biomehanika, znanstvena disciplina koja se bavi primjenom zakona mehanike u rješavanju bioloških problema. Proučava mehanička svojstva i ponašanje bioloških organizama u normalnom i patološkom stanju te biološke reakcije na mehaničke podražaje. Interdisciplinarnog i multidisciplinarnog je karaktera te obuhvaća područja bioloških, fizičkih, matematičkih, tehničkih te fundamentalnih i kliničkih medicinskih znanosti. Služi razumijevanju normalnih funkcija organizma, predviđanju promjena zbog poremećaja te predlaganju metoda intervencija. Zakonitosti biomehanike istražuju se u biljnome (fitobiomehanika), životinjskome (zoobiomehanika) i ljudskome organizmu (humana biomehanika). Biomehanički pristup zasniva se na kvantifikaciji i proračunima. Matematičko modeliranje omogućuje simuliranje različitih stanja s ciljem optimiranja različitih terapijskih postupaka i zahvata, pokreta u sportu i dr. Biomehanika ima važnu ulogu ne samo u teorijsko-znanstvenim istraživanjima problema mehaničkoga funkcioniranja organizma i njegovih dijelova nego i u svakodnevnim kliničkim postupcima, ponajviše u ortopediji, kirurgiji, traumatologiji, rehabilitaciji, protetici i dr.

Povijesni razvoj biomehanike

Razvoj biomehanike u vezi je s razvojem mehanike, biologije i medicine. Prve empirijske spoznaje o zakonitostima mehanike te povezanosti mehanike i živih organizama potječu iz prapovijesti, kada je čovjek upotrijebio granu kao polugu i tako povećao svoju snagu. Otkrića antičkih filozofa, matematičara i prirodoslovaca utjecala su na pojedine liječnike toga doba, poput Hipokrata (460. pr. Kr. – 377. pr. Kr.), Erazistrata (oko 305. pr. Kr. – oko 245. pr. Kr.), Galena (129–199), koji su zakonima mehanike pokušali objasniti neke medicinske pojave ili primijeniti zakone mehanike u liječenju iščašenja i lomova kostiju. Razvoj biomehanike nastavio se u doba renesanse, kada su se svojim radom istaknuli Leonardo da Vinci (1452–1519), Galileo Galilei (1564–1642), ijatrofizičar i ijatromehaničar → Santorio Santorio, Giovanni Alfonso Borelli (1608–1679), William Harvey (1578–1657) i dr. U doba racionalizma u XVIII. st., razvoju biomehanike pridonijeli su Joseph Bertin (1712–1781), Daniel Bernoulli (1700–1798) te Pieter Van Musschenbroek (1692–1761). Dubrovčanin Đuro Baglivi (1668–1707) objavio je 1696. knjigu De praxi medica, u kojoj slikovito uspoređuje pojedine organske sustave s mehaničkim elementima. Sustavna znanstvena istraživanja biomehanike počela su u XIX. st., kada se u proučavanju građe tijela počeo primjenjivati kauzalni i funkcionalni pristup. Protumačena je trajektorijalna građa spužvaste kosti (Georg Herman von Mayer, 1867), postavljeni su zakoni o koštanoj pregradnji (Julius Wolf, 1881) i funkcionalnoj prilagodbi kosti (Wilhelm Roux, 1885). Hermann Helmholtz (1821–1894) otkrio je mehanizam prilagođavanja očnih leća, odredio brzinu širenja živčanog impulsa te pokazao da je toplina koja nastaje kontrakcijom mišića najvažniji izvor topline u živih bića. U XX. st. došlo je do suvremenog razvoja biomehanike s interdisciplinarnim i udruženim pristupom istraživanju. Friedrich Pauwels (1885–1980) bavio se ortopedskom biomehanikom i utemeljio europsku biomehaničku školu.

Biomehanika u Hrvatskoj

U Hrvatskoj se biomehanika razvijala u sklopu tehničkih struka te anatomije, ortopedije, traumatologije, stomatologije i kineziologije. Utemeljitelj anatomije i sveučilišne medicinske nastave u Hrvatskoj Drago Perović (1888–1968) proveo je mnogobrojna istraživanja u području funkcionalne anatomije. U drugoj polovici XX. st. u istraživanjima funkcionalne anatomije i antropologije i drugi su se zagrebački liječnici koristili biomehaničkim principima (Jelena Krmpotić Nemanić, Ana Jo Osvatić, Ivo Ruszkowski, Vasilije Nikolić, Predrag Keros, Janko Hančević, Marko Pećina i dr.). Na poticaj ortopeda I. Ruszkowskog, u Zagrebu su 1970-ih počela opsežna multidisciplinarna istraživanja biomehanike lokomotornoga sustava, u koja su bili uključeni ortopedi, kirurzi, anatomi, histolozi te inženjeri strojarstva, građevinarstva, elektrotehnike, fizike. Ubrzo su se na tehničkim fakultetima počela razvijati središta inženjerske potpore rješavanju pojedinih problema u ortopediji, stomatologiji, veterini i sl. Već zarana biomehanika se počela proučavati na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu (→ Antun Vučetić, → Osman Muftić, Mirko Husnjak), na Rudarsko-geološkom fakultetu u Zagrebu (Mladen Hudec, Lidija Frgić), Strojarskom fakultetu u Slavonskom Brodu (→ Franjo Matejiček) i drugdje. Primjer je interdisciplinarne suradnje zajednički rad I. Ruszkowskog, Dubravka Orlića i O. Muftića koji su 1985. konstruirali prvi hrvatski model femoralne komponente endoproteze zgloba kuka ROM, koji je dobio ime po prvim slovima njihovih prezimena, a proizvodio se u švicarskom poduzeću Sulzer.







