Armamputation und Prothetik - Geschichte und aktuelle Entwicklungen [Übersicht]

Hier folgt eine Zusammenstellung von geschichtlichen Hinweisen zu Armamputation und -prothetik.

1712-1786 Hofmechaniker Carl Heinrich Klingert in Breslau baut mit 9-fädigen Kabelzügen und einigen manuellen Schaltern eine aufwendige Hand für einen Aristrokraten.

1812 Pierre Ballif erfindet den Kabelzug, bei dem ein an der Brust befestigtes Kabel die Prothesenhand öffnet. Diese hat in geschlossenem Zustand aber die Erscheinung einer Faust, was damals offenbar ein Problem war da es dann etwas aggressiv aussah.

1844 Der holländische Bildhauer Van Peetersen verwendet Ballifs Idee, den Kabelzug rumpfseitig zu befestigen aber findet eine Schulterbandage besser als die Befestigung an der Brust. Er erfindet auch eine sich auf Zug öffnende Hand, deren Form ausgestreckte und sich berührende Finger hat - statt wie Ballifs Hand eine geschlossene Faust zu haben.

1860 Graf de Beaufort baute einen leichgewichtigen und kostengünstigen Arm, aufbauend auf den oben erwähnten Prinzipien, der die Bezeichnung "prothese de pauvre" bekam. Es war die erste Armprothese, die relativ beliebt wurde, Verbreitung fand und zur echten Arbeit (Fabrik, Landwirtschaft, ..) eingesetzt werden konnte.

1860 baute Charriere in Paris für einen nach Jagdunfall ellbogenexartikulierten Opernsänger einen komplexen Arm, bei dem Ellbogenflexion / -extension die Handgelenks-Pro-/Supination steuerte. Dadurch wurde eine für damalige Verhältnisse (und für den Beruf des Opernsängers mit theatralischer Haltung) erstaunlich natürlicher Ausdruck möglich. Da aber z.B. Daumenbewegung oder Handgelenksbeugung ganz fehlten, war dieser Arm zwar für den Opernsänger perfekt , galt aber für den Alltag als eher wenig praktisch.

Nach den Kriegen 1864 (gegen Dänemark), 1866 (gegen Italien), 1870/1 (gegen Frankreich) und dann natürlich um den 1. Weltkrieg stieg der Bedarf nach Prothesen stark an. Aus dieser Zeit stammen zahlreiche Entwicklungen, teils Kopien oder Weiterentwicklungsversuche, meist von Anfängern auf dem Gebiet, die sich auch nicht durchsetzten.

1907 wurde über eine von dem selbst handamputierten Dalisch entwickelte Handprothese geschrieben, sie habe eine bis dahin unerreichte Natürlichkeit. Diese Hand enthielt statt Kabeln oder Seilzügen erstmals Metallstäbe zur Steuerung.

Sauerbruch hatte damals dann die Muskelsteuerung mittels Haut-Muskelkanälen erfunden, aber es gab keine Prothesenhand, die dazu brauchbar war und so musste er eigene Entwicklungen in Gang bringen. Diese verliefen sehr zögerlich und sein Gesamtkonzept hatte mit Rückschlägen zu kämpfen.

Und während Sauerbruch Rückschlag um Rückschlag einstecken musste - es waren damals auch Infektionen ein viel ernsteres Problem als heute - waren die im ersten Weltkrieg in Zugzwang gegenüber den Amputierten gekommenen Beamten ungeduldig. Ungeduldig v.a. deswegen, da eine fehlende Hand oder Arm - damals wie heute (wenn Ihr es noch nicht gemerkt habt) ein sehr sehr emotionelles (viel mehr als nur ein funktionelles) Problem waren und die Regierung die Amputierten höchst ungern ohne Prothese herumlaufen liessen. So ist zu verstehen, wieso die Deutschen dem amerikanischen Carnes für seine Patentrechte eine für damalige wie heutige Verhältnisse unverhältnismässig enorme Summe für einen Arm bezahlten, der letztlich über die Bedeutung eines Theaterarms nicht hinauskam.

