Biomécanique
Coordonné par A. Ben Abda (Université el Manar-Tunis, laboratoire LAMSIN)
Période 19-23 mars
Introduction
à la biomécanique : le cardio-vasculaire
K.
Saïdane
(Institut
de Génie Biomédical, Ecole Polytechnique,
Montréal,
Canada)
Introduction
:
Le secteur de génie biomédical est en pleine croissance et attire de plus en plus d’étudiants.
Le taux de croissance d’emploi selon Weataker fondation => taux de croissance 30% durant le 10 prochaine année.
Le cours Introduction à la Biomécanique vise à introduire et familiariser les étudiants avec la biomécanique qui s'appliquent à l'étude du vivant, notamment des structures biologiques et des systèmes physiologiques (système musculo-squelettique et locomoteur, système cardio-vasculaire, etc…).
Objectif :
Les cours veulent aussi confronter les connaissances acquises par les étudiants à la résolution de problèmes biomécanique dans les domaines de la médecine (orthopédie, cardio-vasculaire, etc..).
Le cours Introduction à la biomécanique a pour but d’introduire les étudiants au domaine de la biomécanique, ce cours se compose de deux parties : la biomécanique du système musculo-squelettique et la biomécanique cardio-vasculaire. Les objectifs de ce cours sont de :
- Expliquer comment les principes théoriques et expérimentaux de la mécanique s'appliquent au domaine du vivant;
- Faire acquérir à l'étudiant de génie et des sciences de la santé des connaissances biomécanique applicables à la caractérisation des propriétés des tissus et structures biologiques, à leur régénération/réparation, et à la conception des dispositifs médicaux;
- Introduire la notion de génie du vivant, et voir comment les principes de biologie peuvent s’appliquer à l’optimisation du design des structures de génie;
- Comprendre le rôle des facteurs mécaniques dans les causes et les mécanismes des malformations, des processus dégénératifs et des traumatismes des systèmes musculo-squelettiques et cardio-vasculaires;
- Expliquer la relation entre la mécanique et la biologie, le rôle des contraintes mécaniques dans les processus de croissance, de remodelage, et de guérison des tissus;
Bibliographie :
C. Caro, T. J. Pedley, R. C. Schroter, W. A. Seed, The Mechanics of the Circulation, 1978
C.H. Turner and D.B. Burr.. Basic Biomechanical Measurements of Bone-A Tutorial. Bone 14: pp 595-608, 1993
D. B. Chaffin et G. Anderson, Occuptionnal Biomechanics, John-Wiley& Sons, 1984
D. Poitout, Biomécanique orthopédique, 1987
D.J. Schneck et J.D. Bronzino, Biomechanics: Principles and Applications, CRC Press, 2003
F. Paels, Biomechanics of the locomotor Apparatus, Spinger-Verlag, Berlin Heidelgerg, New York, 1980
F.S. Kaplan, W.C. Hayes, T.M. Keaveny, A. Boskey, T.A. Einhorn and J.P. Iannotti. 1994. Form and Function of Bone. Ortopeadics Basic Science. Editor: Simon, SR ed., pp 127-164. New York: American Academy of Orthopaedic Surgeons.
H. Yamada, Strength of Biological Materials, 1970
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J. Enderle, S. Blanchard, J. Bronzino, Introduction to Biomedical engineering. USA, Acamedic Press, 1999.
J. G. Hay, The Biomechanics of sport techniques, 2nd ed, 1978
J. Lightill, Mathematical Biofluid-Dynamics, 1975
J.B. Park and S. R. Lakes, Biomaterials. An Introduction, 2nd Edition, Plenum Press, new York, 1992
K. Hainaut, Introduction à la biomécanique, Presses Universitaires de Bruxelles, 1974
M. Nordin et Victor H. Frankel, Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System, 2nd Edition ; 1989.
M.Y. Jaffrin et F. Goubel, Biomécanique des fluides et des tissus, Masson, Paris, 1998.
N. Özkaya et M. Nordin, Fundamentals of Biomechanics, Springer, 1998.
N. Sasaki, Y. Nakayama, M. Yoshikawa and A. Enyo. Stress relaxation function of bone and bone collagen. J. Biomechanics. 26: pp 1369-76, 1993
P. Allard, Analyse du mouvement humain par la biomécanique, Décarie Éditeur, 1996
S. J. Hall, Basic Biomechanics, WCB/McGraw-Hill, 1999
T. J., The fluid Mechanics of Large Blood Vessels, 1980
V.C. Mow et W.C. Hayes, Basic Orthopaedic Biomechanics, 2nd Edition, 1997.
Y. C. Fung, Biodynamics-circulation, Spinger-Verlag, 1984
Y. C. Fung, Biomechanics Mechanical Propreties of living Tissus, 1981
Période
26-30 mars
Introduction
à la bioméchanique : Quelques mouvements passifs et
actifs en biologie
C.
Misbah (CNRS,
Lab. Spectro, Université J. Fourier , Grenoble I)
Deux grands types de mouvements cellulaires sont opérationnels en biologie:
les mouvements passifs, où les cellules sont transposrtées par une cause physique apparente, facilement identifiable, telle celle issue du transport par le flux sanguin,
et les mouvements actifs, qui mettent en jeu une machinerie complexe. Un exemple classique du mouvement passif est celui des globules rouges dans le sang, subissant des contraintes hydrodynamiques imposées par l'écoulement sanguin. Un exemple de mouvement actif est celui de la motilité cellulaire, assistée par polymérisation d'actine, et mettant en jeu des boucles biochimiques régulatrices non triviales. C'est le cas des mouvements des globules blancs en situation active, lors du processus de défense immunitaire.
Ce cours s'articulera autour de ces deux questions. En prenant les vésicules de phospholipides
comme modèle de membrane cytoplasmique, on étudiera plusieurs questions associées au mouvement passif, telle la force de portance, responsable du maintien d'un globule loin des parois endothéliales (couche qui tapisse les parois internes des vaisseaux), les effets de contraste de viscosité, qui peuvent induire un mouvement de bascule des globules (comme on le voit sur des hémathies en faible hémathocryte). On présentera ensuite également les effets de l'élasticité des parois endothéliales, et on mettra en évidence l'existence d'une élasticité optimale permettant de repousser efficacement certains corpuscules du sang. Au regard du mouvement actif, on présentera des effets spectaculaires, telle l'existence d'une autopropulsion d'une cellule en l'absence de moteur moléculaire. C'est le cas de la bactérie dite "Listéria monocytogène" où le simple fait de polymérisation de l'actine sur sa surface permet d'induire une propulsions associée à une brisure spontanée de la symétrie sphérique. On montrera que néanmoins, certaines caractéristiques des mouvements actifs peuvent etre capturés à partir de concepts physiques de base, telle une instabilité d'origine élastique conduisant à une bifurcation vers un état asymétrique. Cet état peut restituer de l'énergie élastique emmagasinée sous forme d'autopropulsion par dissipation avec son environnement, te de se fait acquérir un mouvement vers l'avant.