Materiały · 12 min czytania

Lżejsze, bardziej naturalne materiały. Co włókno węglowe naprawdę zmienia

Artur Wąsowicz · 1 września 2026

Moja proteza waży mniej niż noga, którą zastąpiła. Przez pierwsze miesiące czułem coś odwrotnego. Kiedy zacząłem czytać, skąd bierze się ta różnica, okazało się, że materiał jest tylko połową odpowiedzi.

Z czego to jest zrobione

Zacznę od rozbioru, bo bez niego dalsza część nie ma sensu. Proteza uda to nie jeden przedmiot z jednego materiału. To sześć warstw, każda z innego tworzywa, każda z innego powodu.

Widać z tego jedną rzecz. Nie ma czegoś takiego jak proteza z włókna węglowego. Jest proteza, w której włókno węglowe robi dwie konkretne rzeczy: trzyma lej i pracuje jako sprężyna w stopie.

Po co jest włókno węglowe

Odpowiedź brzmi: nie po to, żeby było lżej. Lekkość jest skutkiem ubocznym, nie celem.

Sprężyna stopy musi zrobić coś dziwnego. Ugiąć się pod ciężarem ciała przy podparciu pięty, zgromadzić w sobie energię, oddać ją przy odbiciu palcami, i powtórzyć to około dwóch milionów razy, zanim pojawi się w niej pierwsze zmęczenie materiału. Metal, który wytrzymałby tyle cykli przy takim ugięciu, byłby albo za sztywny, albo za ciężki. Kompozyt węglowy potrafi to pogodzić, bo ma bardzo wysoką sztywność w stosunku do masy i dobrze znosi powtarzalne zginanie.

W literaturze te stopy nazywa się ESR albo ESAR, od energy storage and return. Magazynowanie i oddawanie energii. To nie jest marketingowa nazwa, tylko opis funkcji.

Druga rzecz, o której rzadko się mówi. Badanie z 2024 roku pokazuje, że większość pasywnych stóp ESR jest sztywniejsza niż biologiczna kostka, szczególnie przy wolnym chodzeniu, i oddaje mniej energii niż ludzka noga. Dla porównania, w tej samej pracy typowa lekka stopa pasywna waży 463 gramy, a badany protetyczny przegub o zmiennej sztywności 945 gramów. Dwa razy więcej. I to ta cięższa dawała lepsze wyniki biomechaniczne.

Nowsze nie znaczy lepsze

Tutaj przychodzi mój ulubiony wynik z całej tej dziedziny.

W 2021 roku opublikowano porównanie stopy z włókna węglowego ze stopą kompozytową na włóknie szklanym. Włókno szklane jest tańsze, cięższe i uchodzi za materiał gorszy. W badaniu stopa szklana dała większy zakres zgięcia grzbietowego stopy, wyższą generowaną moc w kostce i większe pochłanianie energii. Oddawanie energii wyszło bez różnicy. A badani ocenili jakość życia z protezą wyżej właśnie z tą stopą.

Jedno badanie niczego nie przesądza i nie twierdzę, że włókno szklane jest lepsze. Twierdzę coś węższego. Nazwa materiału na ulotce nie mówi Ci, jak stopa zachowa się pod Tobą. O tym decyduje geometria sprężyny, układ warstw i dobór sztywności do Twojej masy i aktywności. Materiał to punkt wyjścia, nie wynik.

Dlaczego tytan nie jest wszędzie

Tytan ma dobry stosunek wytrzymałości do masy i nie koroduje. Gdyby liczyła się tylko masa, cała proteza byłaby z niego. Nie jest, i to nie z powodu ceny.

Powód nazywa się ISO 10328. To norma opisująca badania wytrzymałościowe protez kończyn dolnych. Definiuje poziomy obciążenia oznaczone od P3 do P8, przypisane do przedziałów masy ciała użytkownika: P3 poniżej 60 kilogramów, P4 poniżej 80, P5 poniżej 100, P6 poniżej 125, P7 poniżej 150 i P8 do 175. Do tego dwa warianty obciążenia, jeden odwzorowujący moment podparcia pięty, drugi podparcia przodostopia. Badania są statyczne i zmęczeniowe, bo część uszkodzeń bierze się z jednego złego kroku, a część z miliona zwykłych.

Producent musi przejść próbę dla poziomu, który deklaruje. Jeżeli u kogoś o masie 120 kilogramów tytanowy adapter nie przechodzi P6, wchodzi stalowy. Cięższy, i to jest świadomy wybór, nie zaniedbanie. Kiedy protetyk mówi Ci, że nie da się tu dać lżejszej części, zwykle mówi właśnie o tym.

Czy lżejsza proteza jest lepsza

Wszyscy zakładają, że tak. Ja też tak zakładałem. Badania mówią coś innego i to jest najciekawszy fragment tego tematu.

Typowa proteza podudzia waży od pół kilograma do dwóch kilogramów. Noga, którą zastępuje, u człowieka ważącego 70 kilogramów to około czterech kilogramów. Proteza jest więc dwa do ośmiu razy lżejsza od tego, co zastąpiła. Mimo to ludzie po amputacji zgłaszają, że jest ciężka. Badanie opublikowane w Current Biology w 2021 roku zajęło się dokładnie tym rozjazdem i pokazało, że przywrócenie czucia przez pobudzanie nerwu obniża subiektywne odczucie ciężaru protezy. Ciężar nie zmienił się ani o gram. Zmieniło się to, na ile mózg uznał protezę za swoją.

