2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案課件

1、2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案第二章 生物力學 本部分主要介紹：生物力學概論，分子生物力學，細胞生物力學，組織生物力學，器療力學，系統(tǒng)力學，人與環(huán)境生物力學，以及生物流體力學等。 第二章 生物力學 本部分主要介紹：生物力學概論，分子2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案二、生物力學興起的背景和需要 （1）動脈粥樣硬化總發(fā)生在動脈彎曲、分枝部位（顯然與血流動力因素有關(guān)）； （2）癌腫藥物治療效率不高的根源是病灶部位藥物輸運的生理障礙； （3）腰背痛等常見病與日常生活工作姿勢

2、等相關(guān)。 生物力學的興起是以現(xiàn)代醫(yī)學的需要和生物醫(yī)學工程的發(fā)展為背景的。認識疾病的需要，生物醫(yī)學工程學科發(fā)展的需要，例如：上述現(xiàn)象，需要了解為什么？二、生物力學興起的背景和需要 （1）動脈粥樣硬化總發(fā)生在三、生物力學所涉及的主題 （一）以人（高等哺乳動物）的生命運動為核心的生物力學生物力學的主體。背景與目標：醫(yī)學、生物醫(yī)學工程、體育、人-機工效等。該主題包括如下內(nèi)容。三、生物力學所涉及的主題 （一）以人（高等哺乳動 骨和軟骨； 軟組織（韌帶、腱、皮膚、血管等）； 肌肉力學（骨胳機、心肌、平滑?。?； 血液流變學（全血、血漿、血細胞、凝血、血栓等）； 血液微流變學； 臨床血液流變學； 體液的粘彈性

3、（關(guān)節(jié)滑液、粘液等）； 人工代用材料。1. 活組織的力學性質(zhì)生物流變學 骨和軟骨；1. 活組織的力學性質(zhì)生 器官、組織的功能、應用和生長（骨重建、零應力狀態(tài)和殘余應力）； 肺力學； 心臟力學（人工瓣膜，左心輔助泵）； 顱腦脊柱力學； 運動關(guān)節(jié)力學（人工關(guān)節(jié)，假肢） ； 感覺器官力學（耳蝸力學）。2. 器官力學 器官、組織的功能、應用和生長（骨重建、零應力狀態(tài)和殘余 大血管流體力學； 微循環(huán)力學； 毛細血管組織間質(zhì)的物質(zhì)輸運； 淋巴流動； 組織間質(zhì)液的流動； 左心室動脈血液相互作用； 肺血流； 冠脈血流動力學； 腎臟內(nèi)部的血循環(huán)； 肝血流； 腦血流。3. 循環(huán)動力學 大血管流體力學；3. 循環(huán)動

4、力學 上呼吸道流體力學； 氣管樹內(nèi)氣流的阻力及其分布； 末梢支氣管內(nèi)的對流擴散； 氣血交換； 高頻、低潮氣量呼吸術(shù)。4. 呼吸力學 上呼吸道流體力學；4. 呼吸力學 蠕動流； 可癟管流動。5. 泌尿流動 心血管系統(tǒng)動力學； 呼吸系統(tǒng)動力學； 體液平衡系統(tǒng)分析。 6. 系統(tǒng)動力學 蠕動流；5. 泌尿流動 心血管系統(tǒng)動力學；6. 系統(tǒng)動 體育運動生物力學。 7. 運動生物力學 職業(yè)生物力學； 人-機工效學。 8.人-機-環(huán)境系統(tǒng)生物力學 體育運動生物力學。 7. 運動生物力學 職業(yè)生物力學； 細胞膜的力學性質(zhì)； 原生質(zhì)流動； 應力對細胞形態(tài)、生長、功能的影響。 9. 細胞力學 器官的組織沖擊損傷的

5、機理和耐限； 軟組織的創(chuàng)傷和愈合； 骨折及其愈合。10.創(chuàng)傷力學 細胞膜的力學性質(zhì)；9. 細胞力學 器官的組織沖擊損傷的 （二）綠色植物生物力學具有很大的吸引力，但目前做得不多。 背景與目標：農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)工程、生存環(huán)境工程等。 該主題包括如下內(nèi)容。 （二）綠色植物生物力學具有很大的吸引力，但目2. 植物組織和機體的力學性質(zhì) 3. 聲波對植物生長的影響4. 植被流體動力學5. 農(nóng)業(yè)工程中的生物力學問題。 蒸騰流和易位流； 植物的呼吸； 土壤滲流和根系吸收。1. 綠色植物的生理流動 2. 植物組織和機體的力學性質(zhì) 蒸騰流和易位流；1. （三）生物技術(shù)和生物化學工程中的流體力學問題正在崛起。 背景與目

6、標：從實驗室（生物技術(shù)）到產(chǎn)業(yè)（生物化學工程）的?；?、放大，生物反應器的設(shè)計和運行的優(yōu)化，高效的分離，純化技術(shù)，生物處理過程的自動控制和在線檢測，空間制藥等等。 該主題包括如下內(nèi)容。 （三）生物技術(shù)和生物化學工程中的流體力學問題1. 生物反應器內(nèi)的流動，傳質(zhì)和傳熱；2. 應力對細胞、微生物生長和功能的影響；3. 生物制品分離過程中的流體力學問題；4. 流動應力對生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的影響。 1. 生物反應器內(nèi)的流動，傳質(zhì)和傳熱； （四）動物的運動 背景與目標：仿生工程技術(shù)，生物學中一些理論問題的定量分析等。 該主題包括如下內(nèi)容。1. 鳥類和昆蟲的飛行；2. 水生動物的游泳力學（泳動模式的進化和

7、形態(tài)演變）；3. 微生物的運動；4. 陸生物的運動。 由上可見，生物力學的內(nèi)容是非常寬、非常廣的。 （四）動物的運動 背景與目標：仿生工程技術(shù)2.2 生物力學的力學基礎(chǔ)一、運動和力 對于生命現(xiàn)象所涉及的以位移為特征的機械運動，即使是細胞、亞細胞、組織，仍屬于牛頓力學的范疇。 牛頓第一定律： 式中，如果則V不變，勻速直線運動。2.2 生物力學的力學基礎(chǔ)一、運動和力 對于生命現(xiàn)象牛頓第三定律： 作用力和反作用力大小相等，方向相反。 牛頓第二定律： 式中，如果則V改變，加速度運動。牛頓第三定律： 作用力和反作用力大小相等，方向相反。 牛頓第二、剛體動力學在生物力學中的應用 剛體動力學基本方程： （剛

