Bionik und „Upgrades“ durch Prothesen

Schneller – Weiter – Höher

Innovationen in der Medizintechnik verhelfen Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen dazu, ihr Leben ohne große Funktionseinschränkungen zu meistern. Mit Prothesen können verlorene Funktionen wieder hergestellt werden. Aktuell stellt sich die Frage, ob Prothesen auch Verbesserungen von Fähigkeiten mit sich bringen und damit auch die besseren Extremitäten und Organe sein können.

Ein Mann mit Beinprothese springt sich in die Zulassung zur Leichtathletik EM
Der Athlet Markus Rehm springt mit einer Prothese aus Karbon so weit, dass er den Deutschen Meistertitel im Weitsprung der Nichtbehinderten gewonnen hat und zur Leichtathletik EM fahren sollte. Daraufhin stellten sich die für die EM-Zulassung Verantwortlichen die Frage, ob er trotz oder wegen der Prothese soweit gesprungen ist: Sein Karbonbein ist einige Zentimeter länger als das gesunde Bein (da Rehm ansonsten humpeln würde). Die Karbonprothese speichert beim Absprung Energie, so dass es zu einer katapultartigen Wirkung kommt.

Bild: Olaf Kosinsky / WikipediaDLV_Leichtathletik_DM_2014_Markus_REHM_by_Olaf_Kosinsky_-12

Markus Rehm in Aktion (Foto: Olaf Kosinsky / Wikipedia)

Auch der Sprinter Oscar Pistorius läuft mit zwei Karbonprothesen der Konkurrenz davon und durfte bei den Olympischen Spielen nicht bei den Nichtbehinderten starten. Hier hat der Weltverband entschieden, dass die Vorteile durch die Prothesen sehr groß sind: Zur Beschleunigung benötigt Pistorius 25 Prozent weniger Energie als ein Sportler ohne Prothesen und durch die Federung ist die rückfließende Energie dreimal so hoch wie durch ein Sprunggelenk.

Können Prothesen besser sein als das menschliche Original?
Fortschritte in der Medizintechnik ermöglichen, dass Menschen mit künstlichem Ersatz von Gliedmaßen oder Organen eine nahezu uneingeschränkte Lebensweise führen können.

Sollen Prothesen nur hinsichtlich einer einzigen Eigenschaft optimiert werden, gelingt es durchaus, dass mit einer Prothese ein besseres Ergebnis erzielt werden kann als mit dem eigenen Körperteil. Für den Weitspringer bedeutet es, dass er mit seiner Karbonprothese dann zwar weit springen, aber nicht gemütlich spazieren gehen oder schnell schwimmen kann. Dazu bräuchte er jeweils eine anders gestaltete Prothese. Aus diesem Grund haben sportlich aktive behinderte Menschen verschiedene Prothesen, die sie je nach Einsatzgebiet tauschen können.
Ein anderes Beispiel ist eine Prothese der Hörschnecke im Mittelohr (Cochlea-Implantat). Sie verhilft Gehörlosen mit einem intakten Hörnerv wieder zum Hören. Gehörlose können dann theoretisch auch Frequenzen wahrnehmen, die das menschliche Ohr nicht hört, dennoch bleibt die Qualität des Hörens eingeschränkt. Damit der Hörnerv die künstlichen Reize richtig verarbeiten kann, ist ein langes Hörtraining erforderlich.
Eine universelle Prothese, die besser als das Original an die verschiedenen Einsatzgebiete des menschlichen Lebens angepasst ist, gibt es noch nicht.

Was sind eigentlich bionische Prothesen?
Der Begriff Bionik wurde vom VDI in der Richtlinie 6220 Blatt 1 definiert. Bionische Produkte

  • müssen ein biologisches Vorbild haben
  • es muss eine Abstraktion des natürlichen Prinzips stattgefunden haben und
  • die gewonnenen neuen Erkenntnisse müssen in einer technischen Anwendung umgesetzt werden.

Wird diese Definition zugrunde gelegt, lässt sich trefflich darüber streiten, was eine bionische Prothese ist, ob Prothesen überhaupt bionisch sein können oder gar alle Prothesen als bionisch angesehen werden können.

Das biologische Vorbild für Prothesen ist in der Regel klar: der Mensch. Die technische Anwendung ist auch klar: Prothese für den Menschen!
Bei der Abstraktion wird es dann schon schwieriger. Im Grunde soll mit einer Prothese ein Abbild des Originals für den originären Einsatz am ursprünglichen Einsatzort mit technischen Mitteln geschaffen werden: also eine technische Kopie. Das wäre genau das, was die Bionik nicht will. Anders gesehen werden ja nicht die biologischen Vorbilder 1:1 nachgebildet und Prothesen können auch anders aussehen als das Original und trotzdem die Funktion erfüllen. Um Bionik im unstrittigen Fall handelt es sich beispielsweise dann, wenn das biologische Vorbild z. B. ein Känguru ist und die Sprungtechnik des Kängurus für eine Anwendung eines künstlichen menschlichen Sprunggelenks abstrahiert und umgesetzt würde. Dann wären die drei Kriterien für ein bionisches Produkt erfüllt.

