Homework 4 / Κατ Οίκον Εργασία

Transcript

1 Homework 4 / Κατ Οίκον Εργασία Name/Όνομα: Date/Ημερ.: You may need some (or none) of the following equations/constants Μπορεί να χρειαστείτε κάποιες (ή καμία) από τις πιο κάτω εξισώσεις/σταθερές For linear motion (const. a) For circular motion (const. a) Parabolic Trajectory F ma p mv v x a v t t v v at 0 1 x v0t at v v ax 0 1 x ( v v0 ) t a t t at t at a ( 1 0 ) t v R g 0 0 sin v0 h sin g v t g sin τ = r x F = F r sinθ = I a For linear uniform objects I = ml (m = mass, l = length) For other objects Doppler Ultrasound v v fd fus fus 1 USfUS v US US vus

2 Πλέγματα (Gratings) m sin( a) sin( b) R md o a o mnlines m L arcsin md a Απεικόνιση (Imaging) si hi n 1 M f R1 R f so s i s o h /# f f o D D 1 NA sin f f /# Επίπεδη δέσμη (Flat beam).44 f 1. f d.44 f /# z 1. cos D NA D Γκαουσιανή δέσμη (Gaussian beam).54 f 1.7 f d.54 f /# z 1.7 cos D NA D 1. z NA 1.7 z D w NA Οπτική Ιστών (Tissue Optics) I I e o t b ' (1 g) ' t s a Φθορισμός (Fluorescence) F x, m I A( m ) Z.303Io x CL m Z s s l t 1 t Κώδικας DNA Αμινοξέων (Amino acid DNA code) Note: The start codon is ATG (same as Met)

3 Multiple Choice Questions (15 x = 30 pts) Ερωτήσεις Πολλαπλής Επιλογής (15 x = 30 μ.) 1. All of the following changes to a sprinter s starting technique would cause her body (i.e. center of mass) to be traveling forward faster when she leaves the starting blocks, EXCEPT Όλες οι ακόλουθες αλλαγές στην τεχνική εκκίνησης ενός σπρίντερ θα κάνουν το σώμα της (δηλαδή το κέντρο βάρους της) να κινηθεί προς τα εμπρός ταχύτερα όταν θα έχει φύγει από τον βατήρα, ΕΚΤΟΣ A. A larger average forward acceleration of her body over the same elapsed time from the start of movement until when she leaves the blocks Ένας μεγαλύτερος μέσος όρος επιτάχυνσης του σώματός της προς τα εμπρός κατά τη διάρκεια του ίδιου χρόνου από την έναρξη της κίνησης μέχρι που θα έχει φύγει από το μπλοκ B. The same average forward acceleration of her body over a shorter elapsed time from the start of movement until when she leaves the blocks Ο ίδιος μέσος όρος επιτάχυνσης του σώματός της προς τα εμπρός κατά τη διάρκεια μικρότερου χρόνου από την έναρξη της κίνησης μέχρι που θα έχει φύγει από το μπλοκ C. Greater force applied by her legs over the same elapsed time from the start of movement until when she leaves the blocks Άσκηση μεγαλύτερης δύναμης από τα πόδια της στον ίδιο χρόνο από την έναρξη της κίνησης μέχρι που θα έχει φύγει από το μπλοκ D. The same force applied over a longer elapsed time from the start of movement until when she leaves the blocks Άσκηση της ίδιας δύναμη από τα πόδια της για περισσότερο χρόνο από την έναρξη της κίνησης μέχρι που θα έχει φύγει από το μπλοκ. What happens if the moment of inertia of an ice skater spinning becomes higher (assuming a frictionless system)? Στην διατήρηση της στροφορμής, τι θα γίνει όταν αδράνεια ενός παγοδρόμου αυξάνεται (θεωρώντας ότι το σύστημα δεν παρουσιάζει τριβή); A. The ice skater will spin faster Ο παγοδρόμος θα γυρίζει γρηγορότερα B. The ice skater will have lost angular momentum Θα μειωθεί η στροφορμή του παγοδρόμου. C. The ice skater will spin slower Ο παγοδρόμος θα γυρίζει πιο αργά D. The ice skater will gain angular momentum Θα αυξηθεί η στροφορμή του παγοδρόμου

