Michel­an­ge­lo-Hand – ein Über­blick über die kli­ni­sche Evidenz

Ein­lei­tung

In den letz­ten Jahr­zehn­ten konn­ten wich­ti­ge Fort­schrit­te in der Tech­nik der Arm­pro­the­tik, spe­zi­ell der myo­elek­tri­schen, erzielt wer­den. Dabei waren kon­ven­tio­nel­le myo­elek­tri­sche Sys­te­me mit einer Griff­funk­ti­on (Öff­nen und Schlie­ßen der Hand) über lan­ge Zeit der Stan­dard. Um dem Anwen­der die Mög­lich­keit zu geben, sich mit sei­ner Pro­the­se noch bes­ser an die Anfor­de­run­gen sei­ner Umwelt anzu­pas­sen, gibt es seit eini­gen Jah­ren mul­ti­funk­tio­nel­le Pro­the­sen­sys­te­me mit mehr als einem Frei­heits­grad. Ein Bei­spiel für die­se Wei­ter­ent­wick­lung ist die 2011 auf dem inter­na­tio­na­len Markt ein­ge­führ­te Michel­an­ge­lo-Hand (Otto Bock).

Die in der Zwi­schen­zeit durch­ge­führ­ten und publi­zier­ten Unter­su­chun­gen ver­glei­chen die­ses Sys­tem mit Pro­the­sen­sys­te­men mit einem Frei­heits­grad. Es han­delt sich um die Arbei­ten von Pröbs­ting et al. ¹, Luchet­ti et al. ², Bel­ter et al. ³, Cut­ti et al. ⁴ und Ber­tels et al. ⁵. Dar­in wird im Spe­zi­el­len auf die The­men­ge­bie­te „Griff­po­si­tio­nen und ‑kraft“, „Hand­funk­ti­on“, „Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens (ADLs)“ sowie „Aus­gleichs­be­we­gun­gen und Schmer­zen“ ein­ge­gan­gen. Auch wenn die Ver­fas­ser im Rah­men die­ses Über­sichts­ar­ti­kels auf eine sys­te­ma­ti­sche Lite­ra­tur­ana­ly­se ver­zich­tet haben, so recher­chie­ren sie regel­mä­ßig den Stand der publi­zier­ten Lite­ra­tur und gehen davon aus, dass kei­ne wesent­li­chen Infor­ma­tio­nen über­se­hen wur­den. Auf die tech­ni­sche Aus­füh­rung der Hand wird hier nicht im Detail ein­ge­gan­gen, in die­sem Zusam­men­hang sei auf Pröbs­ting et al. ⁶ verwiesen.

Griff­po­si­tio­nen/-kraft

Die Michel­an­ge­lo-Hand besteht aus vier beweg­li­chen Fin­gern (Zei­ge- und Mit­tel­fin­ger wer­den aktiv ange­steu­ert, Ring­fin­ger und klei­ner Fin­ger bewe­gen sich pas­siv) und einem sepa­rat aktiv posi­tio­nier­ba­ren Dau­men. Somit hat der Anwen­der die Aus­wahl zwi­schen den in Abbil­dung 1 dar­ge­stell­ten Griff­po­si­tio­nen: einer Posi­ti­on mit geöff­ne­ter Hand­flä­che („Open Palm“), einer Neu­tral­stel­lung, dem tra­di­tio­nel­len Oppo­si­ti­ons­griff, wie er in Sys­te­men mit einem Frei­heits­grad imple­men­tiert ist, und einem late­ra­len Griff, der durch das Umstel­len des Dau­mens erzeugt wird („Late­ral Mode“). Die bei­den letz­te­ren Grif­fe kön­nen in einer kräf­ti­ge­ren Vari­an­te („Power Grip“) und einer fein­mo­to­ri­sche­ren Vari­an­te („Pinch“) ange­bo­ten wer­den. Auch die Ab-/Ad­duk­ti­on der Fin­ger selbst stellt eine Posi­tio­nie­rungs­va­ri­an­te dar.