8、體：系統(tǒng)內(nèi)部各質(zhì)點之間的距離在運動過程中保持不變） 式中： m 質(zhì)點質(zhì)量； a 加速度； -慣量矩(i=j)或慣量積(ij)； 外力的合力； 剛體旋轉(zhuǎn)角速度； 質(zhì)點相對于質(zhì)心的向量； 二、剛體動力學在生物力學中的應用 剛體動力學基本方程： （1）用來研究人在走、跑、跳躍、負重、操作等運動過程中人體整體以及各肢體的運動規(guī)律，以改進動作，提高效率如體育運動技術(shù)的優(yōu)化； （2）人在各種姿態(tài)、運動、操作等過程中，各肢體、關(guān)節(jié)的受力情況，是作力學分析（比如應力和應變的分布、應力和組織生長的關(guān)系等）的前提，也在衛(wèi)生保健、人工關(guān)節(jié)和人造肢體的研制和設(shè)計等方面有重要意義。 上述剛體動力學基本方程在生物力學中是

9、很有用的。 基于上述剛體動力學基本方程的應用，可以幫助建立力學模型。但是，模型的建立往往是十分困難的。例如： （1）用來研究人在走、跑、跳躍、負重、操作等運動過程 例1：Nachemson和Elfstrom(1970年)用微型壓力傳感器測量了一個體重70kg的人，在不同姿態(tài)和操作下腰椎了椎間盤上的載荷和受力問題(下頁表格)。發(fā)現(xiàn)不合理的舉重動作，使腰椎的負荷劇增，達正常情況2倍以上，而人在大笑時腰椎所受的力為體重的2倍有余。盡管如此，建立肌肉腱韌帶系統(tǒng)作用的脊柱力學模型仍很困難。 例1：Nachemson和Elfstrom(19702ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案高性能BioWare Perf

10、ormance系統(tǒng)高性能BioWare Performance系統(tǒng)高性能動作分析系統(tǒng)高性能動作分析系統(tǒng)姿態(tài)椎間盤載荷姿態(tài)椎間盤載荷仰臥50kg仰臥起床140kg仰臥牽引30kg35kg大笑150kg站立100kg向前彎腰20150kg直坐、背不靠托140kg向前彎腰20,并雙手各負重10kg215kg步行115kg舉重20公斤，背直膝彎185kg扭轉(zhuǎn)120kg舉重20公斤，背彎膝直390kg側(cè)彎125kg屈膝蹲起練習210kg咳嗽140kg兩足分開屈膝蹲起205kg跳躍140kg俯身拱腰180kg姿態(tài)椎間盤載荷姿態(tài)椎間盤載荷仰臥50kg仰臥起床140kg仰例2： J.P.Panl(1970年)

11、測量了水平步行時人的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的平均載荷隨著步長身高比的變化，發(fā)現(xiàn)步行時髖、膝關(guān)節(jié)所承受的載荷要比人的體重大得多（由于相關(guān)肌群的收縮作用）?？梢?，由于肌肉的收縮作用，在建立力學模型時，復雜性提高了很多。例2： J.P.Panl(1970年)測量了水平步行時人的髖三、連續(xù)介質(zhì)力學基本知識 剛體實質(zhì)上不存在，在外力作用下，物體形狀總會發(fā)生變化。 連續(xù)介質(zhì)運動的描述： （1）Lagrange方法： 三、連續(xù)介質(zhì)力學基本知識 剛體實質(zhì)上不存在，在外力作用下（2）Euler方法： 速度和加速度由2部分組成。（此法常用）速度： 當?shù)厮俣龋?空間速度變化： 加速度： 當?shù)丶铀俣龋?遷移加速度： （2）E

12、uler方法： 速度和加速度由2部分組成。（此法常四、生物流體力學基礎(chǔ) 例：新陳代謝運動的基本單元是細胞。 “嘴”、“肛門”-不斷吸取同化作用所需的原料。不斷排除異化作用的廢物?！澳c胃”、“血管”-依靠生物體內(nèi)不同層次、不同系統(tǒng)的流體運動來維持的?！凹毎?細胞質(zhì)的運動和通過細胞膜的物質(zhì)輸運，為細胞的代謝活動創(chuàng)造了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。 呼吸系統(tǒng)吸O2消化系統(tǒng)攝取營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)送到各器官、組織泌尿系統(tǒng)排廢物呼吸系統(tǒng)排廢氣。N.Winner(維納)說：“生命系統(tǒng)維持其穩(wěn)態(tài)的條件是相當苛刻的。”上述生命運動的維持，是和生物體內(nèi)部體液的流動密切相關(guān)。四、生物流體力學基礎(chǔ) 例：新陳代謝運動的基本單元是細胞

13、顯然，要了解生命現(xiàn)象的規(guī)律，必須掌握流動過程的規(guī)律，特別是生命體內(nèi)體液的流動規(guī)律。人體重量其它60%是液體36%的體液存在于細胞之中45%為血液11.5%分布于組織細胞間質(zhì)中 顯然，要了解生命現(xiàn)象的規(guī)律，必須掌握流動過程的（一）生理流動的不同層次 1. 細胞和亞細胞層次；包括：原生質(zhì)流動（細胞內(nèi)各種生化過程）； 細胞膜的流動性和力學行為； 細胞膜的輸運過程； 應力對細胞生長、形態(tài)、功能和超微結(jié)構(gòu)的影響。2. 組織層次；包括：（1）穿過毛細血管壁的流體運動； （2）組織間質(zhì)內(nèi)的流體運動； （3）淋巴流動； （4）組織分泌液的流動。（一）生理流動的不同層次 1. 細胞和亞細胞層次；2. 組織3.

14、循環(huán)系統(tǒng)層次；（以心臟為核心是生物流體力學的研究主題） 包括：（1）心臟血液動力學； （2）大血管流體動力學； （3）以微循環(huán)為核心的器官血流動力學； （4）微循環(huán)流體動力學； （5）心血管系統(tǒng)動力學。 3. 循環(huán)系統(tǒng)層次；4. 呼吸系統(tǒng)內(nèi)的氣體運動； 包括：（1）呼吸道內(nèi)的空氣流動； （2）小支氣管里氣體的對流和擴散； （3）肺泡和毛細支氣管在氣-血界面上的物質(zhì)交換； （4）呼吸系統(tǒng)動力學。5. 泌尿系統(tǒng)內(nèi)的流動； 包括：（1）毛細血管-腎小球、腎小管之間的流體運動； （2）輸尿管內(nèi)的蠕動流。6. 消化系統(tǒng)內(nèi)的流動（胃、腸蠕動等）；7. 體液的平衡（酸堿離子濃度等的平衡）。 4. 呼吸系統(tǒng)內(nèi)

15、的氣體運動；（二）流體力學的基本原理 質(zhì)量定恒定律： 流入的流體=流出的流體動量守恒定律： 密度流動加速度壓力梯度流體剪應力的空間變化率（散度）單位體積流體所受之重力。能量守恒定律： 進口壓力任意截面（X）上的壓力 密度比重（x處與進口處的高度差）密度（從進口到x處流體內(nèi)能的變化率）從進口到x處的摩擦損失。 三大守恒定律（應用到流體力學）：（二）流體力學的基本原理 質(zhì)量定恒定律：三大守恒定律（應用到（三）流體力學的基本方程 （1）連續(xù)方程： （2）運動方程 ： 若流體不可壓縮且均質(zhì)，連續(xù)性方程為：（上式是簡化的方程，實際上獲得它是據(jù)質(zhì)量守恒有積分等推導。） -應力張量 P -流體密度 -單位質(zhì)