Science Fiction und die Bionic Woman
Es ist verständlich, weshalb im Bereich der Prothetik so oft von „bionisch“ oder „bionic“ gesprochen wird. Der Begriff Bionics ist im angloamerikanischen Raum schon seit langem etabliert und steht für „Verbesserung“ menschlicher Fähigkeiten durch technische Erweiterungen und Zusätze. Bekannt wurde Bionics zwischen 1974 und 1978, als im US-amerikanischen Fernsehen die Serie „Der Sechs-Millionen-Dollar-Mann“ lief, in der ein verunglückter Testpilot durch die Implantation von „bionischen“ Auge, Arm und Beinen zu außerordentlichen Höchstleistungen fähig war. In einem Remake von 2007 „Bionic Woman“ wurde eine Barkeeperin nach einem Autounfall durch ein bionisches „upgrade“ gerettet und damit in nahezu allen Disziplinen unschlagbar.

Aber auch in der Wissenschaft wird im englischsprachigen Raum häufig der Begriff Bionics verwendet, wenn die eigentliche Bionik gemeint ist, die eigentlich als Biomimetics bezeichnet wird. Um endlich zu einer gemeinsamen internationalen Sprachregelung zu finden, hat sich ein internationales Standardisierungsgremium zusammen gefunden. Hier sollen ISO-Normen entwickelt werden, die helfen, diese Sprachverwirrungen zu lösen.

Ein Blick in die echte Zukunft
Offensichtlich ist, dass die technischen Möglichkeiten immer besser werden. Die Prothesen erfüllen ihre Aufgaben immer besser und umfangreicher. Es werden immer optimiertere Mensch-Maschine-Schnittstellen entwickelt, die es ermöglichen, Prothesen mit dem zentralen Nervensystem zu verbinden. Diese können damit auch autark vom Menschen gesteuert werden. Selbstverständlich werden zukünftig immer bessere Prothesen entwickelt, die auf eine bestimmte Eigenschaft optimiert werden und dann in der entsprechenden Anwendung besser sind als das Original.
Noch vor wenigen Jahrzehnten hatten Menschen, die eine Hand verloren hatten, nur die Möglichkeit, sich eine Prothese anpassen zu lassen, die so aussah wie eine Hand, aber keinerlei Funktionen hatte. Mittlerweile können Menschen mit einer Handprothese die fünf Finger einzeln bewegen und Funktionen wie „Greifen“, „Drücken“, „Tippen“ etc. wählen. Die Hand kann durch die eigene Muskelaktivität gesteuert werden. Aber Fühlen, Tasten und schnelle motorische Bewegungen ausführen kann sie noch nicht. Dafür werden noch ein paar Jahre Forschungs- und Entwicklungsarbeit benötigt. Im Moment ist die beste Hand immer noch die eigene Hand!

Gerade im Sport müssen wir uns aber langsam daran gewöhnen, dass behinderte Menschen mit einer für den jeweiligen Sport optimalen Prothese bald schneller laufen, Rad fahren und schwimmen und auch höher und weiter springen als Menschen ohne Behinderung.

Heike SeitzAutorin: Dr. Heike Seitz
Position beim VDI: Technologieberaterin in der VDI Technologiezentrum GmbH
Aufgabe im VDI: Innovationsberatung und Innovationsbegleitung, Betreuung der Akteursplattform Ressourceneffizienz in Baden-Württemberg, Studienerstellung

 

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4 Gedanken zu “Schneller – Weiter – Höher

  1. Pingback: Bionische Prothesen für den Sport? | BIONIK-BLOG.de 

  2. Vielen Dank für den Hinweis auf diese interesante Forschungsarbeit! Im Bereich der Sensorik geht der Fortschrittdie rasend schnell voran!
    Allerdings steht in dem Beitrag auch, dass noch ca. 15 Jahre Entwicklung ins Land gehen, bevor diese Technik für Patienten zugelassen werden kann.
    Ich bin mir sicher, dass es auch im Berech schneller motorischer Bewegungen (z.B. Tippen auf einer Tastatur) große Fortschritte gibt, die aber noch F&E-Zeit brauchen. Wir werden das Thema weiter gespannt verfolgen!

  3. Es ist immer heikel zu sagen, dass Prothesen besser Sportler machen, weil Prothesen auch Schmerzen und Einschränkungen mit sich bringen. Dass durch das Tiefziehen heutzutage aber leichte Prothesen besser Leistungen zulassen als noch vor einigen Jahren, ist aber absolut richtig.

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