Biomechanika I (FSI-RBA)

Akademický rok 2019/2020
Garant: prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Získat systémový přehled o bioinženýrských oborech (od bioniky přes biomechaniku až po genetické inženýrství), o struktuře biomechaniky (se zaměřením na biomechaniku člověka), biomateriálového inženýrství a lékařství. Seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů z oblasti svalově-kosterní, srdečně-cévní a dentální biomechaniky a z biomechaniky buněk. Získat přehled o vlastnostech a chování biologických materiálů a materiálů používaných na různé druhy implantátů. Získat základní poznatky o anatomii, fyziologii , histologii a patologii buněk a lidských tkání.
Výstupy studia a kompetence:
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 mechaniky těles, systémové metodologie a mechaniky kontinua.
Obsah předmětu (anotace):
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) 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.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Zhruba polovina přednášek, zaměřená na úvod do anatomie, fyziologie a histologie, je přednášena externistou - erudovaným lékařským odborníkem (Mgr. MUDr. Michaela Vojnová Řebíčková).
Způsob a kritéria hodnocení:
Vypracování monotematického referátu ze zadané problematiky ze základů biomechaniky, úspěšné absolvování textu základních znalostí
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách není kontrolována.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Význam bioinženýrských oborů pro rozvoj poznání. Struktura bioinženýrských oborů – 1. skupina oborů (od přírody k technice).
2. Struktura bioinženýrských oborů – 2. skupina oborů (od techniky k přírodě), 3. skupina oborů (k podstatě inženýrství).
3. Vymezení a struktura biomechaniky se zaměřením na biomechaniku člověka.
4. Biomechanické objekty, biomechanické problémy, scénář řešení biomechanických problémů.
5. Řešení biomechanických problémů z oblasti svalově-kosterní, srdečně-cévní a dentální biomechaniky a biomechaniky buněk.
6. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství. Biomateriály pro implantáty.
7. Komplexní vlastnosti materiálů lidského organismu. Základy bioniky.
8. Úvod do lékařství. Struktura a vymezení lékařských oborů.
9. Eukaryotická buňka – Struktura buňky (anatomie), její funkce (fyziologie) a patologie.
10. Buňky tkání a orgánů.
11. Struktura tkání – epitely, kostní tkáň, chrupavky, svalová tkáň.
12. Nervová tkáň, tuková tkáň, krev.
13. Degradace vlastností lidských tkání.
Literatura - základní:
1. 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
2. Valenta a kol.: Biomechanika. Academia Praha, 1985.
3. PETERSON, D. R.; BRONZINO, J. D. Biomechanics: Principles and Applications. Taylor & Francis, 2007-09-25. 357 p. ISBN: 9780849385346.
4. WINKELSTEIN, Beth A. Orthopaedic Biomechanics.První vydání. CRC Press, 2012. ISBN 978-1439860939
5. Odborné články z internetu
Literatura - doporučená:
1. VICECONTI, Marco. Multiscale modeling of the skeletal system. První vydání. Cambridge University Press, 2012. ISBN 0521769507
2. KŘEN, Jiří, Josef ROSENBERG a Přemysl JANÍČEK. Biomechanika. Plzeň: Západočeská univerzita, 1997. ISBN 80-7082-365-8.
3. 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 programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2A-P prezenční studium M-IMB Inženýrská mechanika a biomechanika -- zk 5 Povinně volitelný 2 1 L
M2A-P prezenční studium M-MET Mechatronika -- zk 5 Povinně volitelný 2 1 L