16、量流動所受的體積力 （該式來自于較復雜的推導，包括高等數(shù)學、流體力學等。） （三）流體力學的基本方程 （1）連續(xù)方程： （2）運動方程 （3）能量方程 ： E單位質(zhì)量流體的內(nèi)能； Q單位時間內(nèi)單位體積流體從外界接受的熱量； k介質(zhì)熱傳導系數(shù)； T絕對溫度。 （該式來自于較復雜的推導，包括高等數(shù)學、流體力學等。） 上述三個方程中，應用于實際的生理流動問題時太復雜，需簡化。 如何簡化？要結(jié)合生物學、生理學和解剖學的知識。 所以，生物流體力學有自己獨特的方法學體系，而不是流體力學在生命現(xiàn)象中的簡單應用。（3）能量方程 ： E單位質(zhì)量流體的內(nèi)能；（該式來自于較2.3 活組織的力學性質(zhì) 生物組織一般分為

17、硬組織（骨、牙等）、軟組織和體液三大類。 一、骨的力學性質(zhì) 與工程材料相近，可用材料試驗機研究其力學性質(zhì)。 可見：（1）干骨變脆（無塑性變形）；（2）骨的應變很小，0.0040.012；（3）在比例極限以下，密質(zhì)骨可以看作是胡克彈性體： ，E為楊氏模量。 關(guān)于骨的力學性質(zhì)，很多人都做過實驗。所有實驗都表明： 骨的強度因物種、年齡、性別、骨的部位、載荷方向、應變率而異。 圖手畫2.3 活組織的力學性質(zhì) 生物組織一般分為硬組織（骨、二、軟組織的力學性質(zhì) 從內(nèi)臟到皮膚，大部分屬于軟組織。以下以舉例的方式來說明軟組織力學性質(zhì)的一般特點： 例1：例2：圖手畫圖手畫A：軟組織力學性質(zhì)的共同性： 在生理范圍

18、內(nèi)，各種軟組織都有應力應變滯后環(huán)、應力松馳和蠕變現(xiàn)象，因而都是粘彈性材料，而且是高度非線性的。小結(jié)：二、軟組織的力學性質(zhì) 從內(nèi)臟到皮膚，大部分屬于軟組織。例1：B：軟組織力學性質(zhì)的區(qū)別： 在無損傷條件下的各軟組織的最大應變各不相同。超出各自的應變范圍，組織將屈服而被破壞。例如： 在生理范圍內(nèi)：腸系膜的應變可達100-200%； 輸尿管可伸長60%； 靜息心肌可伸長約15%； 動脈和靜脈血管達60%； 肌腱則為2-3%。 B：軟組織力學性質(zhì)的區(qū)別：例如：三、血管的力學性質(zhì) （一）動脈血管的力學性質(zhì) 目前：一維拉伸實驗和準線性粘彈性本構(gòu)關(guān)系”、“二維擬彈性應力應變關(guān)系”有一些實驗結(jié)果。但尚無規(guī)律性

19、結(jié)論，因為當選擇參數(shù)多時，模型任意性大，而選擇的參數(shù)少時，無明顯物理意義，易誤入歧途。（二）靜脈血管的力學性質(zhì) 類同于動脈血管的認識。（三）微血管的力學性質(zhì) 微動脈、微靜脈的力學性質(zhì)極其復雜。目前知之甚少。因具體器官、組織而相異性很大。三、血管的力學性質(zhì) （一）動脈血管的力學性質(zhì)（二）靜脈血管的四、關(guān)節(jié)軟骨的力學性質(zhì) 關(guān)節(jié)軟骨是由少量細胞，固相基質(zhì)和間質(zhì)液（主要是水占75%）組成的。 亦是多孔復合材料，（膠原纖維65%+蛋白聚糖25%+糖蛋白10%）。 在應力作用下，液體可在基質(zhì)中流出或流進，因此軟骨的力學性質(zhì)隨基質(zhì)內(nèi)液體含量的多少而變化。另外，環(huán)境化學條件（液體中的離子濃度等）對關(guān)節(jié)軟骨的力

20、學性質(zhì)也有影響。五、生物流體的力學性質(zhì) 研究最多的是血液血液流變學。 四、關(guān)節(jié)軟骨的力學性質(zhì) 關(guān)節(jié)軟骨是由少量細胞，2.4 肌肉力學基礎(chǔ) 已作了多方面的探索，但總的說來沒有什么新突破，進展也不盡如人意。參考書中（生物力學導論）介紹了骨骼肌、心肌和平滑肌的力學性質(zhì)方面的研究結(jié)果。 自學2.4 肌肉力學基礎(chǔ) 已作了多方面的探索，但總2.5 血液流變學導論 人血是細胞在電解質(zhì)和非電解質(zhì)水溶液中的懸浮液體。 紅細胞：含量5106個/mm3，比重1.10，58m， 雙凹餅狀。 白細胞：含量5000-8000個/mm3 ，直徑大于紅細胞， 約10m 血小板：含量約2.5-3105個/mm3 ，24m，鐵餅

21、狀。一、血液的流變特性 頭號殺手：心腦血管疾病和惡性腫瘤，其發(fā)生發(fā)展都與血液 流變有關(guān)。其他：休克、糖尿病、燒傷、血液病等，也有血液流變性質(zhì) 的改變。2.5 血液流變學導論 人血是細胞在電解質(zhì)和非電解質(zhì)水 1. 血漿的粘度 1963年，Merrill測量血漿粘度，認為是非牛頓流體。 后來發(fā)現(xiàn)：是血漿與空氣接觸的自由表面上血漿蛋白形成薄膜所致。 因此，血漿是牛頓流體。但其粘度受溫度和血漿成分（尤其血漿中的蛋白質(zhì)）的影響：溫度的影響：厘泊; ; 蛋白質(zhì)濃度（c.g/ml）的影響：經(jīng)驗關(guān)系： 式中， 1. 血漿的粘度溫度的影響：厘泊; ; 蛋白質(zhì)濃度（c.g2. 血液的粘性 當把血液看作均質(zhì)流體的靜

22、態(tài)流變行為時， i. 分析大血管（圖）流動時，血液為牛頓流體；用于進一步評價是合理的； ii. 分析人體內(nèi)的1010根微血管（圖）時，血管直徑與紅細胞直徑同量級，此時，實際上已非均質(zhì)流體，至少應看作兩相流體。 因此，血液流變的非牛頓特性，主要來源于紅細胞，以及它和血液其它組分之間的相互作用。 2. 血液的粘性 因此，血液流變的非牛頓特性，2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案二、紅細胞的運動和變形 1. 紅細胞的幾何形狀：58m2. 紅細胞沉降血沉 ，靜息時因重力而沉降。 紅細胞沉降與紅細胞聚集伴生。3. 紅細胞的可變形性 （1）紅細胞聚集血漿生物化學性質(zhì)改變，是血液流變性質(zhì)的一個重要參數(shù)； （2）

