Computermodel efterligner mekanisme bag siddesår
Danske forskere forsøger at afsløre, hvorfor siddesår - eller 'tryksår' - opstår. Det gør de vha. computermodeller og laboratorieforsøg, hvor celler udsættes for mekanisk påvirkning. Metoderne kan bl.a. også bruges til udvikling af bedre sportsudstyr.

Vha. computermodeller af mennesker, der vekselvirker med f.eks. en stol, kan forskerne udregne reaktionskræfterne mellem personen og sædet. Dette baner vejen for at forstå, hvordan tryksår opstår. (Grafik: Christian Gammelgaard Olesen)

Vha. computermodeller af mennesker, der vekselvirker med f.eks. en stol, kan forskerne udregne reaktionskræfterne mellem personen og sædet. Dette baner vejen for at forstå, hvordan tryksår opstår. (Grafik: Christian Gammelgaard Olesen)
Partner Aktuel Naturvidenskab

Aktuel Naturvidenskab er et landsdækkende tidsskrift med nyheder og baggrund fra den naturvidenskabelige verden.

 

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

Fakta

Tryksår kan optræde alle steder på kroppen, men de mest udsatte områder er på hælen, omkring halebenet og siddeknoglerne. Tryksår inddeleles i fire kategorier, der går fra de mildeste tilfælde, som ses som rødmen af huden til de sværeste tilfælde, hvor vævet er forsvundet og knogle blotlagt. Hos kørestolsbrugere ses der ofte en ondartet type, hvor man på huden næsten ikke kan se noget, mens både muskelvæv og underhuden kan være voldsomt skadet.

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.

Et tryksår starter under bagdelen. I projektet vil vi forsøge at finde ud af hvorfor, da denne viden kan gøre os i stand til at udvikle guidelines og produkter, der kan minimere risikoen for at udvikle tryksår. (Foto: Wikimedia)

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.

Fakta

Ud over selve det mekaniske tryk spiller en række andre faktorer spiller ind ved udviklingen af tryksår, såsom forhøjet kropstemperatur, hudens fugtighed, dehydrering, inkontinens, Alzheimers sygdom mv. Samspillet mellem alle disse faktorer i udvikling af tryksår er dog ikke godt forstået. De samfundsmæssige omkostninger ved tryksår er meget store. Et engelsk studium fra 2004 har vist, at omkostningerne ved at behandle et enkelt tryksår i det engelske sundhedssystem varierede mellem 9.000 og 90.000 kr., og at omkostningerne til at behandle tryksår lagde beslag på ca. 4 procent af det samlede sundhedsbudget. I Danmark er der ikke tilsvarende sat tal på problemets omfang, men en undersøgelse på 10 danske hospitaler i 2005 viste, at ca. 33 procent af patienterne på daværende tidspunkt led af tryksår i forskellig grad.

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.

AnyBody  – modellering af menneskekroppen

AnyBody 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.

AnyBody begyndte i 1997 som et forskningsprojekt på Aalborg Universitet.

Projektet tiltrak hurtigt stor industriel interesse, bl.a. fra Ford i Tyskland, og i 2001 blev selskabet AnyBody Technology A/S stiftet i Nordjyllands Videnpark, NOVI. 

AnyBody Technology har siden udviklet og markedsført programmet og de tilhørende modeller over hele verden. Flere hundrede universiteter anvender i dag programmet og bidrager til den stadige udvikling og validering af modellerne.

Industrielt anvendes teknologien især til udvikling af ledimplantater og andre ortopædiske produkter samt til ergonomisk design.

Tøjning - et begreb inden for deformationslæren

Et vigtigt begreb inden for deformationslæren er 'tøjning', som de færreste danskere sikkert kender. Tøjning er den danske pendant til det engelske ord “strain”, som måske er mere kendt.

Tøjning er en enhedsløs mekanisk størrelse, der beskriver et materiales relative deformation. Tøjning kan deles op i normal- og tværtøjning, der hhv. er normal eller parallelt på materialet, som illustreret med de simple firkanter.

Man mener ikke, at det bløde væv i kroppen tåler tværtøjninger i samme grad som normaltøjninger. I hvilken grad det faktisk er tilfældet, undersøger vi nu med forsøg med celler på Aalborg Universitet.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan forskerne tog billedet af atomerme.