Biomehānika

Biomehānika ir zinātne, kas pēta cilvēka kustību mehānismus. Biomehānikas pamatā ir skeleta muskulatūras kustība. Muskuļu gali ir pievienoti kauliem. Savelkoties muskuļiem, stiprinājuma punkti tuvinās: roka saliecas elkonī, kāja – ceļgalā, savukārt, muskuļiem atslābinoties, šie punkti attālinās.

Medicīniskā biomehānika – medicīnas zinātnes apakšnozare, kas pēta normālu un patoloģiski izmainītu cilvēka šūnu, audu un bioloģisko sistēmu mehāniskās īpašības, to līdzsvara un kustību likumsakarības, kā arī audu, orgānu un organisma mijiedarbību ar mehānismiem

Biomehānikas izpētes objekts ir cilvēks un cilvēka organisma struktūras un sistēmas, kas atrodas līdzsvara stāvoklī vai kustībā un uz kurām iedarbojas iekšējie un ārējie spēki. Medicīniskā biomehānika pēta cilvēka dzīvības norišu mehāniskos pamatus, iemeslus un sekas. Kā medicīnas prakses un zinātnes joma veidojusies daudzu simtu un tūkstošu gadu laikā, bet kā patstāvīga zinātnes apakšnozare nostiprinājusies 20. gs.

Teorētiskā un praktiskā nozīme.

Cilvēka bioloģisko sistēmu mehānisko īpašību izpēte nepieciešama cilvēka normālas funkcionēšanas izpratnei. Medicīnisko biomehāniku pielieto slimību profilaksē, diagnostikā, ārstēšanā un rehabilitācijā, kā arī jaunu ārstniecības metožu un tehnoloģiju attīstībā. Tās nozīme pieaug reizē ar implantējamu konstrukciju (endoprotēžu) un reģeneratīvās medicīnas ieviešanu, kas prasa izpratni par mijiedarbību starp dzīvajiem audiem un implantiem.

Medicīniskā biomehānika pamatojas uz to, ka cilvēka ķermenis veidots no dažādu veidu un izmēra biokonstrukcijām (šķiedrām, šūnām, cietajiem un mīkstajiem audiem, orgāniem) un biošķidrumiem (asinīm, limfas, smadzeņu šķidruma), kas pakļauti iekšējo un ārējo spēku iedarbībai. Šīs biokonstrukcijas un biošķidrumi nodrošina mehānisko slodžu pārnesi un var atrasties līdzsvara stāvoklī vai kustībā.

Bioloģisko audu un orgānu mehānisko īpašību neviendabīgums raksturo bioloģisko sistēmu un organisma adaptācijas spējas iekšējās un ārējās vides mehāniskajām iedarbībām. Mehāniskajiem spēkiem ir būtiska nozīme embrija un augļa attīstībā (izraisot adhēziju, kompresiju, spriegumu šūnās u. c.). Šūnu membrānu elastīgo īpašību izmaiņas daudzu slimību gadījumos ir vadošais patoģenētiskais mehānisms (piemēram, eritrocītiem malārijas gadījumā). 

Pašreizējais attīstības stāvoklis.

Mūsdienās medicīniskā biomehānika specializējusies makrobiomehānikā un mikrobiomehānikā. Makrobiomehānika tradicionāli pēta organisma, tā daļu un orgānu mehānisko parametru funkcionēšanu (piemēram, gaitas, slodzes sadalījumu uz pēdas plantāro virsmu vai sirds vārstuļu darbības analīzi). Tās pētījumu aktualitāti nosaka jaunu endoprotēžu, eksoprotēžu un ortožu radīšana un pielietošana. Makrobiomehānika nodrošina iespēju izpētīt un novērtēt jauno tehnoloģiju summāro efektu, t. i., cik efektīvi tās aizvieto dabisko audu un orgānu funkciju, kas savukārt ietekmē pacienta labsajūtu un dzīves kvalitāti.

Mikrobiomehānika nodarbojas ar šūnu membrānu, organoīdu, ģenētiskā aparāta, šūnu dalīšanās procesa, kolagēna un elastīgo šķiedru, muskuļu šķiedru, izolētu osteonu, nervu, galvas un muguras smadzeņu traktu, kapilāru, alveolu, nefrona struktūrelementu, iekšējās auss labirintu u. c. mikroskopisku objektu funkcionēšanas izpēti iekšēju un ārēju mehānisku spēku iedarbības rezultātā. Mikrobiomehānika izmanto mikro datortomogrāfiju, lāzerus u. c. tehnoloģijas. Mikrobiomehānika ir svarīga medicīniskās ģenētikas, embrioloģijas, patoloģijas un farmakoterapijas daļa. Jaunu implantējamu un ārēji lietojamu mehānismu radīšanā aizvien plašāk izmanto matemātiskās un datormodelēšanas sistēmas. Mūsdienās viens no apakšnozares lielākajiem izaicinājumiem ir tās starpdisciplinaritāte. Pētījumu īstenošanā, iegūto rezultātu analīzē un tehnoloģiskajā pārnesē iesaistīti ne tikai ārsti, bet arī inženieri, fiziķi, matemātiķi, ķīmiķi, biologi, materiālu pētnieki, tehnologi, antropologi un citu nozaru speciālisti, kuru sadarbību ierobežo atšķirīgā terminoloģija, organizatoriskā, finanšu resursu un zinātniskās ekspertīzes nošķirtība.