23、紅細胞可變形性是血液流變性質(zhì)的另一個重要參數(shù)。 圖-手畫二、紅細胞的運動和變形 1. 紅細胞的幾何形狀：58m2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案紅細胞的功能： 把機體組織細胞代謝活動所必需的O2輸送到機體各組織和器官，同時帶走代謝的產(chǎn)物CO2，并在肺內(nèi)排出CO2，吸取O2，從而使生命活動維持。功能的實現(xiàn)： 紅細胞必須穿越機體各組織、器官的毛細血管。（人體脾臟毛細血管（圖）直徑3m）。 結(jié)果： 紅細胞在通過這些毛細血管時形狀必須改變。 （觀察發(fā)現(xiàn)：腸系膜組織的毛細血管里，紅細胞從雙凹碟形變?yōu)椤巴闲毙?，局部伸長比達200%。）紅細胞的功能：2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工

24、程教案 紅細胞易變形的原因 它的結(jié)構(gòu)和形態(tài) 結(jié)構(gòu)：紅細胞無細胞核，由細胞膜和細胞質(zhì)（主要是血紅蛋白）構(gòu)成。質(zhì)中的血紅蛋白是晶體，且為液晶。因此，紅細胞的變形主要決定于細胞膜的力學性質(zhì)。 形態(tài)：雙凹碟形是O2擴散的最佳形狀，紅細胞膜很薄，彎曲剛度比抗張能力低得多，雙凹碟形旋轉(zhuǎn)體的表面具有許多可貼曲面，可以變?yōu)榉N種可貼曲面而不撕裂、不拉伸或折疊。 紅細胞易變形的原因4. 紅細胞膜的力學性質(zhì) 取決于膜的微結(jié)構(gòu)（如骨架蛋白，雙層脂膜的構(gòu)造等）以及各組元間的相互作用。5. 紅細胞聚集 取決于以下四種作用的相互制約和平衡： （1）大分子的橋聯(lián)作用：血漿中纖維蛋白原、血漿球蛋白作為媒介； （2）靜電作用；

25、（3）紅細胞變形：（戊二醛固化處理的紅細胞在血漿中不會聚集）； （4）流體動力的作用：使紅細胞相互接近或接觸、變形等，并可能激活細胞膜甚至血紅蛋白。 4. 紅細胞膜的力學性質(zhì)白細胞的兩種狀態(tài)： （1）靜息狀態(tài)，無外力作用呈球形，在外力作用下可變形； （2）能動狀態(tài)，即使無外力白細胞也會自動變形，形成原足。三、白細胞的流變行為 白細胞性質(zhì)：不同于紅細胞，它有核、線粒體和其他 細胞器，力學行為更復雜。（一）白細胞的力學性質(zhì) 1. 靜息狀態(tài)下白細胞的粘彈性（彈性系數(shù)k，粘性系數(shù)） （1）溫度變化（9-40C）時，k不變，隨T而減??； （2）pH值變化時（5.4-8.4），pH 可使 ； （3）滲透壓

26、增大時，k和均以指數(shù)形式增長。白細胞的兩種狀態(tài)：三、白細胞的流變行為 白細胞性質(zhì)：不同于紅 （圖為用微管吸吮法測量的能動狀態(tài)下白細胞主體和原足的力學性質(zhì)）2. 能動狀態(tài)下，白細胞的力學性質(zhì) 能動狀態(tài)下，白細胞會自動變形生出原足，原足呈片狀，被細胞膜包圍，但足內(nèi)只有細胞質(zhì)，無細胞器。白細胞主體和原足的力學性質(zhì)：圖手畫白細胞主體：是粘彈性體，有明顯蠕變原足：是彈性體，蠕變極小，剛度 比主體細胞大 （圖為用微管吸吮法測量的能動狀態(tài)下白細胞主體和原足的上述區(qū)別的原因： 原足與主體化學成分不同，原足形成時白細胞的動力學模型應將連續(xù)介質(zhì)力學原理和肌動蛋白等大分子以及Ca+的化學動力學過程結(jié)合起來。 可見，

27、細胞力學的發(fā)展要求把力學原理和細胞內(nèi)的生化過程結(jié)合起來。上述區(qū)別的原因： 可見，細胞力學的發(fā)展要求把力 （二）白細胞在微血管里的流變行為 1. 在微血管流動中白細胞與紅細胞的相互作用白細胞的趨邊性。 白細胞體積大，剛度大，呈球形，其運動阻力比紅細胞大，運動速度低于紅細胞，這使得白細胞向管壁偏移，即“趨邊性”。 2. 白細胞的粘附白細胞與血管內(nèi)皮細胞的相互作用 趨邊的白細胞有可能粘附于血管壁，與血管內(nèi)皮細胞相互作用而形成一個共同接觸區(qū)。實驗表明，白細胞粘附常發(fā)生于微靜脈血管中。一旦粘附發(fā)生，微血管有效通道面積減少，血流阻力將顯著增大。 （二）白細胞在微血管里的流變行為3. 白細胞在毛細血管里的運

28、動 由于白細胞呈球形，直徑大于紅細胞，且剛度較大，故白細胞變形而進入毛細血管所需時間約為同樣流動條件下紅細胞所需時間的1000-2000倍。很小，則很小，所以很大。 白細胞在變形的同時，將毛細血管和進口段擴張成錐形。錐角。圖手畫3. 白細胞在毛細血管里的運動很小，則很小，所以很 在的作用下，可能如下： （1）在白細胞與毛細血管壁之間形成-血漿潤滑層，白細胞與內(nèi)皮細胞不直接接觸，不存在粘附問題?？墒褂眉t細胞-管壁相互作用理論，并應用相應的流動阻力規(guī)律。 （2）白細胞運動速度很低，相應的血漿潤滑層厚度太薄，不足以維持其穩(wěn)定，則血漿潤滑層破壞，白細胞與內(nèi)皮層直接接觸而發(fā)生粘附。這時毛細血流局部滯止。

29、 在的作用下，可能如下：四、血小板功能行為的流變學問題 （一）血小板的活性與流變學因素 血小板比紅細胞、白細胞小得多，正常狀態(tài)下（靜息狀態(tài)）為兩面微凸圓盤。因此： （1）靜息狀態(tài)下，血小板對于血液的流變特性影響甚微。 （2）當血小板激活時（比如凝血）血小板的活動性和功能行為對血液的流變特性影響甚巨。 四、血小板功能行為的流變學問題 （一）血小板的活性與流Platelet Activation PathwaysPlatelet Activation Pathways血小板性質(zhì)： 極敏感的細胞 發(fā)生一系列活化反應： i. 粘附反應血小板粘附于血管壁或其它異物的特性。ii. 變形反應當血小板從靜息狀

