Biomécanique

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La biomécanique est l'exploration des propriétés mécaniques des organismes vivants ainsi que l'analyse des principes d'ingénierie faisant fonctionner les systèmes biologiques. Elle traite des relations existantes entre les structures et les fonctions à tous les niveaux d’organisation du vivant à partir des molécules, comme le collagène ou l’élastine, aux tissus et organes. La biomécanique caractérise les réponses spatio-temporelles des matériaux biologiques, qu'ils soient solides, fluides ou viscoélastiques, à un système imposé de forces et de contraintes internes et externes.
Outre la mécanique classique, la biomécanique fait appel à diverses disciplines et techniques comme la rhéologie, pour étudier le comportement des fluides biologiques comme le sang, la résistance des matériaux, pour modéliser les contraintes subies par les tissus comme le cartilage des articulations ou encore les os, la mécanique du solide pour analyser la motricité et la locomotion, depuis les cellules individuelles aux organismes entiers, ce qui constitue une partie intégrante de la kinésiologie.

Sommaire

[modifier] Historique

[modifier] Principes

[modifier] Propriétés mécaniques des biomatériaux

On peut caractériser mécaniquement les biomatériaux comme tous les autres au moyen des dimensions usuelles utilisées dans l'étude de la résistance des matériaux : Module de Young, coefficient de Poisson, Tension ultime, etc. Leur particularité se retrouve par contre dans leur grande anisotropie ; les propriétés mécaniques des tissus vivants diffèrent souvent selon l'orientation observée. De plus, au sein d'une même structure, sa composition peut varier et modifier le comportement mécanique local. Le facteur d'échelle est donc important à considérer dans cette discipline.

[modifier] Système musculo-squelettique

Le système est composé de muscles, d'os et des d'articulations. Les différentes composantes du système sont si bien intégrées qu'il peut être difficile de bien les distinguer (aponévrose, insertions communes, fascias).

[modifier] Tissu osseux

[modifier] Joints et articulations

[modifier] Muscles

[modifier] Mécanique des mouvements

Contrairement aux systèmes mécaniques conventionnels, le mouvement "vivant" peut être beaucoup plus complexe. Par exemple, l'articulation de l'épaule qui est habituellement associée à un joint sphérique permet en réalité une translation presque pure de la tête de l'humérus. Les calculs et principes de la physique mécanique sont donc essentiel à la compréhension du mouvement des être vivants et de leurs organes.

[modifier] Système cardiovasculaire

[modifier] Vaisseaux sanguins

[modifier] Mécanique cardiaque

[modifier] Transport lymphatique

[modifier] Rhéologie des hématocytes

[modifier] Applications

La biomécanique est la mécanique physique appliquée au vivant. Cela concerne :

La biomécanique est présente à tous les niveaux de l'étude du vivant :

  • La cellule : échange, transformations, pathologie...
  • Le tissu : croissance, résistance, viellissement, réparation...
  • L'organe : fonctionnement, pathologie, remplacement...
  • Le système, l'appareil : relations entre les organes au sein d'un système, organisation vis-à-vis des propriétés physiques du milieu extérieur (par exemple, adaptation de l'appareil cardiovasculaire à la gravité).
  • Le corps dans son ensemble : déambulation, posture, ergonomie...

La biomécanique a des nombreuses applications pratiques, notamment en médecine et en sport.

C'est également un domaine actif de recherche scientifique, notamment à l'échelle microscopique. C'est alors un sous-domaine de la biophysique. Elle s'intéresse par exemple à la mécanique :

  • des polymères biologiques. L'ADN en particulier a fait l'objet d'expériences spectaculaires. La séquence d'acides aminés affecte les propriétés mécaniques des chaînes, en particulier leurs propriétés de repliement.
  • du cytosquelette. L'application de déformations (par contact direct ou au moyen de pinces optiques) permet de mesurer les coefficients de réponse élastique du cytosquelette.
  • de la membrane. Lors des mouvements cellulaires, ou d'évènements de phagocytose ou d'endocytose, la membrane subit des déformations importantes. Les propriétés mesurées dépendent des lipides présents en majorité.

[modifier] Liens internes

[modifier] Liens externes

[modifier] Mécanique du solide

[modifier] Mécanique des fluides

  • Modélisation de la chimiohyperthermie intrapéritonéale : étude expérimentale de certains aspects thermiques, K. Szafnicki, M. Cournil, D O'Meara, J-N. Talabard, J. Porcheron, T. Schmitt, J.G Balique, Bull. Cancer n°85 (2), pp160-166, 1998 : circulation d'eau chaude dans l'abdomen pour le traitement du cancer

[modifier] Biomécanique des traumatismes crânio-cérébraux