Na Grafu 7 vidimo, da polipropilen zelo slabo prevaja vodno paro, sledita mu polietilen in kompozit, ojačen z ogljikovimi vlakni. S poskusom nismo izmerili prepustnosti za vodno paro kompozitov, ojačenih z ogljikovimi vlakni, zato je na voljo le podatek iz literature.
Rezultati meritev, pridobljeni v sklopu pretekle diplomske naloge (Grahek, 2017), se od rezultatov pričujoče diplomske naloge precej razlikujejo. Sklepamo, da je bil uporabljen drugačen material (perforiran, drug dobavitelj, drugačna priprava). Za pacientovo udobje (optimalna temperatura in vlaga v ležišču) bi bila dobra izbira proteza, narejena iz polimernega kompozita, ojačenega z ogljikovimi vlakni, saj ta bolje odvaja vodno paro kot polipropilen in polietilen. Kot notranji vložek bi bil Plastozot odličen za odvajanje vodne pare, saj ima zelo nizek koeficient prepustnosti; lahko bi izbrali celo perforiran Plastozot in tako prepustnost za vodno paro še povečali. Vendarle pa moramo pri izbiri upoštevati tudi toplotno prevodnost, ki je pri Plastozotu zelo majhna, saj je eden izmed večjih izolatorjev.
Odvisno od letnega časa, bi Plastozot bil dobra izbira za zimo, medtem ko bi lahko poleti njegove izolacijske lastnosti pacienta motile. Bolje bi bilo zato uporabiti protetično nogavico, ki jo uporabljajo pacienti, pri katerih se je obseg krna ustalil. Pri uporabi prve proteze pacienti uporabljajo bombažne nogavice, ki jih po ustalitvi obsega krna v večini primerov zamenjajo s silikonskimi, PU ali TPE protetičnimi nogavicami. Wernke in sodelavci (2015) so primerjali navadno silikonsko protetično nogavico z novejšo verzijo, imenovano SmartTemp, in ugotovili, da je uporaba slednje za pacienta ugodnejša glede na prevajanje toplote kot tudi prepuščanje vodne pare skozi material. Na podlagi tega lahko
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Polipropilen
Prepustnost za vodno paro izbranih protetičnih materialov
Meritve μ (v diplomski nalogi) Meritve μ Grahek (2017)
21
sklepamo, da bodo na trgu kmalu novi in izboljšani materiali, narejeni prav za prehajanje toplote in vodne pare, zato bo izbira ustreznega materiala za pacienta lažja.
Hipotezo H4 lahko potrdimo. Kot prikazuje Tabela 3, imata Poliform in Plastozot, ki sta penjena materiala, najnižje vrednosti toplotne prevodnosti, in sicer 0,040 W/mK. To pomeni, da sta dobra toplotna izolatorja. Rezultati meritev drugih materialov se gibljejo od okoli 0,140 do 0,200 W/mK, kar pomeni, da so prav tako slabi prevodniki toplote, a kar precej boljši od penjenih materialov. Prepustnost za vodno paro penjenih in nepenjenih materialov si lahko ogledamo v Tabeli 4. Nižja kot je vrednost koeficienta prepustnosti za vodno paro, bolj je material prepusten. Vrednosti Plastozota (μ = 46) in Poliforma (μ = 2162) sta nižji od vrednosti nepenjenih materialov, ki pri PE segajo kar do μ = 4553. Na podlagi rezultatov smo dokazali, da so nepenjeni materiali boljši toplotni prevodniki od penjenih, a imajo manjšo prepustnost za vodno paro.
Hipotezo H5 lahko le delno potrdimo. Kot že omenjeno, Webber in Davis (2015) govorita o tem, da je udobje znotraj ležišča odvisno od posameznega pacienta. Po podatkih vprašalnika Van de Wega in sodelavcev (2005) je 26 % anketirancev poročalo o potenju, slabih 20 % pa o neprijetnem vonju. Hansen in sodelavci (2015) so prav tako izvedli študijo z uporabo HDSS oz. lestvice o resnosti hiperhidroze pri bolezni. Z lestvico 1–4 so anketiranci, stari od 23 do 87 let, potenje označili kot »zmerno, nemoteče« z 1 ali »prekomerno, moteče« s 4.