30、態(tài)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)時，形狀將發(fā)生急劇變化。iii. 釋放反應活化了的血小板釋放出它所含的物質(zhì)。iiii. 聚集反應活化了的血小板能通過相互作用而聚集成團的特性。目前研究的集中點血小板性質(zhì)：i. 粘附反應血小板粘附于血管壁或其它異物的粘附變形釋放+釋放變形粘附變形釋放+變形PlateletAdrenalineCollagenGPIbvWFGPIIb/IIIa (CD41)ADPEndotheliumGpIIb/IIIa (CD41)P-selectinCD62PFibrinogenPlatelet Activation PathwaysPlateletAdrenalineCollagenGPIb聚集

31、變形粘附不同生物材料聚集變形粘附不同生物材料不同生物材料不同生物材料不同生物材料不同生物材料 實驗結(jié)果表明，影響血小板聚集反應的最重要的流變學因素是流動切變率。 實驗結(jié)果表明，影響血小板活性的重要因素是血小板受剪應力作用的時間。 關(guān)于上述“聚集反應活化了的血小板能通過相互作用而聚集成團的特性?！钡难芯窟M展： 血液流動過程中，血小板總是在靠近管壁的區(qū)域里運動，真正影響血小板聚集的，是壁面切應力或壁面切變率。 實驗結(jié)果表明，影響血小板聚集反應的最重要的流 例1：壁面切變率時，血小板聚集潛伏期時間隨 而延長； 壁面切變率時，LDH、ADP、ATP等含量不變； 壁面切變率時，LDH、ADP、ATP等有

32、所上升； 壁面切變率時，ADP引起的血小板聚集被迅速抑制。 可見，切變率既能激發(fā)血小板活性，又能損傷與破壞血小板的構(gòu)造。 例1：壁面切變率時，血小板聚集潛伏期時間LDH、ADP、ATPLDH：乳酸脫氫酶 Lactic dehydrogenaseADP：腺苷二磷酸 Adenosine diphosphateATP：三磷酸腺苷/腺苷三磷酸 Adenosine triphosphateLDH、ADP、ATPLDH：乳酸脫氫酶ADP：腺苷二磷酸A 例2：剪應力時，血漿5HT含量明顯上升； 剪應力時，血漿LDH活性增大，血小板溶解，血小板數(shù)量急劇減少。 例2：剪應力時，血漿5HT含量明顯上升；（二）凝血

33、過程中血液的粘彈性 凝血過程復雜的多因子（13種因子）綜合過程，涉及一系列生化反應和多種物理、化學、生物等作用。I. 在多種因子作用下，形成組織促凝血酶原激酶的形成；II. 凝血酶原活化變?yōu)槟?；III. 纖維蛋白原在凝血酶的作用下變?yōu)槔w維蛋白單體，進而經(jīng)XIII因子和Ca+作用，聚合成為纖維蛋白聚合物，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 分三個階段：（二）凝血過程中血液的粘彈性I. 在多種因子作用下，形成Factor F XF IXaF IXF XIaF XISurface ContactCollagenFXII activatorF XIIaF XIIIntrinsic PathwayCa2+Ca2+Ca2

34、+Factor F XF VIIF VIIaF III (Tissue Thromboplastin)Tissue/Cell DefectExtrinsic PathwayCa2+Ca2+FibrinogenFibrinmonomersFibrinpolymersThrombinProthrombin IFactor F XaCa2+Platelet Factor 3CrosslinkedFibrin MeshworkF XIIIaF XIIIF VF VaF VIIIaF VIIIThe Clotting CascadeFactor F XF IXaF IXF XIaF XISu 因子（凝血

35、酶原）凝血酶血小板因子（纖維蛋白原）纖維蛋白 因子a因子因子Ca+磷脂因子（血漿凝血活酶成分）a 因子aCa+因子（血漿凝血活酶前質(zhì)）aCa+ 因子（接觸因子）a內(nèi)源性凝血系統(tǒng) 表面接觸因子 + 組織液Ca+外源性凝血系統(tǒng)組織損傷自動催化凝血系統(tǒng)示意圖 因子（凝血酶原）凝血酶血小板因子（纖優(yōu)化的Ti-Ta-O薄膜與LTIC動物體內(nèi)埋植后的SEM照片（17天） Ti-Ta-O薄膜 LTIC優(yōu)化的Ti-Ta-O薄膜與LTIC動物體內(nèi)埋植后的SEM照片abcd經(jīng)兔腹主動脈埋植后的表面改性與未改性血管支架表面形態(tài)a、c. Ti-O表面改性 (a.10周、c. 20周) b、d. 未表面改性 (b.10

36、周、d. 20周) abcd經(jīng)兔腹主動脈埋植后的表面改性與未改性血管支架表面形態(tài) 白血球紅血球血小板血 栓纖維蛋白內(nèi)皮細胞a紅血球纖維蛋白b血小板c血栓及其形成的示意圖 a. 血管內(nèi)形成血栓 b.血栓組成 c. LTIC表面的血栓 白血球紅血球血小板血 栓纖維蛋白內(nèi)皮細胞a紅血球纖維蛋白b血液在凝血過程中的粘彈性（來自陶祖萊的研究結(jié)果）：圖手畫血液在凝血過程中的粘彈性（來自陶祖萊的研究結(jié)果）：圖手畫 由圖可見凝血過程可分為三個階段：時, 劇增，凝血過程開始， 時，G線出現(xiàn)拐點。.均很小，凝血尚未開始。2.趨于0，即接近3.三個圖的區(qū)別及影響因素分析如下。 由圖可見凝血過程可分為三個階段：時,

37、t0凝血起始時間 時間常數(shù)， tc凝血過程中與由上升變?yōu)橄陆档霓D(zhuǎn)變時間。 陶祖萊用下列關(guān)系來描述血液在凝血過程中的粘彈性行為： t0凝血起始時間 陶祖萊用下列關(guān)系來描述血液在凝上圖區(qū)別： PPP的粘彈性行為取決于纖維蛋白原； PRP與PPP的粘彈性區(qū)別取決于血小板的作用； WB與PRP、PPP的區(qū)別歸因于紅細胞的影響。上圖區(qū)別： （上圖中）其影響表現(xiàn)如下： （1）從粘彈性行為變化方面看出，凝血起始時間（t0）因紅細胞存在而推遲了，血小板的數(shù)量對于凝血起始時間沒多大影響，主要取決于血小板的活性和纖維蛋白原。 （2）凝血過程中（反映粘性）的弛豫時間主要決定于纖維蛋白原，血小板的數(shù)量對它沒有什么影響

38、。但紅細胞的存在使顯著增大。彈性模量 的弛豫時間卻主要是由血小板的含量所決定的。 （3）時間常數(shù)主要決定于纖維蛋白原。 （4）對于血凝體的剛度（）和粘性（）來說，起主導作用的是血小板（數(shù)量和活性）。而紅細胞的作用似乎是“摻沙子”，它使 和 均有所下降。 （上圖中）其影響表現(xiàn)如下：五、血液的本構(gòu)方程 （一）血液流變學的三個基本事實 1. 在準靜態(tài)（定常流動）下，血液的粘性行為是非線性的，且有屈服應力； 2. 在動態(tài)（非定常流動）條件下，血液是粘彈性流體； 3. 當紅細胞直徑（Dc）與流場特征尺度（Dt）相比不是非常小，血液流動的“非連續(xù)性效應”就會顯示出來。這時，血液流變特性決定于紅細胞和邊界的

