۱ - جمع آوری اطلاعات برای یک آنالیز بیومکانیک جرمشناسی

خیلی به ندرت پیش میاد که تحقیقات بیومکانیکی جرمشناسی، تا اینکه زمان قابل توجهی از وقوع حادثه گذشته باشد، شروع بشن. چون ممکنه شرایط در محلِ وقوع حادثه تغییر کرده باشد، تجزیه و تحلیل، روی سوابق جمع آوری شده در تحقیقاتِ حادثه تکیه و اطلاعات رو تحتِ اصول بیومکانیک جمع آوری میکنن. این اغلب به عنوانِ بازسازی حادثه شناخته می‌شود و منجر به ایجاد سناریویِ بیومکانیکیِ صحیح می‌شود که به نظر حرفه‌ایِ تجزیه و تحلیل کننده، توضیح می‌دهد چه اتفاقی افتاده است. این ممکنه حتا شامل نظریه‌ای در مورد اینکه چرا یک سناریوی جایگزین توسط یک تجزیه و تحلیل‌گر دیگر یا توسط مدعی اتفاق نیفتاده باشد.

۰ - بررسی بیومکانیک جرمشناسی: چگونه رخ داد؟

در این فصل

• جمع‌آوری اطلاعات لازم
• تعیین اینکه فرد چگونه آسیب دیده است
• ارزیابی نسخه‌های متضاد از اتفاقات رخ داده

بیومکانیکِ جرم شناسانه از اصول بیومکانیک، برای پاسخگویی به سوالاتی که در حوزه قانونِ کیفری و دیوانی مطرح می‌شوند، استفاده می‌کند. پاسخ ها، پیامدهای قانونی دارند. در یک پرونده کیفری، مانند یک تحقیق درباره یک حمله یا قتل، تجزیه و تحلیل، برای توصیفِ وضعیتِ مربوط به عملِ جنایتِ مزعوم و برای توضیح اینکه چگونه رخ داده، استفاده می‌شود. این سوال که آیا فرد متهم، قادر به انجامِ فیزیکیِ عمل بوده یا خیرهم معمولاً بررسی می‌شود. در یک پرونده دیوانی، هدف، توصیف علت آسیب‌های ایجادشده در یک حادثه است. یک اختلاف، در مورد اینکه چگونه آسیب‌ها وارد شده‌اند، باید حل شود و تجزیه و تحلیل، برای تصمیم‌گیری در مورد اینکه اِشکال ازطراحی یا روش‌ها بوده یا نه، تا مدعی علیه (متهم) رو مسئول و موظف به جبرانِ خسارت به خواهان (متهم کننده) کنه، استفاده می‌شود.

بیومکانیک جرم شناسانه، بخشی از تشخیص، درمان یا مدیریت پزشکیِ آسیب‌ها نیست - این مسئولیت جامعه پزشکی است. بیومکانیک جرم شناسانه، تصمیم به مسئولیت پذیری نمی‌گیرد و وارد مسایلی مثل قانونی بودنِ یه عمل نمیشه - اونها مسوولیتهای روند قانونی ن. به جاش، نتیجه یک تجزیه و تحلیل جرم شناسانه، یک جور نظر حرفه‌ای، در مورد اتفاقیه که رخ داده، و نظریه‌ای است که توسط اصول بیومکانیک پشتیبانی می‌شود.

در این فصل، من به‌صورت خلاصه، مراحل مربوط به یک تجزیه و تحلیل جرم شناسانه را توضیح میدم و مثال‌هایی از اِعمالِ تجزیه و تحلیل، ارائه میکنم. این فصل، فقط یک مرور مختصر از یک زمینهِ رو به رشد است - کتاب‌های کاملی در این زمینه نوشته شده‌اند. اگر علاقه‌مندید که بیشتر بدانید، کتاب "مکانیک جرم شناسانه Forensic Biomechanics"، نوشته Jules Kieser، Michael Taylor و Debra Carr (از Wiley) را بررسی کنید.

۵ - تعادل بر دو پا: سخت‌تر از آنچه که فکر می‌کنید

تعادل برای بیشتر ما، چیزی نیست که بخوایم بهش فکر کنیم. حفظِ قامتِ عمودی برای انسان‌ها در واقع چالشی قابل توجه ه، اما سیستم عصبی-عضلانی ما برای این کار حسابی سازگار شده. با این حال، هنگامی که حفظِ تعادل به خطر می‌افتد، مردم بیشتر خطرِ افتادن و آسیب های بعدی رو دارن.

بیومکانیک پایه‌ای حالت ایستاده، به صورت گرافیکی در شکل ۳-۱۸ آمده است. انسانی که عمودی ایستاده است، بی حرکت نیست. از آنجا که مرکز گرانش بدن انسان در ارتفاع حدود سطح کمر (برای اطلاعات بیشتر در مورد مرکز گرانش، به فصل ۸ مراجعه کنید) قرار دارد، انسان عمودی، به جلو و عقب تاب میخوره، به دور محوری که از مفصل مچش میگذره (که در شکل، با نماد ∘ نشان داده شده است) می‌چرخد. تاب خوردن، یک نوع سرعت زاویه‌ای است (که در فصل ۹ توضیح داده شده است) و در شکل، با نماد ω و پیکانی که جهت تاب خوردن را نشان می‌دهد مشخص شده.