4 3. A baseball with 0.1 kg in weight was thrown at a speed of 4 km/s towards the striker. After the ball is hit by the striker, 36km/s its speed changes into 36 km/s at the angle of 60o from its original direction (x axis). Assume the ball-and-bat contact 60 deg time is 0.01s, the impact at the x-axis on the ball at the moment of being hit is approximately Μια μπάλα του μπέιζμπολ με βάρος 0.1 kg φτάνει προς τον 4km/s παίκτη με ταχύτητα 4 km/s. Όταν η μπάλα κτυπήσει στο ρόπαλο, η ταχύτητα της αλλάζει σε 36 km/s σε γωνία 60 o ως προς την αρχική κατεύθυνση (άξονας x). Θωρώντας ότι ο χρόνος της πρόσκρουσης είναι 0.01s, η δύναμη στον άξονα x πάνω στην μπάλα τη στιγμή της πρόσκρουσης είναι περίπου A. 60 N B. 89 N C. 45 N D. 40 N 4. Which of the following will increase stability? Ποιο από τα πιο κάτω αυξάνει τη σταθερότητα; A. lower center of gravity χαμηλότερο κέντρο βάρους B. decrease mass μειωμένη μάζα C. decrease size of base of support μειωμένο μέγεθος βάσης στήριξης D. decrease friction μειωμένη τριβή 5. You are working with a wheelchair athlete to improve his performance. During the push phase of each stroke, the athlete s hand applies a push force (Fpush) to the handrim attached to the wheel. The push force is directed tangential to the handrim. Assume that the mass of the handrim is negligible but the mass of the wheel rim and tire is not. All else being equal, which of the following will increase the amount that the angular velocity of the wheel increases during the push phase of each stroke? Εργάζεστε με ένα αθλητή σε αναπηρική καρέκλα για να βελτιώσει την απόδοσή του. Κατά τη διάρκεια της φάσης ώθησης κάθε διαδρομής, το χέρι του αθλητή εφαρμόζει μία δύναμη ώθησης (Fpush) προς το κυκλικό χερούλι που συνδέονται με τον τροχό. Η δύναμη ώθησης κατευθύνεται εφαπτόμενη στο χερούλι. Υποθέσουμε ότι η μάζα του χερουλιού είναι αμελητέα, αλλά η μάζα της ζάντας του τροχού και του ελαστικού δεν είναι. Αν όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι ίσοι, ποιο από τα παρακάτω θα αυξήσει το ποσοστό που η γωνιακή ταχύτητα των τροχών αυξάνεται κατά τη διάρκεια της φάσης ώθησης της κάθε προσπάθειας; A. Increase the mass of the wheel rim and tire Αύξηση της μάζας της ζάντας και του ελαστικού B. Decrease the handrim radius Μείωση της ακτίνας του κυκλικού χερουλιού C. Increase the amount of time that the push force is applied Αύξηση του χρόνου κατά τον οποίο εφαρμόζεται η δύναμη ώθησης D. Increase the wheel radius Αύξηση της ακτίνας του τροχού

5 6. Which of the following is true about orthotics? Ποιο από τα πιο κάτω είναι σωστό σε σχέση με τα ορθοτικά; A. Orthotics can be made only out of hard materials such as steel Τα ορθοτικά μπορούν να κατασκευαστούν μόνο από σκληρά υλικά όπως ατσάλι B. Orthotics only offer support without any control. Τα ορθοτικά προσφέρουν μόνο στήριξη χωρίς έλεγχο C. Orthotics can only be applied to extremities. Τα ορθοτικά μπορούν αν εφαρμοστούν μόνο στα άκρα D. Orthotics are simple and do not require special fitting. Τα ορθοτικά είναι απλά και δεν χρειάζονται προσαρμογή 7. Body-powered prosthetics Tα προσθετικά καθοδηγούμενα με το σώμα A. Are powered by the contraction of muscles leading to motion of the body and control of the prosthetic Καθοδηγούνται από συσπάσεις των μυών που οδηγούν σε κίνηση του σώματος και έλεγχο του προσθετικού B. Include an embedded processor which predicts an intended motion and adjusts the prosthesis accordingly Συμπεριλαμβάνουν ένα ενσωματωμένο επεξεργαστή ο οποίος προβλέπει την προτιθέμενη κίνηση και προσαρμόζει το προσθετικό κατάλληλα C. Have electrodes attached to muscle groups of the shoulder and back which initiate the intended motion Διαθέτει ηλεκτρόδια, προσκολλημένα σε μυϊκές ομάδες του ώμου και της πλάτης τα οποία αρχικοποιούν την προτιθέμενη κίνηση D. Have limited applications due to their limited range of motion Έχουν περιορισμένες εφαρμογές λόγω του περιορισμένου εύρους κίνησης τους 8. Regarding the fitting of a new prosthetic all of the following are correct EXCEPT Όσον αφορά στην προσαρμογή ενός νέου προσθετικού, ισχύουν όλα τα πιο κάτω ΕΚΤΟΣ A. It is a cumbersome process which takes many tries Είναι μια επίπονη διαδικασία για την οποία χρειάζονται πολλές προσπάθειες B. It is easy since it is based on a precise model of the remaining limb Είναι εύκολη μια και βασίζεται σε ακριβές μοντέλο του εναπομείναντος άκρου C. It is necessary to assure comfort and safety Είναι αναγκαία για να διασφαλιστεί η άνεση και η ασφάλεια D. It is customized both based on the patient and the type of socket Προσαρμόζεται τόσο με βάση τον ασθενή όσο και με βάση τον τύπο της υποδοχής 9. In general terms, in contrasting metallic and ceramic materials: Σε γενικές γραμμές, συγκρίνοντας τα μεταλλικά με τα κεραμικά υλικά: A. ceramics are less chemically durable than metals τα κεραμικά είναι λιγότερο χημικά ανθεκτικά από τα μέταλλα B. metals are less physically durable than ceramics τα μέταλλα είναι λιγότερο φυσικά ανθεκτικά από τα κεραμικά C. most metals are more brittle than most ceramics τα περισσότερα μέταλλα είναι πιο εύθραυστα από τα περισσότερα κεραμικά D. most ceramics are more brittle than most metals τα περισσότερα κεραμικά είναι πιο εύθραυστα από τα περισσότερα μέταλλα

