Techniklexikon

Biomechanik

Zweig der Biophysik, in welchem die Konstruktionen der belebten Welt (vor allem grosser mehrzelliger Tiere und Pflanzen) mit den Begriffen der klassischen bzw. technischen Mechanik beschrieben und analysiert werden. Die Biomechanik arbeitet typischerweise auf dem Niveau ganzer Organismen, ihrer Organe und Gewebe. Sie benutzt Kenntnisse aus der molekularen und Zellbiophysik, insbesondere aus der Mechanochemie kontraktiler Moleküle, um die Ursachen der mechanischen Eigenschaften zu erklären. Zur Biomechanik gehören folgende Teilgebiete:

- die Biostatik (die Belastbarkeit des Innen- bzw. Aussenskelettes im Ruhezustand und seine Rolle in der Konstanz der äusseren Form),

- die Fortbewegungsmechanik (die Kraftübertragung bei Formveränderungen des Körpers, beim Gang, Sprung, Flug und beim Schwimmen sowie die dabei verursachte Dynamik der Bewegung kontinuierlicher Medien wie Luft und Wasser),

- die Biomechanik des Blutkreisklaufs (Fliesseigenschaften des Blutes und anderer Körperflüssigkeiten (Rheologie), die Hämodynamik in den Blutgefässen, die Pumpfunktion des Herzens),

- die Biomechanik der Ventilation der Atmungsorgane (Atemgastransport),

- die Mechanik der Flüssigkeitsströme in Pflanzen (Transport von Wasser im Xylem und von Zuckerlösungen im Phloem).

Biologische Organismen unterscheiden sich in wichtigen Punkten grundlegend von den mit ihnen verglichenen technischen Modellen. Lebewesen sind im Sinne des Ökonomieprinzips immer massearm gebaut und darüber hinaus energiesparend in Aufbau und Unterhalt. Sie werden nicht aus typisierten Einzelteilen zusammengesetzt. Die sie aufbauenden Konstruktionselemente müssen in jedem Organismus und an jeder Stelle in loco von neuem entstehen. Dadurch können sie auf spezifische Belastungen durch Modifikationen reagieren und sind folglich selbst in der Statik eher als Regelsystem denn als Maschine zu verstehen. Es gibt fast keine Struktur (Organ, Gewebe), der nur eine einzige Funktion zugeordnet werden kann. Konstruktionen biologischer Organismen sind daher Kompromisslösungen zwischen verschiedenen Aufgaben und Funktionen. Eine klassische Illustration der Optimalitätsprinzipien bei der Konstruktion biologischer Organe ist die biomechanische Analyse des Oberschenkelknochens (Biostatik). [FE]