۴ - محافظت از لوبیاهامون: طراحی کلاه

این توضیحِ بیومکانیکِ گیاهِ لوبیا نیست (گرچه بیومکانیک میوه‌ها و سبزیجات، یک حوزه فعالِ تحقیقاتی است). به جاش، این بخش، برخی از تحقیقات مربوط به طراحی کلاه‌ها برای محافظت از سرهای ما در برابر لرزش‌های مغزی توضیح می‌دهد.

مغز توسط یه بافت همبندِ محکم، درون جمجمه آویخته شده و توسط لایه‌ی نازکی از مایع (یا دقیقتر، مایع مغزی نخاعی) احاطه شده. هنگامی که سر حرکت می‌کند، مغز همراه با آن حرکت می‌کند. زمانی که جمجمه سرعتش کم میشه، بافت همبند و مایع مغزی نخاعی حرکت مغز را کند می کنند.

یک لرزش مغزی (concussion) یک رویداد بیومکانیکی است. از نظر مکانیکی، یک نیروی خارجی که به سرِ در حال حرکت اعمال می‌شود، باعث کاهش سریعِ سرعتش می‌شود (شتاب بالا)، اما بافت همبند و مایع مغزی نخاعی، قادر به کاهش سرعت مغز درون جمجمه نیستند. مغز در حال حرکت، به سطح داخلی جمجمه می‌رسد. این نیرو، بین جمجمه و مغز، مغز را کبود می‌کند و اتصالات بین نورون‌ها را مختل می‌کند.

۳ - دویدن مثل پیشینیان مان

دویدن یک شیوهٔ رایج از حرکت ه. دویدن در ورزش‌های مختلف استفاده می‌شه، و به تنهایی،  فعالیتِ تفریحیِ رایج برای میلیون‌ها نفره. متأسفانه، با وجود مزایایش برای تندرستیِ قلبی-عروقی، دوندگان همچنان از انواع مختلفِ آسیب‌هایِ اضافه کاریِ ناشی از بارگذاریِ تکراری با هر تماس با زمین رنج می‌برند.

دویدن، موضوع قابل توجه تحقیقات در بیومکانیک بوده. بخش قابل توجهی از تحقیقات اولیه شامل تجزیه و تحلیل سینماتیک توصیفیِ دویدن، با استفاده از ضبط‌ فیلمیِ دوندگان و تمرکز بر دامنه حرکتِ زاویه‌ای در مفاصلِ مچ پا، زانو و باسن و هماهنگیِ زمانی عملکردهای مشترک مفاصل بوده.

همانطور که پلتفرم‌های نیرو (که در فصل ۱۷ توضیح داده شده است) به طور گسترده در بیومکانیک استفاده شدند، تحقیقات روی تاریخچه نیرو-زمانِ نیروهایِ واکنشیِ زمین، در مرحلهٔ "حمایتی" دویدن (زمانی که پا با زمین تماس می‌گیرد تا زمانی که انگشتان پا زمین را ترک می‌کنند) متمرکز شد.

۲ - ترمیم رباط صلیبی قدامی

مردم، اغلب، رباط‌ها که بافتهای متصل کننده استخوان به استخوان و پشتیبانی کننده مفصل هستند را ملتهب می‌کنند. صدمات رباط‌ها در فصل ۱۳ توضیح داده شده است.

مفصل زانو یکی از پر آسیب ترین مفاصل، حین فعالیت‌های بدنیه، و تَرَک درجه-سه، یا پاره‌شدن کامل رباط صلیبیِ قدامی (ACL) - که از پشت فمور (استخوان ران) به جلوی تیبیا (استخوان ساق) در مفصل زانو می‌گذره، همانطور که در شکل ۱۸-۱ نشان داده شده است - یکی از مهلک‌ترین آسیب‌ها است.

ACL شکل ۱۸-۱: جراحی ترمیمی 

ACL پاره شده باعث ناپایداری زیاد زانو می‌شه، که عملکرد را محدود می‌کند و خطر بروز بیماری مفصلیِ تخریبی را افزایش می‌دهد (همچنین در فصل ۱۳ توضیح داده شده است). تا اواسط دهه ۱۹۸۰، پاره شدن ACL، یک آسیب تهدید کننده حرفه‌ای برای یک ورزشکار بود.

۱ - تمرین در فضا

 با اینکه تصاویر فضانوردان، در حالِ شناور شدن در ایستگاه فضایی جذاب است، اما بار گرانشی صفر که مسئولِ محیطِ بدونِ وزن سفر فضایی است، چالشی بلندمدت برای سلامتِ استخوان و عضلات ایجاد می‌کند. بدون نیاز به مقابله با بار گرانشِ دایمی، چگالی استخوان و قدرت عضلات کاهش پیدا میکنه. چگالیِ معدنیِ استخوان و قدرت عضلانی کمتر، مشکلات قابل توجهی را برای یک فضانورد، پس از بازگشت به زمین و پس از سفرهای فضایی بلند مدت ایجاد می‌کند.