6 10. A biocompatible material Ένα βιοσυμβατό υλικό A. Does not react at all with the biological environment Δεν αντιδρά καθόλου με το βιολογικό περιβάλλον B. Performs its function without any toxic side-effects Επιτελεί τη λειτουργία του, χωρίς τοξικές παρενέργειες C. Is so durable as to last for the patient s entire lifetime Είναι τόσο ανθεκτικό όσο να διαρκέσει για όλη τη διάρκεια ζωής του ασθενούς D. Is usually organic Είναι συνήθως οργανικά 11. An example of a natural biomaterial that is used in implants is Ένα παράδειγμα ενός φυσικού βιοϋλικού το οποίο χρησιμοποιείται σε εμφυτεύματα είναι A. Ivory Ελεφαντόδοντο B. Silicon Σιλικόνη C. Dacron D. Collagen Κολλαγόνο 1. Assuming that both parent plants in the diagram below are homozygous (have two copies of the same type of gene), why would all of the f1 generation have yellow phenotypes? Αν υποθέσουμε ότι και τα δύο μητρικά φυτά στο παρακάτω σχήμα είναι ομόζυγα (έχουν δύο αντίγραφα του ίδιου τύπου του γονιδίου), γιατί όλη η f1 γενιά έχει κίτρινους φαινοτύπους; A. because the f1 genotypes are homozygous γιατί οι γονότυποι της f1 είναι ομόζυγοι B. because yellow is dominant over green γιατί το κίτρινο είναι επικρατές ως προς το πράσινο C. because green is dominant over yellow γιατί το πράσινο επικρατές ως προς το κίτρινο D. because both parents passed on yellow alleles γιατί και οι δύο γονείς έδωσαν κίτρινο γονίδιο 13. The genotypes of a husband and wife are AB and AO respectively. Among the blood types of their children, how many different genotypes and phenotypes are possible? Ο γονότυπος ενός άνδρα και της συζύγου του είναι AB και AO αντίστοιχα. Στις ομάδες αίματος των παιδιών τους, πόσοι διαφορετικοί γονότυποι και πόσοι διαφορετικοί φαινότυποι είναι δυνατοί; A. 3 genotypes; 4 phenotypes / 3 γονότυποι, 4 φαινότυποι B. 4 genotypes; 4 phenotypes / 4 γονότυποι, 4 φαινότυποι C. 3 genotypes; 3 phenotypes / 3 γονότυποι, 3 φαινότυποι D. 4 genotypes; 3 phenotypes / 4 γονότυποι, 3 φαινότυποι

7 14. If a DNA molecule contains 0% A, approximately what percentage of G is present? Αν ένα μόριο DNA περιέχει 0% Α, ποιο θα είναι περίπου το ποσοστό G στο μόριο; A. 0% B. 40% C. 30% D. 60% 15. An antibiotic interferes with the ability of the ribosome to move. What effect would exposure to this chemical have on a bacterial cell? Ένα αντιβιοτικό επεμβαίνει στην ικανότητα του ριβοσώματος να κινείται. Τι αποτέλεσμα θα έχει η έκθεση σε ένα τέτοιο μόριο στο βακτηριακό κύτταρο; A. protein synthesis will be slower η σύνθεση των πρωτεϊνών θα είναι πιο αργή B. the protein synthesized will be shorter than normal πρωτεΐνες του βακτηρίου θα είναι κοντύτερες από το κανονικό C. the protein synthesized will be longer than normal οι πρωτεΐνες που θα συντίθενται θα είναι μακρύτερες από το κανονικό D. no proteins will be produced δεν θα παράγονται πρωτεΐνες

