Biyomekanik, fiziksel bilimlerin bir dalıdır ve mekanik ilkelerini canlı organizmaların, özellikle de insan vücudunun, hareketini ve işlevini anlamak için kullanır. Bu alan, hareketin analizi ve biyolojik sistemlerin davranışının anlaşılması için karmaşık matematiksel ve fiziksel hesaplamalar gerektirir. Biyomekanik, mekanik mühendislik, fizik ve kinematik gibi disiplinlerden teknik bilgileri kullanarak kas iskelet sistemi üzerinde çalışır. Fizyoterapi uzmanları biyomekaniği kas iskelet sisteminin hareket edebilmesi için gerekli olan kuvvetler ve bu kuvvetlerin etkisini inceleyen bir bilim dalı olarak tanımlayabiliriz. Bu sayede sağlıklı ve ideal bir hareket için kasların kuvvet üretim kabiliyetleri, eklemlerin hareket açıklıkları ve iskelet sisteminin stabilizasyon kabiliyeti hakkında bilgi sahibi olabilirler. Kas iskelet sisteminin hareketi analiz edilerek çeşitli hastalıklara, yaralanmalara ve sakatlanmalara ilişkin daha detaylı bilgi sahibi olunabilir.
Biyomekanik Biliminin Temel İlkeleri
Biyomekanik bilimi, mekanik ilkelerini biyolojik sistemlerin hareketine ve işlevine uygulayarak insan vücudunun nasıl çalıştığını anlamaya yardımcı olur. Bu alan, kinematik (hareketin analizi), dinamik (hareketin nedenleri) ve statik (hareketsiz cisimlerin dengesi) gibi temel mekanik ilkeleri içerir. Biyomekaniğin temel ilkeleri şunlardır:
-
Kuvvet: Biyomekanikte kuvvet, hareketi değiştiren herhangi bir etki olarak tanımlanır. Kuvvetin büyüklüğü, yönü ve noktası, hareketin sonucunu belirler. Örneğin, bir kasın kuvvet üretmesi sonucu kemiğin hareket etmesi biyomekanik açıdan bir kuvvet örneğidir.
-
Ağırlık: Ağırlık, yer çekimi kuvvetinin bir nesnenin kütlesine uyguladığı etkidir. Bir cismin ağırlığı, cismin kütlesi ile yer çekimi ivmesinin çarpımına eşittir (ağırlık = kütle x yer çekimi ivmesi). Ağırlık, biyolojik sistemlerde dengeyi sağlamak için önemlidir.
-
İvme: İvme, bir cismin zaman içinde hızındaki değişikliktir. Bir cismin hızlanması veya yavaşlaması ivme olarak adlandırılır. İvme, kuvvetin kütleye oranı ile hesaplanır (ivme = kuvvet/kütle). İvme, biyolojik sistemlerde hareketin hızındaki değişiklikleri anlamak için kullanılır.
-
Dönme: Dönme, bir cismin bir eksen etrafında dönüş hareketidir. Dönme hareketinde açısal hız, açısal ivme ve moment kolu gibi kavramlar devreye girer. Dönme hareketi, kasların eklemler etrafında yaptığı hareketlerle ilişkilidir.
-
Enerji: Enerji, iş yapabilme kapasitesidir. Kinetik enerji (hareket enerjisi) ve potansiyel enerji (yükseklik enerjisi) biyomekaniğin temel enerji formlarıdır. Enerji dönüşümleri, hareketin gerçekleşmesi için gereklidir.
-
Momentum: Momentum, bir cismin kütlesi ile hızının çarpımıyla elde edilen bir değer olup, hareket halindeki bir cismin sahip olduğu güç olarak düşünülebilir. Momentum korunumu prensibi, çarpışma ve etkileşimlerde momentumun nasıl korunduğunu açıklar.
-
Basınç: Basınç, bir kuvvetin belirli bir alana uygulanmasıyla oluşur ve sıvıların veya gazların içindeki kuvvet transferini anlamak için önemlidir. Vasküler biyomekanikte kan akışının analizi basınç kavramıyla ilgilidir.
-
Sürtünme: Sürtünme, iki yüzey arasındaki hareket engelidir. Sürtünme kuvveti, yüzeylerin pürüzlülüğüne ve uygulanan kuvvete bağlıdır. Sürtünme biyolojik hareketlerde önemli rol oynar.
-
Kaldıraçlar: Kaldıraçlar, kuvvetin uygulandığı nokta ile yükün destek noktasının mesafesi arasındaki ilişkiye dayanır. Eklemler kaldıraç görevi görerek kas kuvvetini arttırır veya azaltır.
