UNIVERZA V LJUBLJANI ZDRAVSTVENA FAKULTETA
ORTOTIKA IN PROTETIKA, 1. STOPNJA
Teja Glasenčnik
VPLIV IZBRANIH PROTETIČNIH MATERIALOV NA PACIENTOVO UDOBJE
diplomsko delo
EFFECT OF SELECTED PROSTHETIC MATERIALS ON PATIENT'S COMFORT
diploma work
Mentorica: doc. dr. Andrijana Sever Škapin Somentor: izr. prof. ddr. Klemen Bohinc Recenzent: doc. dr. Miha Fošnarič
Ljubljana, 2021
ZAHVALA
Iskreno se zahvaljujem mentorici, doc. dr. Andrijani Sever Škapin, in somentorju, izr. prof.
ddr. Klemnu Bohincu za vso podano znanje, usmeritve in strokovno pomoč pri pisanju diplomskega dela. Prav tako bi se zahvalila zaposlenim na Zavodu za gradbeništvo Slovenije, ki so mi pomagali pri izvedbi in interpretaciji rezultatov, še posebej Primožu Plešcu in Gregorju Strmljanu. Hvala tudi profesorju Tomažu Lampetu in Maticu Bombeku za priskrbljene vzorce izbranih materialov.
Zahvaljujem se vsem profesorjem in kliničnim mentorjem za posredovano znanje v času celotnega študija.
Posebno zahvalo izrekam tudi svoji družini, prijateljem in partnerju, ki so mi v času študija stali ob strani, me podpirali in pripomogli k uspešnemu zaključku moje študijske poti.
IZVLEČEK
Uvod: Protetični pripomoček poleg svoje osnovne funkcije deluje kot pregrada med okolico in kožo pacienta. Za pacientovo udobje sta ključni dve lastnosti materiala, iz katerega je pripomoček narejen: toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro. Človeško telo s potenjem ohranja konstantno telesno temperaturo, zato je zelo pomembno, da materiali omogočajo odvajanje vodne pare in tako zagotavljajo suho okolje okoli krna ter s tem preprečujejo dermatološke težave. Namen: Namen diplomske naloge je bil določiti toplotno prevodnost in prepustnost za vodno paro izbranih protetičnih materialov. Na podlagi rezultatov meritev in podatkov iz literature smo ocenili vpliv preiskovanih lastnosti protetičnih materialov (toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro) na pacientovo udobje. Metode dela: Prepustnost za vodno paro smo določili s poskusom po zahtevah SIST EN ISO 7783:2018. Meritve toplotne prevodnosti so bile izvedene po zahtevah SIST EN 12667:2002. Toplotno prevodnost smo merili s pomočjo naprave, izdelane iz dveh plošč različnih temperatur, med kateri smo vstavili vzorec materiala. Za merjenje prepustnosti za vodno paro smo uporabili merilne posodice. Posodice smo tehtali v določenem časovnem razmiku in tako določili, koliko vode je prešlo čez preizkuševalni material iz območja z višjo na območje z nižjo vlažnostjo. Rezultati: V poskus so bili vključeni izbrani materiali, iz katerih je narejena proteza, in sicer polietilen, polipropilen, Plastozot, Poliform in polimerni kompozit, ojačen z ogljikovimi vlakni. Merili smo tudi materiale, iz katerih so narejene protetične nogavice. Vrednosti toplotne prevodnosti so bile najnižje pri penjenih termoplastičnih materialih, in sicer so se gibale od 0,03 do 0,09 W/mK. Najvišje vrednosti smo odčitali pri nepenjenih termoplastičnih materialih, in sicer od 0,12 do 0,22 W/mK.
Penjeni materiali so bolj prepustni za vodno paro (pri Plastozotu je μ = 46) kot nepenjeni polimeri in kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni (μ > 2000). Razprava in zaključek:
Izbira ustreznega pripomočka je za pacientovo udobje zelo pomembna; s pravilno izbiro se namreč izognemo dermatološkim težavam, ki jih lahko povzroči vlažno in prevroče okolje v protezi. Rezultati so pokazali, da imajo materiali različne lastnosti. Novejši materiali so izdelani z namenom povečevanja toplotne prevodnosti in prepustnosti za vodno paro. Ker je udobje odvisno od pacienta, smo mnenja, da bi bilo v nadaljnje raziskave treba vključiti tudi paciente.