8 Short Answer Questions (70 pts) Ερωτήσεις με σύντομες απαντήσεις (70 μ.) 1. A person is performing an exercise, in which he holds himself in the downward-facing position shown in the left figure below, with the trunk inclined 1 above the horizontal. The body can bend at the level L 5 S 1 of the spine. However, the upper body is not moving because an opposing lumbar torque (created by the back muscles) keeps it straight. A diagram of the forces and torques acting on the person s upper body (from L 5 S 1 to the head) is shown in the right figure below. Ένα άτομο εκτελεί μια άσκηση, στην οποία κρατάει τον εαυτό του στραμμένο προς τα κάτω, όπως φαίνεται στο αριστερό σχήμα πιο κάτω, με τον κορμό σε κλίση 1 πάνω από το οριζόντιο. Το σώμα μπορεί να λυγίσει στο επίπεδο L 5 S 1 της σπονδυλικής στήλης. Εντούτοις, το πάνω μέρος του σώματος δεν κινείται επειδή μια αντιτιθέμενη ροπή στην οσφυϊκή περιοχή (που δημιουργήθηκε από τους μύες της πλάτης) το κρατά σε ευθεία. Ένα σχεδιάγραμμα των δυνάμεων και ροπών που ενεργούν στο πάνω μέρος του σώματος του ατόμου (από το L 5 S 1 στο κεφάλι) φαίνεται στο δεξιά σχήμα πιο κάτω. F W = upper body weight / βάρος του πάνω μέρους του σώματος = 350 N F S = supporting force at elbows / δύναμη στήριξης στους αγκώνες = 490 N F L = resultant lumbar force / προκύπτουσα οσφυϊκή δύναμη = 165 N T L = resultant lumbar torque / προκύπτουσα οσφυϊκής ροπή a. What are the magnitude and direction of the lumbar torque (T L ) needed to keep the upper body from rotating? You must say whether the resultant torque is acting counterclockwise or clockwise. Ποιο είναι το μέγεθος και η κατεύθυνση της οσφυϊκής ροπής (TL) που απαιτείται για να κρατήσει το πάνω μέρος του σώματος από το να περιστραφεί; Θα πρέπει να καθορίσετε κατά πόσο η προκύπτουσα ροπή ενεργεί αριστερόστροφα ή δεξιόστροφα. b. There are back muscles behind the spine causing extension of the body and in-front of the spine causing flexion of the body (see the figure to the right). Based on your answer to part (a), which muscle group must be active during this exercise? (Note: assume that muscles are the only contributors to T L ) Υπάρχουν μύες στην πλάτη, πίσω από τη σπονδυλική στήλη, που προκαλούν έκταση του σώματος και μπροστά από τη σπονδυλική στήλη που προκαλούν κάμψη του σώματος (βλέπετε την εικόνα δεξιά). Με βάση την απάντηση στο ερώτημα (a), οποία ομάδα μυών πρέπει να είναι ενεργή κατά τη διάρκεια αυτής της άσκησης; (Σημείωση: υποθέστε ότι μόνο οι μύες συνεισφέρουν στη T L ) Κάμψη Έκταση c. If the lumbar torque was not present, what would be the acceleration of the rotational motion of the upper body?

9 Αν η οσφυϊκή ροπή δεν ήταν παρούσα, ποια θα ήταν η επιτάχυνση της περιστροφικής κίνησης του πάνω μέρους του σώματος; Assume the upper body is a rod, 55 cm long, and g = 10 m/s. Θεωρήστε ότι το πάνω μέρος του σώματος είναι μια ράβδος, με μήκος 55 cm, και g = 10 m/s. F l F cos(1) l 490* * Nm a. s s w w (-)88.4 Nm, clockwise b. Flexion c. Ia a 3 3* / I ml (350 /10)(0.55) rad s

10 . A 67 kg wrestler is grappling with a 66 kg opponent. At one instant, the wrestler is pushing against his opponent with a forward-directed force of 500 N (50 N with each hand) and is pushing against the ground with a force of 850 N (45 N with each foot), directed backward and downward at an angle of 65 from the horizontal. Assume g=10 m/s. Ένας παλαιστής 67 kg βρίσκεται αντιμέτωπος με ένα αντίπαλο 66 kg. Σε μια στιγμή, ο παλαιστής πιέζει τον αντίπαλό του με δύναμη προς τα εμπρός 500 Ν (50 Ν με κάθε χέρι) και πιέζει το έδαφος με δύναμη 850 N (45 Ν με κάθε πόδι) προς τα πίσω προς τα κάτω κατά σε μία γωνία 65 ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Θεωρήστε ότι g=10 m/s. a. Which of the free body diagrams below correctly shows the forces acting on the wrestler at the instant described above? Ποια από τα δύο διαγράμματα σώματος πιο κάτω δείχνει σωστά τις δυνάμεις που επενεργούν στο παλαιστή κατά τη στιγμή που περιγράφεται πιο πάνω; b. Based on your answer to part (a), what are the magnitude and direction of the linear acceleration of the wrester s center of mass at the instant described above? Με βάση την απάντησή σας από το μέρος (α), ποιο είναι το μέγεθος και η κατεύθυνση της γραμμικής επιτάχυνσης του κέντρου βάρους του παλαιστή κατά τη στιγμή που περιγράφεται πιο πάνω; a. B F F F x H G F F F y W G cos(65) sin(65) b. F 500N 850N cos(65) N x F 670N 850N sin(65) N y F F F N net x y tan 1 F F 35.5 deg F a.5 m/ sec m y x