39、相互作用，依賴于血液流動的具體的邊界條件。因此，它因具體的器官、組織的具體構(gòu)造而異。 五、血液的本構(gòu)方程 （一）血液流變學的三個基本事實（二）血液粘彈性本構(gòu)關(guān)系的研究現(xiàn)狀 1. 簡單“記憶”流體積分型本構(gòu)方程其中，式中： 應變的歷史 偏應力 “記憶”函數(shù) Green應變 應變率張量 流動速度場 應力松弛函數(shù)（二）血液粘彈性本構(gòu)關(guān)系的研究現(xiàn)狀其中，式中：2. 功能模型3. Oldroyd方程4. Huangs方程 自學 就以上述的血液流動速度場為例，血液流速是一個“較容易”測定的參數(shù)了（其它很難測），但仍因不同血管和位置而有很大區(qū)別。測定也較難。 下面介紹一個測量方法。2. 功能模型自學 就以上

40、述的血液流動速度場超聲多普勒法是怎樣測量血液流動的?1842年德國一位名叫多普勒的數(shù)學家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠而近時汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠時汽笛聲變?nèi)?，音調(diào)變低。他對這個物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象，這就是頻移現(xiàn)象。因為是多普勒首先提出來的，所以稱為多普勒效應。超聲多普勒法是怎樣測量血液流動的?超聲多普勒法是怎樣測量血液流動的? 為了檢查心臟、血管的運動狀態(tài)，了解血液流動速度，可以通過發(fā)射超聲來實現(xiàn)。由于血管內(nèi)的血液是流動的物體，所以超聲波振

41、源與相對運動的血液間就產(chǎn)生多普勒效應。血管向著超聲源運動時，反射波的波長被壓縮，因而頻率增加。血管離開聲源運動時，反射波的波長變長，因而在單位時間里頻率減少。反射波頻率增加或減少的量，是與血液流動速度成正比，從而就可根據(jù)超聲波的頻移量，測定血液的流速。 我們知道血管內(nèi)血流速度和血液流量，它對心血管的疾病診斷具有一定的價值，特別是對循環(huán)過程中供氧情況，閉鎖能力，有無紊流，血管粥樣硬化等均能提供有價值的診斷信息。超聲多普勒法是怎樣測量血液流動的?2. 心臟力學 2. 心臟力學 一、心臟的形態(tài)一、心臟的形態(tài)2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教

42、案 四個腔室（左右心房、左右心室） 四個瓣膜（二、三尖瓣向下，主肺動脈向上） 4根動/靜脈管（肺動、靜脈，主動脈和上/下腔靜脈）二、心臟的構(gòu)造和功能構(gòu)造和功能見下頁圖。 四個腔室（左右心房、左右心室）二、心臟的構(gòu)造和功能構(gòu)四個腔室（左右心房、左右心室）四個腔室（左右心房、左右心室）2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案四個瓣膜（二、三尖瓣向下，主肺動脈向上）主動脈瓣三尖瓣二尖瓣肺動脈瓣四個瓣膜（二、三尖瓣向下，主肺動脈向上）主動脈瓣三尖瓣二尖瓣二三二三 由于左心室負荷較高，故二尖瓣、主動脈瓣更易病變。 由于左心室負荷較高，故二尖瓣、主動脈瓣更易病變。4根動/靜脈管（肺動、靜脈，主動脈和上/下腔靜脈）

43、4根動/靜脈管（肺動、靜脈，主動脈和上/下腔靜脈）2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案（一）心電過程 心肌細胞收縮需要電信號，使所有細胞同時收縮。 （主要產(chǎn)生于右心房的竇房結(jié)。）（二）心搏過程 心肌受到心電刺激后收縮。（一）心電過程要解釋： 1. 心室射血流動時，流動阻力很小，從而溶血、凝血以至血栓形成的可能性才??； 2. 充盈過程中心室內(nèi)的血液流動情況； 3. 心臟及心瓣血液流動模擬的相似問題。三、心臟和心瓣的流體力學問題要解釋：三、心臟和心瓣的流體力學問題4. 心臟瓣膜關(guān)閉的流體力學機理健康人的瓣膜是極巧妙的裝置，打開時它們對流動的阻力極小，而在很小的壓力差下立即關(guān)閉，回流量很小，不到5%，為

44、什么？ 瓣膜膠原纖維構(gòu)成，其底座和環(huán)架也是纖維組織，沒有肌肉，瓣膜無主動收縮的能力，開閉受流體流動控制。 開啟心室/心房壓力引起； 關(guān)閉在射血后期由于流動減速，產(chǎn)生逆壓梯度，使關(guān)閉。目前在解釋上述幾個問題時已獲得一些進展和較正確的認識。4. 心臟瓣膜關(guān)閉的流體力學機理健康人的瓣膜是極巧妙的裝2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案四、心臟的力學模型和泵功能 左心與動脈系統(tǒng)之間，左心系統(tǒng)和右心系統(tǒng)之間。五、心臟與血管系統(tǒng)的相互作用六、人造心臟瓣膜的生物力學問題自動調(diào)節(jié)？（運動態(tài)/靜息態(tài)）自學四、心臟的力學模型和泵功能 左心與動脈系統(tǒng)之間，左心系2. 血液循環(huán)的力學規(guī)律 一

45、、動脈系統(tǒng)的阻力分布和分枝形態(tài)二、可變形管道內(nèi)的定常流動三、動脈血管里的脈動流和脈搏波四、脈搏波在動脈血管系統(tǒng)里的傳播五、大動脈里的流動六、靜脈血管里的流動七、微循環(huán)力學八、肺血流的力學規(guī)律 自學2. 血液循環(huán)的力學規(guī)律 一、動脈系統(tǒng)的阻力分布和分2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2. 呼吸力學 2. 呼吸力學 2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案一、呼吸道內(nèi)的空氣流動 呼氣結(jié)束呼吸肌放松肺彈性平衡肺內(nèi)氣體靜止（無宏觀遷移），(此時，肺內(nèi)空氣容量稱為功能余積（FRC），約為肺總體積的一半。)eg1:身高為1.7m的人，F(xiàn)RC610-3

46、m3 呼吸肌收縮胸腔體積增大肺膨脹口鼻吸空氣（外部空氣和胸膜空隙的壓差，由肺彈性復力及血管系統(tǒng)氣流阻力平衡） 呼吸肌放松肺體積縮小廢氣排出 eg2:平靜呼吸，一次吸入氣量0.4510-3 m3一、呼吸道內(nèi)的空氣流動 呼氣結(jié)束呼吸肌放松肺彈性平衡肺 人肺交換膜面積約70m2，構(gòu)成3108個肺泡，肺泡間為肺毛細血管網(wǎng)絡(luò)。肺毛細血流呈片狀，厚約7m，而交換膜厚約23m.。 Weibel(1963年)對5個正常人肺的呼吸道系統(tǒng)的幾何形態(tài)做了系統(tǒng)測量，表明： （1）從大氣管開始（當作0級），整個氣管系統(tǒng)，都是一分為二，兩兩分支的； （2）016級只起氣體運輸作用，可看作導管，第16級為末梢支氣管； （3

