Biomechanika-Mozgáselemzés Előadás-vázlat a BSc hallgatók Kiss Rita M. MTA doktor rikiss@mail.bme.hu Budapest, 2017 http://www.mogi.bme.hu/letoltes/BIOMECHATRONIKAI%20&%20BIOMECHANIKAI%20T%c3%81RGYAK/Biomechanika_SE/

Definíciók

Alapcsoport-Biológiailag inspirált szerkezetek Biológiailag inspirált mérnöki tudomány egy olyan „új” tudományág, amikor az orvosi, ipari, környezet, anyagtani, gépészeti, építészeti mérnöki területen a biológiai elvek alapján új műszaki megoldásokat hoznak létre. Ez a mérnöki terület összekapcsolja az élettudományokat, a természettudományokat és a mérnöki tudományokat. Célja kettős: egyrészt új mérnöki szerkezetek létrehozása, mérnöki szerkezetek tökéletesítése, másrészt az élet jobb megértése, az életminőség javítása.

Új??? Leonardo: Tanulmányok a repülőgép és madarak repüléséről (kb. 100 tábla) Zöller F: Leonardo összes festménye és rajza, Taschen Györfi András: Ikaros repülése

Szinonimák - elnevezések „Nagy kavar” Bionika (bionics): bio (bios-természet, élet)+nics (technics-technika) JE Steel 1960 német nyelvterület: a teljes tudományterületre angol nyelvterület: orvostudományi területen, a szervek vagy testrészek mechanikus változattal való cseréje, pótlása Biomimetika (biomimikri) bio (bios- természet, élet)+mimetika (mimézis –utánzás) az élőlények felépítésének és mechanizmusainak - evolúció által évmilliókig tökéletesített természetes rendszereket lemásolva - mesterséges anyagokban, gépekben való megjelenítése

Csoportosítás Nachtigall W: Bionik alapján (német!) Antropobionika – Az emberek mozgásának tanulmányozása Neurobionika – Agy és gerincvelő információ továbbítás és feldolgozás tanulmányozása, pótlása Eljárásbionika – Biológiai folyamatok vizsgálata (fotószintézis-víz+hidrogén) Konstrukciós bionika – Biológiai konstrukciós elemek elemzése, másolása (szerkezetek tökéletesítése, építészet, gépészeti szerkezetek) Strukturális bionika – Biológiai struktúraelemek elemzése, másolása (bogács-tépőzár, moszat-fordított tetőszerkezet) Eszközbionika – Biológiai eszközök, technikák elemzése, másolása (konstrukciós és strukturális bionika) (farokuszony-hajócsavar) Mozgásbionika (Anyagbionika) – Az áramlási viszonyok és a felületi kialakítás összefüggésének vizsgálata, a folyadékokban és levegőben való mozgás közben. (cápabőr, lótusz levél, víztaszító anyagok) Szenzorbionika – Az ingerek érzékelésének vizsgálatával (denevér-tolatóradar) Infobionika – Ingerátvitel tanulmányozása (idegrendszeri továbbítás, bio-nano készülékek) Fejlődésbionika – Az evolúciós folyamatok tanulmányozása (komplex rendszerek matematikai megfogalmazása) Klímabionika – Biológiai hőérzékelés, állati építmények (termeszvárak) Molekuláris bionika – Molekulákvizsgálata (mikoelektonika, naotechnológia, speciális anyagok)

Csoportosítás (hazai-PPTE) Életminőség javítása Bionika (antropobionika, neurobionika, infobionika?) Természet másolása Biomimetika (eljárásbionika, konstrukciós bionika, strukturális bionika, eszközbionika, mozgásbionika (Anyagbionika), szenzorbionika, infobionika) Egyéb (Építészeti bionika) Konstrukciós, strukturális bionika?? Klimabionika

Definíció – Bionika (Biomechanika) Biofizika egyik ága, interdiszciplináris kutatás Mechanika (Galilei)+Biológia (Lamarck)=Biomechanika (Helmholz): az élőlények mechanikai tulajdonságaival és ezek élettani szerepével foglalkozó tudományág Webster: A biológiai speciálisan az izomaktivitásnak mechanikai alapjai és tanulmányozza az ezzel kapcsolatos törvényeket és összefüggéseket; Dorland: Élő szervezetekre alkalmazott mechanikai törvények különösen az emberi test helyváltoztatására; Nigg: Az élő rendszerek szerkezetét és működését a mechanika ismeretanyagának és módszereinek felhasználásával vizsgáló tudomány.

Definíció Elemzi mindazokat az anatómiai, élettani, pszichológiai, mechanikai kérdéseket, amelyek a külső és belső mozgások során felvetődnek; Külső biomechanika: Külső szemlélő által észlehető módon a testeknek az erő hatására a térben és időben történő helyzet és helyváltoztatását vizsgálja; Belső biomechanika: a szervezetben lezajló mozgásokat, a mozgások megszerveződésének ideg-izom koordinációját, a mozgásmintázatok kialakulását, energetikáját vizsgálja.

