Биомеханика
Биомеханика е наука за структурата и функцијата на биолошките системи како што се луѓето, животните, растенијата, органите, габите и клетките, со методите на механиката [1][2]
.jpg)
Светска историја
уредиЗборот "биомеханика"(1899) поврзан со зборот "биомеханички''(1856) од старогрчки βίος,bios "живот" и μηχανική, mēchanikē "механика“ се користи за да се обратиме на науката за механичките принципи на живите организми,особено нивното движење и структура.[3]
Биомеханиката е тесно поврзана со инженерството, бидејќи често користи традиционални инженерски науки за анализа на биолошки системи. Некои едноставни апликации на Њутеновата механика и/или материјални науки можат да обезбедат точни апроксимации за механиката на многу биолошки системи. Применетата механика најчесто механичко-инженерските дисциплини како што се континуум механика, механичка анализа, структурна анализа, кинематика и динамика играат важна улога во изучувањето на биомеханиката.
Обично биолошките системи се многу покомплексни од системите кои се изградени од човекот. Поради тоа бројченот метод се применува во речиси секоја биомеханичка студија. Истражувања се направени на еден повторлив процес на хипотеза и верификација, вклучувајќи и неколку чекори на моделирање, компјутерски симулации и експериментални мерења.
Подподрачја
уредиПрименети подгрупи на биомеханиката вклучуваат:
- Динамика на меко тело
- Кинеологија(кинетика+физеологија)
- Движење на животните и анализа
- Мускулоскелетна и ортопедска биомеханика
- Кардиоваскуларна биомеханика
- Ергономија
- Човечкиот фактор на инженерство и професионална биомеханика
- Имплант (медицина), ортотика и протези
- Рехабилитација
- Спортска Биомеханика
- Алометрија
- Биомеханички повреди
Спортска биомеханика
уредиВо спортската биомеханика, законите за механика се применуваат на движењето на човекот за да се постигне поголемо разбирање на атлетските перформанси како и за намалување на ризикот за спортска повреда. Се фокусира на апликација на научните принципи на механичката физика за да се разбере движењето и дејствувањето на човековото тело и спортски инплементации како што се палка за крикет, стап за хокеј,фрлање копје итн. Елементи од механичкиот енжиниринг (пр. мерачи), електрично инженерство (пр. дигитално филтрирање), компјутерски науки (пр. бројчен метод), анализа на чекор (пр.платформа на која дејствува сила) и клиничка неврофизиологија (пр. површинско ЕМГ) се методи кои често се користат во спортската биомеханика.[4]
Биомеханиката во спортот може да се каже како биомеханика на мускулите, зглобовите, скелетните активности на телото за време на извршување на одредена задача, вештина и/или техника. Разбирањето на спортската биомеханика најмногу влијае на: спортските перформански, рехабилитација и превенција на повреди како и совладување на спортот. Како што е наведено од доктор Мајкле Џесие, може да се каже дека најдобриот спортист е оној којшто најдобро ја извршува нејзината или неговата вештина.[5]
Биомеханика на континуумот
уредиМеханичката анализа на биоматеријалите и биофлуидите вообичаено се врши со концептот на континуум механика. Оваа претпоставка се распаѓа кога интересот пристапува со цел на микро структурни детали на материјалот. Една од највпечатливите одлики на биоматеријалите е нивната хиерархиска структура. Со други зборови, одликите на овие материјали зависат од физичките појави кои настануваат на повеќе нивоа, од ниво на молекули па сè до ниво на ткива и органи.