Ključne besede: proteze, toplotna prevodnost, prepustnost za vodno paro, termoplasti, kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni, protetične nogavice
ABSTRACT
Introduction: In addition to their original function, prosthetic accesssories function as a barrier between the environment and patient's skin. Two properties of the material from which the accessory is made are crucial for patient’s comfort: thermal conductivity and water vapour permeability. Human body maintains a constant body temperature through sweating, so it is very important that materials enable water permeability and ensure a dry environment around the residual limb to help prevent dermatological problems. Purpose: The purpose of this graduation thesis is to determine thermal conductivity and water vapour permeability of the selected prosthetic materials. Based on measurement results and data found in the relevant literature, we estimated the effect of the examined properties (thermal conductivity and water vapour permeability) of prosthetic materials on patient's comfort. Methods: Water vapour permeability was determined by an experiment, conducted in compliance with the requirements of SIST EN ISO 7783:2018. Measurements of thermal conductivity (or thermal transmissivity) complied with the requirements of SIST EN 12667:2002. Thermal conductivity was measured using a device made of two plates with different temperatures, between which a sample of the material was inserted. For measuring water vapour permeability, measuring cups were used. We weighed the cups in a certain time interval, thus determining water transmission through the tested material from the area with higher humidity to the area with lower humidity. Results: The experiment included selected materials, which prosthesis is made of, i.e. polyethylene, polypropylene, Plastazote, Polyform, and carbon fibre reinforced polymer composite. We also measured the materials used for prosthetic socks. Thermal conductivity values were the lowest for foamed thermoplastic materials, ranging from 0.03 to0.09 W/mK. The highest values were measured for non-foamed thermoplastic materials, ranging from 0.12 to 0.22 W/mK. Foamed materials are more water permeable (μ = 46 for Plastozote) than non-foamed polymer and carbon fibre reinforced composites (μ > 2000). Discussion and conclusion: The selection of an appropriate accessory is especially important for patients’s comfort and well-being, as it allows them to avoid dermatological problems, which may arise as a result of the humid and hot environment inside the prosthesis. The results showed that materials have different properties that vary considerably, and that more recently developed materials are made with the intent to increase thermal conductivity and water vapour permeability. Since actually perceived comfort depends on the patient, we believe that further research would benefit from their cooperation.
Keywords: prostheses, thermal conductivity, water vapour permeability, thermoplastic materials, carbon fibre reinforced composites, prosthetic liner
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... 1
1.1 Proteze ... 2
1.2 Toplotna prevodnost v ortopedskem pripomočku ... 2
1.3 Prepustnost za vodno paro v ortopedskem pripomočku ... 3
1.4 Polimeri in kompoziti ... 4
1.5 Suspenzija ... 4
2 NAMEN ... 6
3 METODE DELA... 7
3.1 Toplotna prevodnost ... 7
3.1.1 Opis eksperimenta ... 7
3.2 Prepustnost za vodno paro ... 8
3.2.1 Opis eksperimenta ... 9
4 REZULTATI ... 11
4.1 Rezultati merjenja toplotne prevodnosti ... 11
4.2 Rezultati merjenja prepustnosti za vodno paro... 11
5 RAZPRAVA ... 15
6 ZAKLJUČEK ... 23
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI... 24
7.1 Dokumentacijski viri ... 28
KAZALO SLIK
Slika 1: Razporeditev temperatur na krnu po izvajanju aktivnosti (Peery et al., 2006). ... 3 Slika 2: Princip delovanja naprave za merjenje toplotne prevodnosti preskušancev. Shema prikazuje presek merilne naprave, kjer je preskušanec vstavljen med dvema ploščama. ... 8 Slika 3: Princip delovanja sistema za merjenje prepustnosti za vodno paro preskušancev.
Shema prikazuje prerez merilne posodice z vstavljenim preskušancem nad nasičeno raztopino (NH4)H2PO4, ki je na straneh zatesnjen z voskom. ... 10
KAZALO TABEL
Tabela 1: Toplotna prevodnost polipropilena, Plastozota, protetičnih nogavic iz silikona,
poliuretana in termoplastičnega elastomera. ... 11
Tabela 2: Relativna difuzijska upornost vodne pare in koeficient prepustnosti za vodno paro izbranih materialov. ... 14
Tabela 3: Toplotna prevodnost izbranih materialov za izdelavo protez. ... 15
Tabela 4: Prepustnost za vodno paro izbranih materialov za izdelavo protez. ... 17
Tabela 5: Toplotna prevodnost protetičnih nogavic. ... 18
KAZALO GRAFOV
Graf 1: Spreminjanje mase polipropilena v odvisnosti od časa. ... 12
Graf 2: Spreminjane mase polietilena v odvisnosti od časa. ... 12
Graf 3: Spreminjanje mase Plastozota v odvisnosti od časa. ... 13
Graf 4: Spreminjanje mase Poliforma v odvisnosti od časa. ... 13
Graf 5: Prikaz toplotne prevodnosti materialov za izdelavo protez. ... 16
Graf 6: Prikaz toplotne prevodnosti protetičnih nogavic. ... 18
Graf 7: Prikaz prepustnosti za vodno paro izbranih protetičnih materialov. ... 20
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC IN OKRAJŠAV
HDSS lestvica resnosti hiperhidroze bolezni
PP polipropilen
PE polietilen
𝜆 koeficient toplotne prevodnosti μ koeficient prepustnosti vodne pare
PU poliuretan
TPE termoplastični elastomer
1
1 UVOD
Ortotika in protetika sta vedi, ki obstajata že več kot 5000 let (Thurston, 2007). Ortotika se ukvarja z izdelavo ortoz – zunanjih pripomočkov, ki pomagajo pri podpori in gibanju določenega dela telesa. Protetika pa se ukvarja z izdelavo protez – pripomočkov, ki nadomestijo manjkajoče dele udov. Obema vrstama pripomočkov je skupno, da pacientu nudita oporo ter tako omogočata njegovo normalno delovanje in gibanje. Bistvene lastnosti ortoze in proteze so majhna masa, visoka togost, odpornost na strižne sile, visoka natezna in tlačna trdnost, obstojnost proti udarcem ter enostavno nameščanje in snemanje pripomočka (Shahar et al., 2019).