Carnes - selbst armamputiert - hatte etwa 1911 den ersten Arm entwickelt, der viele damals bekannten Prinzipien auf klevere Weise vereinigte und erstmal fabrikmässig hergestellt wurde. Der heute legendäre Carnes Arm wies Ellbogen-/Handgelenksbewegungs-Kopplungen auf, erlaubte festes Zupacken und galt als stabil. Die Deutschen kauften am 14. Juli 1916 die Lizenz für eine heute etwa 9 Millionen US Dollar hohe Geldsumme, während Sauerbruch darüber etwas zu Recht beleidigt und entrüstet war. Immerhin war der Carnes Arm zwar eindrücklich demonstriert worden - aber nach einer Viertelstunde manipulieren war ein solcher Prothesenträger jeweils schweissgebadet vor Anstrengung. Die Deutschen bauten damals in eigenen Fertigungen zahlreiche Carnes-Arm-Varianten. Aber bereits vier Jahre später - 1920 - trug kaum mehr einer einen solchen Arm und zu Beginn des zweiten Weltkriegs 1939 galt der Carnes Arm als völlig obsolet.

Sauerbruch hingegen schaffte es dann schon noch, etwas nach der Carnes Hysterie seine Sachen auf die Reihe zu bekommen. Seine Operationstechnik wurde wenigstens bis etwa 1957 angewendet und ist als eine der nachhaltigeren Entwicklungen auf diesem Gebiet zu betrachten.

Dann wurden in diesen Jahren in den USA bis heute funktionell führende Entwicklungen geleistet.

Becker patentierte auf Basis vorbestehender Entwürfe anderer die Becker-Hand in den Vierzigerjahren, die bis heute verbessert wurde und die heute von seinem Sohn John Becker in der Familienwerkstatt gebaut wird. Sie kostet etwa 600 Dollar und ist extrem brauchbar, hat einen adaptiven Griff (Finger umschliessen unregelmässig geformte Objekte) und ist sehr robust. Ich besitze aktuell 4 solche Hände, davon hat mir John Becker eine geschenkt. Diese Produkte sind hierzulande bei Anwesenheit eines deutschen Marktführers nicht bekannt.

Dorrance und Hosmer bauten damals Hooks, die bis heute an Gewicht, Form, Funktion und Haltbarkeit schwer zu übertreffen sind.

Im Jahr 2008 gelange ich an Otto Bock, deren mir bis dato verkauften Hooks rasch Mängel zutage treten liessen, nachdem ich mich u.a. bei der Brugg Drahtseil AG beraten liess. Nach Einsenden von Vorschlägen und Verbessern einiger Aspekte bestehender Hooks durch selbst ergänzte Stellschrauben verkaufte mir Otto Bock inzwischen drei vergleichen mit vorher deutlich verbesserte Produkte mit der Bezeichnung MovoHook 2Grip, die bis heute in keinen ihrer Kataloge geführt sind. Diese weisen eine verstellbare Federkraft und für Otto Bock neu eine Kugelaufhängung des Kabelzugs auf.

Im Juli/August 2008 gelangte Bradley Veatch mit Fragen zum damals nagelneuen Otto Bock MovoHook an mich. Wir besprachen sehr viele Einzelheiten. Er klärte viele Fragen auch mit anderen Leuten ab, erhielt öffentliche finanzielle Unterstützung und produzierte schliesslich den V2P Prehensor, das neueste Hightechprodukt auf dem Gebiet der Eigenkraftprothetik und Greifhaken. Dieser vereint bekannte Formen wie Trautman Hook mit variabler Greifkraft, ist sehr leichtgewichtig, hat grosse benutzer-veränderbare Greifflächen. Ich habe an Prototypentesten und Fehlersuche aktiv mitgewirkt, besitze inzwischen drei dieser Modelle und kann es für den mechanisch anspruchsvollen Einsatz empfehlen.

