WP1212 Beinprothesen

 Beinprothesen WP 1212 - Beinprothesen
Kategorie Biomechanik> Beinprothesen
Autor Mohamed Al-Morabet und Denis Schmitt
Voraussetzung -
Bearbeitungsdauer ca.45 Minuten
Präsentationstermin 15.01.2013
Zuletzt geändert am 19.01.2013
Zitationsrichtlinien nicht vollständig

Einleitung

Vom Holzbein zur Hightech-Prothese…

Dieses Wiki-Modul ist eine Aufarbeitung des Vortrages von Herr Lechler, im Rahmen des 27. Darmstädter Sportforum und beschäftigt sich nun etwas näher mit dem Themenfeld der Prothetik. In diesem speziellen Fall mit der Beinprothetik. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf den Amputierten im Sport, den Beinprothese im Sport, den Stand der Technologie in der Beinprothetik und den Aufbau einer Prothese. Dieses Wiki soll ein Überblick über das Thema der Beinprothetik gegeben.

Somit teilt sich dieses Modul in 4 Abschnitte auf und benötigt voraussichtlich 45 Minuten zur Bearbeitung.

Nachtrag am 23.01.2014

Im Wintersemester 13/14 wurden neue Wiki-Module erarbeitet. Darunter befinden sich unter Anderem das Modul WP1312 Prothetik Grundlagen, das Modul WP1313 Prothetik Materialeigenschaften und das Modul WP1314 Sprint mit Beinprothese. Es empfiehlt sich zunächst das Grundlagen Wiki zu bearbeiten. Dieses stellt einen ersten Überblick über die gesamte und hoch komplexe Thematik der Prothesen. Aufbauend ergänzen dann die weiteren Wiki- Module spezielle Inhalte.

Weiter möchte ich hier darauf hinweisen, dass an diesem Wiki- Modul geringfügige Veränderungen vorgenommen wurden. Vor allem wurden ein paar Grundlagen entfernt um eine detaillierte Wiederholung der Inhalte zu vermeiden.

Wolfgang Sumereder


Inhalte

Zu Anfang bleibt zu klären, was genau unter dem Begriff der Prothese zu fassen ist. Daher vorab die Begriffsklärung und die dazugehörige Definition. Als Prothese bezeichnet man einen künstlichen Ersatz für geschädigte oder verloren gegangene Körperteile oder Organe. Man unterscheidet drei Arten von Prothesen(vgl.Uni-Hamburg).

- Endoprothesen: Prothesen, die im Körper eingesetzt sind. Ein Herzschrittmacher, ein Gebiss oder ein künstliches Hüftgelenk sind solche Beispiele einer Endoprothese. Diese Art der Prothesen wird auch als implantierte Prothese bezeichnet.

- am Körper angebrachte Prothesen, die eine Funktion erfüllen: Eine Bein- oder Armprothese, die ein amputiertes Körperteil ersetzen und dessen Funktion ebenso.

- am Körper angebrachte Prothesen, die keine Funktion erfüllen: Ein künstliches Auge, welches die eigentlich Funktion des Auges nicht übernehmen kann. Daher gelten solche Prothesen meist auch als kosmetische Prothesen.

Dieses Wiki beschäftigt sich primäre mit am Körper angebrachten Prothesen, mit fokussiertem Blick auf die Beinprothese. Ziel einer solchen Beinprothese ist es, eine möglichst genau Abbildung der realen Bewegung zu geben.

verfasst von D.Schmitt




Stand der Technologie der Beinprothesen

In diesem Abschnitt wird zunächst ein Überblick zur Entwicklung der Beinprothese gegeben und abschließend der aktuelle Stand der Technologie vorgestellt.

Am Anfang der Entwicklung stand die Holzkrücke. Da es früher in erster Linie um das Überleben mit einer solchen Verletzung oder Behinderung ging, galt die Krücke als praktische Gehhilfe. Es war also noch nicht die Rede von einer Prothese, da die meisten Patienten diese Amputationen ohne Narkose nicht überlebten. So ermöglichte die Krücke den Menschen zumindest sich fortzubewegen und am Alltag teilhaben zu können.