Биоматеријалите се класифицирани во две групи, тврди и меки ткива.Механички деформации на тврдите ткива (како дрво, школка и коска) може да се анализираат со теоријата за линеарна еластичност. Од друга страна, меките ткива (како кожа, тетиви, мускули и рскавица) обично се подложни на големи деформации и на тој начин нивната анлиза се потпира на конечна вирусна теорија и комјутерски симулации. Интересот на континуум биомеханика ја поттикнува потребата за реализам во развојот на симулациите во медицината.[6]:568
Биофлуидна механика
уреди
Биофлуидната механика е наука за гасовите и за течносите кои течат во или околу биолошките организми. Често се изучуваат биофлуидите проблем е протокот на крвта во човековиот кардиоваскуларен систем. Често проучуван биофлуиден проблем е крвотокот во човечкиот кардиоваскуларен систем. Под одредени математички околности крвотокот може да се моделира според Навје-Стоксовите равенки. Ин виво се претпоставува целата крв е некомпресибилна Њутонова течност. Но, оваа претпоставка не важи кога ќе се земе предвид протокот во артериолите. На микроскопската скала, ефектот на поединечните црвени крвни клетки стануваат значајни и целата крв не може повеќе да се моделира како континиуум. Кога пречникот на крвните садови е само малку поголем од пречникот на црвените крвни клетки се појавува ефектот Фахраеус-Линкуст и се намалува стресот во ѕидот. Но, како пречникот на крвните садови и понатаму се намалува, црвените крвни клетки мора да се втиснат и да поминат низ садот поединечни. Во овој случај, се појавува ефектот Фахраеус-Линкуст и стресот во ѕидовите се зголемува.
Еден пример на биофлуиден проблем се гасовите на човековото дишење. Во скоро време, респираторниот систем на инсектите беше проучуван за биоинспирација за дизајнирање на подобрени микрофлуидни уреди.[7]
Биотрибологија
уредиГлавниот аспект на контакт механиката и биотрибологија се поврзани со триење, носење и подмачкување. Кога две површини доаѓаат до контакт за време на движење односно се тријат една со друга ефектите на триењето, носењето и подмачкуванјето се многу важни за анализа за да се одреди перформансот на материјалот.Биотрибологија е наука за триење, носење и подмачкување на биолошки системи особено зглобовите каи човекот како што се колковите и колената.На пример тибијата и фемурот се тријат со компонентите на коленото инплант рутински за време на секојдневни активности како што се одење и качување по скали.Ако перформансот на тибијата треба да се анализира, принципот на биотрибологија се користи за да се одреди ефикасноста на абење на имплантот и ефектите на подмачкувањето од синовијалната течност. Покрај тоа, теоријата на контакт механиката, исто така, станува многу важна за анализа на абењето. Дополнителни аспекти на биотрибиологијата исто така, може да вклучи подземна анализа на штети кои произлегуваат од две површини кои доаѓаат во контакт за време на движење, односно триење едни против други, како на пример во евалуација на ткивно инженерство 'рскавица.[8][9]
Споредбена биомеханика
уреди
Споредбена биомеханика е примената на биомеханиката на не-човечките организми, без разлика дали се користи за да се добие подобар увид во луѓето (како во физичка антропологија) или во функциите, екологија и адаптации на самите организми. Општи области на истражување се движењето и исхраната на животните бидејќи се поврзани со физичка активност и поради нив има големи механички барања. Движењето каи животните може да се примени преку трчање, рипање и летање. Движењето бара многу енергија за да го совлада триењето, влечењето, инерцијата и гравитацијата, но кој фактор преовладува варира од животната средина.
Споредбената биомеханика се поклопува со многу други полиња, вклучувајќи ги и екологија, невробиологија, развојна биологија, етнологија и палеонтологија до степен на најчесто објавување на трудови во списанија од овие други области.Споредбената биомеханика често се применува во медицината (во однос со модели на организми како што се глуфци и стаорци) како и во биомиметиката која ја користи природата како извор на решенија за проблеми во инженерството.
