إعداد: بشار ناصر الشماس
على الرغم من أن جسم الإنسان يقع ضمن نظام الأحياء البيولوجي (biological system) المعقد بشكل لا يصدق، حيث يتكون من تريليونات الخلايا، إلا أنه يخضع لنفس القوانين الأساسية للميكانيكا التي تحكم الهياكل المعدنية أو البلاستيكية البسيطة. وبناءً على دراسة استجابة الأنظمة الحيوية (البيولوجية) للقوى الميكانيكية يُعرف باسم الميكانيكا الحيوية، وغالبًا ما يشار إلى الميكانيكا الحيوية على أنها الرابط بين الهيكل والوظيفة.
ورغم عدم الاعتراف به كنظام رسمي حتى القرن العشرين، إلا أن دراسة الميكانيكا الحيوية قد تمت سابقاً من قبل العلماء، أمثال ليوناردو دافنشي وجاليليو جاليلي وأرسطو.
أدى تطبيق الميكانيكا الحيوية على الجهاز العضلي الهيكلي إلى فهم أفضل لوظيفة المفصل وكذلك الخلل الوظيفي الخاص به، مما أدى إلى تحسينات في تصميم الأجهزة التقويمية مثل أنظمة تقويم المفاصل وأجهزة تقويم العظام.
تعتبر مفاهيم الميكانيكا الحيوية العضلية الهيكلية الأساسية مهمة للممارسين الطبيين مثل المعالجين الفيزيائيين والمهنيين وجراحي العظام. عادة ما يتضمن تقييم المعالج للمريض تحليلًا للميكانيكا الحيوية (biomechanics) [1].
الأساسيات
الميكانيكا الحيوية هي مجال متعدد التخصصات يطبق مبادئ الفيزياء على الأنظمة البيولوجية لفهم كيفية تحرك الكائن الحي والتفاعل مع محيطه. حيث تهتم الميكانيكا الحيوية بكل شيء بدءًا من الأنظمة المجهرية مثل تقلص العضلات في الخلايا، وصولاً إلى حركات الجسم بالكامل على نطاق واسع مثل رياضي العدو.
تطبق الميكانيكا الحيوية قوانين الفيزياء فيما يتعلق بالرافعات والبكرات والوظائف الأخرى المعروفة لتحديد وفهم القوى المعقدة المشاركة في النظم البيولوجية [2].
الميكانيكا الحيوية الطبية
تتعامل الميكانيكا الحيوية الطبية مع جسم الإنسان وتشارك في العديد من مجالات الخبرة مثل:
- الميكانيكا الحيوية في إعادة التأهيل التعويضي: من المهم فهم الميكانيكا الحيوية عند العمل مع الأشخاص ذوي الطرف المبتور، والأشخاص ذوي الأطراف الاصطناعية. إنه مهم بشكل خاص لفهم كيفية حدوث انحرافات المشي ومشاكل الضغط وكيف يمكن معالجتها. يعد فهم الميكانيكا الحيوية أمرًا ضروريًا لاختصاصي الأطراف الاصطناعية فهي تؤثر على العديد من جوانب عمله أثناء إعادة تأهيل الأطراف الاصطناعية.
- الميكانيكا الحيوية في الرياضة: تشمل الميكانيكا الحيوية في الرياضة على تحليل مفصّل للحركات الرياضية من أجل تقليل مخاطر الإصابة وتحسين الأداء الرياضي. وكذلك تشمل الميكانيكا الحيوية للرياضة والتمارين الرياضية، مجال العلوم المعني بتحليل آليات الحركة البشرية، حيث تشير إلى الوصف والتحليل التفصيلي وتقييم الحركة البشرية أثناء الأنشطة الرياضية. [3]
- تدرس بيئة العمل المحيطة من خلال دراسة الوضع الطبيعي للجسم وكيف تتشكل الضغوط. يجب اعتبار الميكانيكا الحيوية (علم حركة الجسم الحي) وبيئة العمل (أماكن العمل والمنتجات والأنظمة) معًا، كجزء من الكل.
في النهاية، يمكن أن تعني مساحة العمل المُحسَّنة هندسيًا، مع مراعاة الميكانيكا الحيوية الفريدة لكل فرد، مزيدًا من الراحة ومعاناة أقل طوال اليوم. [4]
- الميكانيكا الحيوية في إعادة التأهيل: يطبق متخصصو إعادة التأهيل الميكانيكا الحيوية في العديد من الحالات مثل: الميكانيكا الحيوية السريرية لمتلازمة النفق الرسغي، المثبتات الديناميكية مجمع الكتف (الأوتار والعضلات والاتصالات العضلية الوترية) ، التقييم الميكانيكي الحيوي للقدم والكاحل ، الميكانيكا الحيوية والتغير الحركي لحزام الحوض [2].
- التركيبات الهندسية للأنسجة: لإصلاح وتجديد أنواع مختلفة من الأنسجة العضلية الهيكلية، بما في ذلك العظام والغضاريف والأوتار. يشمل المعرفة والتقنيات، من مجموعة واسعة من التخصصات مثل الميكانيكا الحيوية وعلوم المواد والهندسة ونمذجة الكمبيوتر وتكنولوجيا النانو والخلايا الجذعية والبيولوجيا الخلوية والجزيئية والنماذج الحيوانية. الهدف النهائي هو ترجمة اكتشافاتنا المختبرية إلى منتجات علاجية يمكنها تحسين العلاج السريري للحالات العضلية الهيكلية، مثل: طباعة ثلاثية الأبعاد لمواد منتظمة بشكل هرمي (انظر الصورة) ؛ سقالات هندسة الأنسجة (Tissue engineering scaffolds) لتجديد الأوتار والأربطة ؛ سقالات هلامية (Hydrogel scaffolds ) لتجديد الغضروف . [5]
المراجع
- ↑ Biomechanics Introduction to Biomechanical Analysis ANDREW R. KARDUNA, PH.D.Available from:https://biomechanics.uoregon.edu/obl/articles/biomechanics_chapter.pdf (accessed 4.5.2021)
- ↑ Jump up to:2.0 2.1 Biology Dictionary Biomechanics Available from:https://biologydictionary.net/biomechanics (accessed 4,5,2021)
- ↑ Hall SJ. What Is Biomechanics? In: Hall SJ. eds. Basic Biomechanics, 8e New York, NY: McGraw-Hill; 2019. http://accessphysiotherapy.mhmedical.com/content.aspx?bookid=2433§ionid=191508967. (last accessed June 03, 2019).
- ↑ healthy workplace Ergonomics Available from:https://ptsmc.com/healthy-workplace-ergonomics (accessed 5.5.2021)
- ↑ Sydney University Engineering Available from: https://www.sydney.edu.au/engineering/our-research/healthcare-engineering/biomechanics-biomaterials-cell-therapy-and-tissue-engineering.html (accessed 5.5.2021)
- ↑ Shahar D, Sayers MG. Prominent exostosis projecting from the occipital squama more substantial and prevalent in young adult than older age groups. Scientific reports. 2018 Feb 20;8(1):1-7.Availablefrom:https://www.nature.com/articles/s41598-018-21625-1#Sec3 (accessed 5.5.2021)
- https://www.physio-pedia.com/Biomechanics
