Computermodel efterligner mekanisme bag siddesår

En yderst ubehagelig bivirkning ved at være afhængig af en kørestol er, at man er i risikogruppen for at udvikle siddesår, eller 'tryksår'.

Tryksår er den mere generelle betegnelse for den slags sår, som også er meget almindelige hos mennesker, der igennem længere tid må være sengeliggende på grund af sygdom.

For mennesker, der i forvejen er ramt af skæbnen, kan tryksår med rette opfattes som at føje spot til skade – og derudover belaster udgifterne til behandling af tryksår yderligere sundhedsbudgetterne.

Tryksår er alt i alt et problem, som der er gode grunde til at gøre noget ved. Man kan sige, at dette er den alvorlige baggrund for mit ph.D.-projekt om tryksår hos kørestolsbrugere, som jeg har lavet ved Institut for Mekanik og Produktion ved Aalborg Universitet.

Tryksår og reaktionskræfter

Statistikken viser, at næsten alle kørestolsbrugere på et tidspunkt i deres liv vil opleve tryksår, som af gode grunde typisk vil opstå på deres bagdel – specielt under siddeknoglerne eller på halebenet.

Overordnet opstår tryksår, som navnet siger, på grund af en mekanisk belastning på en lille del af kroppen. Men udover denne trivielle konstatering ved man faktisk ikke i detaljer, hvilke mekanismer der er på spil, når vævet efterhånden nedbrydes.

Velfærdsteknologiske løsninger på problemerne med tryksår kræver derfor en større viden om, hvordan vævet reagerer på mekanisk belastning.

Min tilgang til sagen har i første omgang været at analysere de reaktionskræfter, der virker mellem en stol og en person, der sidder på den, og hvordan disse reaktionskræfter deformerer vævet under bagdelen.

Analysen kombinerer to computermodeller

Analysen er udført ved at kombinere to forskellige computermodeller, der henholdsvis kan udregne reaktionskræfter mellem stol og person, samt beregne deformationer på baggrund af reaktionskræfterne.

Første del af denne analyse foregår ved hjælp af en computermodel udviklet i softwaren 'AnyBody Modeling System', som er et modelleringssystem til at lave computermodeller af mennesker, der vekselvirker med et miljø som f.eks. en stol, en cykel, et bilsæde eller lignende. (Se boks under artiklen)

Når vi placerer vores siddende AnyBody-model i en virtuel stol, kan vi, ud fra hvordan modellen sidder, udregne reaktionskræfter mellem stol og person.

Disse kræfter bruges som input i en anden model af en siddende menneskekrop, udviklet af det tyske firma Wölfel, der har specialiseret sig i bilsædedesign.

Denne såkaldte 'Finite Element model' (FE-model) kan udregne deformationstilstanden af vævet under bagdelen, som er det væv, der er i risiko for skader.

Deformationstilstand af celler skal udregnes

Deformationstilstanden udregnet fra FE-modellen er i sig selv ikke meget værd, før man ved, hvad der skal til, for at vævet under bagdelen nedbrydes. (Se også boks 2 under artiklen)

Den videnskabelige litteratur på området antyder, at det bløde væv populært sagt ikke tåler at blive vredet i samme grad som blot at blive trykket sammen.

I hvilken grad, vævet kan tåle forskellige former for deformation, er dog stadig uklart.

Derfor er vi nu som det næste skridt i gang med laboratorieforsøg, hvor vi undersøger, hvilke typer belastninger cellerne kan holde til.

Celler påvirkes mekanisk

Forsøget går ud på at gro celler og påvirke dem med mekaniske deformationer, der kan sammenholdes med de deformationer, der bliver udregnet i FE-modellen.

Udfordringen er her, at det er svært at fastholde celler, samtidig med at man stimulerer dem mekanisk med en kontrolleret deformationstilstand.

Det første man skal gøre er at få umodne celler til at forme sig som almindelige muskelceller – dvs. celler, der er karakteriseret ved, at de enkelte celler så at sige smelter sammen til aflange fibre med mange cellekerner. Som umodne celler bruger vi et kommercielt tilgængeligt cellesystem, der er beregnet til at udsætte voksende celler for et tryk.

Vi har udviklet en metode, hvor vi ved at stimulere disse celler mekanisk får dem til at ensrette sig og ligge parallelt som i en muskel, når de går fra et umodent stadium til en tidlig type muskelfibre.

Nu arbejder vi på at fastholde 'muskelfibren' og udsætte den for mekaniske stimuli, der svarer til, at en person sidder på bagdelen.

Hvis vi på den måde kan komme til en grundlæggende forståelse af, hvorfor et tryksår starter under bagdelen, kan det gøre os i stand til at udvikle guidelines og produkter, der kan minimere risikoen for at udvikle tryksår.

Fra tryksår til sejlsport

De metoder, vi bruger til at forstå og afhjælpe tryksår, kan også bruges til mange andre ting, der involverer mennesker og en eller anden form for miljø.

Inden for design af sportsudstyr er der ofte meget at hente, da sportsudstyr normalt designes ud fra tradition, og hvad der er lettest at markedsføre – ikke ud fra en rationel tilgang.

Vi prøver derfor at hjælpe virksomheder med at udvikle metoder til, hvordan sportsudstyr kan udvikles og testes med henblik på at skabe de bedste forhold for personen, der skal bruge udstyret.

Eksempelvis samarbejder vi har med Harken, som er verdens største producent af sejlsportsudstyr, om udvikling af optimale metoder til håndtering af sejl mv.

Computermodeller udregner optimale forhold

De store kapsejladsbåde, som bl.a. bruges i Americas Cup, har ofte monteret såkaldte 'kaffemøller', til at drive de store spil, der justerer sejlene.

Kaffemøllerne har den højde, bredde og håndtagslængde, som de altid har haft, bygget på traditioner.

I samarbejde med Harken har vi taget den udfordring op at finde den optimale højde, bredde og håndtagslængde for besætningen på en kapsejladsbåd, så den kan performe bedst muligt.

Også i dette projekt bliver der lavet computermodeller og forsøg for at komme frem til det bedste design.