Proizvodnja

Biomehanika je povezana s biomedicinskom tehnikom te proizvodnjom uređaja za dijagnostiku, medicinskih instrumenata, ortoza, proteza, implantata, proizvoda za osteosintezu i dr. Prvu tvornicu kirurških instrumenata u Hrvatskoj osnovao je → Jakob Hlavka 1896 (→ Instrumentaria) kao jedino takvo poduzeće u ovome dijelu Europe, koja i danas ima stratešku važnost u proizvodnji implantata po mjeri pacijenta. U zagrebačkoj Klinici za traumatologiju 2013. ugrađen je implantat zdjelice koji je konstruiran u suradnji Klinike za traumatologiju i inženjera poduzeća Instrumentaria, dok je biomehanička studija toga zahvata obavljena pod vodstvom Janoša Kodvanja na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. U suradnji s istim fakultetom je 2015. u riječkome Kliničkome bolničkome centru postavljen umjetni vratni kralježak izrađen u kalupu dobivenom → aditivnom proizvodnjom. U Varaždinu je 2004. osnovano poduzeće Zrinski AG koje se bavi razvojem i proizvodnjom medicinskih implantata (iz područja ljudske medicine i veterine) i kirurških instrumenata.







Nastava

U mnogim zemljama postoje posebni studiji biomedicinskog inženjerstva kao interdisciplinarne struke, pri čemu je biomehanika obvezatni dio, ali ne postoje stručnjaci školovani isključivo u području biomehanike. U Hrvatskoj je od 1970-ih biomehanika počela ulaziti u programe dodiplomskih i poslijediplomskih studija različitih struka i disciplina. Na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu se nastava počela odvijati pri današnjem Zavodu za tehničku mehaniku, gdje djeluje Katedra za biomehaniku i ergonomiju (voditeljica Tanja Jurčević Lulić), osnovana 2002. pod vodstvom O. Muftića. Znanstvenoistraživački rad obuhvaća biomehaniku u području analize i optimizacije ljudskoga gibanja (sport, hod) te pokreta pri obavljanju radnih zadataka. Nastava se odvija i na drugim visokim učilištima, poput medicinskih fakulteta u Zagrebu (I. Ruszkowski, V. Nikolić), Splitu i Rijeci, na Stomatološkome fakultetu u Zagrebu, na kineziološkim fakultetima u Zagrebu (Mladen Mejovšek, Vladimir Medved, Mario Kasović), Splitu i dr.

Stručna i znanstvena publicistika

U svijetu se iz područja biomehanike organiziraju mnogi kongresi i skupovi, postoji velik broj časopisa, a udžbenici i priručnici samo djelomično pokrivaju određeno područje temeljne ili primijenjene biomehanike (biomehanika sporta, biomehanika u ortopediji, biomehanika lokomotornoga sustava). U Hrvatskoj su se radovi iz područja biomehanike počeli objavljivati u drugoj polovici XX. st., i to u stručnoj periodici te izdanjima Medicinske i Tehničke enciklopedije LZ-a. Do danas je objavljeno više knjiga i udžbenika te elektroničkih izdanja skripta. Ističu se Principi i elementi biomehanike (V. Nikolić, M. Hudec, 1988), Biomehanika čovječjeg tijela (M. Dodig, 1994), Principi biomehanike (V. Nikolić, M. Hudec, 2011).

Udruženja

Pri Zboru liječnika Hrvatske, na poticaj I. Ruszowskog, osnovana je 1971. Sekcija za biomehaniku, poslije Društvo za biomehaniku. U organizaciji JAZU-a organiziran je 1974. u Zagrebu prvi simpozij iz područja biomehanike, Simpozij o funkcionalnoj prilagodbi skeleta mehaničkim čimbenicima. Biomehanika je jedna od tema redovitih međunarodnih znanstvenih skupova koje organizira Hrvatsko društvo za mehaniku, a te se teme obrađuju i na kongresima kineziologa i medicinara.