Το μάθημα αποτελεί μια γενική επισκόπηση της εμβιομηχανικής συμπεριφοράς των κυττάρων στη μικρή κλίμακα και ορισμένων βασικών βιολογικών οργάνων και συστημάτων στη μεγάλη κλίμακα.

Αρχικά παρουσιάζονται η δομή και οι κύριες λειτουργίες του ευκαρυωτικού κυττάρου. Αυτά σχετίζονται με τις μηχανικές ιδιότητες των κυττάρων που καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τη μηχανοχημική μορφοτροπή (mechanotrnsduction). Παρουσίαζονται οι μέθοδοι μέτρησης των μηχανικών ιδιοτήτων των κυττάρων, διάφορα απλά μοντέλα μηχανικής συμπεριφορας τους καθώς και πειραματικές τεχνικές διέγερσής τους. 

Το πρώτο σύστημα οργάνων που εξετάζεται είναι το κυκλοφορικό όπου μελετάται η ροή του αίματος τόσο σε μέγάλες αρτηρίες και στην καρδιά όσο και σε τριχοειδή αγγεία και φλέβες.

Η ροή ρευστού από τα τριχοειδή αιμοφόρα αγγεία προς τα λεμφαγγεία εξετάζεται στη συνέχεια.

Ακολουθεί η εμβιομηχανική του οφθαλμού όπου ο τελευταίος εξετάζεται σαν ένα κέλυφος με παχειά τοιχώματα, με εσωτερική παραγωγή και αποστράγγιση ρευστού.  Εξετάζεται η σχέση της εμβιομηχανικής συμπεριφοράς του ματιού με τις διάφορες οφθαλμικές παθήσεις.

Μετά από μια σύντομη παρουσίαση της ανατομίας των πνευμόνων και των παρακείμενων οργάνων εξετάζεται η  μηχανική της αναπνοής.

Ακολουθεί η παρουσίαση της εμβιομηχανικής των σκελετικών μυών.

Το μάθημα ολοκληρώνεται με την εισαγωγή στην εμβομηχανική του σκελετού (οστά και συνδετικοί μαλακοί ιστοί).

Εμβιομηχανική των κυττάρων: Εισαγωγή στην αρχιτεκτονική του ευκαρυωτικού κυττάρου. Ενεργειακό σύστημα του κυττάρου. Επισκόπηση του κυτταρικού σκελετού. Αλληλεπιδράσεις μεταξύ του κυττάρου και της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας. Μέθοδοι μέτρησης μηχανικών ιδιοτήτων κυττάρων και βιολογικών μορίων. Μοντέλα μηχανικής συμπεριφοράς των κυττάρων.  Μηχανοχημική μορφοτροπή: Πως τα κύτταρα αισθάνονται και αντιδρούν στις μηχανικές διεγέρσεις. Τεχνικές μηχανικής διέγερσης των κυττάρων. Ανασκόπηση μηχανοβιολογικών επιδράσεων σε κύτταρα ορισμένων βασικών ιστών.

Αιμοδυναμική: Ρεολογία του αίματος. Αιμοδυναμική μεγάλων αρτηριών. Ροή αίματος σε μικρά αγγεία.

Το κυκλοφορικό σύστημα: Ανατομία του κυκλοφορικού. Η καρδιά.  Διάδοση του αρτηριακού παλμού. Τριχοειδή αγγεία. Οι φλέβες.

Η ενδιάμεση θεμέλια ουσία: Ροή ρευστού στην ενδιάμεση θεμέλια ουσία.

Εμβιομηχανική του οφθαλμού: Ανατομία του οφθαλμού. Εμβιομηχανική του γλαυκώματος. Ροή αίματος στον οφθαλμό.

Το αναπνευστικό σύστημα: Αδρή ανατομία του αναπνευστικού. Εμβιομηχανική της αναπνοής. Ελαστικότητα των πνευμόνων και επιδράσεις της επιφανειακής τάσης. Μεταφορά μάζας. Μεταφορά σωματιδίων στον πνεύμονα.

Μύες και κίνηση: Καταστατικές σχέσεις και μηχανική συμπεριφορά των σκελετικών μυών. Αλληλεπίδραση μυών και οστών.