11 3. A softball player is pitching the ball. At stride foot contact, her pitching arm is inclined 5 clockwise of forward (see figure) and is rotating counterclockwise at 100 /s. When she releases the ball, the arm is inclined 85 clockwise of forward and rotating counterclockwise at 30 rad/s. Assume the pitcher applied a constant angular acceleration to the arm from stride foot contact until ball release, and the arm made less than one revolution during this period. Μια παίκτης σόφτμπολ ρίχνει την μπάλα. Με το πόδι διασκελισμό, ο βραχίονα ρίψης της είναι κεκλιμένος 5 δεξιόστροφα ως προς τα εμπρός (βλέπε σχήμα) και περιστρέφεται αριστερόστροφα σε 100 / s. Όταν απελευθερώνει την μπάλα, ο βραχίονας έχει κλίση 85 δεξιόστροφα ως προς τα εμπρός και περιστροφή αριστερόστροφη στα 30 rad / s. Ας υποθέσουμε ότι η παίκτης εφαρμόζει μια σταθερή γωνιακή επιτάχυνση στο χέρι μέχρι την απελευθέρωση της μπάλας, και ο βραχίονας κάνει λιγότερο από μία περιστροφή κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. a. What are the magnitude and direction (i.e. clockwise or counterclockwise) of the angular acceleration that the pitcher applied to her pitching arm from stride foot contact until ball release? Ποιο είναι το μέγεθος και η κατεύθυνση (δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα) της γωνιακής επιτάχυνσης που η παίκτης εφαρμόζει στο βραχίονα ρίψης της μέχρι την απελευθέρωση της μπάλας; b. The inertial properties of the pitcher s upper limb and ball are: Mass of the limb + ball: 4.6 kg Mass of the ball: 0. kg Length of the limb (= distance from the shoulder to the ball): 65 cm Distance from the shoulder to the center of mass of the limb + ball: 35 cm What is the mass moment of inertia of the upper limb + ball about the shoulder assuming a rod-like object? Τα αδρανειακά χαρακτηριστικά του άνω άκρου της παίκτη και της μπάλας είναι: Μάζα του άκρου + μπάλα: 4.6 kg Μάζα της μπάλας: 0. kg Μήκος του άκρου (= απόσταση από τον ώμο μέχρι την μπάλα): 65 εκ. Απόσταση από τον ώμο μέχρι το κέντρο της βάρους του άκρου + της μπάλας: 35 εκ. Ποια είναι η ροπή αδρανείας της μάζας του άνω άκρου + μπάλα για τον ώμο υποθέτοντας ότι το άκρο+μπάλα είναι μια ράβδος; a. b deg.44 rad 180 rad 0 100deg/ sec rad/ sec (30) (0.944) 1 0 a a 94.4 rad / sec (5410deg/ sec ) (.44) The direction is counterclockwise (0.65) 0.648kgm I ml 3 3

12 4. In the choice of implantable biomaterials, the two most important factors (other than the mechanical and chemical properties of the material which must be appropriate for the intended application) are biocompatibility and biostability. Κατά την επιλογή των εμφυτεύσιμων βιοϋλικών, οι δύο πιο σημαντικοί παράγοντες (εκτός από τις μηχανικές και χημικές ιδιότητες του υλικού το οποίο πρέπει να είναι κατάλληλο για την προβλεπόμενη εφαρμογή) είναι η βιοσυμβατότητα και η βιοσταθερότητα. a. Explain briefly (in your own words) but adequately these two terms. Εξηγήστε σε συντομία (με δικά σας λόγια), αλλά επαρκώς, αυτούς τους δύο όρους. b. What are some common sources of failure or toxicity of an implantable material? Name three and explain how these would manifest themselves. Ποιοι είναι μερικοί κοινοί λόγοι πρόκλησης βλάβης ή τοξικότητας από ένα εμφυτεύσιμο υλικό; Ονομάστε τρεις και να εξηγήσει πώς αυτοί εκδηλώνονται. When choosing materials for orthotics or prosthetics, biocompatibility and biostability are less important. Κατά την επιλογή των υλικών για ορθωτικά ή προσθετικά, η βιοσυμβατότητα και η βιοσταθερότητα είναι λιγότερο σημαντικές. c. Name three factors which are important for the choice of a material for a prosthetic or orthotic and briefly explain why they are important. Ονομάστε τρεις παράγοντες που είναι σημαντικοί για την επιλογή του υλικού για ένα προσθετικό ή ορθοτικό και, σε συντομία αλλά επαρκώς, εξηγήστε γιατί είναι σημαντικοί. a. Biocompatibility is the property of a material to perform its intended function with acceptable reaction to the host, for a particular application. Biostability is the property of a material to remain in the human body without deterioration and without a change in its properties. Βιοσυμβατότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να εκτελέσει σωστά τη λειτουργία του, με αποδεκτή αντίδραση του ξενιστή, για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Βιοσταθερότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να παραμένει στο ανθρώπινο σώμα χωρίς να φθείρεται και χωρίς να αλλάζουν οι ιδιότητες του. b. Κοινοί λόγοι βλάβης ή τοξικότητα είναι Common reasons for failure of toxicity are Θραύση υλικού πληγές και τραύματα Breaking of the material injury and trauma Κυτταρική Τοξικότητα καταστροφή οργάνων, συστημικά προβλήματα Cell toxicity organ failure, systemic problems Νευροτοξικότητα νευρολογικά προβλήματα Neurotoxicity neurological problems Αλληλεπίδραση Αίματος-υλικού Αιμόλυση Material-Blood interaction Hemolysis Θρόμβωση εγκεφαλικά επεισόδια, πνευμονική εμβολή, θρομβώσεις άκρων Thrombosis stroke, thrombosis, pulmonary embolism Ανοσία φλεγμονές, ανοσοποιητική αντίδραση Immune inflammation, immune reaction Λοιμώξεις συστημική λοίμωξη, σηψαιμία

