrukcijos ar naudojamų medžiagų įtaką. Raumens-skeleto modeliai leidžia nustatyti daugiau parametrų, bet juos sukurti ir adaptuoti kiekvienam sportininkui individualiai yra nemenkas iššūkis.

Jeigu amputuota apatinė galūnė aukščiau kelio, tuomet didelis dėmesys turi būti skiriamas kelio sąnariui/lankstui. Šiuo metu yra mikroprocesoriumi valdomi kelio sąnariai, kurie veikia pasitelkdami įvairių judesių šablonų algoritmais ar dirbtiniu intelektu“, – aiškina Biomechanikos inžinerijos katedros docentė dr. Jurgita Žižienė.

Prof. dr. Julius Griškevičius priduria, kad technologijų tobulėjimas greičiausiai lems dar išmanesnių protezų kūrimą, kurie galės geriau prisitaikyti prie sportininko poreikių. Anot jo, dirbtinis intelektas, pažangiosios medžiagos ir biomechanikos tyrimai gali lemti protezų, kurie ne tik kompensuos prarastą funkcionalumą, bet ir prisitaikys realiu laiku prie įvairių apkrovų, sukūrimą.