Detail předmětu

Biomechanika I

FSI-RBAAk. rok: 2010/2011

Biomechanika I je vstupním předmětem do biomechaniky II, která se zabývá řešením biomechanických problémů pohybové soustavy modelováním a do biomechaniky III, v níž je posluchač seznamován s řešením problémů srdečně cévní soustavy. Zvládnutí těchto dvou biomechanik vyžaduje, aby měl posluchač základní znalosti o struktuře a funkcích buněk a poznatky z histologie, fyziologie a patologie tkání lidského organizmu. Biomechanika I zahrnuje systémové pojetí bioinženýrských oborů, lékařství, struktury a funkcí buňky a prvků tkání. Detailněji se zabývá histologií a fyziologií epitelů, pojiv, vaziv, kostní tkáně a chrupavek, zejména chrupavkou kloubní, dále svalovou a nervovou tkání. V přiměřené míře pojednává o patologii uvedených typů tkání, zejména z pohledu degradačních procesů. V části vyhrazené biomateriálovému inženýrství se předmět zaměřuje především na konstitutivní a pevnostní vlastnosti základních biomechanických materiálů (kolagen, elastin, acetin) a na vlastnosti austenitických ocelí, legovaných slitin, vysokotlakého polyetylénu a keramik, které jsou součástí implantátů. Systémově je pojednáno o modelování v biomechanice. Předmět obsahuje i základní informace o samoorganizaci a synergetice v biologických oborech.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Výsledky učení předmětu

Posluchač získá orientaci jak v interdisciplinárních bioinženýrských oborech členěných takto: od přírody k technice, od techniky k přírodě a obory vycházející z podstaty inženýrství, tak i v biomechanice člověka, členěné podle různých kritérií. Získá základní vědomosti z anatomie, histologie, fyziologie a patologie karyotních buněk, lidských tkání a z oboru biomateriálového inženýrství, které v přednášeném pojetí zahrnuje jak materiály živé, tak i materiály implantátů.

Prerekvizity

Základní poznatky z biologie na úrovni střední školy a poznatky z termodynamiky, hydromechaniky a mechaniky těles na úrovni, přednášené na strojní fakultě. Vhodná je systémová gramotnost alespoň na úrovni poznatků ze systémové metodologie, která zahrnuje systémový přístup, systémové myšlení, systémové postupy a systémové metody, především metodologii modelování, zejména výpočtového, počítačově orientovaného.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Aktivní účast na cvičeních, vypracování monotematické problematiky ze základů biomechaniky, úspěšné absolvování textu základních znalostí

Učební cíle

V systémovém pojetí pojednat o bioinženýrských oborech, biomechanice a biomechatronice. Biomechaniku pojmout jako obor, který aplikuje poznatky inženýrské mechaniky (hydro, termo, aeromechaniky a mechaniky těles) na bioobjekty z oblasti flóry, fauny i člověka. Buňku a tkáně pojednat v systémovém a hierarchickém pojetí se zaměřením na potřeby biomechaniky. Biomateriálové inženýrství analyzovat jako komplex biomateriálů a materiálů implantovaných do organizmu.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na cvičeních je vyžadována. Omluvená neúčast se nahrazuje samostatným vypracováním úloh dle pokynů vyučujícího.

Základní literatura

ČIHÁK, Radomír. Anatomie. Třetí, upravené a doplněné vydání. Ilustroval Ivan HELEKAL, ilustroval Jan KACVINSKÝ, ilustroval Stanislav MACHÁČEK. Praha: Grada, 2016. ISBN 978-80-247-3817-8
Odborné články z internetu

Doporučená literatura

VICECONTI, Marco. Multiscale modeling of the skeletal system. První vydání. Cambridge University Press, 2012. ISBN 0521769507 (EN)
KŘEN, Jiří, Josef ROSENBERG a Přemysl JANÍČEK. Biomechanika. Plzeň: Západočeská univerzita, 1997. ISBN 80-7082-365-8.
HOLIBKOVÁ, Alžběta a Stanislav LAICHMAN. Přehled anatomie člověka. 5. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2010. ISBN 978-80-244-2615-0.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-IMB , 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor M-MET , 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Vznik, struktura a vymezení bioinženýrských oborů
2. Struktura lékařství, základní terminologie lékařství
3. Vznik, struktura a vymezení biomechaniky v systémovém pojetí
4. Buňka v systémovém pojetí
5. Histologie, fyziologie a patologie kostní tkáně a kloubní chrupavky
6. Histologie, fyziologie a patologie svalové tkáně (příčně pruhované, hladké, srdeční)
7. Histologie, fyziologie a patologie nervové tkáně
8. Systémově o krvi, její patologii, lymfatická soustava
9. Biomateriálové inženýrství – materiálové charakteristiky biologických a technických materiálů
10. Biomateriálové inženýrství – materiálové charakteristiky technických materiálů v biomechanice
1l. Komplexně o degradačních procesech tkání
12. Řešení biomechanických problémů modelováním
13 Synergetika v biologických soustavách

Cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Ilustrativní příklady z jednotlivých bioinženýrských oborů
2. Náplň jednotlivých lékařských oborů (anatomie, histologie, fyziologie, patologie)
3. Ilustrace biomechanických problémů z různých odvětví biomechaniky
4. Funkce jednotlivých prvků buňky
5. Osteoporóza kostní tkáně, artróza kloubních chrupavek, terapie onemocnění
6. Svalová onemocnění
7. Molekulové motory
8. Onemocnění nervové soustavy
9. Implantační biomechanika
10. Nano a mikrobiomechanika
11. Biomimetické materiály
12. Ilustrace řešení biomechanických problémů klinické biomechaniky
13 Ilustrace samoorganizace v biologii, hypotézy o vzniku života, samoorganizační procesy