چالش اینه که تجهیزات تمرین برای استفاده در فضا طراحی بشن که امکان حفظ قدرت عضلات و چگالی استخوان را فراهم کند. طبیعتا از دمبل و باربِل های آهنی نمی‌شه استفاده کرد، زیرا بارها و صفحه ها در فضا بدون وزن هستند، مانند فضانورد! به جاش، ماشین‌های تمرین و تردمیل‌ها، با استفاده از کابل‌های لاستیکی طراحی شده‌اند. کار کردن بر خلافِ مقاومت کابل‌ها، برای ایجادِ بار خارجی روی استخوان و عضلات وحین تمرین تعبیه شدن.

با این حال، راه‌اندازی یک منطقه تمرینی در ایستگاه فضایی مشکله. زیرا تمامِ ایستگاه فضایی، بدون وزن است، بنابراین یک دستگاه تمرین یا تردمیل که به کف یا دیوارهای ایستگاه فضایی بسته شده، زمانی که توسط یک فضانورد استفاده می‌شود، ارتعاشات قابل توجهی در سراسر ایستگاه فضایی ایجاد می‌کند. این ارتعاش می‌تواند بر تحقیقات دیگری که در ایستگاه فضایی انجام می‌شوند و تحقیقاتی که از گرانشِ صفر بهره‌مند می شوند، تأثیر منفی بگذارد و ممکن است به خود ایستگاه فضایی هم آسیب برساند.

۰ - توسعه‌ی بیومکانیک: کاربردهای تحقیقاتی

در این فصل

• بررسی تمرین در فضا
• استفاده از بیومکانیک برای بهبود جراحی برای رگ‌های صلیبی پاره‌شده
• طراحی بهتر  کفش‌های دویدن
• ایجاد کلاه‌های محافظ تر 
• بررسی تعادل 

تحقیق، فرآیندی است که به صورت سیستماتیک، دانش ما را درباره چیزی افزایش می‌دهد. تحقیق اصولا از کنجکاوی نشأت می‌گیرد و شامل بررسی این است که چگونه و چرا چیزها به عمل می‌آیند. این فرآیند شامل ارائه یک سوال، انجام مشاهدات دقیق و اندازه‌گیری‌های دقیق برای جستجوی یک پاسخ، و نوشتن و تعاملِ نتایج با دیگران به منظور ارزیابی و در نظرگیری منتقدانه به عنوان پاسخی برای سوال مطرح شده است. پاسخ‌های پذیرفته‌شده، نشان دهنده دانش ما از جهان هستند. با این حال، دانش منحصر به فرد نیست. هدف تحقیق، اصلاح و گاهی چالشِ قبول‌شده‌های ما است. 

تحقیق با استفاده از بیومکانیک، بخشی اساسی از درک این است که چگونه و چرا موجودات زنده، همانطور که هستند حرکت می‌کنند و آسیب می‌بینند. سوالاتی که توسط بیومکانیک‌شناسان بررسی می‌شود بسیار متنوع است و بازتابِ راه‌های مختلفی هستند که بیومکانیک می‌تواند برای درک عملکرد انسان و محدودیت‌ها مورد استفاده قرار گیرد. در این فصل، نگاهی کلی به برخی از کاربردهای گذشته و کنونی بیومکانیک در تحقیقات از زمینه‌های مختلف می‌دهم.

۴ - ضبط فعالیت ماهیچه ای: الکترومایوگرافی

سیستم عصبی مرکزی، تنشِ ماهیچه رو با مخابره سیگنال های کم ولتاژ (میلی ولت)، که پتانسیل عمل (action potential) نامیده میشن، کنترل میکنه (فصل ۱۴ رو ببینید). الکترومایوگرافی (EMG) مطالعه فعالیت ماهیچه ای ه و شامل ضبط و کمی سازی پتانسیل های عملی میشن که یه ماهیچه رو فعال میکنن. 

معمول ترین وسیله مورد استفاده برای اندازه گیریِ فعالیت ماهیچه ای، شامل یه سنسور و یه تقویت کننده میشه که برای تشخیص و تقویت ولتاژِ پتانسیل های عمل ن و نرم افزاری که روی کامپیوتر نصب میشه تا داده جمع آوری شده، که الکترومایوگرام (electromyogram) نامیده میشه، رو نمونه برداری، ضبط و پردازش کنه. تو این بخش، مبانی جمع آوری و پردازش الکترومایوگرام سطحی رو شرح میدم.

نکته: سنسورهای مورد استفاده برای EMG، معمولا الکترود نامیده میشن، اما عبارتِ الکترود ممکنه به این اشاره کنه که احتمالا یه شوک الکتریکی قراره اتفاق بیوفته (مردم زیاد فیلم ترسناک نگاه میکنن). استفاده از عبارت سنسور، کمتر ترسناک ه و این ترس ناموجه رو از بین میبره.