Rezultati študije so pokazali, da jih 13 % od 121 anketirancev poroča o hiperhidrozi, za 55
% anketirancev pa je potenje manjši problem. Ugotovili so tudi, da se prekomerno potenje pojavlja predvsem v toplejših dneh in med raznimi aktivnostmi. Raziskali so vpliv starosti na potenje in ugotovili, da se pri kar polovici oseb, starejših od 60 let ne pojavljajo težave s prekomernim potenjem. Pri osebah, mlajših od 60 let, pa se težave pojavljajo pri kar 81 % oseb (20 % jih ima težave s hudim potenjem). Glede na rezultate vprašalnika Hansena in sodelavcev (2015) je udobje odvisno od starosti pacienta. Kot so zapisali že mnogi, npr. Han s sodelavci (2016), Cagle s sodelavci (2017), Shahar s sodelavci (2019) in Chui s sodelavci (2020), je udobje odvisno tudi od pacientove aktivnosti. Bolj ko se pacient giba, večja je aktivnost v njegovih mišicah. Z aktivnostjo se mišice segrevajo, pričnejo skozi kožo prevajati toploto in odvajati znoj, ki pa se v neustrezno prepustnem pripomočku zadržuje na koži in nosilcu pripomočka povzroča nevšečnosti. Če aktivnost povežemo s starostjo, lahko dokažemo vpliv starosti na prepustnost za vodno paro in toplotno prevodnost. S starostjo se posamezniki manj gibljejo (večinoma se odločajo za kratke sprehode ali počasno hojo), kar
22
pomeni nižjo aktivnost mišic. Potenje znotraj pripomočka je torej manjše in manj moteče.
Seveda pa to le delno potrjuje hipotezo, saj se ta sklep ne navezuje na celotno populacijo.
23
6 ZAKLJUČEK
Človeško telo s potenjem ohranja konstantno telesno temperaturo. Med izvajanjem dnevnih aktivnosti ali v toplejših dnevih se potenje poveča. Pri osebah, ki uporabljajo protetične pripomočke, je zato pomembno, da materiali omogočajo odvajanje vlage (vodne pare) in tako zagotavljajo suho okolje okoli krna. Neredna in neustrezna nega krna lahko privede do dermatoloških težav.
Z raziskavo smo ugotovili, da so toplotne in paroprepustne lastnosti materialov zelo različne.
Osredotočili smo se na materiale, ki jih uporabljamo pri protezi. Rezultati so pokazali, da so penjeni materiali zelo dobri izolatorji, kar pomeni, da slabše prevajajo toploto. Nepenjeni termoplastični materiali, na primer polipropilen in polietilen, imajo podobne rezultate kot protetične nogavice, vsi pa bolje prevajajo toploto kot ogljikova vlakna. Pri prepustnosti za vodno paro pa je ravno obratno: penjeni materiali dobro prepuščajo vodno paro, sledijo jim kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni, in nepenjeni termoplastični materiali.
Za pacienta je zelo pomembna izbira ustreznega materiala, saj je od tega odvisno, ali mu bo pri nošenju pripomočka udobno. Materiali so različni, na trgu pa že obstajajo materiali, načrtno zasnovani tako, da bolje prevajajo toploto in prepuščajo vodno paro. Menimo, da je izbira prav tako odvisna od pacientovih aktivnosti in navad ter drugih značilnosti, zato bi bilo v nadaljnje raziskave smiselno vključiti tudi paciente.
24
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI
Ali S, Abu Osman NA, Naqshbandi MM, Eshragi A, Kamyab M, Gholizadeh H (2012).
Qualitative study of prosthetic suspension systems on transtibial amputees’ satisfaction and perceived problems with their prosthetic devices. Arch Phys Med Rehabil 93(11): 1919–
23. doi: 10.1016/j.apmr.2012.04.024.
Berke GM, Fergason J, Milani J et al. (2010). Comparison of satisfaction with current prosthetic care in veterans and servicemembers from Vietnam and OIF/OEF conflicts with major traumatic limb loss. J Rehabil Res Dev 47(4): 361–71. doi:
10.1682/jrrd.2009.12.0193.
Bertels T, Kettwig T (2011). Breathable liner for transradial prostheses. Dostopno na:
https://dukespace.lib.duke.edu/dspace/bitstream/handle/10161/4719/15bertels.pdf?sequenc e=1 <16.7.2020>.
Cagle JC, Hafner BJ, Sanders JE (2018). Characterization of prosthetic liner products for people with transtibial amputation. J Prosthet Orthot 30(4): 187–199.
