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生物力學(xué),

  • 生物
  • 2024-10-19

生物力學(xué)?那么,生物力學(xué)?一起來了解一下吧。

生物力學(xué)是研究生物系統(tǒng)機械方面的結(jié)構(gòu)、功能和運動的學(xué)科,包括從整個生物體到器官、細(xì)胞和細(xì)胞器等任何水平,使用物理學(xué)上力學(xué)的研究方法。其名稱來源于古希臘β?ο?(BIOS“生命”)和μηχανικ?(mēchanikē“力學(xué)”),指的是對生物體的機械和熱力學(xué)原理的研究,特別是其運動和結(jié)構(gòu)。

二、生物力學(xué)的發(fā)展歷史

古代起源

柏拉圖的學(xué)生亞里士多德可以被認(rèn)為是第一個生物機械師,他寫了第一本關(guān)于動物運動的書《De Motu Animalium》或《On the Animals of Animals》,不僅將動物的身體視為機械系統(tǒng),還追求想象表演和實際行動之間的生理差異等問題,在《動物的部位》中準(zhǔn)確描述了輸尿管如何使用蠕動將尿液從腎臟運送到膀胱。

Galen(公元129年 - 公元210年)撰寫了著名著作《關(guān)于人體的功能》,這是未來1400年的世界標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)書籍。

文藝復(fù)興及之后

萊昂納多·達(dá)·芬奇(1452年左右)是一位藝術(shù)家、機械師和工程師,他在力學(xué)背景下研究解剖學(xué),分析了肌肉力量和運動,研究了關(guān)節(jié)功能,這些研究可被視為生物力學(xué)領(lǐng)域的研究。他還傾向于模仿機器中的一些動物特征,例如研究鳥類飛行以找到人類飛行的方法,研究馬的肌肉系統(tǒng)來設(shè)計能更好承受其力量的機器。

1543年,安德烈亞斯·維薩利烏斯(29歲)挑戰(zhàn)了蓋倫的作品《部件的功能》,糾正了其中延續(xù)幾個世紀(jì)的許多錯誤。

伽利略(哥白尼去世21年后誕生)在生物力學(xué)方面有諸多發(fā)現(xiàn),如發(fā)現(xiàn)動物的體重與它們的大小不成比例地增加,所以骨骼也必須不成比例地增加周長來適應(yīng)承重而不僅僅是尺寸,還指出海洋動物可能比陸地動物大是因為水的浮力減輕了它們的重量等。

16世紀(jì),笛卡爾提出所有生命系統(tǒng)(包括人體)都是由相同的機械法則統(tǒng)治的機器這一理念,促進(jìn)了生物力學(xué)研究,Giovanni Alfonso Borelli接受了這個想法,研究了行走、跑步、跳躍、鳥類飛行、魚類游動,甚至機械框架內(nèi)心臟的活塞動作,他還能確定人體重心的位置,計算和測量吸氣和呼氣量,并顯示吸氣是肌肉驅(qū)動的,呼氣是由組織彈性引起的,他也是第一個明白肌肉骨骼系統(tǒng)的杠桿放大運動而非力量的人,所以肌肉必須產(chǎn)生比抵抗運動的力更大的力量。

近現(xiàn)代發(fā)展

19世紀(jì)到20世紀(jì),雖然難以將某件事歸于一個人,但該領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展,不斷有更多關(guān)于人體方面的研究進(jìn)展。

20世紀(jì)60年代,生物力學(xué)成為一門完整、獨立的學(xué)科。一批工程科學(xué)家同生理學(xué)家合作,對生物學(xué)、生理學(xué)和醫(yī)學(xué)的有關(guān)問題,用工程的觀點和方法進(jìn)行了較為深入的研究,一些課題逐漸發(fā)展成為生物力學(xué)的分支學(xué)科,如生物流變學(xué)等。

三、生物力學(xué)的主要研究內(nèi)容

按研究對象分

運動生物力學(xué):研究生物體運動相關(guān)的力學(xué)問題,例如動物的行走、奔跑、跳躍,鳥類的飛行,魚類的游動等,還包括對人體運動的研究,像運動員的運動姿態(tài)、運動效率等方面的力學(xué)分析。

細(xì)胞與亞細(xì)胞力學(xué):在細(xì)胞、亞細(xì)胞、生物大分子層次上研究力學(xué) - 生物學(xué)耦合行為與機制。

生物材料力學(xué):包括生物材料的多尺度力學(xué)、仿生力學(xué)、植物力學(xué)等。例如研究生物材料(如骨骼、肌肉、韌帶等)的力學(xué)性能,像骨骼的強度、彈性模量等,以及仿生材料如何模仿生物材料的特性進(jìn)行設(shè)計等。

軟材料與生物軟組織力學(xué):研究軟材料和生物軟組織的本構(gòu)關(guān)系、變形行為與穩(wěn)定性理論、實驗表征與測試方法。像研究皮膚、血管等軟組織在受力時的變形、應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系等。

健康與疾病中的生物力學(xué)問題:研究癌癥、心血管等重大疾病中的生物力學(xué)問題,發(fā)展診斷與治療新技術(shù)、創(chuàng)新藥物等。例如研究心血管疾病中血管壁的受力情況、血流動力學(xué)變化等對疾病發(fā)生發(fā)展的影響,以及如何利用生物力學(xué)原理開發(fā)新的治療方法和藥物。

按研究方向分- **

以上就是生物力學(xué)的全部內(nèi)容。

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