Luchet­ti et al. ⁷ berich­te­ten dar­über, wel­che der dar­ge­stell­ten Griff­po­si­tio­nen im All­tag bevor­zugt wer­den. Zur Unter­su­chung wur­den sechs trans­ra­di­al Ampu­tier­te mit einem durch­schnitt­li­chen Alter von 47 Jah­ren (15 Jah­re nach Ampu­ta­ti­on) her­an­ge­zo­gen. Sowohl nach drei als auch nach sechs Mona­ten der Ver­wen­dung wur­de der inter­ne Spei­cher aus­ge­le­sen, um auf die Anzahl der Bewe­gungs­zy­klen zu schlie­ßen. Pro Anwen­der wur­den zwi­schen 38.705 und 435.208 Zyklen über ein hal­bes Jahr doku­men­tiert. Die Sys­te­me befan­den sich in täg­li­cher Nut­zung. Vom Start des Tests bis zur ers­ten Aus­wer­tung wur­den von den Anwen­dern zu 73 % late­ra­le Griff­mo­di ver­wen­det, deren Anteil nach wei­te­ren drei Mona­ten auf 77 % anstieg. Die­se Ergeb­nis­se ste­hen ten­den­zi­ell im Ein­klang mit den Resul­ta­ten von Zheng et al. 2011 ⁸. Anhand zwei­er Nicht­am­pu­tier­ter (41-jäh­ri­ger Maschi­nist und 30-jäh­ri­ge Haus­frau) wur­de der Anteil ver­schie­de­ner Grif­fe bei beruf­li­chen bzw. häus­li­chen Akti­vi­tä­ten berech­net. Für Beru­fe, die fei­ne Bewe­gun­gen oder auch Kraft für das Heben schwe­rer Objek­te benö­ti­gen, kom­men „Late­ral Pinch“ und „Power Grip“ am häu­figs­ten zur Anwen­dung. Zu Hau­se wird über­wie­gend der „Late­ral Power Grip“ bevorzugt.

Der Wert für den prak­ti­schen Ein­satz von Pro­the­sen­hän­den liegt durch­schnitt­lich bei 45 N ⁹. Bel­ter et al. ¹⁰ stel­len in ihrer ver­glei­chen­den tech­ni­schen Unter­su­chung mul­ti­funk­tio­nel­ler Pro­the­sen­sys­te­me 70 N für „Oppo­si­ti­on Mode“ sowie 60 N für „Late­ral Mode“ fest.

Hand­funk­ti­on

Luchet­ti et al. ¹¹ ana­ly­sier­ten den funk­tio­nel­len Unter­schied zwi­schen der Michel­an­ge­lo-Hand und Pro­the­sen­hän­den mit Ein­zel­griff-Funk­ti­on. Eine Beschrei­bung sowie die Ergeb­nis­se sind Tabel­le 1 bzw. Abbil­dung 2 zu ent­neh­men. Die Unter­schie­de in den Ergeb­nis­sen bestä­ti­gen die höhe­re Genau­ig­keit und Geschwin­dig­keit beim Ergrei­fen und Bewe­gen diver­ser Objek­te durch mul­ti­funk­tio­nel­le Myoprothesen.

Cut­ti et al. ¹² eru­ier­ten Unter­schie­de bezüg­lich Geschick­lich­keit und Geschwin­dig­keit zwi­schen einer gesun­den Hand, der Michel­an­ge­lo-Hand und einem Sys­tem mit einem Freiheitsgrad.

Dem uni­la­te­ral trans­ra­di­al Ampu­tier­ten (50 Jah­re, 30 Jah­re nach Ampu­ta­ti­on) wur­den vier ein­hän­di­ge Auf­ga­ben gestellt: Eine genorm­te Schei­be (aus dem MMDT-Set) muss­te zwi­schen vier vor­de­fi­nier­ten Berei­chen eines Tisches vor dem Kör­per bewegt wer­den. Mit durch­schnitt­lich sie­ben Sekun­den benö­tig­te der Anwen­der mit der Michel­an­ge­lo-Hand genau­so lan­ge wie mit der kon­tra­la­te­ra­len gesun­den Hand. Der Ver­gleichs­wert betrug bei der Auf­ga­ben­er­fül­lung mit der Digi­tal Twin Hand elf Sekun­den (Abb. 3). Der Zeit­un­ter­schied der bei­den Pro­the­sen­sys­te­me besteht auf­grund der fle­xi­blen Hand­ge­lenks­stel­lung, die eine bes­se­re Posi­tio­nie­rung erlaubt.

