生物固體力學

生物固體力學是生物力學的一個重要分支,其通過運用固體力學的原理和方法來解決人類和其它生命系統有關的問題。生物固體力學的研究對象主要是構成生命體的各種生物固體,如骨骼、肌肉、血管和軟組織等。其研究過程涉及到生理學、醫學、生物學等學科的交叉滲透,屬於典型的邊緣學科。其最終服務於生物醫學工程、臨床診斷與治療、生物技術、特殊環境下的人體防護等領域。

骨力學,軟組織力學,器官力學,擴展閱讀:,
生物固體力學按照研究對象的不同大致可分為骨力學、軟組織力學和器官力學等三個分支。

骨力學

骨力學研究骨在外界作用(力、電、磁、熱等)下的力學性質,研究骨受力後的瞬時效應和遠期效應,研究骨發育、生長和吸收的力學機制。骨在正常生理環境下發生的應變很小,其生物學特性對應變敏感。骨是粘彈性材料且各向異性,它的力學性質依賴於施載入荷的應變大小和載荷時間,同時具有蠕變和應力鬆弛的特性。

軟組織力學

軟組織是由各種具有特定功能的細胞、彈性纖維、膠原纖維、平滑肌和基質構成的具有一定空間構形的複合體。軟組織的力學性質主要取決於其各組分的力學性質,絕大多數具有粘彈性,這種粘彈性主要來源於膠原纖維和平滑肌。
彈性纖維是一種接近線彈性體的生物固體材料,彈性模量較低。膠原纖維是動物體內軟組織和硬組織的基本構成元素,膠原纖維在各組織中的構造不同,其力學性能也不相同並且還與所處生命周期有關。膠原纖維有明顯的滯後環和應力鬆弛,很小的應變就會引起很高的應力。平滑肌易於變形,小應力就能造成大變形。不同於一般軟組織,平滑肌可以完全鬆弛,直至應力為零。這意味著由平滑肌構成的內臟幾何形狀不十分確定,很大程度上依賴於周圍的外力作用和環境的約束。

器官力學

器官主要由軟組織構成,各器官在功能上既有分工也有合作,但每個器官都有其獨特的功能,是生命體內相對獨立的部分。器官力學旨在揭示各種器官行使其生理功能的力學機理。其主要涉及以下幾方面:對於以機械運動為其功能特徵的器官來說,套用生物力學原理來給出它的運動規律;任何器官都受力的作用,都是在一定的應力分布(或應變分布)的狀態下實現其功能的,且許多器官在實現其功能時也會改變其原來的應力(應變)狀態;人體各器官對於機械刺激的回響、耐受力和損傷機制也是器官力學的一個重要方面。

擴展閱讀:

[1]吳文周.生物固體力學進展.太原工業大學學報,1993,24:122-128.
[2]Fung Y C. Biomechanics Mechanical Properties of Living Tissues. Springer Verlag, New York.1993.
[3]陶祖萊.生物力學導論.天津:天津科技翻譯出版公司,2000.
[4]姜宗來,樊瑜波.生物力學——從基礎到前沿.北京:科學出版社,2010.
[5]Woo, S. L.-Y., Akeson, W. H, et al. A comparison of cortical bone atrophy secondary to fixation with plates with large differences in bending stiffness. J. Bone Joint Surg, 1976, A58,190-195.
[6]Hill A V. The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. Proc R Soc B, 1938, 126, 136-195.

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