بیومکانیک (اصول و کاربردها)

منابع معرفی کتاب بیومکانیک (اصول و کاربردها) از زمان پيدايش تفكر، انسان‌ها در همه حال با كنجكاوي بدنبال راهي براي درك تنوع رخدادها و مشاهدات پيرامون خود بوده‌اند. جستجو براي پاسخگوئي و درك مشاهدات، در قالب‌هاي مختلفي چون مذهب، هنر، و علوم شكل گرفته‌اند. 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 مي‌شود را نيز شامل شده است. مضاف بر اينكه، علوم به صورتي تنظيم شده و در قالبي منطقي جاي خود را در بين انسان‌ها باز نموده است.   بیومکانیک ( اصول و کاربردها) بطور كلي آنچه كه ما راجع به علوم فكر مي‌كنيم، تقسيم‌بندي علوم در چند قالب مختلف، اما مرتبط با يكديگر است. بيولوژي، براي مثال، مطالعه پيرامون بخش‌هاي زنده موجودات را در بر مي‌گيرد. شيمي، روابط بين اجزاء و اجسام مركب را مورد بررسي قرار مي‌دهد. در زمين‌شناسي به مطالعه پيرامون زمين و در نجوم به مطالعه منظومه خورشيدي، كهكشان‌ها و به طورعام تر، كل گيتي اهتمام مي‌شود. 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 مولكول‌ها، اتم‌ها، هسته اتم و در سيستم‌هائي با مقياس بزرگتر همچون گازها، مايعات و جامدات اختصاص دارد. گروهي از انديشمندان، فيزيك را از آنجائي كه پايه‌اي براي علوم ديگر است، بعنوان علمي پايه كه به انسان براي درك پديده‌هاي طبيعي كه در جهان اتفاق مي‌افتد، مي‌شناسد. 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 در‌طول تاریخ علمی ریشه دوانده و از تحقیقات ریاضی‌دان‌ها، مهندسین، فیزیک‌دان‌ها، بیولوژیست‌ها و پزشک‌ها تاثیرات زیادی پذیرفته است. لیکن هیچکدام از این نظام‌ها نمی‌توانند ادعا کنند که به تنهایی مسئول ارتقاء بیومکانیک به جایگاه کنونی بوده‌اند; بلکه بهتر است پیشرفت را حاصل اجماع و مشارکت کاربردهای ریاضیات، قوانین فیزیک و روش‌های مهندسی بدانیم. این کتاب همانگونه که نویسنده های آن اشاره کرده اند شامل مجموعه‌ای متشکل از فصل‌های مختلف است که اصول و کاربردهای کنونی حوزه‌ی بیومکانیک را از نقطه نظر صاحب نظران موجود در این حوزه ارائه می‌دهد. 12 فصل آن برای به روز رسانی و اصلاح دانش قبلی در حوزه بیومکانیک به صورتی نظام‌دار 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 می‌دهد که دامنه‌ی گسترده‌ای از دینامیک عروق خونی، مکانیک سلول‌های خونی و انتقال را شامل می شود. فصول برشمرده به فصل های دیگر که مرتبط به روش‌های کنونی و استراتژی‌های 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 ویژگی‌های عملکردی سیستم‌های 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 در‌بر میگیرد که در‌آن براساس اصول ریاضیات و علم فیزیک سیستم‌هایی طراحی و ساخته می‌شود که مستقیماً به انسان و جامعه سود می‌رسانند. با‌این پیش‌زمینه، اهمیت علم مهندسی آشکار خواهد‌شد، خصوصاً در جنبه‌هایی از قبیل بیومدیکال. مهندسی بیومدیکال بیشتر از تمامی علوم مهندسی رو به پیشرفت است. مهندسی بیومدیکال شاخه‌ای از مهندسی است که در آن شاخه‌های اصلی مهندسی از‌قبیل مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک و مهندسی شیمی با‌ هم ترکیب می‌شوند و وجود اطلاعات کاربردی سایر نظام‌های غیر‌مهندسی از‌قبیل بیولوژی و پزشکی در آن ضروری است. مهندسی بیومدیکال دانشی چندبعدی می‌باشد که دارای جنبه‌های اصلی از ‌قبیل بیومکانیک، تجهیزات زیستی و بیومت است. بعنوان مثال بیومکانیک، یا مکانیک زیستی شاخه‌ای از مکانیک است که از قوانین علم فیزیک استفاده می‌کند تا از‌این طریق اثر نیرو و انرژی را بر سیستم‌های مواد برسی نماید. این علم در تلاش برای مدل‌سازی و پیش‌بینی رفتار سیستم‌های زنده ممکن است جنبه‌هایی از مکانیک کلاسیک، علم‌مواد، 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 در‌طول تاریخ علمی ریشه دوانده و از تحقیقات ریاضی‌دان‌ها، مهندسین، فیزیک‌دان‌ها، بیولوژیست‌ها، و پزشک‌ها تاثیرات زیادی پذیرفته است. هیچکدام از این نظام‌ها نمی‌توانند ادعا کنند که بتنهایی مسئول ارتقاء بیومکانیک به جایگاه کنونی بوده‌اند; این تاثیرات بعلت اجماع و مشارکت تمامی این نظام‌ها بوده است، بهتر است بگوئیم مشارکت حاصل از کاربردهای ریاضیات، قوانین فیزیک و روش‌های مهندسی را می‌توان مسئول این پیشرفت دانست. در کتاب‌های مختلف چندیدن دیدگاه در‌خصوص تاریخچه‌ی بیومکانیک وجود دارد بهمین خاطر در‌این مقدمه بمرور تاریخی بیومکانیک نمی‌پردازیم و این‌ را به عهده‌ی خواننده واگذار می‌کنیم 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 کتاب‌های دیگر وجود دارد نشان می‌دهد که بیومکانیک مورد توجه بسیاری از دانشمندان درگیر در علوم مختلف بوده است. لئوناردو داوینچی یکی از اولین پیشگامان در حوزه‌ی بیومکانیک، اولین کسی بود که قوانین “علت و اثر” را در حوزه‌ی 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 می‌دهند خصوصاً هنگامیکه علت آشکار نباشد آزمایش یک ابزار حیاتی است. روش‌های کنونی برای درک و حل مسائل مربوط به مهندسی فراتر از قوانین لئوناردو گام بر‌داشته‌اند و برای رسیدن به این هدف، گام‌های بنیادی را دنبال می‌کنند که این گام‌ها بترتیب عبارتند‌از مشاهدات، آزمایشات، تحقیقات نظری، معتبر سازی‌ها و کاربردهای آن. اساس این گام‌ها بر پایه‌ی متدولوژی مهندسی است و اهمیتشان در تحصیل مهندسی خصوصاً در مهندسی بیومدیکال به تایید رسیده است. اهمیت تمامی این گام‌ها به یک اندازه می‌باشد و وجود یک رابط بین این گام‌ها بمنظور تلفیق فهم کاربردی آنها از سیستم ضروری بنظر می‌رسد. علم مهندسی با نادیده گرفتن این همکنش‌های بنیادی ناخود‌آگاه مهندسینی پرورش می‌دهد که از مسیرهایی که در‌آنها پدیده‌های دنیای واقعی از قوانین ریاضیاتی تبعیت نمی‌کنند بی‌اطلاعند. بعلت اینکه اکثر سیستم‌های بیومکانیکی ذاتاً سیستم‌های پیچیده‌ای می‌باشند و نمی‌توان 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 گام‌های مذکور دارد. درهنگامی که ارائه راه‌حلی دقیق امکان پذیر نمی‌باشد، شناسایی پدیده‌های فیزیکی مهم و دستیابی به راه‌حلهای مفید می‌تواند کمک کننده باشد. جای تعجب ندارد که نیاز به شناخت پدیده‌های