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Biomechanische Bewertung von Hüftprotektoren und Bodenmatten zur Sturzprävention
Biomechanische Untersuchung im Labor für Biomechanik, FH Aachen – University of Applied Sciences
Das Hauptziel der biomechanischen Untersuchung bestand darin, Hüftprotektoren in Kombination mit unterschiedlichen kraftmindernden Bodenbelägen auf ihre mechanischen Eigenschaften zu prüfen. Im Fokus standen dabei die Aufprallkraftminderung und die Druckverteilung, die beide einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Verletzungsrisikos bei Stürzen leisten sollen.
Kernaussagen
- Referenz-Aufprallkraft: 8,2 kN
- Messung der Kraftdämpfung des
XRD Protektors und der Sleeping Nurse Pro Sturzmatte in Kombination: −55 % (3,7 kN) =hervorragende Kraftdämpfung - Kontext: seitlicher Sturz, Laborprüfung
Einführung: Warum Hüftfrakturen so relevant sind
Hüftfrakturen stellen weltweit eine häufige und ernsthafte Verletzung insbesondere bei älteren Menschen dar. Mit der steigenden Lebenserwartung nimmt auch die Anzahl der Hüftfrakturen zu, wobei Prognosen von etwa 6,3 Millionen Fällen bis zum Jahr 2050 ausgehen. Nach Kannus et al. sind 25 % der seitlichen Stürze ursächlich für Hüftfrakturen.
Ältere Menschen sind besonders anfällig, was auf die nachlassende Knochenfestigkeit (Osteoporose), geringere Muskelkraft, eingeschränkte Koordination und reduzierte Reaktionsgeschwindigkeit zurückzuführen ist. Beim Sturz auf die Seite wirkt eine große Kraft auf die Hüfte, da die körpereigenen Schutzreaktionen zu langsam sind, um den Aufprall abzufangen.
Um dem Anstieg der Hüftfrakturen entgegenzuwirken, werden Hüftprotektoren eingesetzt, die das Frakturrisiko durch Dämpfung der Aufprallkräfte senken. Diese Protektoren werden in spezielle Unterhosen eingesetzt und direkt über dem Trochanter positioniert, um optimalen Schutz zu gewährleisten.
In Kombination mit kraftdämpfenden Bodenmatten soll der Schutz weiter verbessert werden. Für die Untersuchung wurden zwei Protektoren („XRD“ und „XRD Pro“) sowie zwei Bodenmatten („Sleeping Nurse Premium“ und „Sleeping Nurse Pro“) der Firma i care zunächst einzeln und anschließend in Kombination getestet, um die jeweiligen Aufprallkräfte zu messen.
Aufbau des Teststandes
Der Prüfstand zur Analyse der Hüftprotektoren wurde gemäß dem Standard von Kannus und Parkkari aufgebaut. Hinter dem anatomisch geformten Femurhals ist ein Kraftsensor installiert, der die im kritischen Bereich auftretenden Kräfte erfasst. Eine Silikonschicht zwischen Kraftsensor und Metallplatte simuliert das Weichteilgewebe mit typischer Dicke und absorbiert einen Teil der Stoßenergie.
Versuchsdurchführung
Die zu testenden Materialien werden zentral am Hammer angebracht und mit einer Fallhöhe von 0,53 m geprüft, um eine konstante Aufprallkraft von 8,2 kN zu erzielen. Die Aufprallgeschwindigkeit beträgt 3,46 m/s und entspricht damit dem Wert, mit dem die Hüfte bei einem seitlichen Sturz auf den Boden trifft.
- Fallhöhe: 0,53 m
- Referenz-Aufprallkraft: 8,2 kN
- Aufprallgeschwindigkeit: 3,46 m/s
Ergebnisse: Aufprallkraftminderung
Als Ausgangswert dient die gemessene Aufprallkraft, mit der der Hammer direkt auf die künstliche Hüfte trifft und lediglich das simulierte Weichteilgewebe dämpft. Die maximale Aufprallkraft beträgt 8,2 kN und wird als Referenz für die weiteren Messungen genutzt.
Der i care Protektor „XRD Pro“ mit einer Materialdicke von 13 mm erzielt beim alleinigen Einsatz eine Kraftminderung von 47,6 %, wobei die maximale Aufprallkraft nur noch 4,3 kN beträgt.
Da manche Patienten Hüftprotektoren nicht tragen möchten, wurden auch die Bodenmatten separat getestet. Die Bodenmatte „Sleeping Nurse Pro“ reduziert die Aufprallkraft um 45,6 % auf 4,5 kN.