47、）1723級，氣管壁周圍都附著有肺泡，為呼吸區(qū)，第23級終端為肺泡。?呼氣吸氣實現(xiàn)O2CO2 人肺交換膜面積約70m2，構(gòu)成3108個肺泡，肺泡間為2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案 （一）呼吸道的阻力 呼氣流的阻力規(guī)律不同于吸氣流，因為二者流動方向相反。 （1）呼氣流每級支氣管的流動阻力： PV阻力/粘性壓力降 流體密度 u0流速 l氣管長 d氣管直徑 Re雷諾數(shù)， （一）呼吸道的阻力 PV阻力/粘性壓力降 （2）吸氣時的流動阻力PV阻力 流量平均速度L氣管長Q總流量 （2）吸氣時的流動阻力PV阻力（二）上呼吸道里的流動 上呼吸道鼻、口、喉、氣管 形狀復雜，因為要適應多種功用(空氣調(diào)節(jié)裝置-濕

48、化，凈化空氣，嗅覺，味覺等） 多處隆起 出現(xiàn)湍流、射流等，呼氣與吸氣時雷諾數(shù)Re區(qū)別較大。 （三）呼吸系統(tǒng)的動力學行為 （了解/自學）（二）上呼吸道里的流動（三）呼吸系統(tǒng)的動力學行為二、支氣管里的對流擴散 新空氣陳肺氣，如何進行，換氣效率？ V平均流速擴散特征尺度（長度）D擴散系數(shù) 對流-擴散過程的控制參數(shù) 二、支氣管里的對流擴散 新空氣陳肺氣，如何進行，換氣i. ，對流作用與擴散作用相比可以忽略不計 例 在終端肺泡里，氣體宏觀運動速度趨于0，對流很小，可看作純擴散。ii. ，擴散作用可以不考慮 例 在大支氣管，流速高，氣體組元輸運為主（對流）iii. 對于17-22級支氣管，兩者的作用相當，

49、即對流和擴散 兩種機制同時起作用。i. ，對流作用與擴散作用相比可以忽略不計三、肺泡內(nèi)氣體的擴散 在細支氣管、肺泡管、肺泡與血液進行交換的區(qū)域中，流動不起作用，O2、CO2和N2在肺泡中主要是以分子擴散的方式運動。 末梢細支氣管處氣體所充盈的空間：175cm3 肺泡處氣體所充盈的空間：4800cm3在肺泡壁處，薄膜兩側(cè)CO2、O2存在濃度差，氣體與血液在此迅速地進行交換。O2、CO2濃度大幅變化三、肺泡內(nèi)氣體的擴散 在細支氣管、肺泡管、肺泡與血液新鮮空氣靜脈血液O2分壓10040CO2分壓046N2分壓610624總壓710mmHg710mmHg肺膜吸氣過程中肺泡膜兩側(cè)的氣體分壓 擴 散新鮮空

50、氣靜脈血液O2分壓10040CO2分壓046N2分壓6四、肺泡和毛細血流之間的氣體交換 肺泡與毛細血管壁之間有一薄層水樣組織液。 整個氣體交換過程包括下列步驟： （1）通過肺泡膜的氣體（純）擴散； （2）間隙液薄層內(nèi)的氣體擴散； （3）通過肺毛細血管壁的氣體交換； （4）肺毛細血管內(nèi)氣體在血漿中的對流擴散； （5）通過紅細胞膜的擴散； （6）紅細胞內(nèi)部液體中的氣體擴散； （7）紅細胞內(nèi)的化學反應，包括：血紅蛋白與氧、CO2的化合和分解，以及CO2與水的化合； （8）毛細血液流動。氣體各組元的對流與擴散問題單純的氣體擴散問題化學反應的動力學問題靜壓梯度作用下的遷移運動四、肺泡和毛細血流之間的氣體

51、交換 肺泡與毛細血管壁之間有2. 器官力學的幾個方面 一、耳蝸力學 聽覺器官耳由外耳、中耳、內(nèi)耳三部分構(gòu)成。2. 器官力學的幾個方面 一、耳蝸力學 聽覺 聲信號（壓力脈動）外耳空氣鼓膜鼓膜振動中耳的一套精巧機構(gòu)內(nèi)耳卵圓窗耳蝸毛細胞把聲信號傳入中樞聽覺。 聲信號（壓力脈動）外耳空氣鼓膜鼓膜振動中耳的2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案 “聽覺靈敏”的兩層含義： （1）作為頻率分辨器官，耳對于頻率具有高度靈敏的鑒別能力； （2）對振動幅度亦具有高度靈敏的鑒別能力。（一）耳蝸的解剖特點和超微結(jié)構(gòu) （自學） “聽覺靈敏”的兩層含義：（一）耳蝸的解剖特點和超微結(jié) （二）耳蝸管內(nèi)的波傳播 耳蝸力學獲得進展，取

52、決于： 基底膜振動的在體測量（用顯微外科手術(shù)）確定基底膜位移和振動速度在體基底膜的力學性質(zhì)。 力學原理如下： （1）耳蝸基底膜力學性質(zhì)各向異性，且自蝸底蝸頂剛度遞降；見耳蝸展開圖； （2）耳蝸管-對管腔內(nèi)流體共膜運動引起的波在其間傳播，具有色散特性，耳蝸基底膜任一位置，都有一個相應的、確定的特征頻率； （二）耳蝸管內(nèi)的波傳播2ch2生物力學生物醫(yī)學工程教案 （3）傳入的聲信號中，相應頻率的分量的能量都向相應特征位置聚集，然后通過內(nèi)毛細胞傳入中樞。 （4）傳入耳的聲信號，將按其頻率在耳蝸基底膜的特定位置聚集，并被感知。 （三）小振幅下的非線性響應 （自學）這就是我們的聽覺具有靈敏的頻率選擇特性的

53、生物力學原理。 （3）傳入的聲信號中，相應頻率的分量的能量都向相二、脊柱力學 二、脊柱力學 脊柱系統(tǒng)： 構(gòu)造脊椎骨、前后縱韌帶維系脊椎，使具有穩(wěn)定性承受載荷，保護脊髓33塊脊椎骨+23個椎間盤頸椎7c胸椎12T腰椎5L骶椎5尾椎4脊柱系統(tǒng)： 構(gòu)造脊椎骨、前后縱韌帶維系脊椎，使具有穩(wěn)定性承受（一）脊椎的力學性質(zhì) 1. 椎骨的力學性質(zhì)： 數(shù)據(jù)很多。 依皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、骨的理化性質(zhì)而有較大區(qū)別。 （來自尸體的不同數(shù)據(jù)） 2. 椎間盤的力學性質(zhì) 由纖維環(huán)和髓核（流體）構(gòu)成。 椎間盤整體是有粘彈性的。（二）前、后縱韌帶的力學性質(zhì) 測量數(shù)據(jù)比較散布。力學性質(zhì)復雜（一）脊椎的力學性質(zhì)力學性質(zhì)復雜在沖擊波作用