Cagle JC, Reinhall PG, Hafner BJ, Sanders J (2017). Development of standardized
material testing protocols for prosthetic liners. J Biomech Eng 139(4): 0450011–04500112.
doi: 10.1115/1.4035917.
Çengel YA (2008). Introduction to thermodynamics and heat transfer. 2𝑛𝑑 ed. McGraw–
Hill: Boston 376–404. Dostopno na:
http://docshare01.docshare.tips/files/11228/112281570.pdf <23.3.2020>.
Charrow A, DiFazio M, Foster L, Pasquina PF, Tsao JW (2008). Intradermal botulinum toxin type A injection effectively reduces residual limb hyperhidrosis in amputees: a case series. Arch Phys Med Rehabil 89 (7): 1407–9. doi: 10.1016/j.apmr.2007.11.054.
Chui KK, Jorge MM, Yen SC, Lusardi MM (2020). Orthotics and prosthetics in rehabilitation. 4𝑡ℎ ed. Missouri: Elsevier, 149–51.
Das B, de Araujo M , Kothari VK, Fangueiro R, Das A (2012). Modeling and simulation of moisture transmission through fibrous structures part I: Water vapour transmission.
Journal of fiber bioengineering & informatics 5(4): 1–20. doi: 10.3993/jfbi12201202.
25
Ferjančič M (2014). Toplotna prevodnost materialov v ortotiki in protetiki. Diplomsko delo. Ljubljana: Zdravstvena fakulteta.
Fu Y-X, He Z-X, Mo D-C, Lu S-S (2014). Thermal conductivity enhancement with different fillers for epoxy resin adhesives. Appl Therm Eng 66(1–2): 493–8.
Gholizadeh H, Abu Osman NA, Eshraghi A, Ali S, Razak NA (2014). Transtibial prosthesis suspension systems: Systematic review of literature. Clin Biomech (Bristol, Avon) 29(1): 87–97. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2013.10.013.
Ghoseiri K, Zheng YP, Hing LLT, Safari MR, Leung AKL (2016). The prototype of a thermoregulatory system for measurement and control of temperature inside prosthetic socket. Prosthet Orthot Int 40(6): 751–5. doi: 10.1177/0309364615588343.
Grahek S (2017). Toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro ortotičnih materialov.
Diplomsko delo. Ljubljana: Zdravstvena fakulteta.
Han Y, Liu F, Zhao L, Zhe J (2016). An automatic and portable prosthetic cooling device with high cooling capacity based on phase change. Appl Therm Eng 104: 243–8. doi:
10.1016/j.applthermaleng.2016.05.074.
Hansen C, Godfrey B, Wixom J, McFadden M (2015). Incidence, severity, and impact of hyperhidrosis in people with lower-limb amputation. J Rehabil Res Dev 52(1): 31–40. doi:
10.1682/JRRD.2014.04.0108.
Huang C, Qian X, Yang R (2018). Thermal conductivity of polymers and polymer nanocomposites. Mater Sci Eng R Rep 132: 1–22. doi: 10.1016/j.mser.2018.06.002.
Huff EA, Ledoux WR, Berge JS, Klute GK (2008). Measuring Residual Limb Skin Temperatures at the Skin-Prosthesis Interface. J Prosthet Orthot 20(4): 170–3. doi:
10.1097/JPO.0b013e3181875b17.
Kelly CT, Haynes ML (2014). Polymeric prosthetic and orthotc devices with heat control capabilities. United States Patent US20140025183A1: 15 str. Dostopno na:
https://patentimages.storage.googleapis.com/45/d5/df/7483d305ab6255/US20140025183A 1.pdf. <3.5.2021>.
26
Kim YS, Kim JK, Jeon ES (2019). Effect of the compounding conditions of polyamide 6, carbon fiber, and Al2O3 on the mechanical and thermal properties of the composite polymer. Materials (Basel) 12(18): 3047. doi:10.3390/ma12183047.
Klute GK, Rowe GI, Mamishev AV, Ledoux WR (2007). The thermal conductivity of prosthetic sockets and liners. Prosthet Orthot Int 31(3): 292–9. doi:
10.1080/03093640601042554.
Levy SW (1980). Skin problems of the leg amputee. Prosthet Orthot Int 4(1): 37–44. doi:
10.3109/03093648009103113.
Li W, Liu XD, Cai ZB, Zhou ZR (2011). Effect of prosthetic socks on the frictional properties of residual limb skin. Wear 271: 2804–11. doi: 10.1016/j.wear.2011.05.032.