Die Kombination des Protektors „XRD Pro“ mit der Bodenmatte „Sleeping Nurse Pro“ führt zu einer signifikanten Kraftminderung um 55 %, sodass die Aufprallkraft auf 3,7 kN sinkt, was unterhalb der Frakturgrenze eines Oberschenkelhalsbruches liegt.
Kurzfazit der Messwerte
- Referenz (ohne Schutz, nur Weichteilsimulation): 8,2 kN
- XRD Pro (allein): 4,3 kN (−47,6 %)
- Sleeping Nurse Pro (allein): 4,5 kN (−45,6 %)
- Kombination XRD Pro + Sleeping Nurse Pro: 3,7 kN (−55 %)
Diskussion & Grenzen der Messung
Das verwendete Hüftmodell stellt die Anatomie von Femur und Hüfte realistisch dar und ermöglicht so die Simulation der bei Stoßbelastungen übertragenen Kräfte. Die Testergebnisse zeigen die Wirksamkeit von Hüftprotektoren und Bodenmatten. Insbesondere die Kombination aus „XRD Pro“ Protektor und „Sleeping Nurse Pro“ Bodenmatte erzielt die größte Reduktion der Kraftspitzen.
Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die biomechanische Messung keine groß angelegte, langfristige Studie ist und verschiedene Sturzszenarien auftreten können. Trotz der sorgfältigen Anwendung von Protektoren und Bodenmatten kann es, beispielsweise bei Patienten mit ausgeprägter Osteoporose, weiterhin zu Knochenbrüchen kommen.
Praxisrelevanz und Qualitätsmerkmale
Alle Produktinnovationen unterliegen vor der Markteinführung klinischen und biomechanischen Tests. Standardtestverfahren der Möbelindustrie wie die Messung des Raumgewichts oder die Angabe von HR (High Resilienz) liefern keine verwertbaren Informationen für die biomechanische Kraftdämpfung bei Stürzen. Die Stauchhärte beschreibt das Druckverhalten des Materials, ist für die Auswahl von Matratzen und Sitzmöbeln relevant, besitzt aber keine Aussagekraft bezüglich der Sturzprävention.
Für belastbare biomechanische Qualitätsaussagen wird der Protektormessstand im Labor für Biomechanik an der FH Aachen genutzt, der sich an etablierten Standards orientiert. Auch die eidgenössische Prüfanstalt EMPA in St. Gallen arbeitet mit ähnlich spezifischen Messverfahren.
Diese auf den Einsatzbereich zugeschnittenen Testverfahren sind notwendig, reichen jedoch allein nicht aus, um alle Anforderungen an ein professionelles Qualitätsprodukt zu erfüllen. Weitere Merkmale von Fallschutzmatten sind garantierte Stolper- und Barrierefreiheit sowie die rollstuhltaugliche Befahrbarkeit und die Belastbarkeit im 24-Stunden-Einsatz. Die DIN 18040-2 für barrierefreies Wohnen legt entsprechende Kriterien fest, die von den getesteten Matten erfüllt werden.
Sicherheit und Bewegungsfreiheit sind zentrale Ziele in der Pflegeplanung und im Pflegeprozess. Der kontinuierliche Austausch mit langjährigen Kunden bestätigt die Wirksamkeit des Qualitätskonzepts, das sowohl von Pflegeprofis als auch von Laien in stationären und ambulanten Einrichtungen geschätzt wird.
Um den Anforderungen sehbeeinträchtigter Patienten und Personen mit Orientierungseinschränkungen gerecht zu werden, können die Farben der Oberbeläge individuell gewählt und dem vorhandenen Bodenbelag optisch angepasst werden.
Literatur
- Nabhani F., Bamford J. Mechanical testing of hip protectors. Journal of Materials Processing Technology, 2002; 124:311–318.
- Kannus P., Parkkari J., Poutala J. Comparison of force attenuation properties of four different hip protectors under simulated falling conditions in the elderly: an in vitro biomechanical study. Bone, 1999; 25:229–235.
- Parkkari J., Kannus P., Heikkilä J., Poutala J., Heinonen A., Sievänen H., Vuori I. Impact experiments of an external hip protector in young volunteers. Calcified Tissue International, 1997; 60:354–357.
Hinweis: Ein im Ausgangstext doppelt geführter Literatur-Eintrag (siehe Abb. 4) wurde hier zusammengeführt.
Transparenzhinweis
Die Messungen wurden durch die Firma i care europe GmbH, Aachen, finanziert. Die Ergebnisse basieren auf biomechanischen Labormessungen und bilden nicht alle realen Sturzsituationen ab.
Weiterführende Inhalte
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