13 Infection systemic infection, sepsis Μεταλλαξιγένεση και Καρκινογένεση Καρκίνος Mutagenesis and Carcinogenesis Cancer c. In the choice of a material for an orthotic or prosthetic, important factors are Στην επιλογή ενός υλικού για ορθοτικό ή προσθετικό σημαντικά είναι Ψηλή ανθεκτικότητα ώστε τα προσθετικά ή ορθοτικά να μην καταστρέφονται εύκολά High durability so that the prosthetic or orthotic can not be damaged easily Χαμηλό βάρος ώστε ο ασθενής να μπορεί να χειρίζεται τα προσθετικά ή ορθοτικά χωρίς κόπωση Low weight so that the patient can handle the prosthetic or orthotic without fatigue Αισθητικά αποδεκτή εξωτερική εμφάνιση ώστε οι ασθενείς να θέλουν να τα χρησιμοποιούν Aesthetically acceptable appearance so that patients would want to use them Χαμηλό κόστος ώστε να έχουν πρόσβαση σε αυτά όσο το δυνατό περισσότεροι ασθενείς Low cost to make them accessible to as many patients as possible

14 5. Which type of prosthesis would you recommend in each case? Be specific as to the type, look, etc. Ποίο τύπο προσθετικού(ων) θα συνιστούσατε σε κάθε περίπτωση; Να είστε συγκεκριμένοι όσον αφορά στον τύπο, εμφάνιση, κλπ a. Case 1 involves a 10-year-old girl who was diagnosed with cancer of her lower leg resulting in an above-knee amputation. Prior to her illness, she was an active girl. A primary concern of the parents was how the prosthesis was going to look, and whether it would look like her other leg. Η πρώτη περίπτωση αφορά ένα 10-χρονο κορίτσι το οποίο διαγνώστηκε με καρκίνο του κάτω μέρους του ποδιού που κατέληξε σε ακρωτηριασμό πάνω από το γόνατο. Πριν την ασθένεια του, το κορίτσι ήταν πολύ ενεργό. Η κύρια ανησυχία των γονιών της ήταν πως θα φαίνεται το προσθετικό και κατά πόσο θα μοιάζει με το άλλο της πόδι. b. Case involves a 31-year-old female belowknee amputee. Her amputation resulted from a tumor in her lower leg at the age of 18. Her focus then was having a more cosmetic-looking prosthesis. She now says that she was unable to find a prosthesis that allowed her to perform optimally as a ballroom dance instructor, participate in martial arts and be an active mom to her young children. Based on the functional evaluation of her needs her prosthetist suggested some options but based on her insurance she could obtain only one prosthesis. Στη δεύτερη περίπτωση έχουμε μια 31-χρονη γυναίκα η οποία έχασε το πόδι της κάτω από το γόνατο στα 18 της χρόνια λόγω καρκίνου. Τότε ήθελε ένα προσθετικό που να είναι πιο φυσικό. Τώρα όμως λέει ότι δεν μπόρεσε να βρει προσθετικό που να της επιτρέπει να επιτυγχάνει ψηλές επιδόσεις σαν δασκάλα χορού, να συμμετέχει σε πολεμικές τέχνες και να είναι μια δραστήρια μητέρα για τα μικρά παιδιά της. Με βάση τη λειτουργική αξιολόγηση των αναγκών της, ο ειδικός προτείνει κάποια προσθετικά αλλά σύμφωνα με την ασφάλεια της μπορεί να πάρει μόνο ένα προσθετικό. c. Case 3 involves a 7-year-old male who sustained amputations of both of his legs below the knee due to a systemic disease. Before the onset of this disease, he had no medical history of ill health. He was retired, but led a very active lifestyle with regular exercise and frequent traveling. His primary concern was comfort and function. He expressed limited interest in a cosmetic cover or the aesthetics of the prosthesis. Η τρίτη περίπτωση είναι ένας 7-χρονος άνδρας ο οποίος έχασε και τα δύο του πόδια κάτω από το γόνατο λόγω άλλης ασθένειας. Πριν από την ασθένεια, δεν είχε ιδιαίτερα προβλήματα υγείας. Είχε αφυπηρετήσει αλλά ζούσε πολύ ενεργά ασκούμενος συχνά και ταξιδεύοντας πολύ. Η κύρια ανησυχία του είναι η άνεση και η λειτουργικότητα. Το ενδιαφέρον του για κοσμητική επένδυση ή την φυσικότητα του προσθετικού ήταν περιορισμένο. a. In this case it is important to suggest a leg that has both functionality (she was an active girl) and it is aesthetically similar to her real leg. If her insurance allows it, she could get even get a C-leg with an outside cushion and skin that is matched to her skin. She would probably not go for a blade prosthesis. Σε αυτή την περίπτωση είναι σημαντικό να προτείνουν ένα προσθετικό το οποίο διαθέτει τόσο λειτουργικότητα (ήταν ένα δραστήριο κορίτσι) όσο και να είναι παρόμοιο αισθητικά με το πραγματικό της πόδι. Εάν η ασφάλεια της το επιτρέπει, θα μπορούσε να πάρει ακόμη και ένα C-πόδι με ένα εξωτερικό στρώμα και δέρμα που να ταιριάζει με το δέρμα της. Μάλλον δεν θα προτιμούσε ένα προσθετικό με λεπίδα.

