بیومکانیک (اصول و کاربردها)

منابع معرفی کتاب بیومکانیک (اصول و کاربردها) از زمان پيدايش تفكر، انسان ها در همه حال با كنجكاوي بدنبال راهي براي درك تنوع رخدادها و مشاهدات پيرامون خود بوده اند. جستجو براي پاسخگوئي و درك مشاهدات، در قالب هاي مختلفي چون مذهب، هنر، و علوم شكل گرفته اند. اگر چه واژه علوم از لغت لاتين دانستن ريشه گرفته است، علوم معناي وسيعتر از حد دانستن را به خود گرفته است به نحوي كه همه آنچه كه براي درك پيرامون طبيعت دنيا مطرح مي شود را نيز شامل شده است. مضاف بر اينكه، علوم به صورتي تنظيم شده و در قالبي منطقي جاي خود را در بين انسان ها باز نموده است.   بیومکانیک ( اصول و کاربردها) بطور كلي آنچه كه ما راجع به علوم فكر مي كنيم، تقسيم بندي علوم در چند قالب مختلف، اما مرتبط با يكديگر است. بيولوژي، براي مثال، مطالعه پيرامون بخش هاي زنده موجودات را در بر مي گيرد. شيمي، روابط بين اجزاء و اجسام مركب را مورد بررسي قرار مي دهد. در زمين شناسي به مطالعه پيرامون زمين و در نجوم به مطالعه منظومه خورشيدي، كهكشان ها و به طورعام تر، كل گيتي اهتمام مي شود. فيزيك به بررسي مواد و انرژي با در نظر گرفتن اصول حاكم بر حركت ذرات و امواج و توجه به تداخل و ارتباط با ذرات، و با توجه به خصوصيات مولكول ها، اتم ها، هسته اتم و در سيستم هائي با مقياس بزرگتر همچون گازها، مايعات و جامدات اختصاص دارد. گروهي از انديشمندان، فيزيك را از آنجائي كه پايه اي براي علوم ديگر است، بعنوان علمي پايه كه به انسان براي درك پديده هاي طبيعي كه در جهان اتفاق مي افتد، مي شناسد. مکانيک به عنوان زير شاخه اي از فيزيک کلاسيک در علوم ورزشي ورود کرده است و در اوايل سال 1970 ميلادي، جامعه بين المللي پذيراي علم بيومکانيک با هدف استفاده از اصول فيزيکي و بيولوژيکي براي ياري رساني به عمق درک بشر از طبيعت عملکرد موجودات زنده، شد. به طور کلي تلاش اصلي در مطالعات بيومکانيک در سطح جهاني، آشنائي با عملکرد و تحليل مکانيکي حرکت در مفاصل، عضلات و اعصاب و رابطه آنها با يکديگر، در بخشهاي کاربردي (ورزش، ارگونومي، …)، درماني(پيش بيني، پيشگيري و درمان با بهره گيري از جرکت)، پايه اي(حرکتهاي پايه اي بشر مانند راه رفتن، پاسچر، شروع راه رفتن، …)، مهندسي (مدلينگ، ساخت وسايل و تجهيزات، طراحي نرم افزارها، …) است. از آنجائی که بیومکانیک در طول تاریخ علمی ریشه دوانده و از تحقیقات ریاضی دان ها، مهندسین، فیزیک دان ها، بیولوژیست ها و پزشک ها تاثیرات زیادی پذیرفته است. لیکن هیچکدام از این نظام ها نمی توانند ادعا کنند که به تنهایی مسئول ارتقاء بیومکانیک به جایگاه کنونی بوده اند; بلکه بهتر است پیشرفت را حاصل اجماع و مشارکت کاربردهای ریاضیات، قوانین فیزیک و روش های مهندسی بدانیم. این کتاب همانگونه که نویسنده های آن اشاره کرده اند شامل مجموعه ای متشکل از فصل های مختلف است که اصول و کاربردهای کنونی حوزه ی بیومکانیک را از نقطه نظر صاحب نظران موجود در این حوزه ارائه می دهد. 12 فصل آن برای به روز رسانی و اصلاح دانش قبلی در حوزه بیومکانیک به صورتی نظام دار سازماندهی شده است. مجموعه ای از فصل ها به مطالبی در