Tako proteza kot ortoza morata biti za pacienta udobni; pacientov krn je namreč konstantno utesnjen v protetičnem ležišču, kar lahko povzroči prekomerno potenje. Povišana temperatura v ležišču lahko privede do dermatoloških problemov, kot je alergijski kontaktni dermatitis in druge infekcije (Levy, 1980). Temperatura v protezi in ortozi se lahko še dodatno poveča med pacientovimi aktivnostmi, zato je pomembno, kakšne materiale uporabimo za izdelavo teh pripomočkov. Na voljo so različni materiali, kot so les, kovina, usnje, plastika in razni kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni (Shahar et al., 2019). Zelo pomembno je, da materiali dobro prevajajo toploto in so prepustni za vodno paro, saj tako vzdržujejo optimalno temperaturo v ležišču (Han et al., 2016).
V diplomskem delu so podrobneje predstavljeni materiali, ki se uporabljajo v protetiki, predvsem pri izdelavi nožnih protez. Izbranim protetičnim materialom smo določili toplotno prevodnost in prepustnost za vodno paro. Na podlagi rezultatov meritev in podatkov iz literature smo ovrednotili vpliv preiskovanih lastnosti protetičnih materialov (toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro) na pacientovo udobje.
2
1.1 Proteze
Proteza je zunanje nameščen pripomoček, ki nadomesti pomanjkljiv del okončin. Pacientu omogoča funkcionalno, neodvisno in dostojno življenje (WHO – World Health Organization, 2017). Poznamo epiteze, to so proteze manjkajočih delov obraza na primer nosu ali oči (Thiele et al., 2015) ter proteze za zgornje in spodnje ude.
Človeška koža je vsakodnevno v stiku z različnimi materiali, ki imajo nanjo negativen vpliv (Li et al., 2011). Protetični pripomoček deluje kot nekakšna pregrada med okolico in kožo pacienta. Zelo pomembno je, iz kakšnega materiala je narejen ortopedski pripomoček, saj sta od vrste materiala odvisni tudi toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro, ki vplivata na pacientovo udobje (Klute et al., 2007). Povišana temperatura v pripomočku povzroča prekomerno potenje, kar lahko vodi v dermatološke težave (Webber, Davis, 2015).
Pojavijo se lahko akroangiodermatitis, alergjski kontaktni dermatitis, razne spremembe epidermisa, infekcije in/ali razjede na koži (Meulenbelt et al., 2007).
1.2 Toplotna prevodnost v ortopedskem pripomočku
Toplotna prevodnost je fizikalna lastnost materiala, definirana kot energija, ki jo prepušča material glede na površino in temperaturno razliko. Koeficient toplotne prevodnosti (𝜆) je značilen za določen material in se med materiali razlikuje. Višja kot je vrednost 𝜆, bolje material prevaja toploto. Takim materialom pravimo toplotni prevodniki. Z nižanjem vrednosti 𝜆 se toplota skozi material slabše prevaja. Materialom, katerih 𝜆 je nekaj stotink do desetink W/mK, pravimo toplotni izolatorji (Çengel, 2008).
Peery je s sodelavci (2005) na podlagi testov določil, da je temperatura na krnu v ležišču v primerjavi s preostalim telesom višja za približno 2°C. Opazili so tudi, da je koža najhladnejša na proksimalni anteriorni površini, najbolj vroča pa v posteriornem delu transtibialnega krna.
3
Slika 1: Razporeditev temperatur na krnu po izvajanju aktivnosti (Peery et al., 2006).
Kot prikazuje slika 3, je najhladnejši del krna v predelu kosti, medtem ko so najvišje temperature v predelu mišic (Huff et al., 2008). Čeprav te študije dobro opišejo temperaturno porazdelitev po krnu, ne opredelijo jasnega vpliva teh temperaturnih razlik na pacientovo počutje. Težko je namreč ugotoviti, katera temperatura v ležišču je za individualnega pacienta najustreznejša, saj je to zelo subjektivno in se razlikuje od pacienta do pacienta (Webber, Davis, 2015).
Že v času sedenja je temperatura povišana, z opravljanjem dnevnih aktivnosti pa se lahko še dodatno poviša, zato je posebej pomembna izbira materiala, ki dobro prevaja toploto in tako omogoča večje pacientovo udobje (Han et al., 2016).
1.3 Prepustnost za vodno paro v ortopedskem pripomočku
Koža je največji organ v človeškem telesu in služi kot ščit pred zunanjimi vplivi. Njen dermis oz. usnjica vsebuje žleze, ki svoje tekočine skozi pore izločajo na površino kože in tako uravnavajo temperaturo telesa (Bertels, Kettwig, 2011). Prepustnost za vodno paro je fizikalna lastnost materiala, ki določa, koliko vodne pare v časovni enoti preide skozi enoto površine določenega materiala. Hitrost prehajanja vodne pare pa je poleg vrste materiala odvisna od debeline materiala, temperature in robnih pogojev, tj. razlike med relativno vlago na eni in na drugi strani materiala (Zupan, 2000).
Dolžina krna (mm)
Temperatura (°C)
4
1.4 Polimeri in kompoziti
V protetiki se pogosto uporabljajo nepenjeni termoplasti, kot sta polietilen in polipropilen, penjeni termoplasti, kot sta Poliform in Plastozot, ter kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni.
Polimeri imajo majhno gostoto ter so v večini kemično odporni in cenovno ugodni materiali (Huang et al., 2018). V splošnem imajo nizko toplotno prevodnost, od 0,04 do 0,19 W/mK , kar pomeni, da slabo prevajajo toploto. Toplotno prevodnost polimerom lahko povečamo z vgrajevanjem snovi z visoko toplotno prevodnostjo (Song, Zhang, 2019).