Bei den Auf­ga­ben, die vor­nehm­lich mit dem Oppo­si­ti­ons­mo­dus durch­ge­führt wer­den konn­ten, erwie­sen sich die Pro­the­sen­sys­te­me als gleich­wer­tig. Die gesun­de Hand benö­tig­te für die glei­chen Auf­ga­ben im Schnitt 50 % der Zeit.

Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens

Pröbs­ting et al. ¹³ ana­ly­sier­ten in einer ver­glei­chen­den Unter­su­chung den Unter­schied bei 23 ADLs (9 ein­hän­di­ge und 14 beid­hän­di­ge Auf­ga­ben) zwi­schen der Michel­an­ge­lo-Hand und Myo­pro­the­sen mit einer Griff­funk­ti­on. Die 16 männ­li­chen Pro­ban­den (im Durch­schnitt 41 Jah­re, 12,8 Jah­re nach uni­la­te­ra­ler trans­ra­dia­ler Ampu­ta­ti­on) bewer­te­ten die Schwie­rig­keit der Durch­füh­rung der Bewe­gun­gen sowie die funk­tio­nel­len Fähig­kei­ten anhand eines ange­pass­ten OPUS-UEFS (Ortho­tics and Pro­sthe­tics User Sur­vey – Upper Extre­mi­ty Func­tion­al Sta­tus) sowie per PUFI (Pro­sthe­tic Upper Extre­mi­ty Func­tion­al Index). Zu Stu­di­en­be­ginn wur­de die aktu­el­le Ver­sor­gung, nach min­des­tens vier Wochen die Michel­an­ge­lo-Hand beur­teilt. Im Ver­gleich wur­den die Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens durch die mul­ti­funk­tio­nel­le Pro­the­se als 35 % ver­ein­facht emp­fun­den (Abb. 4). Signi­fi­kan­te Erleich­te­run­gen wur­den für fünf beid­hän­di­ge Auf­ga­ben (Gesicht waschen, Socken anzie­hen, Schu­he bin­den, Fleisch mit Mes­ser und Gabel schnei­den und Wäsche­korb tra­gen) ermit­telt (Abb. 5). Die Anwen­der setz­ten die Pro­the­se ver­mehrt bei beid­hän­di­gen Akti­vi­tä­ten ein, da die Bewe­gun­gen um 31 % ein­fa­cher emp­fun­den wur­den. Ein­hän­di­ge Bewe­gun­gen wur­den typi­scher­wei­se nicht mit der Pro­the­sen­hand, son­dern mit der kon­tra­la­te­ra­len Sei­te durchgeführt.

Luchet­ti et al. ¹⁴ beur­teil­ten den psy­cho­so­zia­len Aspekt anhand eines OPUS-UEFS. Die Befra­gun­gen fan­den sechs Mona­te nach der Ver­sor­gung statt. 84 % der Anwen­der emp­fan­den die ADLs mit der Michel­an­ge­lo-Hand als ein­fa­cher. Die Pro­ban­den äußer­ten sich über eine Annä­he­rung an die Eigen­schaf­ten einer gesun­den Hand in Bezug auf Natür­lich­keit und die Aus­füh­rung der Bewegungen.

Aus­gleichs­be­we­gun­gen und Schmerzen

Auf die Limi­ta­tio­nen der pro­the­ti­schen Ver­sor­gung reagie­ren vie­le Ampu­tier­te der obe­ren Extre­mi­tät mit Aus­gleichs­be­we­gun­gen. Dazu zäh­len kom­pen­sa­to­ri­sche Ober­arm- und Schul­ter­be­we­gun­gen sowie exten­si­ve Rumpfro­ta­tio­nen. Über die Jah­re kann dies zur Über­be­an­spru­chung umlie­gen­der Gelen­ke, mus­ku­lä­ren Dys­ba­lan­cen und Lang­zeit­be­schwer­den wie Schmer­zen füh­ren ¹⁵. Cut­ti et al. ¹⁶ iden­ti­fi­zier­ten Ein­schrän­kun­gen der Ell­bo­gen­fle­xi­on sowie der Schul­ter­be­we­gung der Ampu­ta­ti­ons­sei­te bei vier uni­la­te­ra­len Akti­vi­tä­ten. Eine Reduk­ti­on der Schul­ter­blatt­nei­gung wur­de bei Auf­ga­ben, die bevor­zugt mit dem Oppo­si­ti­ons­mo­dus durch­ge­führt wur­den, bei Anwen­dung der mul­ti­funk­tio­nel­len Myo­pro­the­se eru­iert. Bei late­ra­len Grif­fen zeig­te sich eine Wie­der­her­stel­lung eines natür­li­chen Bewegungsmusters.