باره مکانیک عضلانی اسکلتی، مکانیک بافتهای سخت، نرم، مکانیک مفاصل و کاربردهای مرتبط با عملکرد انسانی اشاره می کند. مجموعه ای دیگر، مکانیک سیالات زیستی را پوشش می دهد که دامنه ی گسترده ای از دینامیک عروق خونی، مکانیک سلول های خونی و انتقال را شامل می شود. فصول برشمرده به فصل های دیگر که مرتبط به روش های کنونی و استراتژی های موجود در مدل سازی مکانیک سلولی است، ارتباط پیدا می کند. فصل هائی دیگر شامل معرفی عملکردهای مکانیکی و اهمیت گوش انسان و دو فصل انتهائی کتاب نیز به معرفی ویژگی های عملکردی سیستم های بدن انسان طی تمرین و اجرا اشاره کرده است. با اميد به اينکه کتاب حاضر بتواند مورد استفاده قرار گيرد، علاقمندان را به خواندن اين کتاب دعوت مي کنيم. مهندسی تلیفیقی از هنر و دانش است و دانش نظامداری را در بر میگیرد که در آن براساس اصول ریاضیات و علم فیزیک سیستم هایی طراحی و ساخته می شود که مستقیماً به انسان و جامعه سود می رسانند. با این پیش زمینه، اهمیت علم مهندسی آشکار خواهد شد، خصوصاً در جنبه هایی از قبیل بیومدیکال. مهندسی بیومدیکال بیشتر از تمامی علوم مهندسی رو به پیشرفت است. مهندسی بیومدیکال شاخه ای از مهندسی است که در آن شاخه های اصلی مهندسی از قبیل مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک و مهندسی شیمی با هم ترکیب می شوند و وجود اطلاعات کاربردی سایر نظام های غیر مهندسی از قبیل بیولوژی و پزشکی در آن ضروری است. مهندسی بیومدیکال دانشی چندبعدی می باشد که دارای جنبه های اصلی از قبیل بیومکانیک، تجهیزات زیستی و بیومت است. بعنوان مثال بیومکانیک، یا مکانیک زیستی شاخه ای از مکانیک است که از قوانین علم فیزیک استفاده می کند تا از این طریق اثر نیرو و انرژی را بر سیستم های مواد برسی نماید. این علم در تلاش برای مدل سازی و پیش بینی رفتار سیستم های زنده ممکن است جنبه هایی از مکانیک کلاسیک، علم مواد، مکانیک سیالات، انتقال حرارت و ترمودینامیک را در بر گیرد. احتمالاً بهمین خاطر است که این علم به ” علوم انسانی(Liberal art) ” علوم مهندسی بیومدیکال معروف است. بیومکانیک در طول تاریخ علمی ریشه دوانده و از تحقیقات ریاضی دان ها، مهندسین، فیزیک دان ها، بیولوژیست ها، و پزشک ها تاثیرات زیادی پذیرفته است. هیچکدام از این نظام ها نمی توانند ادعا کنند که بتنهایی مسئول ارتقاء بیومکانیک به جایگاه کنونی بوده اند; این تاثیرات بعلت اجماع و مشارکت تمامی این نظام ها بوده است، بهتر است بگوئیم مشارکت حاصل از کاربردهای ریاضیات، قوانین فیزیک و روش های مهندسی را می توان مسئول این پیشرفت دانست. در کتاب های مختلف چندیدن دیدگاه در خصوص تاریخچه ی بیومکانیک وجود دارد بهمین خاطر در این مقدمه بمرور تاریخی بیومکانیک نمی پردازیم و این را به عهده ی خواننده واگذار می کنیم تا بهر یک از منابعی موجود سری بزند. بعنوان مثال، فونگ (1993) بصورت مختصر و مفید افرادی را که در پیشرفت بیومکانیک موثر بودند معرفی نموده است. مروری بر این مقدمه و سایر مقدماتی که در کتاب های دیگر وجود دارد نشان می دهد که بیومکانیک مورد توجه بسیاری از دانشمندان درگیر در علوم مختلف بوده است. لئوناردو