Nepenjeni termoplasti se uporabljajo za izdelavo protetičnega ležišča, njihova naloga pa je zaščita kostno prominentnih točk pred obrabo. Poznamo odprto in zaprto celične materiale.
Zaprto celični materiali ne omogočajo prehajanja plinov in tekočin skozi material, kar vpliva na udobje znotraj pripomočka pacienta. Ob aktivnosti se poviša pacientova temperatura kože, saj so mišice aktivne in se segrevajo, kar povzroča potenje (Chui et al., 2020).
Kompoziti so materiali, sestavljeni iz več različnih materialov (Kim et al., 2019).
Najpogostejši kompoziti v protetiki so laminirana ležišča, ojačena z ogljikovimi vlakni.
Uporabna so zaradi svoje majhne gostote, dobrih mehanskih lastnosti in relativno visoke toplotne prevodnosti (Zheng et al., 2019). V laminiranem pripomočku, ki sestoji iz polimerne matrice (smole) in ojačitvenega materiala (ogljikova vlakna) je toplotna prevodnost odvisna od količinskega razmerja med polimerom (smolo) in ogljikovimi vlakni.
V ortotiki in protetiki naj bi bilo to razmerje zelo veliko. V tej industriji je kot matrica pogosto uporabljena epoksidna smola, katere toplotna prevodnosti znaša približno 0,17 W/mK (Fu et al., 2014). Pri kompozitu je treba upoštevati oba materiala, pri čemer večji delež polimerne matrice zmanjšuje toplotno prevodnost (Kelly, Haynes, 2014).
1.5 Suspenzija
Poleg izbire ustreznega materiala za izdelavo ortopedskega pripomočka imata pri prevajanju toplote in prepustnosti za vodno paro v protetičnem ležišču pomembno vlogo suspenzija, ki označuje način pritrjevanja proteze na krn, in protetična nogavica. Izbira ustrezne protetične nogavice je odvisna od oblike krna, tkiva okoli krna, oblike ležišča, predvidene spremembe volumna krna in ravni pacientove aktivnosti. Med aktivnostmi se koža in nogavica premikata
5
in ustvarjata majhno silo trenja. Manjša kot je sila trenja, večje je premikanje (t.i. pistoning) v protetičnem ležišču, kar pomeni neustrezno suspenzijo. Premikanje v ležišču, nizka toplotna prevodnost in majhna prepustnost za vodno paro nogavic ustvarjajo povišano temperaturo v ležišču, kar povzroča prekomerno potenje krna (Cagle et al., 2017).
Hiperhidroza ali prekomerno potenje je problem, s katerim se pogosto soočajo amputiranci (Charrow et al., 2008). Nogavica se zaradi svoje elastične strukture popolnoma oprijema krna, kar omejuje odvajanje znoja. Material zapira pore in s tem povzroča potenje znotraj protetične nogavice, saj imajo protetični materiali večinoma majhno prepustnost za vodno paro (Ghoseiri et al., 2016). Ustvarja se vlažno okolje, ki povzroča kožne težave, bolečine in slabo suspenzijo (Berke et al., 2010), vse to pa lahko vodi v hujše, že predhodno omenjene dermatološke težave (Wernke et al., 2015).
Udobje, mobilnost in splošno zadovoljstvo s protezo je za amputiranca zelo pomembno, za vse to pa je bistvena ustrezna suspenzija. Njena naloga je držati protetično ležišče in krn tesno skupaj ter med njima zmanjšati premikanje oz. pistoning (Ali et al., 2012). Poznamo več vrst suspenzij oziroma načinov pritrjevanja ležišča na krn, kot so ključavnica, osteointegracija, ležišče z naslonom na patelarni ligament, vakuum in druge (Gholizadeh et al., 2014).
Nogavica je v direktnem kontaktu s protetičnim ležiščem ter kožo krna in je pomembna za dobro suspenzijo. V ležišču prenaša obremenitve in enakomerno porazdeljuje pritisk (Lin et al., 2004), prav tako je zaželeno, da dobro prevaja toploto in prepušča vodno paro. Z neudobjem v ležišču zaradi povišane temperature se srečuje več kot 53% amputirancev (Williams et al., 2018). V diplomski nalogi so bili uporabljeni poliuretanski (PU), silikonski in termoplastični elastomeri (TPE), iz katerih so večinoma narejene protetične nogavice.
6
2 NAMEN
Namen diplomske naloge je bil s poskusom in s pomočjo podatkov iz literature izbranim protetičnim materialom določiti toplotno prevodnost in prepustnost za vodno paro. Na podlagi rezultatov meritev in podatkov iz literature smo ovrednotili vpliv preiskovanih lastnosti protetičnih materialov (toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro) na pacientovo udobje. Postavljene so bile naslednje hipoteze.
H1 Protetični materiali splošno veljajo za manj prevodne za toploto in vodno paro.
H2 Materiali za protetične nogavice bolje prevajajo toploto in so bolj prepustni za vodno paro kot materiali, iz katerih je narejena proteza.
H3 Proteze iz termoplastičnih materialov bolje prevajajo toploto in so bolj prepustne za vodno paro kot proteze, narejene iz kompozitnih materialov.
H4 Proteze iz penjenih termoplastičnih materialov v primerjavi z nepenjenimi materiali slabše prevajajo toploto, a so bolj prepustni za vodno paro.