(Quelle:Bild-Holzkrücke)

Der nächste Schritt auf der Entwicklungsstufe der Prothese war die Holzstelze. Diese Stelze ähnelt etwas dem bekannten Holzbein eines Piraten. Hierfür wurde der Stumpf nach hinten gelegt und die Stelze um diesen herum gebunden. Somit stütze sich das Knie direkt auf der Holzstelze und bot keine Möglichkeit sich der Bewegung oder Haltung anzupassen.

(Quelle:Bild-Stelze)

Darauf aufbauend und parallel entwickelnd bekam diese simple, abgebundene Stelze einen leicht abgefederten Prothesenfuß, um Stöße beim Gehen besser abdämpfen zu können. Ebenso gestalte man das Kniegelenk beweglich. Dies bedeutet nicht, dass es in der Lage war sich während dem Gehen abwinkeln zu können, sondern lediglich beim Sitzen. Die Stelze wurde also beim Gehen durch einen Bolzen fixiert, sodass das Bein komplett steif war und zum Gehen tauglich. Setzte man sich hin, bestand die Möglichkeit den Bolzen zu entfernen, um das Knie abwinkeln zu können. Dies luxuriöse Ausstattung war allerdings Anfang des 16. Jahrhunderts nur den Wohlhabenden vorbehalten. Bis zum 19. Jahrhundert galten diese Stelzen oder Prothesen als üblicher Beinersatz (vgl. Silvio Wenzel,2012, planet-wissen).

Im weiteren Verlauf des 19. Jahrhunderts wurde das Thema der Prothese immer gefragter, da aufgrund etlicher Kriege auch die Anzahl von Amputationen stieg. Zuvor galt es als Aufgabe der Handwerker geeignete Prothesen herzustellen. Später schalteten sich auch die Mediziner, Ingenieure und Naturwissenschaftler ein. Diese Einmischung in den Prothesenbau zog eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Prothesen nach sich. Bald darauf gab es diverse Prothesen, die als Ersatzbein dienen konnten. Im Jahre 1920 entwickelten sich, basierend auf den vielen Amputationen und dem Anspruch diese Menschen wieder als Arbeitskräfte einsetzen zu können, die ersten Experten auf dem Gebiet der Prothetik. Es wurden nun mehr Prothesen unter wissenschaftlichen Kriterien gebaut, mit dem Anspruch Behinderte wieder arbeitstauglich zu machen. Auch die Materialien und Form änderten sich gravierend, von Holz über Gießharz, Silikon oder Hartschaum (vgl. Silvio Wenzel,2012, planet-wissen).

(Quelle:Bild-Prothesen I)(Quelle:Bild-Prothesen II)(Quelle:Bild-Prothesen III)(Quelle:Bild-Prothesen IV)

Diese Entwicklungen wurden kontinuierlich weitergeführt bis zum heutigen Tage.Heute gibt es verschiedenste Arten der Prothesen, welche in sogenannte Mobilitätsklassen eingeteilt sind. Diese Mobilitätsklassen beschreiben, wie der Name schon sagt, den Grad der Mobilität der mit der jeweiligen Prothese ausgeübt werden kann. Hierbei handelt es sich um die Fusspassteile, sowie die Kniegelenke, welche in diesen Klassen angegeben werden. Das Zusammenspiel dieser beiden Bestandteile und der gewählten Mobilitätsklasse entscheidet über die Art der ausgeführten Bewegung (vgl.Rahm, Herstellung einer Prothese).

Mobilitätsklasse 1: Langsames,gestütztes gehen (meist ältere Menschen)

Mobilitätsklasse 2: „normales“ gehen

Mobilitätsklasse 3-4: schnelles laufen oder joggen, rennen

Die Mobilitätsklassen werden in diesem Bild noch einmal visualisiert und gekennzeichnet:

1.2.

