تقريباً در اوايل دههُ 70 ميلادي، جامعهُ بين المللي واژه "بيو مکانيک" را براي دانش مطالعه سيستم هاي حياتي از ديد مکانيکي انتخاب نمود. بيو مکانيک از ابزار مکانيک براي مطالعات آناتوميکي و بررسي کارکرد اندام حياتي استفاده مي کند. اين علم طيف گسترده اي را از مطالعه تئوري تا کاربردهاي عملي مي پوشاند.
مطالعه کامل مکانيک شامل دو موضوع اساسي مي باشد: استاتيک، که مطالعه اجسامي است که، در اثر نيرويي که بر آن ها ااعمال مي شود، در حال سکوني يا وضعيت تعادل باقي مي‌مانند و ديناميک، که مطالعه اجسام متحرک است. ديناميک را به نوبه خود مي توان به زير گروه هاي سينماتيک و سينتيک تقسيم بندي نمود. سينماتيک را مي توان علم حرکت ناميد، زيرا ااين علم، در مورد روابطي بحث مي کند که مابين جابجايي ها، سرعت ها و شتاب ها در حرکت انتقالي و دوراني وجود دارند. اين علم با نيروهاي درگير کاري ندارد بلکه فقط به توصيف حرکت ناشي از آن ها مي پردازد. سينتيک در مورد اجسام متحرک و نيروهايي بحث مي کند که عمل مي نمايند تا ايجاد حرکت کنند. براي روشن شدن اين مطلب که مطالب مکانيکي فوق را چگونه در مورد بيومکانيک به کار مي بريم، مي توان به موارد زير اشاره کرد:
Eberhort و همکارانش (1954)، در تحقيق هاي خود در رابطه با حرکت انسان، ابتدا سينماتيک قدم زدن را مورد بحث قرار دادند و جابجايي هاي قطعات بدن را در سه صفحه مختصات اصلي توصيف نمودند که اين جا بجايي ها شامل تا کردن و باز کردن ران و ساق پا، چرخش لگن و... بود. سپس آن ها سينتيک قدم زدن را با تحليل نيروهاي ماهيچه اي و هم چنين نيروهاي گرانشي و عکس العمل سطح، يعني تمام نيروهايي که براي فشار بدن به طرف جلو و کنترل جابجايي قطعه اي بدن لازم بودند، بررسي کردند.
Dillman (1971)، سينماتيک و سينتيک حرکت تاب خوردن پا را در طول دويدن، مطالعه کرد. در حالي که، plangenhoef (1968)روش مطالعه ديناميک را با استفاده از يک کامپيوتر پيشنهاد نمود. در حال حاضر صدها مطالعه و بررسي مربوط به استاتيک و ديناميک فعاليت هاي بدن، ارائه و منتشر گرديده است.
با وجود آن که بيومکانيک از لحاظ انجمن هاي رسمي بين المللي دانش نويني به حساب مي آيد اما تاريخچه پيدايش و ادامه حيات آن چيز ديگري را نشان مي دهد:
در بررسي هايي که در مطالعات ارسطو در قرن 14 پيش از ميلاد صورت گرفته است، مشخص شده که وي قصد داشته تا با استفاده از تحليل هاي هندسي، کارکرد ماهيچه ها را در توليد حرکت حيوانات توصيف کند.
حدود 2000 سال بعد، لئوناردو داوينچي (1519-1425 بعد از ميلاد) در نقاشي هاي آناتوميکي معروفش، مکانيک ايستادن، راه رفتن و پريدن را تشريح کرد و گاليله(1643-1564بعد از ميلاد) حدود صد سال بعد اولين تلاش ها را براي آناليز رياضي کارکردهاي فيزيولوژيکي انجام داد. به خاطر تلاش هاي پيشگامانهwilliam Harvey (1657-1578 بعد از ميلاد) در تعريف آناتوميکي سيرکولاسيون خون در بدن، او را پدر مكانيك سيالات زيستي(biofluid) مدرن مي دانند. Alfonso Borelli را نيز به خاطر فعاليت هاي گسترده اش در زمينه تفسير و توضيح نيروهايي که توسط ماهيچه توليد مي شود، نقش استخوان ها به عنوان محور و ارتباط تنگاتنگ سيستم استخواني با ماهيچه ها، پدر مکانيک جامدات زيستي (biosolid) قلمداد مي کنند.
از اولين متوني كه به بررسي كمي بيومكانيك راه رفتن و آناليز گيت (gait) مي پرداخت، مي توان به كتابDe Muto Animalum نوشت? Borelli اشاره كرد. وي شاگرد گاليله بود و در كارهايش از نتايجي كه گاليله در مطالعات خود به دست آورده بود براي پيشبرد اهدافش در زمينه مطالعه بيومكانيك استفاده نمود.
