बायोमैकेनिक्स
जैविक पदार्थ यांत्रिक बल कैसे उत्पन्न करता है, संचारित करता है और उस पर प्रतिक्रिया कैसे करता है—गति उत्पन्न करने वाले आणविक मोटरों से लेकर कोशिकाओं और ऊतकों को उनका आकार देने वाले लोचदार नेटवर्कों तक।
Definition
बायोमैकेनिक्स इस बात का अध्ययन है कि जैविक प्रणालियाँ एकल अणुओं से लेकर ऊतकों तक, यांत्रिक बलों और विकृतियों को कैसे उत्पन्न करती हैं, संचारित करती हैं और उन पर प्रतिक्रिया करती हैं।
Scope
यह क्षेत्र आणविक, कोशिकीय और ऊतक स्तर पर जीवित पदार्थ के यांत्रिकी को शामिल करता है: कोशिकाओं और ऊतकों के लोचदार और विस्कोलेस्टिक गुण, साइटोस्केलेटन का यांत्रिकी, आणविक मोटरों द्वारा बल उत्पादन, और यांत्रिक संकेतों का जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में रूपांतरण। यह जैविक संरचनाओं को यांत्रिक सामग्री और मशीनों के रूप में मानता है, जबकि पूरे जीव की गति और नैदानिक आर्थोपेडिक्स को अन्य क्षेत्रों के लिए छोड़ देता है।
Sub-topics
Core questions
- कोशिकाओं और ऊतकों को कौन से यांत्रिक गुण दर्शाते हैं, और उन्हें कैसे मापा जाता है?
- साइटोस्केलेटन कोशिकाओं को उनकी कठोरता और आकार कैसे देता है?
- आणविक मोटर रासायनिक ऊर्जा को निर्देशित बल और गति में कैसे परिवर्तित करते हैं?
- कोशिकाएं यांत्रिक बल को कैसे महसूस करती हैं और इसे जैव रासायनिक संकेतों में कैसे परिवर्तित करती हैं?
Key theories
- मैकेनोकेमिकल चक्र के रूप में मोटर
- आणविक मोटर न्यूक्लियोटाइड बंधन और हाइड्रोलिसिस के एक चक्र को संरचनात्मक परिवर्तनों से जोड़ते हैं जो एक ट्रैक के साथ असतत बल-उत्पादक कदम उत्पन्न करते हैं, जैसा कि एकल मायोसिन अणुओं के लिए सीधे मापा गया है।
- विस्कोलेस्टिक, पूर्व-तनावग्रस्त सामग्री के रूप में कोशिकाएं
- कोशिकीय यांत्रिकी तनाव के तहत साइटोस्केलेटल पॉलीमर नेटवर्कों द्वारा नियंत्रित होती है जिनकी लोचदार और चिपचिपी प्रतिक्रियाएं, एक साधारण ठोस या तरल के बजाय, यह निर्धारित करती हैं कि कोशिकाएं कैसे विकृत होती हैं और ठीक होती हैं।
Mechanisms
कोशिकाओं में बल मुख्य रूप से आणविक मोटरों से उत्पन्न होता है जो एटीपी हाइड्रोलिसिस को संरचनात्मक परिवर्तन से जोड़कर साइटोस्केलेटल फिलामेंट्स के साथ कदम बढ़ाते हैं, और फिलामेंट नेटवर्कों के संयोजन और संकुचन से। ये नेटवर्क विस्कोलेस्टिक, अक्सर पूर्व-तनावग्रस्त सामग्री के रूप में व्यवहार करते हैं, इसलिए कोशिकाएं और ऊतक लोचदार प्रत्यावर्तन और चिपचिपे प्रवाह दोनों के साथ विकृति पर प्रतिक्रिया करते हैं। यांत्रिक संकेत न केवल संचारित होते हैं बल्कि महसूस भी किए जाते हैं: बल-संवेदनशील अणु भार के तहत संरचना बदलते हैं, यांत्रिकी को रसायन विज्ञान में परिवर्तित करते हैं और उन संरचनाओं पर प्रतिक्रिया करते हैं जो भार वहन करती हैं।
Clinical relevance
यांत्रिक गुण और बल संवेदन विकास, घाव भरने, हृदय संबंधी कार्य और कैंसर की प्रगति को प्रभावित करते हैं, इसलिए यहां बायोमैकेनिक्स नैदानिक सिफारिश के बजाय मैकेनोबायोलॉजी और फिजियोलॉजी के लिए शैक्षिक पृष्ठभूमि है।
History
ऊतकों का सतत बायोमैकेनिक्स, जिसे फंग और अन्य लोगों ने उन्नत किया, बीसवीं शताब्दी के अंत में एकल-अणु यांत्रिकी—मायोसिन चरणों के प्रत्यक्ष माप द्वारा उदाहरण—और इस मान्यता से जुड़ा कि कोशिकाएं सक्रिय रूप से बल को महसूस करती हैं, आणविक और ऊतक स्तरों को आधुनिक मैकेनोबायोलॉजी में एकजुट करती हैं।
Key figures
- Jonathon Howard
- James Spudich
- Donald Ingber
- Y. C. Fung
Related topics
Seminal works
- finer1994
- howard2001
- boal2012
Frequently asked questions
- क्या एक कोशिका ठोस या तरल जैसी अधिक होती है?
- अकेले कोई नहीं; कोशिकाएं विस्कोलेस्टिक होती हैं, जो कम समय में लोचदार रूप से व्यवहार करती हैं और लंबे समय तक प्रवाहित होती हैं, क्योंकि उनके साइटोस्केलेटल नेटवर्क लोचदार और चिपचिपी प्रतिक्रियाओं को जोड़ते हैं।
- कोशिकाओं के अंदर बल कहाँ से आता है?
- मुख्य रूप से आणविक मोटरों से जो एटीपी की रासायनिक ऊर्जा को साइटोस्केलेटल फिलामेंट्स के साथ यांत्रिक चरणों में परिवर्तित करते हैं, और उन फिलामेंट नेटवर्कों के संयोजन और संकुचन से।