(Quelle zu 1.:Mobilitätsklassen-Fußpassteil) (Quelle zu 2.:Mobilitätsklassen-Kniegelenk)

Im Falle der Möbilitätsklasse des Kniegelenks unterscheiden sich die einzelnen Klassen in der unterschiedlichen Standphasensicherheit und Schwungphasensteuerungen. Bei dem Fusspassteil differenziert man zwischen der Berücksichtigung des Köpergewichtes und der Beachtung der kosmetisch-funktionalen Aspekte.

Die Art der gewählten Prothese ist desweiteren abhängig von mehreren Faktoren, wie zum Beispiel Gewicht, Anwendungsgebiet oder Stumpfhöhe. Je nach Stumpfhöhe werden unterschiedliche Prothesen verwendet:

(Quelle:Stumpfhöhe-Prothesentypen)

Auch hier steht die Entwicklung nicht still und es werden immer ausgereiftere Prothesen, mit mehr Tragekomfort und Mobilitätsmöglichkeit, entwickelt, sodass dem Betrachter meist nicht mehr auffällt, ob eine Prothese getragen wird oder nicht. Weiter Hinweise zum Stand der Technik erhalten sie im Prothesen Grundlagen Wiki. WP1312 Prothetik Grundlagen

Auch im Bereich des Sports gab es Veränderungen an den Prothesen, deren Form, Material und Nutzen(siehe WP1313 Prothetik Materialeigenschaften). Sie ähneln dem ursprünglichen Bein oder Fuß kaum noch, sondern sind ausschließlich auf die Optimierung der jeweiligen Leistungsanforderung angepasst. Deshalb findet man diese Art der Prothesen überwiegend im Leistungssport wieder. Auf diese spezielle Art der Beinprothese gehen wir im weiteren Verlauf des Wikis noch ein.

(Quelle: Leistungssportprothese)

Kurzes Video und visualisierte Zusammenfassung der Entwicklung der Prothese:

Vom Holzbein zur Hightech-Prothese

Natürlich ist die Prothetik noch nicht am Ende ihrer Entwicklung. Es gibt stätig weitere Ideen zur Verbesserung der Beinprothese, um der Abbildung der realen Bewegung so nahe wie möglich zu kommen. Die Rede ist hierbei von unter anderem dem C-Leg, sowie Veränderungen der Fußpassteile und Fußsohle für ein besseres Abrollverhalten und als visionären Ansatz die gedankengesteuerte Prothese oder die nervengesteuerte Prothese mit Hilfe der Bionik (vgl.Lechler, Knut, (2012), 27.Darmstädter Sport-Forum).

                                                                                         verfasst von D.Schmitt



Aufbau einer Beinprothese

Die Bestandteile einer heutzutage bekannten Prothese gliedern sich folgendermaßen auf:

1. Schaft, in ihm sitzt der Stumpf.

2. Fuß/Fußpassteil, welches das Abrollverhalten und den Stand beeinflusst.

Diesen beiden Elementen enthält grundsätzlich jede Prothese und lassen sich somit als Grundgerüst beschreiben. Desweiteren kommen bei Oberschenkelamputierten noch folgende Bestandteile hinzu:

3. Rohradapter, ersetzt durch sogenannte Rohrprothesentechnik den Unterschenkel.

4. Kniegelenk, ermöglicht beugen, schwingen und abknicken des Beines.

(Quelle: Rahm, Aufbau einer Prothese)

Diese Bestandteile zeigen den allgemeinen und grundsätzlichen Aufbau einer Beinprothese auf. Auch hier gilt die Variation der Bestandteile durch Spezialisierung und Anpassung an das geforderte Bewegungsfeld (vgl.Lechler, Knut, (2012), 27.Darmstädter Sport-Forum).

