DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA. Paseo Colón 850, Ciudad de Buenos Aires (C1063ACV), Argentina Tel.: /2775 Ext.

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1 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA FACULTAD DE INGENIERIA 8%$ Paseo Colón 850, Ciudad de Buenos Aires (C1063ACV), Argentina Tel.: /2775 Ext.: 380/382 INTRODUCCIÓN A LA BIOMECANICA Curso de Complementación Docentes Costo: $ 400 Lic. Ana Eugenia Blangino Dr. Sergio Valente Duración: 64 hs (4hs/semana 16 semanas) Horario Propuesto: Jueves de hs Modalidad: Teórico - Práctico Modo de Aprobación: Examen final (Asistencia mínima del 75%) Certificados: Asistencia / Aprobación Inicio: Con un mínimo de 3 pre-inscriptos. Forma de Pago: Costo total del curso con la inscripción. Prerrequisitos: Graduados o Alumnos con conocimientos Básicos de Mecánica, Estructura de los Materiales y Resistencia de Materiales. Objetivos de la materia: Introducir al alumno y a los profesionales en la aplicación de los conocimientos de la ingeniería en el estudio de la complejidad de la organización física de los organismos vivos, en particular sobre la mecánica de los tejidos y sistemas biológicos, realizando una comparación de comportamientos con materiales y estructuras típicas de la ingeniería. 1

2 Fundamentos: El estudio de los materiales que componen la estructura corporal de los seres vivos y de los mecanismos que permiten la realización de las funciones vitales son temas básicos de la Biomecánica. En particular, el estudio de materiales y mecanismos en los sistemas del cuerpo humano tiene una importancia fundamental y es uno de los pilares en los que está basada la mejor calidad de vida y la mayor expectativa de supervivencia. El aporte de la Ingeniería Mecánica al estudio de la estructura de los materiales biológicos es reconocido mundialmente y son cada vez más las Universidades e Institutos en los que trabajan ingenieros y médicos en forma conjunta en el desarrollo de modelos que permitan una mayor comprensión de la estructura corporal de los seres humanos. Desde hace más de diez años, en EEUU se han creado la Biomedical Engineering Society y el American Institute for Medical and Biological Engineering que organizan actividades en el ámbito científico, médico y tecnológico. Europa también cuenta, entre otros organismos regionales, con una sociedad que nuclea a especialistas de medicina e ingeniería, The European Society for Engineering and Medicine y que desarrolla varios programas de investigaciones interdisciplinarias en el tema. La ASME (American Society of Mechanical Engineering) organiza anualmente Bioengineering Conferences y se publican los resultados de los trabajos científicos en el Journal of Biomechanics (Elsevier). El desarrollo de la Biomecánica como ciencia básica de la Ingeniería Mecánica, con aplicación directa a la anatomía humana, es cada vez más amplio y las iniciativas se ven alentadas por la cooperación interdisciplinaria, que permite la reinterpretación de los conocimientos médicos a través de la metodología de ingeniería, siendo de aplicación directa en los campos de la biomecánica dental, en otorrinolaringología, ortopedia y rehabilitación, biomecánica aeroespacial, biomecánica cardiovascular, y medicina del deporte, entre otras. Es intención del Departamento de Ingeniería Mecánica impulsar este campo interdisciplinario mediante diferentes actividades relacionadas. La Lic. Eugenia BLANGINO, quien se desempeña en este Departamento con un cargo de Profesor Adjunto con Dedicación Exclusiva, dirige el Gabinete de Biomecánica y trabaja en el marco de un acuerdo de colaboración con la Facultad de Medicina. La experiencia acumulada en el trabajo interdisciplinario alcanza hoy la madurez suficiente para la realización de un Seminario de Posgrado en Biomecánica con aceptación en su matriculación a alumnos de grado. Descripción de la asignatura: La asignatura Biomecánica para Ingeniería Mecánica tiene como propósito proveer una introducción al comportamiento mecánico de los tejidos y sistemas biológicos. En razón de la enorme variedad de organismos vivos, se centrará el estudio en la anatomía humana, utilizándose en algunos casos, ejemplos relacionados con otras especies. La influencia de las propiedades de los materiales de estos tejidos biológicos en la función y estructura de los organismos proveerá a los estudiantes una apreciación de la complejidad mecánica de los sistemas en biología. 2