Anatómiai alapok

Anatómiai referencia 1. 5. Sagittalis 2. Median sagittalis 3. Frontalis 4. 6. Transversalis

Emberi test felosztása fej nyak törzs (mellkas, has, medence) végtagok (felső, alsó) alsó végtag (nem láb): comb, lábszár, láb felső végtag (néha kar): felkar, alkar, kéz

Csontvázrendszer Emberben 206 csont (egyeseknél több borda van) A testsúly 10%-a Funkció: szervezet szilárd váza létfontosságú szervek védelme üregbe zárja a vöröscsontvelőt (vérképzés)

Csontok osztályozása Csöves csontot (hosszú és rövid), amik főleg a végtagokon fordulnak elő. Nevüket a csont középső csőszerű darabjáról kapták. E csontok két vége rendszerint vaskosabb és nem egységes üreget, hanem soküregű szivacsos csontállományt tartalmaz. Hosszú csöves csont Rövid csöves csont

Csontok osztályozása A lapos csontokra jellemző, hogy két vékony tömör csontréteg közötti teret szivacsos csontállomány tölti ki, mely az élet végéig megmaradó vörös csontvelővel telt. Köbös vagy szabálytalan alakú csontok, rendszerint szabálytalan, de a tér három síkjában közel azonos méretű csontok. Vékony tömör kéregből és az állományuk javarészét kitevő szivacsos csontból állnak. Ilyenek a kéz-, és lábtő csontok, amelyek sárga csontvelőt, és a csigolyák, melyek vörös csontvelőt tartalmaznak. Labyrinthus, vagy légtartalmú csontok, főleg a koponyában fordulnak elő. Vékony csontlemezekből állószabályos felépítésű csontok, melyek főleg az arckoponya nyálkahártyával bélelt üregrendszerét veszik körül.

Csontok alkotó elemei szerves állomány (rugalmasság) szervetlen állomány (szilárdság) a két állomány aránya az élet folyamán változik osteoblastok (csontépítő sejtek) osteoclastok (csontfaló sejtek) 4x szilárdabb, mint a beton

Csont felépítése

Csonthártya = periosteum Védelem Idegi & vérellátás Vastagságbeli növekedés Gyógyulás Csontvelő = medulla ossium Vörös csontvelő: rövid, lapos, szabálytalan alakú, hosszú csöves csontokban, feladata a vérképzés Sárga csontvelő hosszú csöves csontok közepében = velőűr zsírszövet

Csontgerendák  

Csontgerendák

Ízülettan – csontok összekötései folytonos kötőszövetes (koponyacsontok)

Ízülettan – csontok összekötései folytonos kötőszövetes (koponyacsontok) porcos (csigolyák)

Ízülettan – csontok összekötései folytonos kötőszövetes (koponyacsontok) porcos (csigolyák) csontos (keresztcsont)

Ízülettan – megszakított összeköttetés - ízület Ízület (articulatio) részei: Ízületi fej: mértani idomhoz hasonló Ízületi árok: fej benyomata Ízfelszínek: porccal borított felszín (különböző alakú) ízületi tok (külső rostos réteg, belső, synovialis hártya termeli az ízületi folyadék) ízületi szalag = ligamentum: rugalmas kötőszövet (stabilitás + izmok tónusa) Ízületi nedv = synovia: olajoz

Ízületek osztályozása függ az ízfelszín alakjától, valamint az ízületi tok és szalagok állapotától mozgás szerint: hajlítás = flexio – feszítés = extensio közelítés = adductio – távolítás = abductio forgó/rotatio

Ízületek osztályozása alak szerint gömb (váll, csípő)-három tengelyű szabad ízület henger (könyök) ellipszoid vagy tojás (csukló) (kéttengelyű) nyereg (hüvelyk) (egytengelyű) csúszó-gördülő (térd)

Izomtan Az izom a mozgás aktív szerve

Izom típusai Harántcsíkolt: rövid, de erős erőkifejtésre képes (az összes aktív mozgásban résztvevő izmunk) Sima: hosszú, de gyengébb erőkifejtésre képes (erek fala, belső szervek fala) Szív: hosszú és erős erőkifejtésre képes

Izmok részei Izomhas (venter) Ín (tendo) Járulékos részek Izmok összehúzódásra (kontrakcióra) képes része Középső, tömegesebb része Haráncsíkos izomrostokból álló izomszövet proximalis: eredés; ditalis: tapadás Ín (tendo) Izmok passzív része csontvázhoz rögzítik az izmot, megakadályozzák passzív túlnyújtásukat Járulékos részek nyálkatömlő = bursa ínhüvely = vagina tendinis izompólya = fascia

Izmok osztályozása Alakjuk szerint: Eredés szerint: hosszú (biceps) rövid (tenyéren ujjak közötti izmok) lapos (ferde hasizom) gyűrű ( = záróizom/sphincter) Eredés szerint: 1-, 2-, 3-, 4- fejű Kialakítás szerint: kéthasú izom (pl. nyakizmok között – ínszalag „megszakítja”)

Összefoglalás Emberi test részei, anatómiai síkok Csontrendszer: csontok osztályozása, ízületek osztályozása Megszakított ízület részei, osztályozásai Izmok típusai, részei, osztályozása