                                                                                         verfasst von D.Schmitt



Amputierte im Sport

Die beiden Begriffe Amputation und Sport scheinen für uns heute keinen unüberwindbaren Graben mehr darzustellen. Doch vor einigen Jahren sah diese Sichtweise noch völlig anders aus. Sport als Art der Rehabilitation von Behinderten fand lange Zeit überhaupt nicht statt. Im Jahr 1944 erschien die erste Veröffentlichung über den Nutzen von körperlicher Aktivität innerhalb der Rehabilitation. Nach knapp zwanzig Jahren fanden dann die ersten Paralympics in Rom statt, welche allerdings ohne wirkliche Notiz der Öffentlichkeit blieben. Heute und mit Blick auf die vor kurzem ausgetragenen Paralympics in London lässt sich festhalten, dass der Amputiertensport weit nach vorne gekommen ist und nun auch mehr Aufmerksamkeit und Akzeptanz erfahren hat. Das Zugpferd des Aputiertensport ist in vielen Augen Oscar Pistorius, welcher unter anderem den Weltrekord im 100-Meter-Lauf der Klasse T44 mit 11,17 Sekunden, sowie in der Klasse T43 mit 10,91 Sekunden hält. Ebenso ist Pistorius der einzige amputierte Athlet, der bei Olympia 2012 in London an den Start ging. Bei diesen Klassen handelt es sich um Amputationen unterhalb des Kniegelenks, egal ob dies nur ein Bein oder beide Beine betrifft. Desweiteren betrifft dies ebenfalls Athleten, welche nur geringfügig gehen können. Um weitere Informationen bezüglich Klassifikationen, Sportarten oder Reglement zu erhalten empfiehlt sich die Seite des International Paralympic Committee (IPC).

Es stellt sich die Frage, warum Behindertensport so lange keinen Anklang fand. Hierzu lässt sich aus einer Umfrage feststellen, dass es Menschen mit Behinderung peinlich war, sich mit ihrer Behinderung offen zu zeigen und Sport zu treiben. Desweiteren beklagte man sich über mangelnde Anleitung, sowie fehlende Organisations- und Sportmöglichkeiten. Um den Sport auch den Amputierten zugängig zu machen, wurde eine weitere Umfrage gestartet, welche sich mit dem größten limitierenden Faktor beschäftigt. Es stellte sich heraus, dass die Fähigkeit laufen oder rennen zu können als der größte limitierende Faktor galt. Darauf aufbauend entwickelte sich die Forschung mit dem Fokus auf Beinprothesen, um diesen Faktor aufheben zu können. Mittlerweile gibt es eine Vielzahl von Prothesen für die verschiedensten Anforderungen, um sowohl Alltag als auch den Sport meistern zu können. Es ermöglicht also den Sportlern rennen zu können, auch wenn das Rennen, von außen betrachtet, noch nicht der Norm entspricht. Seit dem Jahr 2012 und den Paralympics ist der Behindertensport fast vollständig etabliert und auch die Athleten verspüren keine Peinlichkeit mehr sich mit ihrer Behinderung in der Öffentlichkeit zu zeigen (vgl.Lechler, Knut, (2012), 27.Darmstädter Sport-Forum).

                                                                                         verfasst von D.Schmitt



Beinprothese im Sport

Angesichts der aktuellen Erfolge des doppelt unterschenkelamputierten Sprinters Oskar Pistorius, ist die Thematik der Beinprothese im Sport wieder verstärkt in Gang gekommen. In Diesem Abschnitt wenden wir uns nun explizit der Prothese im Sport zu. Ich gehe dazu näher auf die Anwendung, den Aufbau und die Technik im Sport ein. Die Prothese im Sport ist keine „Gehilfe“ im allgemeinen Sinne, sondern ein Sportgerät zur Leistungssteigerung, (BELITZ 1991, 876) weshalb im Weiteren die Prothese als „Rennbein“ vorgestellt wird.