H5 Prepustnost za vodno paro in toplotna prevodnost materialov, iz katerih je izdelana proteza, vplivata na pacientovo udobje.
7
3 METODE DELA
Poleg eksperimentalnih metod dela smo se poslužili tudi deskriptivne metode s pregledom literature. Eksperimentalne rezultate smo primerjali z rezultati iz literature.
3.1 Toplotna prevodnost
Toplotna prevodnost je fizikalna lastnost materiala, definirana kot energija, ki jo prepušča material glede na površino, debelino in temperaturno razliko. Koeficient toplotne prevodnosti (𝜆) je značilen za določen material in se med materiali razlikuje. Višja kot je vrednost 𝜆, bolje material prevaja toploto. Za vsak material smo izračunali koeficient toplotne prevodnosti po naslednji enačbi:
𝜆 =𝑞∙𝑑
𝛥𝑇 , (1)
pri čemer d pomeni debelino materiala, ∆𝑇 razliko med temperaturama hladne in tople plošče, q pa predstavlja gostoto toplotnega toka, ki teče skozi material in se izračuna po enačbi za moč:
𝑃 = 𝑞 ∙ 𝑆 → 𝑞 =𝑃
𝑆 , (2) pri čemer je P moč (W), S pa površina materiala (𝑚2). Toplotno prevodnost smo določili s poskusom po zahtevah SIST EN 12667:2002.
3.1.1 Opis eksperimenta
Meritve smo opravili z enoploščnim merilnikom toplotne prevodnosti, merili pa temperaturno razliko na vzorcu in toplotni tok skozi vzorec. Naprava (Slika 2) je lastne izdelave in je prilagojena manjšim vzorcem. V osnovi je podobna napravi, opisani v standardu SIST EN 12667:2002, le da ta omogoča meritve na manjših vzorcih. Meritev temelji na enodimenzionalnem stacionarnem prevajanju toplote. Za določitev toplotne prevodnosti so potrebne sledeče količine: debelina vzorca, temperaturna razlika na vzorcu in toplotni tok skozi vzorec. Predpostavljali smo, da je prevajanje v srednjem delu vzorca potekalo v eni smeri, kar smo dosegli z ustrezno geometrijo vzorca in primerno izbranimi
8
temperaturami. Oblika vzorca mora biti čim bolj podobna plošči, srednja temperatura na vzorcu pa čim bližje temperaturi okolice. Puščice na sliki 2 prikazujejo smer toplotnega toka.
Slika 2: Princip delovanja naprave za merjenje toplotne prevodnosti preskušancev. Shema prikazuje presek merilne naprave, kjer je preskušanec vstavljen med dvema ploščama.
3.2 Prepustnost za vodno paro
Prepustnost za vodno paro je fizikalna lastnost materiala, ki določa, koliko vodne pare v časovni enoti preide skozi enoto površine določenega materiala. Hitrost prehajanja vodne pare je odvisna od debeline materiala, temperature in robnih pogojev, tj. razlike med relativno vlago na eni in na drugi stani materiala. Za vsak preskušanec smo izračunali hitrost prehajanja vodne pare (V) na površinsko enoto, in sicer tako, da smo spremembo mase celotnega sistema (preskušanca, vgrajenega v posebno posodo – čašo) delili s časom izpostave in izpostavljeno površino preskušanca. Hitrost prehajanja vodne pare (V) pove, kolikšna masa vodne pare je v določeni časovni enoti prešla skozi vzorec z določeno površino pod določenimi robnimi pogoji relativne vlažnosti. Izračunamo jo po enačbi:
𝑉 = 24 ∙ 𝑝
𝑝0∙𝐺
𝑆, (3) pri čemer je G sprememba mase vzorca v časovni enoti (enota je g/h), S površina preskušanca, 𝑝
𝑝0 pa razmerje med standardnim atmosferskim tlak in tlakom na mestu meritev. Izrazimo jo z enoto g
m2 ∙ 24h. Sledi izračun koeficienta δ, izraženega z enoto 𝑔
𝑚∙𝑑𝑎𝑛∙𝑃𝑎, po enačbi:
𝛿 =𝑉 ∙𝑑
𝛥𝑝 , (4)
9
pri čemer je d debelina premaza, 𝛥p pa razlika parcialnih tlakov vodne pare na obeh straneh preskušanca. Relativna difuzijska upornost vodne pare sD pomeni debelino mirujoče zračne plasti, ki ima pod enakimi pogoji enako prepustnost za vodno paro kot izmerjeni vzorec, izrazimo pa jo v metrih. Primer: 𝑠𝐷 v vrednost 0,1 m pomeni, da ima izmerjeni preskušanec enako prepustnost za vodno paro kot zračna plast z debelino 0,1 m. Izračunamo jo tako, da δ zraka (𝛿𝐿) delimo s δ preskušanca in pomnožimo z debelino preskušanca:
𝑠𝐷 = 𝛿𝐿 ∙𝑑
𝛿 . (5) Koeficient prepustnosti za vodne pare (μ) dobimo, če 𝑠𝐷 delimo z debelino vzorca d.
Koeficient prepustnosti za vodno paro je brez enote (Škapin, 2008):
𝜇 =𝑠𝐷
𝑑 . (6)
Prepustnost za vodno paro smo določili s poskusom po zahtevah SIST EN ISO 7783 (2018).
