Biomécanique

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.

Historique

Principes

Propriétés mécaniques des biomatériaux

Système musculo-squelettique

il y a des muscles et des os

Tissu osseux

Joints et articulations

Muscles

Mécanique des mouvements

Système cardiovasculaire

Vaisseaux sanguins

Mécanique cardiaque

Transport lymphatique

Rhéologie des hématocytes

Applications

La biomécanique est la mécanique physique appliquée au vivant. Cela concerne :
- la mécanique des fluides : par exemple pour l'étude de la circulation sanguine, de la respiration.
- la rhéologie : la biorhéologie est l'étude du comportment des fluides biologiques qui présentent un comportement non-newtonien, comme le sang, les selles, les larmes...
- la mécanique du solide : par exemple l'analyse du mouvement du corps humain en utilisant des systèmes opto-électroniques...
- la résistance des matériaux : par exemple pour la résistance des organes et des membres aux chocs et aux contraintes (traumatologie), pour la fabrication de prothèses... 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. ==