Biyomekanik, mekanik ilkelerin canlılar ve yaşamın temel işlevsel birimi olan hücreler gibi organizmalara uygulanmasıdır. İnsan hareketinin temel ilkelerinin anlaşılmasında biyomekaniğin önemli bir rolü vardır. Çağdaş biyomekanik, fizik ve mühendislik ilkelerini tıp ve biyoloji bilimlerindeki bilgilerle birleştiren çok disiplinli bir alandır.
Biyomekaniğin Bazı Alt Dalları
Biyoakışkanlar Mekaniği: Biyolojik organizmaların içerisinde veya çevresinde bulunan hem gaz hem de sıvı akışkanların akış karakteristiklerinin incelenmesidir. İnsan kardiyovasküler sistemindeki kan akış problemi biyoakışkanlar mekaniğinin sıklıkla üzerinde durduğu bir konudur. Gaz formunda bulunan akışkan problemilerinde ise insan solunum sistemi üzerinde durulmaktadır.
Spor Biyomekaniği: Atletik performansı daha iyi anlayabilmek ve spor yaralanmalarını azaltmak için insan hareketine mekanik yasaların uygulanması spor biyomekaniğinin çalışma kapsamındadır. Gerinim ölçerler, dijital filtreleme, sayısal yöntemler, yüzey EMG’si, kuvvet platformları spor biyomekaniğinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Biyotriboloji: Biyolojik sistemlerin, özellikle kalça ve dizler gibi insan eklemlerinin sürtünmesi, aşınması ve yağlanması üzerine yapılan çalışmalara biyotriboloji adı verilmektedir. Hareket sırasında temas eden iki yüzeyden kaynaklanan yüzey altı hasar analizi de biyotribolojinin çalışma alanına girmektedir.
Hesaplamalı Biyomekanik: Biyolojik sistemlerin mekaniğini incelemek için sonlu elemanlar analizi gibi mühendislik hesaplama araçlarının kullanılmasıdır. Hesaplamalı modeller ve simülasyonlar deneysel olarak test edilmesi zor görünen parametreler arasındaki ilişkiyi hesaplayabilmek konusunda kolaylık sağlamaktadır. Deneylerin zamanını ve maliyetini azaltan daha ilgili deneyler tasarlamak açısından da avantajlıdır.
Bunlar dışında allometri, hayvan hareket ve yürüyüş analizi, karşılaştırmalı biyomekanik, kardiyovasküler biyomekanik, kas-iskelet ve ortopedik biyomekanik gibi alanlar da biyomekaniğin uygulamalı alt dalları olarak bilinmektedir.
Biyomekaniğin Tarihçesi
Biyomekanik çok uzun geçmişe sahip olan bir alandır.
Aristotales “De Montu Animallium” (Hayvanların Hareketi Üzerine) adlı kitabında hayvanların vücutlarını mekanik sistemler olarak tanımlamış ve kaslarının hareketini ilk kez geometrik analize tabi tutmuştur.
Arşimet günümüz yüzme sporunun temellerini oluşturan ilkeler geliştirmiş, sonrasında Leonardo Da Vinci anatomiyi mekanik bağlamında inceleyerek fonksiyonel anatomi konusunda bilgiler edinmiştir. Kas kuvvetlerinin kökenlerini analiz edip eklemlerin işlevlerini de incelemiştir.
15-17.yüzyıllar arasında Galileo, Newton ve Borelli bu alana katkıda bulunmuşlardır. Galileo ağırlık artışının neden olduğu kemik gücünü ve şekil değişikliğini analiz ederken Newton ünlü hareket yasalarını yayınlamıştır. Borelli, denge koşullarında eklem hareketini ilk belirleyen olmasının yanında insan ağırlık merkezinin konumunu da belirlemiştir. 19. Yüzyılda Étienne-Jules Marey hareketi bilimsel olarak araştırmak amacıyla sinematografiyi kullanmış ve yer reaksiyon kuvvetlerini hareketle ilişkilendiren ilk kişi olarak modern hareket analizi alanını açmıştır. Julies Wolff trabeküler kemik geometrileri ve kemik üzerindeki mekanik uyaranlar arasındaki ilişkiyi tanımlayan Wolff yasasını öne sürmüştür.
İlerleyen süreçte biyomekanik alanı gelişmiş ve kemik biyomekaniği, eklem kıkırdağı, yumuşak dokular, üst ekstremite ve omurga gibi konularda önemli çalışmalar üretilmiştir. Günlük yaşam aktiviteleri sırasında eklem kinematiği ve doku fonksiyonunun daha iyi anlaşılabilmesi için daha iyi ekipman ve analizler kullanıma sunulmuştur. Ortopedik implantların matematiksel modellemesi ve geliştirilmiş mühendislik tasarımlarından da önemli adımlar atılmıştır.
Kaynaklar:
- en.wikipedia.org
- Biomechanics: a fundamental tool with a long history – Bernardo Innocenti
- Analysis of different uncertainties in the inverse dynamic analysis of human gait – Rosa Pàmies-Vilàa, Josep M. Font-Llagunesa, Javier Cuadradob, F. Javier Alonso