Omenjeni standard je prvenstveno namenjen določanju prepustnosti za vodno paro bolj prepustnih materialov. Pri izračunu manj prepustnih materialov moramo biti pozorni na rezultate, ki močno odstopajo od drugih; te je namreč treba izpustiti ali preskus ponoviti.
Hitrost prehajanja vodne pare ni vedno linearno odvisna od debeline materiala ali temperaturne razlike v relativni vlažnosti. Rezultate je treba primerjati z meritvami, izvedenimi pri različnih pogojih.
3.2.1 Opis eksperimenta
Prepustnost za vodno paro smo določali po t. i. metodi določanja v čaši (ang. cup method).
(𝐍𝐇
𝟒)𝐇
𝟐𝐏𝐎
𝟒Material
Vosek Vosek
10
Slika 3: Princip delovanja sistema za merjenje prepustnosti za vodno paro preskušancev.
Shema prikazuje prerez merilne posodice z vstavljenim preskušancem nad nasičeno raztopino (𝑁𝐻4)𝐻2𝑃𝑂4, ki je na straneh zatesnjen z voskom.
Za izvedbo tega eksperimenta smo uporabili posebej oblikovane merilne posodice (Slika 3), ki smo jih napolnili z nasičeno raztopino amonijevega dihidrogen-fosfata ((NH4)H2PO4) do višine 1 cm pod nastavkom za vzorec, skladno z zahtevami SIST EN ISO 7783 (2018). S pomočjo nasičene raztopine (NH4)H2PO4 smo zagotovili 93 odstotno relativno vlažnost v čaši pri temperaturi 23 °C. V posodice smo nato nad nasičeno raztopino položili preskušance (vzorec materiala) z debelino 3 mm, ki smo jih omejili z obročastimi šablonami s predpisanim premerom. Za zatesnitev zunanjega dela vzorcev smo izbrali material, ki ima dober oprijem na vse dotične površine. Uporabili smo mešanico mikrokristaliničnega in prečiščenega parafinskega voska. Preskušance smo nato postavili v prostor s kontrolirano temperaturo in vlago (23 °C in 50 % relativna vlažnost) in jih tehtali v primernih časovnih presledkih (npr. vsakih 24 ur), pri čemer je bila izbira razmika med tehtanjem odvisna od hitrosti prehajanja vodne pare merjenih preskušancev. Tehtali smo jih dokler nismo dobili najmanj pet konstantnih sprememb mase. Hitrost prehajanja vodne pare smo določili s tehtanjem, in sicer kot količino vodne pare, ki pri temperaturi 23 °C v časovni enoti prek vzorca preide iz merilne posodice v prostor s 50 % relativno vlago.
Hitrost prehajanja vodne pare ni vedno linearno odvisna od debeline materiala ali temperaturne razlike v relativni vlažnosti, zato ni mogoče primerjati rezultate meritev, ki so bili izvedeni pod različnimi pogoji. Za koristno uporabo izmerjenih vrednosti v realnih primerih je zelo pomembno, da so pogoji testiranja čim bolj podobni pogojem dejanske uporabe.
11
4 REZULTATI
4.1 Rezultati merjenja toplotne prevodnosti
Toplotno prevodnost polimernih materialov in kompozitov, ojačenih z ogljikovimi vlakni smo preverjali po postopku opisanem v podpoglavju 3.1.1. Toplotno prevodnost smo izmerili naslednjim materialom: polipropilenu, Plastozotu ter protetičnim nogavicam iz silikona, poliuretana in termoplastičnega elastomera. Izmerjene toplotne prevodnosti materialov so prikazane v Tabeli 1. Toplotno prevodnost vsakega materiala smo izmerili le enkrat (ena paralelka), zato ne moremo podati standardne deviacije.
Tabela 1: Toplotna prevodnost polipropilena, Plastozota, protetičnih nogavic iz silikona, poliuretana in termoplastičnega elastomera.
Material Meritve λ (W/mK)
polipropilen 0,216
Plastozot 0,045
silikon 0,140
poliuretan 0,131
termoplastični
elastomer 0,139
4.2 Rezultati merjenja prepustnosti za vodno paro
Proteze so dandanes narejene predvsem iz kompozitov, ojačenih z ogljikovimi vlakni, in polimernih materialov. Kot predstavnike polimerov smo izbrali naslednje nepenjene materiale: polietilen, polipropilen ter penjena polietilena: Poliform in Plastozot. Med raziskavo smo ugotovili, da vodna para prehaja skozi materiale linearno oz. časovno enakomerno, kot prikazujejo spodnji grafi.
12
Številke v legendi so za lastno orientacijo, kateri vzorec po vrsti smo izbrali med vsemi izmerjenimi. Na ordinatni osi je nanešena absolutna vrednost spremembe mase.
Graf 1: Spreminjanje mase polipropilena v odvisnosti od časa.
Graf 2: Spreminjane mase polietilena v odvisnosti od časa.
Na Grafu 2 smo upoštevali prve štiri meritve (prve štiri točke na grafu), saj kot prikazuje graf, zadnji dve meritvi (zadnji dve točki) močno odstopata od drugih (verjetno je para uhajala skozi zatesnitev).
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
𝛥mase (g)
t (h)
Polipropilen
PP - 1 (g) PP - 3 (g)
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
𝛥mase (g)
t (h)
Polietilen
PE - 1 (g) PE - 2 (g)
13
Graf 3: Spreminjanje mase Plastozota v odvisnosti od časa.