Lin CC, Chang CH, Wu CL, Chung KC, Liao IC (2004). Effects of liner stiffness for trans-tibial prosthesis: a finite element contact model. Med Eng Phys 26(1): 1–9. doi:
10.1016/s1350-4533(03)00127-9.
Meulenbelt HE, Geertzen JH, Dijkstra PU, Jonkman MF (2007). Skin problems in lower limb amputees: an overview by case reports. J Eur Acad Dermatol Venereol 21(2): 147–
55. doi: 10.1111/j.1468-3083.2006.01936.x.
Peery JT, Ledoux WR, Klute GK (2005). Residual-limb skin temperature in transtibial sockets. J Rehabil Res Dev 42(2): 147–54. doi: 10.1682/jrrd.2004.01.0013.
Peery, JT, Klute, GK, Blevins, JJ, Ledoux, WR (2006). A three-dimensional finite element model of the transibial residual limb and prosthetic socket to predict skin temperatures.
IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 14(3): 336–43. doi: 10.1109/TNSRE.2006.881532.
Shahar FS, Hameed Sultan MT, Lee SH et al. (2019). A review on the orthotics and prosthetics and the potential of kenaf composites as alternative materials for ankle-foot orthosis. J Mech Behav Biomed Mater 99: 169–85. doi: 10.1109/TNSRE.2006.881532.
Song J, Zhang Y (2019). Effect of an interface layer on thermal conductivity of polymer composites studied by the design of double-layered and triple-layered composites. Int J Heat Mass Transf 141: 1049–55. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.07.002.
Škapin SA (2008). Paroprepustnost zidnih premazov. Gradbenik 7-8: 10–3.
27
Thiele OC, Brom J, Dunsche A et al. (2015). The current state of facial prosthetics – A multicenter analysis. J Craniomaxillofac Surg 43(7): 1038–41. doi:
10.1016/j.jcms.2015.04.024.
Thurston AJ (2007). Pare and prosthetics: The early history of artificial limbs. ANZ J Surg 77: 1114–9. doi: 10.1111/j.1445-2197.2007.04330.x.
Van de Weg FB, Van der Windt DA (2005). A questionnaire survey of the effect of different interface types on patient satisfaction and perceived problems among trans-tibial amputees. Prosthet Orthot Int 29(3): 231–9. doi: 10.1080/03093640500199679.
Webber CM, Davis BL (2015). Design of a novel prosthetic socket: Assessment of the thermal performance. J Biomech 48(7): 1294–9. doi: 10.1016/j.jbiomech.2015.02.048.
Webber CM, Klittich MR, Dhinojwala A, Davis BL (2014). Thermal conductivities of commercially available prosthetic materials. J Prosthet Orthot: 26(4): 212–5. doi:
10.1097/JPO.0000000000000043.
Wernke MM, Schroeder RM, Kelley CT, Denune JA, Colvin JM (2015). SmartTemp prosthetic liner significantly reduces residual limb temperature and perspiration. J Prosthet Orthot 27(4): 134–139. doi: 10.1097/JPO.0000000000000070.
WHO – World Health Organization (2017). Standards for prosthetics and orthotics Part 1:
Standards. Geneva: World Health Organization. Dostopno na:
https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/259209/9789241512480-part1-eng.pdf?sequence=1.
Williams RJ, Washington ED, Miodownik M, Holloway C (2018). The effect of liner design and materials selection on prosthesis interface heat dissipation. Prosthet Orthot Int 42(3): 275–9. doi: 10.1177/0309364617729923.
Zheng X, Kim S, Park CW (2019). Enhancement of thermal conductivity of carbon fiber-reinforced polymer composite with copper and boron nitride particles. Compos Part A Appl Sci Manuf 121: 449–56. doi: 10.1016/j.compositesa.2019.03.030.
Zupan J (2000). Specifična toplota in toplotna prevodnost. Dostopno na:
https://kvarkadabra.net/2000/01/topl-prev/ <3.5.2021>.
28
7.1 Dokumentacijski viri
SIST EN ISO 7783 (2018). Barve in laki – Ugotavljanje prepustnosti za vodne pare – Metoda s čašo (ISO 7783:2018).
SIST EN 12667 (2002). Toplotne karakteristike gradbenih materialov in proizvodov - Ugotavljanje toplotne upornosti z zaščiteno vročo ploščo in/ali merilniki toplotnih tokov – Proizvodi z visoko ali srednjo toplotno upornostjo (ISO 12667:2002).