Ukázka elektronické knihy, UID: KOS256174
Experimentální biomechanika
5
5
Experimentální biomechanika
Experimentální biomechanika je základním kamenem v poznání chování lidského těla a lidských tkání. Experimentálně získané poznatky v biomechanice mají největší vypovídající schopnost a nelze je nahradit žádnou jinou metodou. Experimentální biomechanika je velmi úzce spojena s rozvojem anatomie a přesto může čtenáře překvapit rozdílným vývojem monografií z anatomie a biomechaniky. Anatomie se z pohledu terminologie a popisu tkání za posledních 50 let prakticky nemění. Biomechanika je stále ve vývoji a popis mechanického chování lidských tkání se mění publikace od publikace. Je to především způsobeno zkoumáním popisu tkáně a vývojem experimentální mechaniky. Pro názornost je možné vidět závislost modulu pružnosti na věku a typu zkoušek (obr. 48). Hned při prvním pohledu je patrný rozptyl naměřených hodnot. Můžeme si položit otázku čím je to způsobené, když běžné strojní součásti takovýto rozptyl naměřených dat nevykazují? Pokusme se na tuto otázku odpovědět v následující kapitole. V průběhu staletí vykrystalizovaly tři základní způsoby měření na lidském těle. Jednotlivé přístupy se liší úrovní životností lidské tkáně a jejich definice v biomechanice není dodnes zcela ustálená. 1. In vivo experimenty – provedení „na živo“ na probandech, typickým příkladem jsou měření pohybu pacienta nebo sportovce. 2. Ex vivo experimenty – provedené na tkáni odebrané živému pacientovi, často v prostředí odpovídající lidskému organismu. Typovým příkladem může být experiment provedený na kožním štěpu získaným během abdominoplastiky. 3. In vitro experimenty – provedené na tkáni odebrané zemřelému, kadaveru, na patologii. Standardním příkladem jsou zkoušky prováděné na cévách a tepnách, které jinak nelze získat pro experimenty.
Obr. 48 Ilustrativní závislost modulu pružnosti na věku a typu zkoušek in vitro pro lidskou kůži 99
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS256174
5
Biomechanika člověka
Obr. 49 Ilustrativní závislost vlivu skladovacích podmínek (formol) plicní tkáně na její mechanické vlastnosti (F – síla, u – posuv) Před každou zkouškou na lidském jedinci je nutné nejprve zažádat příslušnou etickou komisi dané zdravotnické organizace. Etická komise se řídí ustanovením dle Zákona o zdravotnických prostředcích 110/2014, § 16 a udílí stanovisko s navrhovanými experimenty. Nedílnou součástí experimentů in vivo a ex vivo je informovaný souhlas zkoušené osoby. V případě in vitro zkoušek je nutné postupovat dle Zákona o zdravotních službách 372/2017 sb., a to stanov týkajících se převozu, zacházení a likvidace vzorků. Jedním z palčivých problémů experimentální biomechaniky je skladování a příprava vzorků. Biologické materiály, které jsou vyjmuty ze svého přirozeného prostředí, nebo vlivem smrti degradují. Z tohoto důvodu je téměř klíčové nalézt vhodnou metodu pro převoz a uchovávání biologického materiálu. Lze tušit, že existuje rozdílný přístup při zacházení s měkkými a tvrdými tkáněmi. Biomechanické studie měkkých tkání staršího data velmi často vycházely ze zkoušek provedených na tkáních skladovaných v roztoku formolu. Na obrázku 49 je patrný časový vliv fixace formolem na plicní tkáň. S delší časovou prodlevou výsledky experimentů jsou více zkreslené, dochází k tvrdnutí tkáně. Nejčastější způsob krátkodobého přechování, např. převoz měkkých tkání, je za použití fyziologického roztoku nebo chlazením ledem. U tvrdých tkání je situace jednodušší a vzorky standardně zamrazují pod teplotu –20 °C. Tímto způsobem je možné vzorky uchovávat až několik týdnů. Výše uvedené postupy jsou používány „ad hoc“ a dle autorových znalostí neexistuje souvislá studie, která by se zabývala uchováním biologických tkání z pohledu mechanického testování. Z pohledu terminologického je zapotřebí zvažovat rozdíl mezi zkouškami strukturálními a materiálovými. Strukturální zkoušky provádíme na struktuře jako celku, nezkoumáme dílčí vlastnosti, ale celkové chování např. kosti nebo implantátu. Jsou ovlivněny jak konstrukčním návrhem, tak i technologickým procesem výroby (individualitou jedince). Na druhé straně materiálové testy jsou zaměřeny pouze na chování materiálu. Zkoušené vzorky jsou vyjmuty z celku a zkoumáme jejich chování pouze v závislosti na okolních vlivech, jako jsou např. teplota, čas, stárnutí. 100
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS256174