Zwischen Mensch und Maschine

Was ist, wenn die Mobilität durch eine angeborene Fehlbildung oder durch einen Unfall eingeschränkt ist? Ein Einblick in die Welt der bionischen Handprothesen.

27 Knochen, 36 Gelenke, 39 Muskeln und über 17.000 Rezeptoren: Die Hand ist ein Wunderwerk der Natur. Kaum ein anderes Körperteil besitzt solch ein komplexes Gerüst. Es ermöglicht uns eine ausgeprägte Feinmotorik. Doch was passiert, wenn man seine Hand verliert oder keine hat? Wer übernimmt dann ihre Aufgaben?

Für Menschen mit einer Handprothese waren lange Zeit banale Alltagsbewegungen wie Schnürsenkel binden, Geldscheine sortieren oder ein Hemd zuknöpfen undenkbar. Mittlerweile ist das anders, denn seit einigen Jahren gibt es sogenannte „bionische Prothesen“. Das Besondere daran: sie lassen sich durch Gedanken steuern. Diese Technik ermöglicht dem Träger, wieder ein fast uneingeschränktes Leben zu führen.

Menschen in Deutschland musste ein Oberschenkel, Unterschenkel oder Arm amputiert werden.

Menschen müssen sich deutschlandweit jedes Jahr einer Körperteil-Amputation unterziehen.

Was bedeutet "Bionik"?

Der Be­griff „Bi­o­nik“ setzt sich zu­sam­men aus „Bi­o­lo­gie“ und „Tech­nik“.

For­scher nehm­en sich die Na­tur zum Vor­bild und ver­such­en, bi­o­lo­gisch­e Pro­zes­se und Struk­tur­en in ab­strak­ter Form in der E­lek­tro­mech­a­nik um­zu­setz­en. Im Be­reich der Pro­the­tik wird versucht, mit bi­o­nisch­en Pro­the­sen den men­schlich­en Glied­maß­en in Auf­bau, Struk­tur und Aussehen so nahe wie mög­lich zu kom­men.

Patrick Mayrhofer

Der Ös­ter­reich­er Pat­rick Mayr­hof­er ver­lor vor acht Jahren bei ein­em Stark­strom­un­fall Tei­le sei­ner bei­den Hän­de. Nach­dem er sei­ne lin­ke Hand am­pu­tier­en ließ und 2011 ei­ne bi­o­ni­sche Hand­pro­the­se be­kam, spe­zi­a­li­sier­t er sich nun auch be­ruf­lich auf bionische Pro­the­sen und ar­bei­tet beim Hersteller „OttoBock“ in Wien.

„Der menschliche Schöpfergeist kann verschiedene Erfindungen machen (…), doch nie wird ihm eine gelingen, die schöner, ökonomischer und geradliniger wäre als die der Natur, denn in ihren Erfindungen fehlt nichts und nichts ist zu viel.“

Leonardo da Vinci

Die Natur ist das Maß aller Dinge. Kein Wunder also, dass bionische Prothesen den menschlichen Körperteilen immer ähnlicher werden. So feinmotorisch wie heute waren künstliche Gliedmaße allerdings nicht schon immer. Wie sich Prothesen im Laufe der Zeit verändert haben, zeigt unser Zeitstrahl:

Ä­gy­pti­sche Zeh­pro­the­se 

Die ä­gy­pti­sche Zeh­pro­the­se wurde circa 700 v.Chr. ge­fer­tigt und ist so­mit die äl­te­ste be­kan­nte Pro­the­se. Sie be­stand aus Holz und Le­der. Ge­fun­den wur­de sie am Fuß ei­ner Mu­mie.

Capua-Bein 

Der „Stelz­fuß von Cap­ua“ ist ei­ne um 300 v. Chr. mo­dell­ier­te Bein­pro­the­se aus Bron­ze, die den re­cht­en Un­ter­schenk­el er­setz­te. Ge­fun­den wur­de sie ver­mut­lich um 1885 im his­tor­isch­en Ca­pua in It­al­ien. Sie stam­mt noch aus der klas­sisch­en An­ti­ke.

 

Hand von Götz von Berlichingen 

Nach­dem Götz von Ber­lich­inge­n 1504 währ­end eines Krieg­es sei­ne Hand ver­loren hatte, ließ er sich ei­ne ei­ser­ne Ersatzhand an­fert­ig­en. Die­se hat­te be­weg­lich­e Fing­er, die mit­tels klei­ner Zahn­räd­er in be­stim­mten Stel­lung­en fix­iert wer­den kon­nten. So kon­nte er wie­der ein Schwert hal­ten –  und wei­ter kämpf­en.

Barbarossa Haken-Prothese

Auch vom Pi­rat­en Bar­ba­ros­sa ist be­kan­nt, dass er sich 1517 sei­ne Hand durch eine ei­ser­ne Ha­ken-Pro­the­se er­setz­en ließ. Die Funk­tio­nen die­ser Pro­the­se waren jedoch noch sehr be­schränkt: der Ha­ken er­mög­lich­te kei­ne Greif­mög­lich­keit.