Im Jahr 2010 beendeten wir eine etwa 2 Jahre dauernde Versuchsreihe mit sehr dauerhaften und stabilen Handgelenks-Schnellverschlüssen; das Produkt ist hier dargestellt:

http://www.puppchen.com

Heute erfährt der Carnes Arm durch die Arbeit des armamputierten Australiers Mark Lesek eine Neuauflage. Er ist derzeit dabei, den Arm aus Carbonfaser und modernen anderen Materialien nachzubauen. Ich hatte ihm damals eine umfangreiche Beschreibung des Carneshand-Mechanismus von Deutsch auf Englisch übersetzt und ihm (u.a. diese) historischen Informationen zusammengestellt. Eine aktuelle Dokumentarsendung des BBC zu seinem aktuellen Stand ist hier zu besichtigen:

Zur Wiederherstellung der Greifkraft bei Unterarmstümpfen ohne Prothese gibt es zwei interessante Methoden in der Geschichte der Amputation:

1917 hat der deutsche Chirurge Hermann Krukenberg die Greifzange nach Krukenberg beschrieben, eine bereits ca. 1889 von Vanghetti herausgefundene Operation, bei der Elle und Speiche voneinander getrennt werden und das Greifen mit den Unterarmteilen erlauben. Kosmetisch gilt diese Operation zwar als kontrovers - aber funktionell scheint das Ergebnis durchwegs Prothesen überlegen zu sein. Die Greifkraft - also beim Zudrücken - soll bis ca. 3-5 kg betragen können. Es sind zwar Langzeitfolgen / Spätschäden beschrieben nach denen man sagen wir 10 oder 20 Jahre später bei einigen Patienten schwere Ellbogenarthroseschäden findet. Aber erstens korreliert das Ausmass dieser Schäden offenbar nicht sehr stark mit effektiven Beschwerden wie Schmerzen, zweitens weisen auch nicht nach dieser Krukenberg-Methode operierte, also "naturbelassene" Unterarmstümpfe dann am Ellbogen offenbar recht häufig Arthrosen auf, was erstens auf eine ohnehin nicht-natürliche Ellbogenbelastung hindeutet und zweitens die Belastung durch einen Greifzangen-Operation in einen grösseren Zusammenhang stellt.

1919 wurde offenbar erstmal ein Grosszeh auf einen Unterarmstumpf verpflanzt als Alternative zur Krukenbergoperation. Nach Erweiterung dieser Verfahren mit Zehentransplantationen auf Unterarm-/Handgelenksstümpfe ca. 1970 in China, u.a. auch unter stabilisierender Verwendung von Metallimplantaten, beschrieb 1985 der finnische Chirurge Vilkki eine Zehen-zu-Stumpf-Verpflanzung unter Verwendung auch von Leistenhaut, über deren Langzeitergebnisse er 2007 berichtete. Im Durchschnitt betrug die erreichte Kneifkraft etwa 5, maximal sogar um die 9-11 kg. Dagegen war die Sensibilität in den verpflanzten Zehen allgemein offenbar eher schlecht und es kam bei etwa der Hälfte zu einer Kälteintoleranz.

Beide Operationsmethoden erlauben es auch, dennoch / weiterhin Prothesen zu tragen. Sowohl Krukenberg- wie Zehentransplantationsmethode eignen sich offenbar wenigstens wie beispielhaft illustriert zur Prothesensteuerung, indem z.B. Schalter betätigt werden können. Allerdings dürfte der Bau-/Anpassungsaufwand für solche spezifischen Lösungen dann doch eher hoch sein.