Sportprothesen werden speziell designed um den jeweiligen Herausforderungen gerecht zu werden. Hierbei steht im Vordergrund die Energie, die der Sportler in die Prothese hineingibt, nicht zu verlieren sondern sie umzuwandeln. Dafür hat die Industrie spezielle Prothesenpassteile für die verschiedensten Sportarten entwickelt.

Eine Prothese welche zum Rennen und Sprinten gebraucht wird muss andere Voraussetzungen erfüllen wie eine Prothese zum Skifahren oder Radfahren. Beim Skifahren ist die Stabilität, und die Sicherheit wichtiger als die Dynamik.

Es ist außerordentlich wichtig die angrenzenden Gelenke vor Verletzungen zu schützen. Auch ist die richtige Position über dem Ski für den jeweiligen Fahrer sehr wichtig um ein optimale Fahrgefühl zu erhalten.

Etwas vom wichtigsten bei Prothesen für den Laufsport ist die Dynamik. Verschiedene Prothesenfüße aus Karbonfaser Unterstützen hier den jeweiligen Sportler bei der Fortbewegung. Zum sprinten braucht man jedoch andere Prothesenfüße als wenn man Langstreckenlauf, Berglauf, Fußball-, Basketball-, Tennis spielen will, oder einfach Rad fährt.

Aber am wichtigsten ist ein passender Prothesen Schaft. Wenn der Schaft nicht komfortabel ist, werden sie keinen Meter gehen, egal wie gut die restlichen Komponenten sind. Die meisten unterschenkelamputierten Sprinter verwenden in ihrer Sportart, bei der auch kurze Laufphasen vorkommen ihre Alltagsprothese. Der Aufbau dieser wurde bereits im oberen Abschnitt beschrieben und abgebildet. In der Leichtathletik zum Beispiel werden in den läuferischen Disziplinen spezielle Sprintprothesen verwendet.

Begriffserklärung:

Schaft:

Der sogenannte Schaft übt während der Belastung eine absorbierende und druckverteilende Funktion aus. Der am häufigsten benutzte Schaft ist der sog. CAT-CAM-SCHAFT [Contoured Adducted Trochanteric Controlled Alignment Method] Die Hauptmerkmale dieses Schaftsystems sind gleichmäßige Druckverteilung und eine feste Femurfassung.

Kniegelenkkonstruktion:

Das Kniegelenk muss die Muskulatur ersetzen, welche beim Nichtamputierten die Gelenkkontrolle übernimmt. In Sprintprothesen finden meist hydraulische Kniegelenke mit individueller Justierung Verwendung. Zu nennen sind hier Endolite Hi-Activity Knie mit CA-Tech Hydraulik, USMC Black Max mit Mauch SNS Hydraulikeinheit (Modularer Aufbau einer Sprintprothese, Mod. Nach BELITZ 1999, 14) und die Vier-Achs-Kniegelenke 3R46 und 3R80 Kniegelenk von Otto Bock (HARNEY 1998, 7).

Fußgelenkkonstruktion:

Der Aufbau des Fußes in Relation zum Schaft legt fest, welche Kräfte im Bereich der erhaltenen Gelenke wirken und wie der Athlet den Körper einsetzen kann, um nicht erwünschte Folgekräfte zu vermeiden (HARNEY, 1998) In Sprintprothesen werden federnde Fußelemente aus Carbonfaserverbundschichten mit großem Stoßdämpfereffekt verwendet. Bevorzugt werden meist sog. Flex-Foot-Systeme, bestehend aus Flex-Sprint I, II oder III, im Weiteren als Sprintfuß bezeichnet (HARNEY 1998, JUCHEM 1997).



Die ideale Sprintprothese besteht also aus einem CAT-CAM-SCHAFT, einer hydraulischen Kniegelenkseinheit und einem Flex-Foot-System aus Carbon i.d.R. dem Flex-Sprint III.

