ميكانيكا حيوية: الفرق بين النسختين

يطبق هذا البحث والتحليل على عدة مستويات بدءاً من المستوي الجزيئي الذي تتألف منه المواد الحية مثل ال[[كولاجين|الكولاجين]] والو[[إلاستين|الإلاستين]]، إلى مستوي الأعضاء والأنسجة. بعض التطبيقات البسيطة [[ميكانيكا كلاسيكية|للميكانيكا النيوتنية]] يمكن أن تعطي مقاربات صحيحة على كل مستوي، ولكن التفاصيل الدقيقة تتطلب استخدام [[ميكانيكا الأوساط المتصلة]].

لقد ظهر أن الحمولات والتشوهات المطبقة يمكن أن تؤثر على خصائص الأنسجة الحية. يوجد أبحاث أكثر في مجال نمو وإعادة تشكل الأعضاء كرد على هذه الحمولات المطبقة. مثلاً، تأثير [[ضغط الدم]] المرتفع على ميكانيكية جدران [[الشرايين]]، وسلوك الخلايا العضلية القلبية مع [[احتشاء القلب]]، ونمو ال[[عظم|العظم]] كاستجابة لممارسات معينة، ونمو النباتات التأقلمي مع حركة الريح، تعتبر كشاهد على أن الأنسجة الحية تتشكل من جديد كنتيجة مباشرة للأحمال المطبقة.

توظف العلوم الرياضية المختلفة تشمل [[الجبر الخطي]]، و[[المعادلات التفاضلية]]، [[الأشعة]]، حسابات ال[[تنسور|التنسور]] والتقنيات العددية والحسابية مثل [[طريقة العناصر المنتهية]].

إن دراسة المواد الحيوية مهمة جداً للميكانيكا الحيوية. فالأنسجة الحيوية المختلفة في الجسم مثل الجلد والعظم والشرايين، كلا منها ذو خواص فردية بذاتها. فالاستجابة الميكانيكية المنفعلة للأنسجة الخاصة يمكن أن تتبع خصائص [[البروتينات]] المختلفة، مثل ال[[إلاستين|الإلاستين]] والو[[كولاجين|الكولاجين]]، والخلايا الحية، والمواد الأساسية مثل [[بروتيوغليكان]]، وتوجه الألياف داخل ال[[نسيج|النسيج]]. مثلاً، إذا كان ال[[جلد|الجلد]] البشري مركب من البروتين غير الكولاجين، فإن العديد من الخصائص الميكانيكية، مثل [[معامل يونغ|معامل المرونة]]، سيكون مختلفاً.

إن ال[[كيمياء]]، و[[علم الأحياء الجزيئية]]، و[[علم حياة الخلية]] تشرح الخواص المنفعلة والفاعلة للأنسجة الحية. مثلاً، في [[التقلص العضلي]]، ارتباط ال[[ميوزين|الميوزين]] مع ال[[أكتين|الأكتين]] يقوم على تفاعل كيميائي حيوي يشمل شوارد ال[[كالسيوم|الكالسيوم]] و([[أدينوسين ثلاثي الفوسفات]]).

إن دراسة الميكانيكا الحيوية تتراوح من العمل الداخلي في ال[[خلية|الخلية]]، إلى حركة وتطور الأعضاء، إلى الخواص الميكانيكية للأنسجة الرخوة، و[[عظم|العظام]]. بتطور فهم السلوك الفيزيولوجي للأنسجة الحية، أصبح الباحثون قادرين على التقدم في ميادين [[هندسة النسج]]، وتطوير المعالجات في [[علم الأمراض]].

إن الميكانيكا الحيوية كما [[علم الرياضة]]، و[[علم الحركة]]، تطبق قوانين ال[[ميكانيكا|الميكانيكا]] وال[[فيزياء]] على أداء الجسم البشري لكي نفهم بشكل أكبر أداء الأحداث الرياضية من خلال ال[[نمذجة|النمذجة]]، والو[[محاكاة|المحاكاة]] والقياس.

إن من المناسب [[نمذجة]] الأنسجة الحية على أنها أوساط متصلة. فعلى مستوي الأنسجة الحية، يمكن نمذجة جدران [[شريان|الشرايين]] على أنها وسط متصل. هذا الافتراض يسقط عندما تقترب أبعاد الجسم المحلل من أبعاد البنية الدقيقة للمادة. الفرضيات الأساسية ل[[ميكانيك الأوساط المستمرة]] هو حفظ [[عزم خطي|العزم الخطي]] و[[عزم زاوي|الزاوي]]، [[حفظ الكتلة]]، [[حفظ الطاقة]]، وتفاوت ال[[إنتروبي|الإنتروبي]]. تنمذج المواد الصلبة عادة باستخدام [[إحداثيات لاغرانج]]، بينما تنمذج الموائع غالباً باستخدام [[إحداثيات أولر]]. إن استخدام هذه الفرضيات والمسلمات مع الأخذ بعين الاعتبار بعض المشاكل، يمكننا من كتابة مجموعة من معادلات التوازن. إن العلاقات الأساسية والحركية تحتاج إيضاً إلى أوساط مستمرة ليمكن تطبيقها في النمذجة.

إن استخدام [[تنسور|تنسورات]] من الدرجة الثانية أو الرابعة، يعتبر أمر أساسي في تمثيل العديد من الكميات في ال[[كهرتحريكيات]]. إن ال[[تنسور|التنسور]] الكامل من الدرجة الرابعة نادراً ما يستخدم في الواقع العملي. وبدلا عنه، تستخدم بعض التبسيطات مثل [[توحد الخواص]] و[[توحد الخواص|تباينها]]، واللاإنضغاطية لتقليل عدد العناصر المستقلة. التنسورات من الدرجة الثانية والمستخدمة بشكل شائع تتضمن [[تنسور إجهاد كاوشي]]، و[[تنسور إجهاد كيرشوف-بيولا الثاني]]، [[تنسور تدرج التشوهات]]، و[[تنسور الإجهاد الأخضر]]. ينصح القارئ في مراجع الهندسة الميكانيكية أن يحدد بدقة تعاريف مختلف التنسورات التي تستخدم في الحالات الخاصة.