Ber­tels et al. ¹⁷ beur­teil­ten den Ein­fluss des Hand­ge­lenk­win­kels auf Aus­gleichs­be­we­gun­gen mit sechs erfah­re­nen Myo­pro­the­sen­an­wen­dern (Durch­schnitts­al­ter 38,7 Jah­re, davon 23 Jah­re mit myo­elek­tri­scher Pro­the­se). Kine­ma­ti­sche Mes­sun­gen wur­den bei fünf ein­hän­di­gen Auf­ga­ben durch­ge­führt. Als myo­elek­tri­sche Ver­sor­gung wur­de eine Pro­the­se mit einer Griff­funk­ti­on sowie einem ein­stell­ba­ren Hand­fle­xi­ons­win­kel von 0°, 20° und 40° ein­ge­setzt. Vor den Mes­sun­gen wur­de die Rota­ti­on der Hand den Ansprü­chen des Anwen­ders ange­passt. Bei 15 von 30 Ver­su­chen wur­de ein Fle­xi­ons­win­kel von 40° bevor­zugt. Durch die adap­ti­ve Rota­ti­on und Fle­xi­on konn­te eine Ver­bes­se­rung in Bezug auf Aus­gleichs­be­we­gun­gen des Arms sowie des gan­zen Kör­pers erzielt werden.

Schluss­fol­ge­rung

Die Michel­an­ge­lo-Hand mit dem Axon­Bus-Pro­the­sen­sys­tem bie­tet dem Pro­the­sen­an­wen­der die Mög­lich­keit, sei­ne Griff­mus­ter zu erwei­tern. Dabei zei­gen die vor­ge­stell­ten Unter­su­chun­gen, dass ins­be­son­de­re die Nut­zung late­ra­ler Griff­mus­ter Geschick­lich­keit und Geschwin­dig­keit bei geziel­ten Greif­be­we­gun­gen spür­bar ver­bes­sert. Rele­van­te Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens wer­den signi­fi­kant ein­fa­cher aus­ge­führt. Beson­ders bei beid­hän­di­gen Auf­ga­ben wird die Pro­the­se deut­lich häu­fi­ger ein­ge­setzt als bei Sys­te­men mit nur einem Frei­heits­grad. Im Ver­gleich zu Pro­the­sen mit einer Griff­funk­ti­on kön­nen Aus­gleichs­be­we­gun­gen für den gan­zen Kör­per durch das fle­xi­ble und rotie­ren­de Hand­ge­lenk der Michel­an­ge­lo-Hand redu­ziert wer­den. Durch die Reduk­ti­on ins­be­son­de­re der kom­pen­sa­to­ri­schen Schul­ter­blatt­be­we­gun­gen wird eine beein­dru­cken­de Annä­he­rung an nahe­zu natür­li­che Arm­be­we­gungs­mus­ter erreicht. Es steht außer Fra­ge, dass die natür­li­che Hand­funk­ti­on ein – auch mit dem aktu­el­len Stand der Tech­nik – uner­reich­tes Vor­bild bleibt. Doch zeigt sich, dass die Nut­zung von Sys­te­men mit meh­re­ren Frei­heits­gra­den sich die­sem Ziel wei­ter nähert.

Für die Autoren:
Mar­kus Klin­ger, M. Sc.
Design Vali­da­ti­on Engineer
Otto Bock Health­ca­re Pro­ducts GmbH
Brehm­stra­ße 16
A‑1110 Wien, Österreich
markus.klinger@ottobock.com

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