15 b. Now that this patient is older and aesthetics are less important, functionality should be of primary concern. Ideally, she could choose different types of prosthetics: one for daily activities and another for sports and perhaps a third for dancing. However, given her insurance coverage, she should probably choose the model that would give her the best performance for dance (which would be an overkill for daily activities) and sacrifice some of her sports activities. Τώρα που η ασθενής είναι μεγαλύτερης ηλικίας και η αισθητική είναι λιγότερο σημαντική, η λειτουργικότητα πρέπει να είναι το κύριο μέλημα. Στην ιδανική περίπτωση, θα μπορούσε να επιλέξει διαφορετικούς τύπους προσθετικών: ένα για τις καθημερινές δραστηριότητες και ένα άλλο για αθλητισμό και ίσως ένα τρίτο για χορό. Ωστόσο, δεδομένης της ασφαλιστικής κάλυψης, θα πρέπει πιθανώς να επιλέξει το μοντέλο που θα της δώσει την καλύτερη απόδοση για το χορό (το οποίο θα ήταν καλύτερο από ότι χρειάζεται για τις καθημερινές δραστηριότητες) και να θυσιάσει κάποιες από τις αθλητικές δραστηριότητες της. c. This patient is active and therefore would require prosthetics which would give him best mobility. If afforded, he could use bilateral C-legs. Αυτός ο ασθενής είναι ενεργός και ως εκ τούτου θα απαιτούσε προσθετικά που θα παρείχαν καλύτερη κινητικότητα. Εάν μπορεί να καλύψει το κόστος, θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει διμερή C-πόδια.

16 6. Modern hip replacement implants consist of both metal (main body) and ceramic (moving surfaces) parts. Given what you know about these biomaterials: Τα σύγχρονα εμφυτεύματα αντικατάστασης του ισχίου αποτελούνται από μεταλλικά (κύριο σώμα) και κεραμικά (κινούμενες επιφάνειες) μέρη. Δεδομένου τι ξέρετε για αυτά τα βιοϋλικά: a. Explain why each material is used in each case. What are the advantages which make each material appropriate in each case? Εξηγήστε γιατί το κάθε υλικό που χρησιμοποιείται σε κάθε περίπτωση. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα που κάνουν το κάθε υλικό κατάλληλο σε κάθε περίπτωση; b. What are some common failures of hip replacements? How are there explained based on the disadvantages of each type of material? Ποια είναι μερικά συνηθισμένα προβλήματα που προκαλούν σοβαρές βλάβες στα εμφυτεύματα ισχίου; Πως εξηγούνται με βάση τα μειονεκτήματα κάθε τύπο υλικού; c. Why weren t titanium alloys commonly used for hip replacement implants? Γιατί τα κράματα τιτανίου δεν χρησιμοποιούνται συνήθως για εμφυτεύματα αντικατάστασης ισχίου; a. Metal is used for the main body because of its strength and resistance to break due to bending. The ceramic is used to cover the cup and ball (or for the entire ball) due to its reduced friction coefficient and reduced particle rub off. b. The main body of the hip implant does not usually break (given that is strong metal) however, when excessive force is applied, bones around the implant can break instead (weakest points). Metal-on-metal implants can result in metal rubbing off the surfaces and creating a metal poisoning known as metallosis. This can be avoided by the use of ceramics. Ceramics might also leave debris in the joint and also may fracture or shutter. c. Titanium is a lot more expensive that steel but lately more and more Titanium allows are used. Titanium is less stiff that steel which is actually an advantage in this case.