3 Una breve introducción a la anatomía del aparato locomotor humano será necesaria para encarar, con los métodos de análisis de cuerpo rígido y de mecánica de los cuerpos deformables, el estudio de sistemas y tejidos biológicos. Tópicos específicos incluyen la revisión de los conceptos de estática, cinemática y dinámica con aplicación directa a la anatomía humana, la noción de sistema mecánico (constituyentes, materiales y ensamblado) para analizar por analogía el aparato locomotor, la noción de materiales con estructura jerárquica, particularizando en la estructura y función de los tejidos biológicos, sus propiedades mecánicas (elasticidad, viscoelasticidad) y el análisis de tejidos específicos (huesos, músculos, tendones, tejido conectivo) Se prevén guías de problemas y trabajos de laboratorio para garantizar la comprensión de los conceptos. Aplicación de los conocimientos: El desarrollo de la Biomecánica como ciencia básica es cada vez más amplio y las iniciativas se ven alentadas por la cooperación interdisciplinaria, que permite la reinterpretación de los conocimientos médicos a través de la metodología de la ingeniería, siendo de aplicación directa en los campos de la biomecánica dental, en otorrinolaringología, ortopedia y rehabilitación, biomecánica aeroespacial, biomecánica cardiovascular, medicina del deporte, entre otras. Programa analítico: A) Introducción: breve reseña histórica, campos de aplicación de la biomecánica, modelos e hipótesis de trabajo. Organización de los seres vivos. Anatomía comparativa. B) Anatomía humana: Idea general del esqueleto, división, arquitectura ósea; estructura del tejido óseo, diferentes tipos, organización jerárquica, propiedades. Artrología: definición, nomenclatura y clasificación de las articulaciones, propiedades estructurales. Miología: conformación exterior de los músculos, estructura del tejido muscular y tendinoso, estructura jerárquica, propiedades mecánicas, nomenclatura y clasificación. Tejido conectivo: definición y tipos, componentes extracelulares, historiología del tejido conectivo. C) Biomecánica del aparato locomotor: Columna vertebral: articulaciones, músculos, fisiología y biomecánica. Miembro superior: articulaciones, músculos, fisiología y biomecánica. Miembro inferior: articulaciones, músculos, fisiología y biomecánica. D) Estudio mecánico de sistemas biológicos: Revisión de los conceptos de cuerpo rígido con aplicación directa al aparato locomotor humano: estática y dinámica, fuerzas, pares momentos, máquinas simples, rozamiento, condiciones de equilibrio; energía trabajo y potencia; cinemática, centro de gravedad, movimientos. Sistemas mecánicos, constituyentes, materiales y ensamblados. Noción elemental de diseño. Modelos, problema inverso de determinación de parámetros. 3

4 E) Estudio de las propiedades mecánicas de los tejidos biológicos: Elasticidad, generalidades, elasticidad lineal y no lineal. Tensiones, deformaciones, relaciones constitutivas, ecuaciones tensoriales, generalizaciones que permiten explicar algunas respuestas de los materiales biológicos; anisotropía, comportamiento en el tiempo: viscoelaticidad, modelos rehológicos. Tejidos duros y blandos, organización jerárquica, comparación con materiales ingenieriles. Respuesta de los materiales biológicos en tensión, compresión, flexión y torsión. Ensayos, materiales frescos y secos, condiciones de los ensayos. Discusión de artículos. Algunos de los experimentos de laboratorio previstos Laboratorio I - Huesos: ensayos de ultrasonido para determinar el módulo elástico en diversas direcciones, comprobación de la anisotropía, comparación con materiales isótropos y con otros materiales anisótropos, importancia de las constantes del tensor elástico. Laboratorio II- Huesos largos: ensayos de compresión, flexión y torsión en huesos secos, frescos, madera y acero de bajo carbono y aluminio; comparación de los resultados de ensayar tubos metálicos vs huesos fresados (sin tejido esponjoso), relación entre las propiedades emergentes, escalado de las mediciones y cálculo de las relaciones de funcionamiento bajo diversas solicitaciones; mecanismos biológicos. Bibliografía Biomecánica 1) Biomechanics: motion, flow, stress and growth, Y.C. Fung, Springer Verlag, New York, 2ª. ed., reprinted ) Biomechanics: mechanical properties of living tissues, Y.C. Fung, Springer Verlag, New York, 2ª. ed., reprinted ) An introduction to biomechanics, Humphrey & Delange, Springer Verlag, New York, 1ª. ed., ) Introducción a la biomecánica, Kart Hainaut, Editorial JIMS, Barcelona, 1ª. ed., ) Biomecánica ortopédica, Victor Frankel y Albert Burstein, Editorial JIMS, Barcelona, 2ª. ed. española, Mecánica 1) Mecánica de medios continuos para ingenieros, X. Oliver Olivilla y C. Argelet, Ed. Alfaguara, Barcelona, 2ª. ed., ) A first course in continuum mechanics, Y.C.Fung, Prentice Hall, 2ª. ed., reprinted ) Mecánica de materiales, Ferdinand Beer y Russell Johnston, McGraw Hill, traducido de la 2ª. ed., ) Resistencia de Materiales, Luis Ortiz Berrocal, McGraw Hill, 1ª. ed., ) Mecanique - Tome II, Paul Germain, Ecole Polytechnique, Paris, 1ª. ed.,

5 6) Engineering materials vol. 1, M.Ashby y D. Jones, Butterworth Heinmann, 1ª. ed., reprinted ) Engineering materials vol. 2, M.Ashby y D. Jones, Butterworth Heinmann, 1ª. ed., reprinted Anatomía e histología 1) Histología, Geneser -Finn, Editorial Panamericana, 5ª. ed., ) Histología, Leon Weiss, Editorial El Ateneo, 5ª. ed., ) Anatomía humana - Tomo III, Ruviere, Editorial Masson - Paris, 10ª. ed., ) Tratado de Anatomía Humana - Tomo I, Testut - Latarget, Editorial Salvat, 3ª. ed., ) Cuadernos de Fisiología Articular, 3 tomos, Adalbert Kapandji, Editorial Masson - Paris, 4ª. ed., ) Campbell, Cirugía Ortopédica, (editado por S. Terry Canale) Harcout Brace, 9 na ed., ) Anatomía general, Kamina, Editorial Panamericana Ediciones Maloine, 1ª. ed.,

6 Cronograma tentativo Las letras se refieren a los temas del programa analítico Semana 1: tema A, tema B. Semana 2: tema B. Semana 3: tema B. Semana 4: tema B. Semana 5: tema C. Semana 6: tema C. Semana 7: revisión y discusión de un artículo. Semana 8: tema D. Semana 9: tema D. Semana 10: tema D. Semana 11: trabajo de laboratorio I. Semana 12: tema E. Semana 13: tema E. Semana 14: tema E. Semana 15: trabajo de laboratorio II. Semana 16: revisión y discusión de un artículo. 6