Peter Baliff- Prothese 

Die Bal­iff-Pro­the­se war die er­ste be­weg­liche Hand­pro­the­se. Nach ei­ner Amp­u­tat­ion kon­nte die ver­bleib­ende Mus­kel­kraft des Arm­stumpf­es die Pro­the­se steu­ern. Die um El­len­bo­gen und Schul­ter be­fes­tig­ten Seil­züg­e führ­ten die Be­weg­ung aus. Streck­te man  beispielsweise den El­len­bo­gen, kon­nte der Dau­men bewegt werden. Die an­der­en Fin­ger ließen sich durch eine be­stim­mte Be­we­gung des Schul­ter­gel­enks strecken.

Sauerbruch-Prothese 

Im Jah­re 1916 nutz­te Fer­di­nand Sau­er­bruch die Kraft der Bi­zeps­mus­ku­lat­ur, um die Pro­the­se zu be­we­gen. In den Ob­er­arm­muskel des Pat­ient­en le­gte er ein­en klei­nen Haut­tun­nel, durch den ein Elf­en­bein­stift ge­schob­en wur­de. Span­nte man den Mus­kel an, hob sich der Stift und lö­ste so­mit eine Fing­er- und Hand­bew­e­gung aus.

Vaduzer Hand 

Auch die „Va­du­zer Hand­pro­the­se“ wur­de durch die Mus­ku­lat­ur ge­steu­ert. Es war die er­ste Handpro­the­se, die durch ei­nen elek­trisch­en Mo­tor an­ge­trieb­en wur­de. Beim Zu­sam­men­zieh­en der Mus­keln wur­de dieser ak­tiv­iert: die Hand konnte sich öffnen und wieder schließen.

 

Karlsruher Fluidhand 

Die „Karls­ruh­er Flu­id­hand“ gilt als die ers­te Fremd­kraft­pro­the­se. Mus­kel­be­weg­ung­en sen­den Sig­nale über El­ek­tro­den an ein­e Mi­ni­hy­drau­lik­pum­pe. So wird aus klei­nen Be­hält­ern Flüs­sig­keit in die An­trieb­sele­men­te der ein­zel­nen Fing­er­gel­enke ge­pumpt. Je nach Öl­druck las­sen sich die ein­zel­nen Fin­ger beu­gen oder stre­cken.

Michelangelo-Hand 

Diese Hightech-Pro­the­se wur­de vom ös­ter­reich­isch­en Her­stel­ler „OttoBock“ ent­wick­elt. Ei­ne Span­nung, die durch Mus­kel­bew­egung­en im Stumpf pro­du­ziert wird, treibt klei­ne Mo­tor­en in der Hand an. Die­se sor­gen da­für, dass sich vier Fing­er und ein se­par­at pos­i­tion­iert­er Dau­men be­weg­en.

I–Limb-Ultra-Prothese

Die „I–Limb-Ul­tra-Pro­the­se“ wird nicht über Mus­kel­ströme ge­steu­ert, son­dern mit dem Smart­phone. Das schot­tische Un­ter­nehm­en „Touch Bio­nics“ hat dafür auch eine App ent­wick­elt, über die sich Fing­er und Hand bed­ie­nen las­sen.

DARPA-Hand-Prothese

Im Jahre 2015 gelang es Wissenschaftlern im Auftrag des US-Ver­tei­di­gungs­min­is­ter­iums erst­mals, ei­ner Pro­these Ge­fühle zu schenk­en. Sie kann mit den Ge­dank­en ge­steu­ert wer­den und Tast­em­pfin­dung­en zu­rück an das Ge­hirn sen­den.

Zeichnungen: Antal Osuna

Die bionische Rekonstruktion

Für eine „bionische Rekonstruktion“ benutzt man die elektrischen Signale der Muskeln. Bei einer Operation werden die verbleibenden Muskeln im Amputationsstumpf so präpariert, dass diese Signale problemlos an die Prothese weitergeleitet werden können. Wenn der Prothesenträger an eine Bewegung denkt, kommt ein Nervensignal im Amputationsstumpf an. Dort kontrahiert dann ein Muskel. Die Kontraktion produziert eine messbare Spannung und diese wird an Elektroden, die am Stumpf befestigt sind, weitergegeben und dort in elektrische Spannung umgewandelt. So kann der Prothesenträger seine Hand steuern und mit geringer Mühe wieder Alltagsbewegungen durchführen.

Viel Zeit und Training 

An eine Handprothese gewöhnt man sich aber nicht von heute auf morgen. Es braucht Zeit, sie als neues Körperteil zu akzeptieren. Und natürlich muss auch viel trainiert werden, um normale Alltagsbewegungen wieder intuitiv ausführen zu können.

Sogar Menschen mit einer „normalen“ Hand können bionische Prothesen steuern: EINSTEINS-Reporterin Franziska Bohn war beim Prothesenhersteller „OttoBock“ in Wien und hat einmal ausprobiert, wie das funktioniert:

 

 

Wann wird der Mensch zur Maschine?

Die technischen Innovationen, die in den letzten Jahren im Bereich der bionischen Prothetik erlangt wurden, sind immens. Doch neben den ganzen positiven Entwicklungen gibt es auch kritische Stimmen: Werden bionisch rekonstruierte Körperteile unsere biologischen irgendwann einmal vollständig ersetzen können? Sind sie vielleicht sogar leistungsfähiger? Wo sind die Grenzen?

Wir haben über dieses Thema mit Professor Oskar Aszmann, Facharzt für Plastische und Wiederherstellende Chirurgie im AKH Wien, gesprochen:

Franziska Bohn

Laura Förstl

Hannah Schuster

Daphne Osuna

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