生物力学(蔡）

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1、生物力学Biomechanics华中科技大学同济医学院公共卫生学院蔡荣泰教授7/23/20211华中科技大学同济医学院蔡荣泰1．绪论7/23/20212华中科技大学同济医学院蔡荣泰1.1生物力学定义生物力学是研究力与生物体运动.生理.病理之间关系的科学，也就是研究生物与力学有关的问题，或者说从力学的观点来研究生物学的问题，故研究内容非常广泛。7/23/20213华中科技大学同济医学院蔡荣泰生物学分类、生理学分类、力学分类。生物的所有运动都是由力引起的。环境力：重心力、风力、水力、其他生物力、人造力等。生物体自身的主动力——肌力。7/23/20214华中科技大学同济医学院蔡荣泰生物学的基础

2、是三大的定律——能量、质量、动量守恒定律，加上描述物性的本构方程，利用上述基本概念，可用来解释生物活动现象。7/23/20215华中科技大学同济医学院蔡荣泰1. 2生物力学研究目的通过生物力学的研究，可以用力学分析方法去了解、利用、治疗、防护、改造生物。生物力学在对疾病治疗上所起的作用。通过生物力学分析，还可更好的发挥生物效能。当前新型学科——仿生学（Bionics）是模仿生物构造技术装置的科学，也是生物力学所要研究的。7/23/20216华中科技大学同济医学院蔡荣泰1. 3生物力学研究内容2. 按研究对象的力学性质来分类：1.3.  1生物运动学目的是分析动物的运动，研究动物的

3、能量（功和功率）、力和位移、速度、加速度之间的关系。7/23/20217华中科技大学同济医学院蔡荣泰1.3.2生物流体力学研究血液、体液等流体的特性及在生物体体内的运动情况，生物与空气、水之间的相对运动。7/23/20218华中科技大学同济医学院蔡荣泰1.3.3生物体力学研究生物体内形状稳定部分的受力特性，包括医疗、体育器材的强度与变形情况。硬组织——牙、骨骼。软组织——皮肤、内脏。7/23/20219华中科技大学同济医学院蔡荣泰1.3.4综合生物力学在实际工作中往往是存在多相介质的相互影响。如呼吸时存在气体与气管（支气管）弹性软组织间相互作用。血循时要考虑到粘流体（血液）与粘弹性

4、物体（心.血管）间的相互作用。7/23/202110华中科技大学同济医学院蔡荣泰1. 4生物力学的研究方法主要通过三条途径来解决问题：（1）用解析方法或数值方法来求解数学模型（2）用试验方法来测定物理模型或实物试件。（3）对现场进行分析研究。7/23/202111华中科技大学同济医学院蔡荣泰存在的问题与困难：生物体结构的差异（性别、年龄、体质、营养、职业、心理）、试件状态（整理、离体）（供血、失血）(新鲜、陈腐、冷冻)等。1.5生物力学在医学中应用7/23/202112华中科技大学同济医学院蔡荣泰2. 生物运动学Biokinesiology生物运动学又称运动生物学，它将力学与解剖学

5、、生理学相结合，分析生物运动的空间特征与时间特征，分析这些特征与生物的内力、外力、能量和功率之间的关系。7/23/202113华中科技大学同济医学院蔡荣泰3. 1运动动作分析人体的动作是由一系列运动动作所构成，所以生物运动学运动学研究的中心内容是分析人的各种动作，了解各种动作的规律，据此设计新的操作动作，提高技能。动作分析包括：动作结构分析、动作解剖分析、动作生理分析。7/23/202114华中科技大学同济医学院蔡荣泰2.1. 1动作的结构分析通常从三个方面对动作结构进行分析。（1）运动学分析(Kinematics)指对动作的时间和空间规律所进行的分析，主要研究运动的轨迹、速度与加

6、速度。首先要建立人体的座标系统，通常以垂直地面的轴为垂直轴，人体前后方向为矢状轴。人体侧向为冠状轴。由垂直轴和矢状轴组成平面为矢状面，由垂直轴与冠状轴组成为冠状面，由冠状轴与矢状轴组成为水平面。7/23/202115华中科技大学同济医学院蔡荣泰（2） 动力学分析（Kinetics）主要是分析各部分在动作时各个力之间、力与加速度、速度之间的关系。力按作用性质可分为内力与外力，也可分为动力和制动力。内力主要为肌肉收缩产生，外力则有重力、惯性力、摩擦力、支反力、介质阻力等。7/23/202116华中科技大学同济医学院蔡荣泰（3） 能量消耗和功率分析人体一切活动都要消耗能量是由营养物质（糖.

7、脂肪.蛋白质）在体内分解释放能量来补充的。生理学上通常把能量在体内的释放.转移和利用称为能量代谢（energymetablism），根据机体状态可将能量代谢分为：基础代谢、安静代谢与运动代谢。肌肉活动时能量来源有三种方式：ATP系列、需氧系列、乳酸系列。7/23/202117华中科技大学同济医学院蔡荣泰肌肉活动所消耗的能量在一般条件下15—25％可转化为机械能做功，其余大部分转化为热能散失。热量单位是千卡（kcal）