Graf 3 ima zgolj eno meritev, saj smo merili le dva preskušanca, pri čemer je čez drugega začela uhajati para, zato meritev ni bila več realna.
Graf 4: Spreminjanje mase Poliforma v odvisnosti od časa.
0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
𝛥mase (g)
t (h)
Plastozot
Plastozot - 1 (g)
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
𝛥mase (g)
t (h)
Poliform
Poliform - 1 (g) Poliform - 2 (g) Poliform - 3 (g)
14
Tabela 2: Relativna difuzijska upornost vodne pare in koeficient prepustnosti za vodno paro izbranih materialov.
Meritve v diplomski nalogi
Material sD (m) st. dev (%) μ (/) st. dev (%)
PP 11,4 ± 2,9 3798 ± 9,7
PE 13,7 ± 5,4 4553 ± 1,8
Plastozot 0,14 ± 1,3 46 ± 4,3
Poliform 6,5 ± 8,0 2162 ± 2,7
*Navedene standardne deviacije prikazujejo odstopanja posamezne meritve.
Za posamezen material smo izmerili od 2 do 4 paralelke. Pri rezultatih nismo upoštevali srednje vrednosti sD in μ vseh paralelk, temveč le tiste, ki so bile ustrezno zatesnjene (določenim preskušancem je vodna para uhajala skozi zatesnitev).
15
5 RAZPRAVA
Namen diplomskega dela je bil določiti toplotno prevodnost in prepustnost za vodno paro naslednjim materialom: nepenjenima termoplastoma polietilenu in polipropilenu, penjenima polietilenoma Plastozotu in Poliformu, kompozitu, ojačenim z ogljikovimi vlakni, ter protetičnim nogavicam iz termoplastičnega elastomera, silikona in poliuretana. Rezultate smo pridobili na podlagi meritev in podatkov iz literature, s pomočjo katerih smo ocenili vpliv toplotne prevodnosti in prepustnosti za vodno paro protetičnih materialov na pacientovo udobje. Zastavili smo pet hipotez, o katerih bomo razpravljali v nadaljevanju.
Materiale lahko glede na njihovo toplotno prevodnost razdelimo na prevodnike in izolatorje.
Kot že ime pove, prevodniki za razliko od izolatorjev dobro prevajajo toploto skozi material.
Glede na pridobljene rezultate smo H1 potrdili. Ugotovili smo, da sta toplotna prevodnost in prepustnost za vodno paro pri vseh izbranih materialih nizki. To pomeni, da so protetični materiali slabi prevodniki toplote (t. i. toplotni izolatorji). Proizvedena toplota v telesu se tako slabše odvaja prek protetičnega pripomočka. Çengel (2008) je koži predpisal koeficient toplotne prevodnosti v višini 0,37 W/mK. Glede na rezultate meritev protetičnih materialov in podatke iz literature (Klute et al., 2007; Webber et al., 2014; Grahek, 2016) je vrednost toplotne prevodnosti materialov nižja od prevodnost kože, toplotna prevodnost penjenih materialov pa je do desetkrat nižja. Rezultati so prikazani v tabeli 3.
Tabela 3: Toplotna prevodnost izbranih materialov za izdelavo protez.
Material
Meritve λ Klute et al.
(2007)
Meritve λ Grahek
(2017)
Meritve λ Webber et al.
(2014)
Meritve λ Ferjančič (2014)
Meritve λ (v diplomski
nalogi)
polipropilen 0,150 0,105 0,189 0,150 0,216
polietilen 0,150 0,120 0,189 0,190 /
Plastozot° 0,085° 0,034 / 0,060 0,045
Poliform° 0,091° 0,048 / 0,040 /
16 ogljikova
vlakna * 0,148 / 0,141 0,140 /
⁕Pri Grahek (2017) so bili vzorci pretanki in ni bilo mogoče izmeriti vrednosti.
°Klute et al. (2007) niso izmerili poliforma in Plastozota kot penastih materialov, zato smo izbrali rezultate penastih materialov s podobnimi lastnostmi.
•V literaturi ni podatka o standardni deviaciji oziroma o eksperimentalnih napakah meritev, napake naših meritev pa so zapisane v poglavju Rezultati.
Graf 5: Prikaz toplotne prevodnosti materialov za izdelavo protez.
Če si predstavljamo, kako dobro naša koža prevaja toploto in vodno paro (pot) ter da je vrednost njene toplotne prevodnosti glede na prevodnost izbranih materialov dvakrat večja (od penjenih materialov pa do desetkrat večja), lahko H1, ki govori o splošni slabi prevodnosti toplote protetičnih materialov, potrdimo. Pri prepustnosti za vodno paro pa je ravno obratno: višja kot je vrednost koeficienta prepustnosti za vodno paro, slabša je prepustnost za vodno paro. Nepenjeni termoplastični materiali in kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni, imajo zelo visoke vrednosti prepustnosti za vodno paro (Tabela 4), kar pomeni, da vodno paro slabo prepuščajo. Zaradi višjih temperatur pod protetičnim pripomočkom začne koža izločati pot, ki se v obliki vodne pare prav tako slabše odvaja skozi protetični material. Tako okolje – višja temperatura in vlažnost, lahko povzroči dermatološke težave in rast mikroorganizmov.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Polipropilen Polietilen Plastozot Poliform Ogljikova vlakna
λ(W/mK)
Material
Toplotna prevodnost materialov za izdelavo protez
Meritve λ (v diplomski nalogi) Meritve λ Ferjančič (2014) Meritve λ Webber et al. (2014) Meritve λ Grahek (2017) Meritve λ Klute et al. (2007)
17
Tabela 4: Prepustnost za vodno paro izbranih materialov za izdelavo protez.
