Bionische Fußgelenksprothese lässt Amputierte normal laufen

Wenn die Prothese mit Batterie aktiv federt, gehen Betroffene etwa genauso wie nicht Amputierte

Providence (USA) - Auch die modernste Fußprothese strengt an, solange sie nicht aktiv mitläuft. Deshalb gehen fußamputierte Menschen eher langsam und etwas künstlich, denn je schneller der Gang, desto mehr Energie mussten sie bisher dafür aufwenden. Doch eine bionische Prothese könnte dem ein Ende machen: Zumindest bei einer kleinen Versuchsgruppe zeigten Forscher jetzt, dass die Testpersonen mit ihr ähnlich schnell und natürlich liefen wie gesunde Menschen. Die aktive Federung in der Fußgelenksprothese, die Motor und Batterie enthält, erzeugt wie der natürliche Muskel während der Bewegung wieder Energie. Deshalb ist das Laufen damit weniger anstrengend und die Probanden wählten auch gerne ein schnelleres Tempo, berichten die Forscher im "Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences". Die Prothese, entwickelt von einem der Forscher, soll in absehbarer Zeit marktfähig sein.

"Nie zuvor war eine Unterschenkel-Prothese in der Lage, die biologische Funktion auf diese Weise nachzuahmen", schreiben Hugh Herr und Alena Grabowski, beide vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und vom staatlichen Center for Restorative and Regenerative Medicine. Sie hatten sieben am Unterschenkel amputierte Probanden mit ihrer herkömmlichen passiven Prothese und mit der neuen Prothese auf ebener Erde in verschiedenen Geschwindigkeiten laufen lassen. Als Vergleichsgruppe liefen sieben nicht amputierte Probanden. Gleichzeitig maßen die Forscher die Energie, die der Stoffwechsel der Menschen beim Laufen jeweils aufwenden musste, und beobachteten das biomechanische Verhalten - die Art, wie die Prothese den Gang beeinflusste.

Offenbar übernimmt die aktive Prothese vor allem die Arbeit des Wadenmuskels. Während eine herkömmliche Prothese ein passiv-elastisches Verhalten zeigt, also den Gang zwar abfedert, aber mit einem besonderen Schwung des Knies wieder nach vorne befördert werden muss, kombiniert die bionische Fußgelenksprothese passive und aktive Komponenten. Sie enthält ein batteriebetriebenes Stellglied, einen sogenannten Aktuator, der elektrische Signale über einen kleinen Motor und Kolben in Bewegung umsetzt. Weitere Federn halten das künstliche Knöchelgelenk stabil und speichern Bewegungsenergie, die sie beim weiteren Gehen wieder abgeben können. Gleichzeitig dient eine lange Kohlefaserkomposit-Feder als Ferse des künstlichen Fußes. Beim Laufen erreicht die Prothese so einen Energieüberschuss in jener Gangphase, in der der Fuß den Boden berührt, schreiben die Forscher: "Es ist eine autonom angetriebene Prothese, die elastische Energie nutzen kann, einen Arbeitsüberschuss leistet und eine Abstoß-Kraft erzeugt, was das Gehen von amputierten Menschen stark verbessert."

Das Ergebnis der Messungen war überraschend eindeutig: Mit der aktiven Prothese sanken die so genannten Stoffwechselkosten - die vom Körper aufzuwendende Bewegungsenergie - im Vergleich zur passiven Prothese und waren vergleichbar mit denen, die ein unversehrter Mensch aufwendet. Auch in punkto bevorzugter Laufgeschwindigkeit und dem Muster der Gangart waren diese beiden Gruppen kaum auseinanderzuhalten, während sich die Probanden mit passiver Prothese deutlich langsamer bewegten und ihr Gehen sichtbar beeinträchtigt war.