                                                                                     verfasst von M.Al-Morabet



Standpunkt

Nach dem Vortrag des Sportforums zum Thema „Wie kann die Technologie aus der Beinprothetik den Sport verbessern?“ stellten sich unserer Gruppe noch einige Fragen bezüglich dieser Thematik. Uns war klar, dass dieser Vortrag nicht alle Bereich der Beinprothetik ausleuchten kann, jedoch hätten wir uns einen näheren Bezug zum Sport gewünscht. Die Thematik der Bevorteilung des besseren Materials und Technologie klang zwar in der offenen Diskussionsrunde an, wurde leider jedoch nicht eigenständig in den Vortrag integriert und thematisiert. So blieb dieser Themenpunkt des Einflusses der Technologie auf den Behindertensport offen und würde sich als weiterführendes Thema eines Wiki-Modules anbieten. Denn die Frage, in wie weit der Erfolg vom Athleten oder von der Technologie und Qualität der Prothese abhängig ist, sollte bei der Betrachtung dieser Thematik immer berücksichtigt werden.

In diesem Zusammenhang ging man auch auf das Thema des Sportlers Oscar Pistorius ein und ob dieser durch die Technologie bevorteilt ist oder seine Leistung doch eigenständig erbracht hat. Dies bleibt allerdings auch offen und nicht eindeutig nachweisbar.

Als letzten Punkt hätten wir gerne noch etwas mehr über sportspezifische Prothesen erfahren und die Differenz zwischen diesen. Auch zu diesem Bereich lässt sich eine Erweiterung dieses Modules denken, welches sich speziell mit den vielfältigen Leistungssportprothesen, wie zum Beispiel Sprint-, Ausdauerlauf-, Weitsprungprothesen oder ähnlichen, befasst.

                                                                                         verfasst von D.Schmitt



Fragen

  1. Welche Arten von Prothesen gibt es?
  2. Aufbau und Mobilitätsklassen einer Prothese?
  3. Was zeichnet eine gute Sprintprothese aus?


Literatur

Lechler, Knut. (05.11.2012). Wie kann die Technologie aus der Beinprothetik den Sport verbessern?. 27. Darmstädter Sport-Forum - Visionen für den Sport- Kann Technik den Sport verbessern?. Darmstadt

Harney, K. J. (1998). Prothetische Leistung für Sportaktivitäten. TOP-TEAM Report, 1, 4 – 7.

Juchem, T. (1997). Erfahrungen für Alltag und Leistungssport. TOP-TEAM Report, 3, 10 –16.

Belitz, G. (1999). Festival in Duderstadt – 14 Weltrekorde beim Paralympics Revival. Handi-Cap, 3, 14 – 17.

Uni Hamburg. Definition einer Prothese. 19.12.2012 unter http://www.sign-lang.uni-hamburg.de/glex/konzepte/l7960.htm

Wenzel, Silvio. WDR (29.11.2012). Prothesen. 19.12.2012 unter http://www.planet-wissen.de/natur_technik/anatomie_mensch/prothesen/index.jsp

Rahm. Herstellung einer Prothese. 19.12.2012 unter http://www.rahm.de/prothesen/ratgeber/herstellung-von-prothesen.html

Bewertung des Wiki-Moduls

Kategorie Al-Morabet Schmitt Anmerkungen
Inhalt (max. 10) 7 Pkt 8 Pkt Wechsel von Beispielsportart eher verwirrend, Schreibstil (z.T. nicht wissenschaftlich)
Form (max. 5) 3 Pkt 4 Pkt Titelhierarchie (Programmierung), Zitation, Abbildungsunterschrift
Bonus (max. 2) 0 Pkt 2 Pkt Mehrarbeit nach Ausfall, kritischer Standpunkt
Einzelbewertung 10 Pkt 14 Pkt 15 Punkte = 100%
Gesamtbewertung 24/30 Punkte = 80%
biomechanik/projekte/ws2012/beinprothese.txt · Zuletzt geändert: 29.11.2014 14:43 von Andre Seyfarth
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