ללמוד ללכת מחדש

חוקר ביו מכניקה של הליכה ורובוטיקה רפואית, 44, מהכרמל, חיפה, נשוי לד"ר נעמה וולף, ואבא לשני בנים, בת וכלבה קטנה

החיים בלי סחוס: "במעבדה שלנו אנחנו ממדלים את האופן שבו אנשים הולכים בעזרת חיישנים הבודקים את הפעילות השרירית, מדידת הכוחות המופעלים על הקרקע בזמן הליכה וסט מצלמות שעוקב אחר תנועת הנבדקים. את המדידות מבצעים גם אנשים בריאים וגם אנשים עם תקלה ביומכנית. אחת התקלות השכיחות היא אוסטאוארתריטיס, דלקת ניוונית של המפרקים, שכמעט כל אדם סובל ממנה בשלב זה או אחר של חייו.

פרופסור אלון וולף מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון

"ההתמקדות שלנו היא בשני מפרקים, ברך וירך. במחלה הזאת נוצרת שחיקה טבעית עם השנים של הסחוס בברך. הסחוס תפקידו לשכך את החיכוך והזעזועים בין עצם השוק והירך. כאשר הוא נשחק, התנועה פחות חלקה, זעזועים מכניים עוברים ישירות לעצם ויכולה להתפתח תגובה דלקתית נפיחות וכאבים עד מצב שהסחוח נהרס לחלוטין עד מצב שיש עצם על עצם".

ישנם אנשים שמצליחים ללמד את הגוף שלהם להמשיך וללכת גם עם התקלה המכנית במפרק. כך לדוגמא לימד שחקן הכדורגל פלה את השרירים שלו לפצות על החוסר המכאני שהיה לו במהלך התנועה לאחר שקרע את הרצועות הצולבות. אולם אצל רוב האנשים הדבר לא קורה באופן ספונטני: "זה מעין מעגל קסמים: הסחוח נשחק, מתחיל כאב, אנחנו מתחילים ללכת בצורה שאמורה להגן עלינו מפני הכאב, אך ההליכה איננה נכונה ורק מגבירה את השחיקה, וזה נהיה תהליך שמלבה את עצמו עד למצב שלא מסוגלים יותר ללכת וצריך לעבור ניתוח להחלפת המפרק. אותו דבר קורה בירך. אנחנו חוקרים את מהלך המחלה, איך היא מתפתחת, מה מאפיין אותה בצורת ההליכה ואיך אפשר לשנות את הכיוון של התפתחות המחלה מבחינה ביומכנית ועיצבית שרירית".

פרופ' אלון וולף

כמו ללמוד מחדש לרכב על אופניים: "כל פעולה מוטורית שאנחנו עושים מגובה על ידי תבנית מוטורית שמתעצבת במוח. "זוהי מאין תוכנת מחשב" השולטת על השרירים שלנו בזמן הפעולה המוטורית הספציפית. כשלמדנו פעם ראשונה לרכב על אופניים, הגוף שולח מידע סנסורי למוח, והמוח לאט-לאט לומד מה אוסף הפקודות שהוא צריך לשלוח לשרירים על מנת שיזיזו את השלד שלנו ונוכל לרכב על האופניים בלי לאבד שיווי משקל. אחרי כמה תרגולים, הפעולה המוטורית הופכת להיות תהליך אוטומטי. התבניות המוטוריות הללו לאט-לאט מוטמעות, אבל במהלך החיים, החומרה משתנה (מימדי הגוף, משקל, מבנה השלד וכו). תבנית ההליכה שמתקבעת אמורה לעבור שינוי בהתאם לשינויים המבניים (החומרה) אך לא תמיד התוכנה, המוח, יודע לתקן את התבנית המוטורית ולהתאימם למצב החדש. במחקר שלנו הראנו שאנחנו מסוגלים לגרום לאותם אנשים הסובלים מהתופעה לשנות את התבנית המוטורית שלהם, על מנת שההליכה שלהם תהיה מותאמת למצב העדכני של החומרה שלהם (השלד והשרירים)".