-
Hareket Açıklığı: Hareket açıklığı, eklemin belirli bir harekette kat edebileceği maksimum mesafedir. Hareket açıklığı, eklem yapısına, çevresel ligamentlere ve kas uzunluğuna bağlıdır.
-
Denge: Denge, bir cismin denge noktası etrafında sabit kalma yeteneğidir. Statik denge, hareketsiz cisimlerin dengesini incelerken; dinamik denge, hareket halindeki cisimlerin dengesini inceler.
-
Fleksiyon ve Ekstansiyon: Fleksiyon ve ekstansiyon, eklem açısını değiştiren iki temel harekettir. Fleksiyon eklem açısını küçültürken; ekstansiyon açıyı artırır.
-
Abduksiyon ve Adduksiyon: Abduksiyon vücut aksından uzaklaşmayı ifade ederken; adduksiyon vücut aksına doğru yaklaşmayı ifade eder.
-
Dönme Hareketleri: İç dönme (medial rotasyon) segmentin aks etrafında vücuda doğru dönerken; dış dönme (lateral rotasyon) vücuttan uzaklaşarak döner.
-
Eversiyon ve İnversiyon: Eversiyon ayak bileğinin dışa doğru dönmesi iken; inversiyon içe doğru dönmeyi ifade eder.
-
Protraksiyon ve Retraksiyon: Protraksiyon yüzeyin öne doğru hareketini; retraksiyon geriye doğru hareketini ifade eder.
-
Dorsifleksiyon ve Plantar Fleksiyon: Dorsifleksiyon ayak parmaklarını yukarı kaldırırken; plantar fleksiyon ayak parmaklarını aşağı iterek bileği bükmeyi ifade eder.
-
Kardiyo ve Pulse: Kardiyo kalbin ne kadar hızlı çalıştığını; pulsu kalbin damar duvarlarına yaptığı basıncı ifade eder.
-
Kas Kavramı: Kaslar kemiklere bağlanan ve vücudun hareket etmesini sağlayan yumuşak dokulardır.
-
İskelet Kasları: İskelet kasları istemli çalışan ve iskeleti harekete geçiren kaslardır.
-
Kas Grubu: Aynı anda kontrakte olan kaslara kas grubu denir.
-
Kas Lifleri: Kas grubunu oluşturan hücreler kas lifleri olarak adlandırılır.
-
Kas Fonksiyonu: Kasların temel işlevi kasılmak olup bu kasılma sayesinde vücudun farklı bölümleri arasında hareket sağlanır.
-
Kas Liflerinin Yapısı: Kas lifleri proteinlerden oluşur.
-
Ağırlık Kavramı: Ağırlık, bir cismin yerçekimi kuvvetine maruz kaldığında sahip olduğu özelliktir.
-
Darbeli Kuvvet: Darbeli kuvvet, kısa süreli etki gösteren kuvvettir.
-
Sürekli Kuvvet: Sürekli kuvvet, uzun süreli etki gösteren kuvvettir.
-
Öz Kuvvet: Öz kuvvet, cismin kendi ağırlığına bağlı olarak ortaya çıkan kuvvettir.
-
Kasılma Türleri: Kasılma türleri izometrik (kas uzunluğu değişmez), konsantrik (kas kısalır) ve eksantrik (kas uzar) olarak üçe ayrılır.
-
Kas Gücü: Kas gücü, kasın uyguladığı kuvvetle ilgili özelliktir.
-
Kas Dayanıklılığı: Kas dayanıklılığı, kasın uzun süreli aktiviteye dayanma yeteneğidir.
-
Kas Uzunluğu: Kas uzunluğu, kasın dinlenme halindeki ölçüsüdür.
-
Kas Kısalması: Kas kısalması, kasın aktive olduğu andaki ölçüsüdür.
-
Kas Liflerinin Özellikleri: Kas liflerinin özellikleri arasında büyüklük (çap), derinlik (doku boyu), genişlik (doku kalınlığı) ve yoğunluk (doku ağırlığı) bulunur.
-
Boyut Kavramı: Boyut, bir nesnenin uzaydaki yer kaplama özelliğidir.
-
Kas Boyutu: Kas boyutu, kasın hacmine göre değişir.
-
Kas Güçlenmesi Kavramı: Kas güçlenmesi, kas liflerinin içindeki protein yapılarının artmasıyla gerçekleşir.
-
Mekanik Kuvvet: Mekanik kuvvet, insan vücudunun hareket etmesi için gerekli olan kuvvettir.
-
Moment Kol Kavramı: Moment kolu, kuvvetin uygulandığı nokta ile eklem noktasının mesafesidir.
-
Moment Kolunun Önemi: Moment kolu büyüdükçe güç artar ancak hız azalır; moment kolu küçüldükçe güç azalır ancak hız artar.