Растителна биомеханика
уредиАпликацијата на принципот на биомеханичките принципи на растенјата и органите на растенијата се развила во подполе наречена растителна биомеханика.[10]
Информатичка биомеханика
уредиВо текот на изминатата деценија методот на конечни елементи стана алтернатива на ин виво хируршкото оценување. Главната предност на Информатичката биомеханика лежи во неговата способност да утврди ендо-анатомски одговор на анатомија, без да подлежи на етички ограничувања. Ова доведе ФЕ моделинг до точка да стане присутна во повеќе области од биомеханиката, додека неколку проекти дури и ја посвоиле како филозофија на софтвер со отворен код (на пример пр Био Спине).[11]
Историја
уредиПоврзано
уредиНаводи
уреди- ↑ R. McNeill Alexander (2005) Mechanics of animal movement, Current Biology Volume 15, Issue 16, 23 August 2005, Pages R616-R619. doi:10.1016/j.cub.2005.08.016
- ↑ Грешка во Lua: bad argument #1 to 'match' (string expected, got nil)
- ↑ Oxford English Dictionary, Third Edition, November 2010, s.vv.
- ↑ Bartlett, Roger (1997). Introduction to sports biomechanics (1. изд.). New York, NY: Routledge. стр. 304. ISBN 0-419-20840-2.
- ↑ Michael Yessis (2008). Secrets of Russian Sports Fitness & Training. ISBN 978-0-9817180-2-6.
- ↑ Fung 1993
- ↑ Грешка во Lua: bad argument #1 to 'match' (string expected, got nil)
- ↑ Davim, J. Paulo (2013). Biotribology. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-61705-2.
- ↑ Whitney, G. A., Jayaraman, K., Dennis, J. E. and Mansour, J. M. (2014), Scaffold-free cartilage subjected to frictional shear stress demonstrates damage by cracking and surface peeling. J Tissue Eng Regen Med. doi: 10.1002/term.1925
- ↑ Niklas, Karl J. (1992). Plant Biomechanics: An Engineering Approach to Plant Form and Function (1. изд.). New York, NY: University Of Chicago Press. стр. 622. ISBN 0-226-58631-6.
- ↑ Tsouknidas, A., Savvakis, S., Asaniotis, Y., Anagnostidis, K., Lontos, A., Michailidis, N. (2013) The effect of kyphoplasty parameters on the dynamic load transfer within the lumbar spine considering the response of a bio-realistic spine segment. Clinical Biomechanics 28 (9-10), pp. 949-955.
Дополнителна литература
уреди- Cowin, Stephen C., уред. (2008). Bone mechanics handbook (2. изд.). New York: Informa Healthcare. ISBN 0-8493-9117-2.
- Fischer-Cripps, Anthony C. (2007). Introduction to contact mechanics (2. изд.). New York: Springer. ISBN 0-387-68187-6.
- Fung, Y.-C. (1993). Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-97947-6.
- Gurtin, Morton E. (1995). An introduction to continuum mechanics (6. изд.). San Diego: Acad. Press. ISBN 978-0-12-309750-7.
- Humphrey, Jay D. (2002). Cardiovascular solid mechanics : cells, tissues, and organs. New York: Springer. ISBN 0-387-95168-7.
- Mazumdar, Jagan N. (1993). Biofluids mechanics (Reprint 1998.. изд.). Singapore: World Scientific. ISBN 981-02-0927-4.
- Mow, Van C.; Huiskes, Rik, уред. (2005). Basic orthopaedic biomechanics & mechano-biology (3. изд.). Philadelphia: Lippincott, Williams & Wilkins. стр. 2. ISBN 978-0-7817-3933-7.
- Peterson, Donald R.; Bronzino, Joseph D., уред. (2008). Biomechanics : principles and applications (2. rev.. изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-8534-2.
- Temenoff, J.S.; Mikos, A.G. (2008). Biomaterials : the Intersection of biology and materials science (Internat.. изд.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson/Prentice Hall. ISBN 978-0-13-009710-1.
- Totten, George E.; Liang, Hong, уред. (2004). Mechanical tribology : materials, characterization, and applications. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-4873-9.
- Waite, Lee; Fine, Jerry (2007). Applied biofluid mechanics. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-147217-7.
- Young, Donald F.; Bruce R. Munson; Theodore H. Okiishi (2004). A brief introduction to fluid mechanics (3. изд.). Hoboken, N.J.: Wiley. ISBN 0-471-45757-4.