كارهاي اين پيشگامان در زمينه بيومكانيك توسط افراد بزرگي نظير Isaac Newoton (1727-1642بعد از ميلاد)، Danie Bernoulli(1782-1700بعداز ميلاد)،Jean.L.M Poiseuille (1869-1799بعد از ميلاد)، Thomas Young(1829-1773بعد از ميلاد) و بسياري ديگر پيگيري شد. بررسي تمام فعاليت ها و اقدامات اين افراد در زمينه بيومكانيك نياز به فضايي بسيار زياد براي توضيح دارد كه در اين بحث نمي گنجد. اما با نگاهي گذرا به اين اسامي قوانين معتبر علوم فيزيكي و مهندسي به ذهن مي آيد. براي مثال معادله برنولي در هيدروديناميك، مدول يانگ در تئوري الاستيسيته، معادله پويسوله براي سيالات و... . براستي اولين جرقه ها براي بيان اين قوانين و معادلات از كجا آغاز شد؟ از بررسي سيستم هاي صنعتي!!!؟ بسياري از اين قوانين و معادلات از مطالعات فيزيولوژيكي و پزشكي براي بررسي و تشريح ساختار و كاركرد سيستم هاي حياتي نشأت گرفته اند.
اما نكته بسيار مضحك در اين زمينه، اين است كه تأثير اين قوانين بر پيشرفت صنعت بيش از اثري بود كه مطالعات فيزيولوژيك گذاشتند. اين امر ضرورت وجود شاخه اي از علوم مهندسي به نام مهندسي پزشكي را به خوبي روشن مي كند. دانشي كه امروزه در سرتاسر دنيا به صورت گسترده اي مورد توجه قرار گرفته است.
اما سوالي كه ممكن است در اين قسمت مطرح شود اين است كه وارد كردن علم مكانيك در حوزه مباحث زيستي و حياتي چه ثمري دارد؟ و اگر علمي به نام بيومكانيك وجود نمي داشت، چه اتفاقي رخ مي داد؟
براي پاسخ به اين گونه سؤالات و روشن شدن ضرورت وجود دانش بيومكانيك چند مثال مي زنيم:
رشد و نمو در انسان از آغاز تولد شروع مي شود و به صور مختلفي در بخش هاي متفاوت بدن، در تمام طول حيات ادامه مي يابد. نيروهاي مكانيكي مي توانند اثر عمده اي بر رشد بدن ايجاد كنند. نيروهاي عمود بر بدن به آن اجازه مي دهند تا به يك روش نمونه رشد كند. براي مثال ساختار داخلي كلي استخوان عمدتاً با تعداد دفعات بارگذاري بر روي استخوان كنترل مي شود. حال فرض كنيد در زمان رشد سريع، نيروهايي غير طبيعي بر بدن وارد شود، اين مسئله مي تواند منجر به الگوهاي رشد غير عادي شود.
اگر بتوانيم تعيين كنيم كه يك تغيير شكل چگونه ايجاد شده يا مي شود، قادر خواهيم بود تا نيروهاي تغيير شكل دهنده را رفع كنيم و نيروهايي را به كار بريم كه مي توانند فرآيند را معكوس نموده و آن را تصحيح نمايند. درمان بسياري از تغيير شكل هاي مادرزادي و غيرمادرزادي توسط ابزارآلات توانبخشي نظير ارتزها، نمونه هايي براي فهم اصول بيومكانيكي به كاررفته در رشد و نمو مي باشند.
از زماني كه رونگتن اشعه ايكس را به صورت اتفاقي كشف نمود تا به امروز تحقيقات و مطالعات فراواني بر روي تجهيزات و روش هاي تشخيصي در پزشكي انجام گرفته است. بسياري از اين روش ها بر مبناي خواص مكانيكي بافت هاي مختلف بدن صورت گرفته است. يكي از جديد ترين بررسي ها در اين زمينه " الاستوگرافي" است.
الاستوگرافي با استفاده از تكنيك امواج فرا صوتي (Ultrasound) ميزان سختي و سفتي بافت ها را تصوير مي كند. تفاوت ميزان سختي در بافت هاي سرطاني نسبت به بافت هاي اطرافشان باعث بروز كنتراست در تصوير حاصل مي شود و تشخيص سرطان (خصوصاً در سرطان سينه و پروستات) را براي پزشك به سادگي ممكن مي كند. اين مثال نيز كاربرد بيومكانيك را در مددرساني به رشته پزشكي به خوبي روشن مي كند.
از اين دست مثال ها به فراواني مي توان در زندگي روزمره انسان ها، در محيط كار و زندگي مشاهده كرد. در يك محيط كار سالم و امن در درجه اول حفظ سلامت كارگر در محيط كار مطرح مي شود نه ساخت مصنوعات صنعتي. كارگران در محيط كارشان با وسايل مختلفي سروكار دارند كه هر يك مي توانند سلامت آن ها را به مخاطره بياندازد. ارگونومي رشته اي است كه در رابطه با طراحي دستگاه ها، ابزار، تجهيزات و وظايفي مي باشد كه سازگار با ويژگي هاي آناتوميك، فيزيولوژيك، ادراكي، رفتاري و مكانيكي انسان ها هستند. تحليل مكانيكي حركت و وضعيت بدن در طول كار به ارگونوميست اجازه مي دهد تا اعمال غيرايمن و شرايط غير ايمن را تشخيص دهد.
منبع: www.dezmed.com
/س