Zur Verbesserung der Prothesensteuerung sind besonders zwei Operationsmethoden erwähnenswert:

Sauerbruch setzte die von Vanghetti etwa 1896 pionierhaft entwickelte Technik fort, bei der Hautkanäle mit darüber laufenden Muskelzügen am Stumpf angebracht werden, so dass die verbleibende Stumpfmuskulatur dafür verwendet werden kann, einen in den Hautkanal geschobenen Stift zu bewegen und so eine Prothesenhand zu steuern. Zu diesem Zweck entwickelte Sauerbruch die nach ihm benannte Sauerbruch-Hand. Er brauchte dazu etwas Zeit, bis die ganze Sache stand, war er wohl etwa ab 1915 in dieser Sache unterwegs. 1917 wurde die für damalige Verhältnisse extrem praktische Hüfnerhand greifbar, und 1918 die von Dipl-Ing. Müller-Gleiwitz entwickelte, graduell und letztlich sehr stark schliessbare Arbeitsklaue. Damit war die cineplastische Sauerbruchoperation auf einem guten Weg; sie wurde bis etwa 1957 praktiziert.

Targeted Reinnervation ist eine der neuesten operativen Techniken die nach Verlust von Arm oder Teilen davon angewendet werden kann, um eine Reihe von neuen Prothesenoptionen zu ermöglichen. Sie wurde experimentell in den späten Neunzigern von Chirurgen in Chicago (USA) beforscht und erst seit wenigen Jahren (an Menschen) angewendet.

Problem bei der elektrischen Prothesensteuerung über den Stumpf ist ja, dass das elektrische Nervensignal, das zu dort übrigen Muskelgruppen geht, sehr schwach ist. Zwar kann man Nerven direkt mit Elektroden anpieksen, aber diese Implantate sind im Langzeitverlauf nicht etabliert, versagen offenbar irgendwann, und Stromversorgung, Kabel durch die Haut etc. sind ein nicht zufriedenstellend gelöstes Thema. Was besser geht, ist, wenn man die paar Sekundenbruchteile abwartet, bis der Nerv den angeschlossenen Muskel dazu gebracht hat, sich zusammenzuziehen. Muskelgruppen, die sich zusammenziehen, generieren ab einer bestimmten Grösse ein brauchbares elektrisches Feld, das man an der darüberliegenden Hautstelle ableiten und als Signal zur Steuerung weiterverwenden kann. Auf der Haut aufgelegte Elektroden - sog. myoelektrische Elektroden - sammeln diese Information; üblicherweise führt diese Signalintegration auch zu einer Verzögerung, so dass myoelektrische Arme stets eine technik-bedingte Verzögerung aufweisen.

Man ist nun aber bisher auf Muskelgruppen angewiesen gewesen, die von Natur aus vorhanden waren. Mit der neuen Technik der Targeted Reinnervation werden kleine Muskelpakete gemacht, in die bestehende teils auch nach Amputation wenig bis nicht benutzte Nervenenden angeschlossen werden. Dies erlaubt auf einmal das Aktivieren mehrerer Schalter, je nach dem auch separat oder gleichzeitig. Zudem ergab sich, dass die verpflanzten Nerven auch sensibel sind und Gefühl - Druck, Temperatur - dem Hirn zurückmelden können. Vor allem für Schulter- oder Oberarmamputierte ist diese Technologie als bahnbrechend anzusehen, auch wenn damit Risiken und Nebenwirkungen verbunden sind.

Prominenter Träger eines derartig gesteuerten Arms war der Österreicher Christian Kandlbauer. Er starb Ende Oktober 2010, als er mit einem speziell angepassten Fahrzeug unterwegs war, das er mit seinen Armprothesen steuerte, aufgrund der Untersuchungen hatte es sich dabei aber nicht um ein Versagen der Prothesen sondern einen offenbar via SMS angekündigten Suizid gehandelt.

Cite this article:
Wolf Schweitzer: Technical Below Elbow Amputee Issues - Armamputation und Prothetik - Geschichte und aktuelle Entwicklungen [Übersicht]; published 14/07/2010, 19:50; URL: https://www.swisswuff.ch/tech/?p=382.

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