17 7. In Pokemon genetics, for the color gene: the symbol Y is for yellow Pikachu (see picture), y is for white. For the tail gene: L is for jagged tail and l is for straight. (Upper case is for dominant and lower case is for recessive.) The genes are transferred independently. Στη γενετική των Pokemon, για το γονίδιο του χρώματος: το σύμβολο Υ είναι για κίτρινο Pikachu (βλέπετε εικόνα), το y για άσπρο. Για το γονίδιο της ουράς: το L είναι για οδοντωτή ουρά και το l για ίσια. (Κεφαλαία είναι τα επικρατή και μικρά τα υπολειπόμενα). Τα γονίδια μεταβιβάζονται ανεξάρτητα. a. In the cross Yy-Ll with Yy-Ll, what fraction of the Pikachu that will be: (3) Σε μια διασταύρωση Yy-Ll με Yy-Ll, ποιο ποσοστό Pikachu θα είναι: (3) A. Yellow / Κίτρινο B. Straight tail / Ίσια Ουρά C. White and straight tail / Άσπρο με ίσια ουρά D. Yellow and straight tail / Κίτρινο με ίσια ουρά E. Yellow and jagged tail / Κίτρινο με οδοντωτή ουρά Examine the following family tree of Pokemons suffering from Pokemonitis Neurosa (marked as black circles, for females, or squares, for males). Εξετάστε το ακόλουθο γενεαλογικό δέντρο των Pokemons που πάσχουν από Pokemonitis Neurosa (σημειώνονται ως μαύροι κύκλοι, για τις γυναίκες, ή τετράγωνα, για τους άνδρες). b. If you assume Mendelian genetics, how is the disease inherited? Is the gene dominant or recessive? (1) Αν θεωρήσετε ότι ισχύουν οι κανόνες γενετικής του Mendel, πως κληρονομείται η ασθένεια; Είναι το γονίδιο επικρατές ή υπολειπόμενο; (1) c. Fill in the genotype for each member of the family on the line below each individual in the figure above. (3) Συμπληρώστε τους γενότυπους για κάθε μέλος της πιο πάνω οικογένειας στις γραμμές κάτω από το κάθε άτομο στο πιο πάνω σχήμα. (3) d. How can you explain the fact that there is one afflicted pokemon in the right family (children 9, 10, 1) whereas there is no afflicted pokemon in the left family (children 6-8)? () Πώς εξηγείτε το γεγονός ότι έχει προσβληθεί ένα Pokemon στη δεξιά οικογένεια (παιδιά 9, 10, 1), ενώ δεν έχει προσβληθεί κανένα Pokemon στην αριστερή οικογένεια (παιδιά 6-8); e. How can you explain that healthy parents 8 and 9 have an offspring with the disease? (1) Πως εξηγείτε το γεγονός ότι οι δύο υγιείς γονείς 8 και 9 έχουν ένα παιδί με την ασθένεια; (1)

18 a. In the cross Yy-Ll with Yy-Ll, the possible offspring genotypes are Σε μια διασταύρωση Yy-Ll με Yy-Ll, οι πιθανοί γενότυποι των απογόνων είναι YY Yy Yy yy + LL Ll Ll ll A. Yellow / Κίτρινο = 75 % B. Straight tail / Ίσια Ουρά = 5 % C. White and straight tail / Άσπρο με ίσια ουρά = 5% x 5 % = 6.5% D. Yellow and straight tail / Κίτρινο με ίσια ουρά = 75% x 0.5% = 18.75% E. Yellow and jagged tail / Κίτρινο με οδοντωτή ουρά = 75% x 75% = 56.5% b. The gene is recessive Το γονίδιο είναι υπολειπόμενο pp PP Pp pp pp Pp Pp Pp Pp pp pp Pp c. pp Pp Pp or PP Pp or PP pp pp pp d. The mother on the left () is homozygous (PP) whereas the father on the right (3) is heterozygous (Pp) Η μητέρα στα αριστερά () είναι ομόζυγος (PP) ενώ ο πατέρας στα δεξιά (3) είναι ετερόζυγος (Pp) e. Both are carriers of the recessive disease gene. Και οι δύο είναι φορείς του υπολειπόμενου γονιδίου της ασθένειας