Εμβιομηχανική του σκελετού: Εισαγωγή στα οστά. Σύνθεση και δομή των οστών. Εμβιομηχανική συμπεριφορά του συμπαγούς και του σπογγώδους οστού. Μηχανική θραύσης και αστοχίας των οστών. Δομική προσαρμογή και μηχανοβιολογία. Ο σχεδιασμός των οστών. Εισαγωγή στους συνδετικούς ιστούς. Δομή των συνδετικών ιστών (κολλαγόνο, σύνδεσμοι, τένοντες και χόνδρος).

C. Ross Ethier and Craig A. Simmons, Introductory Biomechanics: From Cells to Organisms, Cambridge University Press, 2007 (σύγγραμμα που ακολουθεί ο διδάσκων).

Jay D. Hunphrey and Sherry DeLange, An Introduction to Biomechanics: Solids and Fluids, Analysis and Design, Springer, 2004.

Stephen C. Cowin and Stephen B. Doty, Tissue Mechanics, Springer, 2007.

Μασσαλάς Χ, Ποτσίκα β, Φωτιάδης Δ, Εισαγωγή στην Εμβιομηχανική, Εκδόσεις GUTENBERG, 2018 (προτεινόμενο σύγγραμμα στον Εύδοξο).

J.D. Humphrey, S.L.O'Rourke, ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ, Εκδόσεις FOUNTAS, 2017.

Δίνονται ασκήσεις για επίλυση στο σπίτι με την ολοκλήρωση κάθε κεφαλαίου.

Οι ασκήσεις υποβάλλονται μόνο σε ηλεκτρονική μορφή στην ιστοσελίδα του μαθήματος. Τα υποβαλλόμενα αρχεία θα πρέπει να είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν σε διαφορετικά λειτουργικά συστήματα και από διαφορετικά είδη λογισμικού. Τα αρχεία υποβολής μπορούν να προκύψουν από φωτογράφιση χειρόγραφου κειμένου (png, jpg,pdf), από σάρωση χειρόγραφου κειμένου (pdf) ή από δακτυλογραφημένο κείμενο (pdf, odt). Παρακαλώ να μη χρησιμοποιούνται αρχεία doc και docx, που επιβάλλουν τη χρήση συγκεκριμένου λειτουργικού συστήματος και λογισμικού.  

Οι διορθωμένες ασκήσεις επιστρέφονται στους σπουδαστές ως συνημμένα αρχεία σε μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Οι διορθώσεις θα περιέχονται ως σημειώσεις (annotations) στα αρχεία που έχουν υποβάλει οι σπουδαστές.  

Οι επίλυση των ασκήσεων είναι προαιρετική. Επειδή αποτελεί ουσιαστικό τμήμα της εκπαιδευτικής διαδικασίας, οι σπουδαστές μπορούν να ρωτούν το διδάσκοντα για υποδείξεις ή απορίες κατά τη διαδικασία επίλυσης.

Τελική γραπτή εξέταση με ανοιχτά βιβλία και σημειώσεις.

Ενδιάμεση εξέταση. Είναι προαιρετική, δηλαδή όσοι φοιτητές το επιθυμούν θα συμμετέχουν.  Είναι απαλλακτική για το τμήμα της υλης που αφορά, δηλαδή αν ένας φοιτητής πάρει προβιβάσιμο βαθμό στην ενδιάμεση εξέταση, θα εξεταστεί μόνο στο υπόλοιπο τμήμα της ύλης στην τελική εξέταση. Μπορεί βέβαια αν θέλει, στην τελική εξέταση να βελτιώσει τον προβιβάσιμο βαθμό που πήρε στην ενδιάμεση εξέταση. Είναι θετική, δηλαδή αν ένας φοιτητής αποτύχει στην ενδιάμεση εξέταση δεν λαμβάνεται υπ' όψη ο βαθμός αυτός, αλλά ο βαθμός της τελικής γραπτής εξέτασης σε ολόκληρη την εξεταστέα ύλη. 

Αν οι ασκήσεις για το σπίτι είναι ικανοποιητικά λυμένες ο τελικός βαθμός των γραπτών εξετάσεων αυξάνεται κατά 10%.  

Δ. Ευταξιόπουλος

Επίκουρος Καθηγητής, Τομέας Μηχανικής, ΣΕΜΦΕ

Γραφείο: 216, 2ος όροφος, Κτίριο Αντοχής Υλικών

Τηλέφωνο: 210-7721372

email: eftaxiop@central.ntua.gr