54、下，人體最容易受損傷的器官是肺和耳。汽車撞擊/撞車可能導致肺損傷而水腫。 機理？在一些假設(shè)下，具有一些推斷。（自學）三、肺的沖擊損傷 在沖擊波作用下，人體最容易受損傷的器官是肺和耳。三、肺的沖擊2. 應力和生長 心臟肥大血容量增大引起心室容量增大；血壓增高引起心肌增厚及心肌纖維變粗； 肺重建去掉一葉肺，它會組織增生直到與切除前的重量差不多； 血管重建供氧量變化，血管（管徑、外周平滑肌等）隨之變化；2. 應力和生長 心臟肥大血容量增大引起 最大-最小原理松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)與壓力線相當，使能用最少的材料來承受外力的載荷。亦即：功能適應性原理。 骨折的愈合折裂骨組織周圍的良好的血流灌注狀態(tài)、充分的營養(yǎng)和O

55、2供應，可促進骨愈合。 流體動力對細胞生長的影響例子：人體增高術(shù)剝開肌肉，加固定板撐住骨頭一段時間，骨變細變長，后取下固定板。 最大-最小原理松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)與壓力線相當，使能用作 業(yè)1、生物力學有哪些主題內(nèi)容？2、生物力學的力學基礎(chǔ)是什么？請簡述。3、硬組織、軟組織、血管和關(guān)節(jié)軟骨的力學性質(zhì)有哪些表現(xiàn)？4、簡述紅細胞的特性、功能和易變形的原因？5、白細胞具有怎樣的力學性質(zhì)，血液在血管里流動時白細胞流變行為如何？6、血小板的生物學性質(zhì)有哪些表現(xiàn)？7、簡述多普勒超聲法測量血液流動速度的原理？8、簡述心臟內(nèi)血液流動的特征以及控制環(huán)節(jié)，心臟和心瓣的流體力學問題表現(xiàn)在哪些方面？9、簡述呼吸道內(nèi)的空氣流動規(guī)

56、律，支氣管、肺泡以及毛細血管內(nèi)氣體是如何進行對流與擴散的？10、 “聽覺靈敏”的含義是什么？耳蝸管內(nèi)的波傳播的力學原理是什么？11、試舉例說明因應力的存在人體器官的生物學行為受影響實例。作 業(yè)1、生物力學有哪些主題內(nèi)容？甘露醇的應用及副作用 上海國龍醫(yī)院Shanghai Guolong Hospital 上海國龍醫(yī)院 向乾彬 2014.5.7甘露醇的應用及副作用 上海國一、甘露醇的藥理機制和特點二、甘露醇注射液功效用途三、甘露醇的副作用四、合理使用甘露醇 上海國龍醫(yī)院Shanghai Guolong Hospita一、甘露醇的藥理機制和特點上海國龍醫(yī)院甘露醇的藥理機制和特點20%的甘露醇是六碳

57、多元醇，為高滲透壓性脫水劑。 甘露醇靜 脈注入機體后，血漿滲透壓迅速提高，其主要分布在細胞外液，僅有一小部分（約為總量的3%）在肝臟內(nèi)轉(zhuǎn)化為糖元，絕大部分（97%）經(jīng)腎小球迅速濾過，造成高滲透壓，阻礙腎小管對水的再吸收；同時它能擴張腎小動脈，增加腎血流量，從而產(chǎn)生利尿作用。由于血漿滲透壓迅速提高形成了血腦脊液間的滲透壓差，水分從腦組織及腦脊液中移向血循環(huán)，由腎臟排出。使細胞內(nèi)外液量減少，從而達到減輕腦水腫、降低顱內(nèi)壓目的。 上海國龍醫(yī)院Shanghai Guolong Hospita甘露醇的藥理機制和特點20%的甘露醇是六碳多元醇，為高滲透壓甘露醇的藥理機制和特點有減少腦脊液分泌和增加再吸收，

58、最終使腦脊液容量減少而降低顱內(nèi)壓。甘露醇還是一種較強的自由基清除劑，降低血液粘稠度，改善循環(huán)，故近年已將甘露醇作為神經(jīng)保護劑用于臨床 甘露醇脫水降顱壓有賴于血腦屏障的完整性，甘露醇只能移除正常腦組織內(nèi)的水分，而對病損的腦組織不僅沒有脫水作用，而且由于血腦屏障破壞，甘露醇可通過破裂的血管進入病灶區(qū)腦組織內(nèi)，造成病灶內(nèi)腦水腫形成速度加快，程度加重有減少腦脊液分泌和增加其再吸收，最終使腦脊液容量減少而降低顱內(nèi)壓。 上海國龍醫(yī)院Shanghai Guolong Hospita甘露醇的藥理機制和特點有減少腦脊液分泌和增加再吸收，最終使腦甘露醇的功效降低顱壓及眼壓治療急性少尿?qū)a和清潔腸道上海國龍醫(yī)院Sh

59、anghai Guolong Hospita甘露醇的功效降低顱壓及眼壓上海國龍醫(yī)院上海國龍醫(yī)院Shanghai Guolong Hospital甘露醇的藥理機制和特點 一般在靜脈注射后20分鐘內(nèi)起作用，2-3小時降壓作用達到高峰，可維持4-6小時。常用劑量為0.25-0.5克/kg.次 成人一次用量。上海國龍醫(yī)院甘露醇的藥理機制和特點 一般在靜脈注射后甘露醇的副作用1、對 腎臟 的副 作 用 ：由于 輸 注后不被 腎小管 重 吸收 ，且大量 脫水 使 腎血 流量 減少而 損傷 腎小管 引起 壞死 ， 臨 床上 出現(xiàn) 血尿 、 少尿 、 無屎 ， 甚 至全身水腫致 腎功 能衰竭 。 急性 腎功

60、能衰竭 ( A RF ) ： 部分病人 應 用常 規(guī) 治療 劑 量可 出現(xiàn) A R F。S t a r t 認 為甘露醇 可 引起 腎 小 管 上 皮 細 胞 廣 泛 空 泡樣變 性 和 腫脹甘露醇致腎損害與使用劑量呈正相關(guān)，隨著用量的增加，甘露醇在體內(nèi)積蓄與患者的年齡、基礎(chǔ)疾病、腎功能狀況以及合并用藥等因素有關(guān)。上海國龍醫(yī)院Shanghai Guolong Hospital甘露醇的副作用1、對 腎臟 的副 作 用 ：上海國龍醫(yī)院致急性腎功能衰竭的機制為： 大量利尿帶走體內(nèi)大量電解質(zhì)，引起低鈉、低鉀血癥，血容量相對不足，腎血流量減少，腎小管缺血； 大量的甘露醇由腎臟排出，長期使用堆積于腎小管中