Material Meritve μ (/) Grahek (2017)
Meritve μ (/) (v diplomski nalogi)
Polipropilen 4948 3798
Polietilen 2227 4553
Plastozot 78 46
Poliform 989 2162
kompozit, ojačen z
ogljikovimi vlakni 2744 /
Z dobljenimi rezultati smo hipotezo H2 ovrgli. Če rezultate toplotne prevodnosti izbranih materialov, iz katerih je narejena proteza (Tabela 3), primerjamo z rezultati protetičnih nogavic (Tabela 5), ugotovimo, da so rezultati toplotne prevodnosti protetičnih nogavic primerljivi s tistimi, ki smo jih izmerili nepenjenima PE in PP (Tabela 3).
18
Tabela 5: Toplotna prevodnost protetičnih nogavic.
Material Meritve λ Klute et al. (2007)
Meritve λ Webber et al.
(2014)
Meritve λ Cagle et al.
(2018)
Meritve λ (v diplomski
nalogi)
silikon 0,228 0,155 0,160 0,140
poliuretan / 0,148 0,160 0,131
termoplastični
elastomer 0,164 / 0,130 0,139
V literaturi Klute et al. (2007), Webber et al. (2014), Cagle et al. (2018) ni podatka o standardni deviaciji oziroma o eksperimentalnih napakah meritev.
Graf 6: Prikaz toplotne prevodnosti protetičnih nogavic.
Na podlagi teh rezultatov lahko hipotezo H2 delno potrdimo. Toplotna prevodnost PE je med 0,105 in 0,216 W/mK, PP pa med 0,120 in 0,190 W/mK. Medtem ko je toplotna prevodnost protetičnih nogavic med 0,130 in 0,228 W/mK. Ugotavljamo, da med nepenjenimi termoplasti in protetičnimi nogavicami ni bistvene razlike v toplotni prevodnosti. Toplotna prevodnost penjenih materialov (Plastozot, Poliform) pa se giba med 0,034 in 0,091 W/mK. V primerjavi s penjenimi materiali pa je toplotna prevodnost
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Silikon Poliuretan Termoplastični elastomer
λ(W/mK)
Material
Toplotna prevodnost protetičnih nogavic
Meritve λ (v diplomski nalogi) Meritve λ Cagle et al. (2018) Meritve λ Webber et al. (2014) Meritve λ Klute et al. (2007)
19
protetičnih nogavic očitno boljša, tako lahko le delno potrdimo H2. Med protetičnimi nogavicami toploto najbolje prevaja silikonska protetična nogavica (kot prikazuje graf 6), zato je tudi najprimernejša izbira za pacienta. Pri prepustnosti za vodno paro pa je ta največja pri penjenih materialih. Perforiranost penjenih materialov lahko še dodatno poveča prepustnost za vodno paro, saj ta lažje prehaja skozi luknjice v materialu. Meritev prepustnosti za vodno paro protetičnih nogavic nismo izvedli. Razlika med vrednostmi toplotne prevodnosti protetičnih nogavic in vrednostmi materialov za izdelavo protez ni velika, vendar se je treba zavedati, da sta za ustrezen protetičen pripomoček potrebna oba.
Tako toplota kot vodna para morata prehajati skozi oba materiala – protetično nogavico in ležišče. Optimalni pogoji na koži pod protezo so odvisni od vsakega posameznika (Webber, Davis, 2015) in se razlikujejo glede na letni čas, starost pacienta ipd. (Hansen et al., 2015).
Hipotezo H3 tudi lahko potrdimo. Kot je vidno v Tabeli 3, imata polipropilen in polietilen nekoliko višje koeficiente toplotne prevodnosti kot kompoziti, ojačeni z ogljikovimi vlakni.
Epoksidna smola ima toplotno prevodnost 0,17 W/mK, kar je podobno koeficientom nepenjenih termoplastov, a je treba v primeru karbonskih ležišč, ker so ogljikova vlakna s smolo vezana v kompozit, je potrebno upoštevati vrednosti toplotne prevodnosti tako ogljikovih vlaken kot tudi smole. Teoretično bi lahko znižanje količine smole pripomoglo k boljši toplotni prevodnosti in prepustnosti za vodno paro. Vendarle pa bi bili izdelki lahko zato manj trdni, kar bi lahko privedlo do zloma proteze in posledično ogrozilo pacienta (Kelly, Haynes, 2014). Poliform in Plastozot imata najnižje vrednosti, kar pomeni, da slabo prevajata toploto oz. sta dobra izolatorja. Kar zadeva rezultate prepustnosti za vodno paro, lahko hipotezo 3 le delno potrdimo. Tabela 4 prikazuje rezultate meritev prepustnosti za vodno paro izbranih protetičnih materialov. Nižja kot je vrednost koeficienta prepustnosti za vodno paro (μ), bolje material prepušča vodno paro.
20
Graf 7: Prikaz prepustnosti za vodno paro izbranih protetičnih materialov.
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 Polietilen Plastozot Poliform Ogljikova vlakna
μ(/)
Protetični material
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).