Idźmy dalej. Przeprowadzono randomizowane badanie z podwójnie ślepą próbą, w którym dziesięciu osobom po amputacji na poziomie uda dokładano do protezy obciążniki wyglądające identycznie: 150 gramów, 770 gramów i 1625 gramów. Test dwuminutowego marszu nie wykazał istotnej różnicy między tymi trzema wariantami. Ponad połowa badanych wolała protezę dociążoną od najlżejszej.

Systematyczny przegląd z 1999 roku poszedł jeszcze dalej. Autorzy zestawili modele teoretyczne z badaniami eksperymentalnymi i napisali, że bezwładności dzisiejszych lekkich protez nie trzeba zmniejszać, a bywa, że trzeba ją zwiększyć.

Miejsce masy zamiast masy

Jest jednak wynik, który porządkuje ten bałagan, i on ma bezpośrednie przełożenie na dobór części.

W badaniu z 2022 roku czternaściorgu osobom po amputacji na poziomie uda dokładano 1,8 kilograma w trzech miejscach protezy: tuż nad kolanem, w połowie goleni i tuż nad stopą. Masa była za każdym razem ta sama. Wyniki nie.

Dociążenie tuż nad stopą podniosło koszt metaboliczny, obniżyło prędkość chodu i pogłębiło asymetrię czasu podparcia. Dociążenie nad kolanem i w połowie goleni nie pogorszyło niczego.

To zmienia pytanie. Nie chodzi o to, ile proteza waży, tylko gdzie ta masa siedzi. Każdy gram na końcu wahadła kosztuje wielokrotnie więcej niż gram przy biodrze, bo w ruchu wahadłowym liczy się moment bezwładności, a on rośnie z kwadratem odległości od osi obrotu. Dlatego producenci walczą o gramy w stopie, a w kolanie potrafią sobie pozwolić na hydraulikę, akumulator i elektronikę.

Praktyczny wniosek jest taki. Jeżeli ktoś proponuje Ci komponent cięższy o 200 gramów, ale za to lepszy funkcjonalnie, zapytaj, gdzie te 200 gramów wyląduje. Nad kolanem prawdopodobnie tego nie poczujesz. W stopie owszem.

Liner, czyli materiał, który dotyka skóry

O linerze mówi się mniej niż o stopie, a to on decyduje o tym, czy w ogóle chce Ci się protezę założyć. Materiały są trzy, plus żele na oleju mineralnym.

Silikon. Najsztywniejszy i najbardziej sprężysty z całej trójki, w ściskaniu, ścinaniu i rozciąganiu. Trwały. Dobrze trzyma kształt. Ma wysoki współczynnik tarcia o skórę, czyli mocno się jej trzyma.

Poliuretan. Płynie. To znaczy, że żel przemieszcza się z miejsc o wyższym ucisku w miejsca o niższym, więc rozkłada nacisk równiej. Ma najniższe tarcie z całej trójki. Wybór, o którym warto pomyśleć przy kikucie z bliznami i wystającą kością.

Elastomer termoplastyczny. Najbardziej miękki, najlepiej amortyzuje. Kosztem trwałości.

Jest jeszcze jeden szczegół, którego nie widać na ulotce. Tkanina na zewnątrz linera potrafi podnieść sztywność na rozciąganie o ponad dwieście procent. To ona ogranicza tłokowanie, czyli przesuwanie się kikuta w leju przy każdym kroku. Dwa linery z tego samego żelu, jeden z tkaniną, drugi bez, zachowają się zupełnie inaczej.

I rzecz, która mnie zaskoczyła najbardziej. Przewodność cieplna wszystkich trzech materiałów jest podobna i zbliżona do skóry wyprawionej. Żaden z nich nie odprowadza ciepła. Kiedy latem pod linerem robi się mokro, to nie jest wada Twojego egzemplarza. To fizyka materiału, którego jeszcze nikt nie zastąpił.

Co z tego wynika dla mnie

Trzy rzeczy, które zmieniły mój sposób patrzenia na karty katalogowe.

Pierwsza. Marketing sprzedaje materiał, a użytkownik odczuwa konstrukcję. Włókno węglowe w stopie taniej i w stopie sportowej to ta sama nazwa i dwa różne przedmioty.

Druga. Lekkość jest wartością warunkową. Warto o nią walczyć w stopie i w dolnej części goleni. Wyżej przestaje się liczyć, a upieranie się przy niej potrafi kosztować funkcję.

Trzecia, i ta jest dla mnie najważniejsza. Odczucie ciężaru protezy nie jest pomiarem ciężaru protezy. Kiedy noga wydaje się kloc, częściej chodzi o dopasowanie leja, zawieszenie i o to, ile z niej czujesz, niż o gramy. Wymiana części na lżejszą nie naprawi leja, który nie trzyma.

Czego jeszcze nie ma

Ten dział nazywa się Innowacje, więc powiem też, czego brakuje.

Nie ma materiału linera, który odprowadzałby ciepło. Nie ma sprężyny, która zmieniałaby sztywność sama z siebie bez silnika i akumulatora, choć protezy o zmiennej sztywności są już badane. Nie ma kosmetyki, która wygląda jak skóra i jednocześnie znosi codzienne użytkowanie.

Druk przyrostowy z tytanu i z tworzyw wchodzi do leja i do części nośnych, ale w Polsce jest to dziś pojedyncze wdrożenia, nie standard refundacyjny. Kiedy zmierzę to na własnej skórze, napiszę o tym osobno.

Artur Wąsowicz

Założyciel Fundacji Świat Bioniki, użytkownik protezy od 2020 roku