مهم و دستیابی به حل تقریبی در مهندسی بیومدیکال با اهمیت‌تر از هر نظام دیگر مهندسی به نظر می‌رسد، که این امر را می‌توان به پیچیدگی فرایندهای بیولوژیکی درگیر در‌آن نسبت داد. تمرکز کاربردهای بیومکانیک بطور طبیعی بر مدلسازی جنبه‌های سطح – سیستم بدن انسان می باشد، جنبه‌هایی از قبیل سیستم عضلانی اسکلتی، سیستم تنفسی، سیستم‌های قلبی- عروقی و قلبی- ریوی. از نظر تکنولوژی هم اکثر پیشرفت ها در حوزه‌ی نصب و توسعه‌ی دستگاه‌های مرتبط با سطح – سیستم بوده، که تاثیرات آشکاری برعملکرد ورزشکاران، تعامل محیط کار، بازتوانی بالینی، اورتوز، اندام مصنوعی، و جراحی‌های اورتوپدیک داشته است. با‌این وجود دستاوردهای کنونی در حوزه‌ی بیومکانیک بر رفتار مکانیکی زیرسیستم‌های 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 داده‌اند و از این طریق عملکرد زیر‌سیستم 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 سیستم‌ها و زیر‌سیستم‌ها دانش کلی ما را در‌خصوص عملکرد و اجرای انسانی افزایش داده و قوانین موجود در بیومکانیک را ارتقا می‌دهد. هم اکنون هم دانش ما در خصوص فرایندهای بیومکانیکی محدود می‌باشد، اما با پیشرفتی که بیومکانیک در‌حوزه‌ی تحقیقات از خود نشان می‌دهد، 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 حوزه‌ی بیومکانیک را می‌توان به پیشرفت در خصوص روش های آزمایشگاهی و تجهیزات از قبیل توان عملیاتی و امکانات تصویر‌سازی نسبت داد. بیومکانیک به پیشرفت سریع خود همچنان ادامه خواهد داد تا جایی که ژورنالها و کتابخانه‌های دانشگاه‌ها حجم زیادی از فضای خود را به مطالب این حوزه که بشکل تحقیقات گوناگون، مقالات تکنینکال، گزارشات تخصصی و کتابها می‌باشند، اختصاص دهند. با‌این مقدمه، این کتاب شامل مجموعه‌ای متشکل از فصل‌های مختلف است که اصول و کاربردهای کنونی حوزه‌ی بیومکانیک را از نقطه نظر صاحب نظران موجود در این حوزه ارائه می‌دهد. در مجموع 20 فصل ارائه شده است، که 12 تا از این فصول در اصل به روز رسانی و اصلاح کار قبلی است تا دیدگاه‌ها و پیشرفت های مهم در آن از قلم نیافتد. فصول این کتاب بصورت نظام‌دار سازماندهی شده‌اند. گروه اول مکانیک عضلانی اسکلتی، مکانیک بافتهای سخت، نرم، مکانیک مفاصل و کاربردهای مرتبط با عملکرد انسانی را در بر می‌گیرد. گروه بعدی چند بعد از مکانیک سیالات زیستی را پوشش می‌دهد که شامل دامنه‌ی گسترده‌ای از دینامیک گردشی از قبیل عروق خونی، مکانیک سلول های خونی و انتقال می‌شود، سپس به وسیله‌ی فصلی که مرتبط است با روش‌های کنونی و استراتژی‌های موجود در مدل سازی مکانیک سلولی ادامه می‌یابد. گروه بعدی شامل معرفی عملکردهای مکانیکی و اهمیت گوش انسان است. در انتها دو فصل باقیمانده بمعرفی ویژگی های عملکردی سیستم‌های 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 مقدمه‌ای برای دانش آموزان بیومکانیک قرار گیرد. این کتاب تلاشی بود در‌خصوص پیوند حوزه‌های مختلف بیومکانیک; هر‌چند همانطور که بیومکانیک در‌حال 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