داوینچی یکی از اولین پیشگامان در حوزه ی بیومکانیک، اولین کسی بود که قوانین “علت و اثر” را در حوزه ی علمی مطرح نمود، او به شدت بر این عقیده استوار بود که “در طبیعت نتیجه بدون علت وجود ندارد; علت را بفهم و نیازی به آزمایش نخواهی داشت” (1518- 1478). لئوناردو دریافت که برای افزایش درک علل و نتایجی که در طبیعت رخ می دهند خصوصاً هنگامیکه علت آشکار نباشد آزمایش یک ابزار حیاتی است. روش های کنونی برای درک و حل مسائل مربوط به مهندسی فراتر از قوانین لئوناردو گام بر داشته اند و برای رسیدن به این هدف، گام های بنیادی را دنبال می کنند که این گام ها بترتیب عبارتند از مشاهدات، آزمایشات، تحقیقات نظری، معتبر سازی ها و کاربردهای آن. اساس این گام ها بر پایه ی متدولوژی مهندسی است و اهمیتشان در تحصیل مهندسی خصوصاً در مهندسی بیومدیکال به تایید رسیده است. اهمیت تمامی این گام ها به یک اندازه می باشد و وجود یک رابط بین این گام ها بمنظور تلفیق فهم کاربردی آنها از سیستم ضروری بنظر می رسد. علم مهندسی با نادیده گرفتن این همکنش های بنیادی ناخود آگاه مهندسینی پرورش می دهد که از مسیرهایی که در آنها پدیده های دنیای واقعی از قوانین ریاضیاتی تبعیت نمی کنند بی اطلاعند. بعلت اینکه اکثر سیستم های بیومکانیکی ذاتاً سیستم های پیچیده ای می باشند و نمی توان آنها را تنها با استفاده از تئوری و ریاضیات تعریف نمود، بیومکانیک بایستی بعنوان نظامی تلقی شود که پیشرفت در آن بستگی زیادی به تحقیقات، آزمایشات و پیروی از گام های مذکور دارد. درهنگامی که ارائه راه حلی دقیق امکان پذیر نمی باشد، شناسایی پدیده های فیزیکی مهم و دستیابی به راه حلهای مفید می تواند کمک کننده باشد. جای تعجب ندارد که نیاز به شناخت پدیده های مهم و دستیابی به حل تقریبی در مهندسی بیومدیکال با اهمیت تر از هر نظام دیگر مهندسی به نظر می رسد، که این امر را می توان به پیچیدگی فرایندهای بیولوژیکی درگیر در آن نسبت داد. تمرکز کاربردهای بیومکانیک بطور طبیعی بر مدلسازی جنبه های سطح – سیستم بدن انسان می باشد، جنبه هایی از قبیل سیستم عضلانی اسکلتی، سیستم تنفسی، سیستم های قلبی- عروقی و قلبی- ریوی. از نظر تکنولوژی هم اکثر پیشرفت ها در حوزه ی نصب و توسعه ی دستگاه های مرتبط با سطح – سیستم بوده، که تاثیرات آشکاری برعملکرد ورزشکاران، تعامل محیط کار، بازتوانی بالینی، اورتوز، اندام مصنوعی، و جراحی های اورتوپدیک داشته است. با این وجود دستاوردهای کنونی در حوزه ی بیومکانیک بر رفتار مکانیکی زیرسیستم های بیولوژیکی از قبیل بافت ها، سلول ها و ملوکول ها تمرکز دارد، تا نشان دهد که رفتارهای مکانیکی سهم زیادی از فرایندهای مربوط سلول و ملوکول را به خود اختصاص داده اند و از این طریق عملکرد زیر سیستم های بیولوژیکی را در تمامی سطوح به هم مربوط نماید. این دستاوردها اثر مستقیمی در پیشرفت میکروتکنولوژی و نانو بولوژیک درگیر در دینامیک پلیمر، بیوغشاء، و موتورهای ملوکولی دارد. یکپارچگی الگوی سیستم ها و زیر سیستم ها دانش کلی ما را در خصوص عملکرد و اجرای انسانی افزایش داده و قوانین موجود در بیومکانیک را ارتقا می دهد. هم اکنون هم دانش ما در خصوص