בסוף תמיד חוזרים לניוטון: "כל נושא ההליכה מתחיל בכף הרגל כי זה הדבר הראשון שבא במגע עם הסביבה. לא סתם אומרים לקנות נעליים טובות. כף הרגל באה במגע עם הקרקע, מפעילה כוח הפרופורציוני למשקל הגוף שלנו, והקרקע בתמורה מפעילה כוח על הגוף שלנו, בהתאם לחוק השני של ניוטון . ווקטור הכוחות הללו שהולך לכיוון מרכז הכובד של הגוף יוצר מומנט על הברך שמתחיל את התפתחות המחלה. אנחנו מזיזים בצורה מכאנית את הווקטור הזה שיסיט את העומס מהאזור הפגוע בברך לאזור שפחות פגוע. אנו מבצעים זאת באמצעות תרגול עם נעליים מיוחדות המאפשרות להסיט את אזור הדריכה בכף הרגל. בצורה מיידית יש הקלה בכאב כי פתאום לא מפעילים עומס על האזור הפגוע. הנעל גורמת גם לאפקט של חוסר יציבות מאד-עדין בגוף. חוסר היציבות והסטת הכוח גורם לכך שהאדם תוך כדי ההליכה מפנים את אופן ההליכה החדש ויודע ליישם זאת כשהוא הולך יחף או עם נעלים אחרות. זה כמו שהולכים על החול הרך בחוף ים. אם הולכים שם במשך מספר דקות תרגיש שרירים כואבים שלא ידענו שקיימים בגוף כי יש אי יציבות מאד גדולה והגוף מנסה ללמוד איך לייצב את עצמו והוא מפעיל קשת רחבה של שרירים עד שמתעצבת תבנית מוטורית חדשה".

"כל נושא ההליכה מחיל בכף הרגל"

לתת תמיכה למוח: התרגול אינו גורם למעבר המחלה, אלא מלמד את המוח להסתגל למצב החדש. "ההפרעה גורמת למוח להגיע לתהליך של למידה מחדש ואז המוח שלנו מפנים את התבנית המוטורית החדשה שמתאימה למצב הברך. התהליך גורם לשינוי התבניות המוטוריות ולחזרה להליכה ולתפקוד יום יומי תקין". מחקר ביו מכאני כולל כ-50 איש פר ניסוי, כולל קבוצת ביקורת. כל מחקר אורך כשנתיים-שלוש שנים, על מנת לגייס חולים ולראות שהשינוי והנחות הייסוד באים לידי ביטוי.

נחש רפואי: וולף התחיל את המחקר שלו על מכונות מכאניות יותר: רובוטים כירורגיים. "הרובוטים מסייעים למנתח לבצע את הניתוח בצורה מדוייקת יותר, ואף מאפשרים תהליכים כירורגיים שלא היו ניתנים לביצוע בעבר. החזון של התחום הזה, הוא פחות ניתוחים ויותר פעולות לא פולשניות כירורגיות. חולה יגיע בבוקר יעשה פעולה קצרה כירורגית-לא פולשנית ובסוף היום הוא ילך הביתה כי אין צורך לפתוח את גוף האדם". אחת מתרומותיו כבר נמצאת בחדרי הניתוח והשניה בדרך: "פיתחתי רובוט שדומה מאד לנחש, רובוט זעיר מאד גמיש שיש לו בקצה מצלמה, ואת הרובוט הנחש הזה אפשר להכניס דרך פתחים זעירים לגוף האדם . הנחש יכול להשתחל סביב כל מיני איברים ולהגיע לאזור שאותו רוצים לתקן. דרך הנחש מעבירים כלי ניתוח גמישים נוספים ומבצעים את הניתוח. לאחר מכן שולפים את הנחש החוצה".

ב-2005 ייסד יחד עם שני שותפים את חברת Medrobotics, ולאחר שנים של פיתוח וניסויים, בעוד מספר חודשים עם סיום תהליך הרישוי בארצות הברית ואירופה הרובוט ייכנס לחדר הניתוח. אולי בניסיון להעביר את העברתו להנדסה לדור הבא, וולף מתנדב ב-FIRST Israel , עמותה בהובלת הטכניון שבראשה עומד אלוף (מיל') אביהו בן נון, שמטרתה לעודד בני נוער לפנות לכיווני מחקר, מדע והנדסה. ביום ראשון האחרון התקיימה תחרות בהיכל נוקיה ובה נבחרו בני הנוער שייצגו את ישראל בתחרות עולמית של רובוטיקה, השנה מפתחים התלמידים הצעירים רובוטים וטכנולוגיות לסיוע לאנשים מבוגרים ואילו התלמידים הבוגרים מפתחים רובוטים שמשחקים Frizbee - צלחת מעופפת.

פרופסור וולף היה אחד מששת החוקרים שנבחרו להציג את עבודתם בפני הנשיא אובמה בעת ביקורו בארץ.