Биомеханика

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Страница од една од првите дела за Биомеханиката (De Motu Animalium од Џовани Алфонзо Борели) од XVII век.

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]

Светска историја[уреди | уреди извор]

Зборот "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 инжинеринг, бидејќи често користи традиционални инжинерски 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-инжињерските 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 нумеричкиот 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[уреди | уреди извор]

Применети подгрупи на биомеханиката вклучуваат:

Спортска биомеханика[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Спортска биомеханика.

Во 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 инжинерство (пр. дигитално филтрирање), компјутерски науки (пр. нумерички 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[уреди | уреди извор]

Механичката 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 карактеристики на биоматеријалите е нивната хиерархиска структура. Со други зборови, карактеристиките на на овие материјали зависат од физичките феномени кои настануваат на повеќе нивоа, од ниво на молекули па се 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 | уреди извор]

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 равенките на Навиер-Стокс. Ин виво се претпоставува целата крв е некомпресибилна Њутонова течност. Но, оваа претпоставка не важи кога ќе се земе во предвид протокот во артериолите. На микроскопската скала, ефектот на индивидуалните црвени крвни клетки стануваат значајни и целата крв неможе повеќе да се моделира како континиуум. Кога дијаметарот на крвните садови е само малку поголем од дијаметарот на црвените крвни клетки се појавува ефектот Фахраеус-Линкуст и се намалува стресот во ѕидот. Но, како дијаметарот 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[уреди | уреди извор]

Главниот 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 ткиво инженеринг 'рскавица.[8] [9]

Споредбена биомеханика[уреди | уреди извор]

Огрличен пингвин кој скока над водата

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 решениа за проблеми во инжинерингот.

Растителна биомеханика[уреди | уреди извор]

Апликацијата на принципот на биомеханичките принципи на растенјата и органите на растенијата се развила во подполе наречена растителна биомеханика.[10]

Информатичка биомеханика[уреди | уреди извор]

Во 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[уреди | уреди извор]

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. 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
  2. Hatze, Herbert. The meaning of the term biomechanics. „Journal of Biomechanics“ том  7 (12): 189–190. doi:10.1016/0021-9290(74)90060-8. 
  3. Oxford English Dictionary, Third Edition, November 2010, s.vv.
  4. Bartlett, Roger (1997). Introduction to sports biomechanics (1 издание). New York, NY: Routledge. стр. 304. ISBN 0-419-20840-2. 
  5. Michael Yessis (2008). Secrets of Russian Sports Fitness & Training. ISBN 978-0-9817180-2-6. 
  6. Fung 1993
  7. Aboelkassem, Yasser. Selective pumping in a network: insect-style microscale flow transport. „Bioinspiration & Biomimetics“ том  8 (2): 026004. doi:10.1088/1748-3182/8/2/026004. Bibcode2013BiBi....8b6004A. 
  8. Davim, J. Paulo (2013). Biotribology. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-61705-2. 
  9. 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
  10. Niklas, Karl J. (1992). Plant Biomechanics: An Engineering Approach to Plant Form and Function (1 издание). New York, NY: University Of Chicago Press. стр. 622. ISBN 0-226-58631-6. 
  11. 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 | уреди извор]

  • Cowin, Stephen C., уред (2008). Bone mechanics handbook (2nd издание). New York: Informa Healthcare. ISBN 0-8493-9117-2. 
  • Fischer-Cripps, Anthony C. (2007). Introduction to contact mechanics (2nd издание). 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 издание). 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. издание). Singapore: World Scientific. ISBN 981-02-0927-4. 
  • Mow, Van C.; Huiskes, Rik, уред-ци (2005). Basic orthopaedic biomechanics & mechano-biology (3 издание). Philadelphia: Lippincott, Williams & Wilkins. стр. 2. ISBN 978-0-7817-3933-7. 
  • Peterson, Donald R.; Bronzino, Joseph D., уред-ци (2008). Biomechanics : principles and applications (2. rev. издание). 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. издание). Upper Saddle River, N.J.: Pearson/Prentice Hall. ISBN 978-0-13-009710-1. 
  • Totten, George E.; Liang, Hong, уред-ци (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 (3rd издание). Hoboken, N.J.: Wiley. ISBN 0-471-45757-4. 

Надворешни врски[уреди | уреди извор]

Шаблон:Biology nav