فرایندهای بیومکانیکی محدود می باشد، اما با پیشرفتی که بیومکانیک در حوزه ی تحقیقات از خود نشان می دهد، اطلاعات جدیدی به دست خواهد آمد که بر نوع نگاه ما در خصوص بیومکانیک اثر گذاشته و کاربردهای مهمی که برای بهبود و اصلاح هستی بشر ضروری هستند نیز کشف خواهد شد. پیشرفتهای اخیر در حوزه ی بیومکانیک را می توان به پیشرفت در خصوص روش های آزمایشگاهی و تجهیزات از قبیل توان عملیاتی و امکانات تصویر سازی نسبت داد. بیومکانیک به پیشرفت سریع خود همچنان ادامه خواهد داد تا جایی که ژورنالها و کتابخانه های دانشگاه ها حجم زیادی از فضای خود را به مطالب این حوزه که بشکل تحقیقات گوناگون، مقالات تکنینکال، گزارشات تخصصی و کتابها می باشند، اختصاص دهند. با این مقدمه، این کتاب شامل مجموعه ای متشکل از فصل های مختلف است که اصول و کاربردهای کنونی حوزه ی بیومکانیک را از نقطه نظر صاحب نظران موجود در این حوزه ارائه می دهد. در مجموع 20 فصل ارائه شده است، که 12 تا از این فصول در اصل به روز رسانی و اصلاح کار قبلی است تا دیدگاه ها و پیشرفت های مهم در آن از قلم نیافتد. فصول این کتاب بصورت نظام دار سازماندهی شده اند. گروه اول مکانیک عضلانی اسکلتی، مکانیک بافتهای سخت، نرم، مکانیک مفاصل و کاربردهای مرتبط با عملکرد انسانی را در بر می گیرد. گروه بعدی چند بعد از مکانیک سیالات زیستی را پوشش می دهد که شامل دامنه ی گسترده ای از دینامیک گردشی از قبیل عروق خونی، مکانیک سلول های خونی و انتقال می شود، سپس به وسیله ی فصلی که مرتبط است با روش های کنونی و استراتژی های موجود در مدل سازی مکانیک سلولی ادامه می یابد. گروه بعدی شامل معرفی عملکردهای مکانیکی و اهمیت گوش انسان است. در انتها دو فصل باقیمانده بمعرفی ویژگی های عملکردی سیستم های بدن انسان طی تمرین و اجرا خواهد پرداخت. این ها شمایی کلی از مطالب موجود در این کتاب بود، با این امید که بتواند مرجعی برای متخصصین و مقدمه ای برای دانش آموزان بیومکانیک قرار گیرد. این کتاب تلاشی بود در خصوص پیوند حوزه های مختلف بیومکانیک; هر چند همانطور که بیومکانیک در حال رشد است برخی عناوین نیز ممکن است سهواً از قلم انداخته شده باشد. آنچه در کتاب بیومکانیک (اصول و کاربردها) می خوانید : فصل 1. مکانیک بافت سخت فصل 2. مکانیک بافت نرم عضلانی اسکلتی فصل 3. حرکت سطوح مفصلی (حرکت سطحی در مفاصل) فصل 4. روانکاری مفصل فصل 5. آنالیز گام برداری فصل 6. مکانیک سر/ گردن فصل 7. بیومکانیک ضربات وارده بر قفسه ی سینه و شکم فصل 8. بیومکانیک قلب فصل 9. دینامیک دریچه قلبی فصل 10. دینامیک خون (همودینامیک) در گردش خون سرخرگ های بزرگ فصل 11. مکانیک رگهای (عروق) خونی فصل 12. سیستم وریدی فصل 13. مکانیک، انتقال ملوکولی و تنظیم درسیستم گردش خون مویرگی فصل 14. مکانیک و تغییر شکل سلول های خون فصل 15. مکانیک بافت / انتقال لنفی فصل 16. مدلسازی در بیومکانیک سلولی فصل 17. مکانیک مارپیچی (پیچشی) فصل 18. مکانیک دهلیزی فصل 19. فیزیولوژی تمرین فصل 20. عوامل مؤثر بر کار مکانیکی در انسان تالیف: برونژینو, دونالد پترسون, ژوزف دی مترجم: پرفسور حیدر صادقی, داوود محسنی نیا, عباس فرجاد پزشک