生物力學

內容概要

　　《衛(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材·全國高等中醫(yī)藥院校教材：生物力學（供針灸推拿學、康復治療學、中醫(yī)學骨傷方向等專業(yè)用）》共有八章。概論部分主要闡述了生物力學的概念、歷史淵源、研究內容和方法，以及生物力學的進展。力的基礎知識主要闡述《衛(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材·全國高等中醫(yī)藥院校教材：生物力學（供針灸推拿學、康復治療學、中醫(yī)學骨傷方向等專業(yè)用）》中涉及的力學基礎知識，力求簡潔明了，為《衛(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材·全國高等中醫(yī)藥院校教材：生物力學（供針灸推拿學、康復治療學、中醫(yī)學骨傷方向等專業(yè)用）》各章內容提供參考。在此基礎上，用五章內容分別介紹了骨、關節(jié)、脊柱、軟組織的生物力學以及血流動力學，在血流動力學這一章中著重闡述了中醫(yī)脈象研究方面的生物力學內容，骨折的生物力學一節(jié)闡述了中醫(yī)傳統(tǒng)夾板的生物力學特點。鑒于目前國內中醫(yī)藥院校比較普遍地開設了康復專業(yè)和運動醫(yī)學專業(yè)，特設立一章內容簡要介紹在康復和運動醫(yī)學中所涉及主要有關生物力學方面的知識。針刺手法和推拿手法的研究與生物力學關系密切，分別以一節(jié)內容介紹了目前在針刺手法和推拿手法生物力學特性的研究進展?！缎l(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材·全國高等中醫(yī)藥院校教材：生物力學（供針灸推拿學、康復治療學、中醫(yī)學骨傷方向等專業(yè)用）》根據目前中醫(yī)藥院校開設與《生物力學》相關課程的情況和實際需要，合理安排了各章節(jié)的內容和篇幅，具有鮮明的中醫(yī)特色。為幫助學生進行相關章節(jié)內容的學習，每章前設“導學”，后設“學習方法”和“思考題”?！缎l(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材·全國高等中醫(yī)藥院校教材：生物力學（供針灸推拿學、康復治療學、中醫(yī)學骨傷方向等專業(yè)用）》還在有關章節(jié)中，增加了“知識鏈接”、“知識拓展”和“課堂討論”等模塊，有利于拓展學生的視野，適合中醫(yī)藥院校教學的需要。

書籍目錄

第一章  概論
    一、生物力學概念
    二、歷史淵源
    三、研究內容和方法
    四、生物力學研究進展
第二章  力學基礎知識
  第一節(jié) 力學基本概念
    一、力的概念
    二、應力和應變
    三、材料的黏彈性
  第二節(jié) 靜力學基礎
    一、質點和剛體
    二、物體的運動
    三、受力分析
    四、力系與力系平衡
    五、物體平衡方程
  第三節(jié) 動力學基礎
    一、牛頓第一定律
    二、牛頓第二定律
    三、牛頓第三定律
第三章  骨的生物力學
  第一節(jié) 骨的力學性質
    一、骨的功能適應性
    二、骨的基本力學性質
    三、骨力學性能的影響因素
  第二節(jié) 骨折的生物力學
    一、骨折的發(fā)生
    二、骨折的愈合
    三、骨折治療的生物力學原理
    四、骨折的外固定
    五、骨折的內固定
  第三節(jié) 夾板固定的生物力學
    一、彈性固定準則和夾板外固定的生物力學原理
    二、夾板外固定治療骨干骨折的力學分析
第四章  關節(jié)的生物力學
  第一節(jié) 關節(jié)結構的生物力學特征
    一、關節(jié)的基本結構
    二、關節(jié)的運動幅度和測量方法
  第二節(jié) 人體關節(jié)的生物力學
    一、肩關節(jié)受力分析
    二、肘關節(jié)受力分析
    三、髖關節(jié)受力分析
    四、膝關節(jié)受力分析
    五、踝關節(jié)受力分析
第五章  脊柱的生物力學
  第一節(jié) 脊柱的生物力學特點
    一、脊柱的生物力學特性
    二、脊柱的運動
  第二節(jié) 脊柱的臨床不穩(wěn)定
    一、臨床不穩(wěn)定的生物力學因素
    二、臨床不穩(wěn)定的生物力學問題
  第三節(jié) 脊柱側彎
    一、脊柱側彎的生物力學因素
    二、治療脊柱側彎的生物力學問題
第六章  軟組織的生物力學
  第一節(jié) 軟組織的基本生物力學特性
  第二節(jié) 肌肉、韌帶、肌腱的生物力學特性
    一、肌肉的生物力學特性
    二、韌帶和肌腱的生物力學特性
  第三節(jié) 血管的力學性質
    一、血管的主要成分與構造
    二、血管壁的生物力學特性
  第四節(jié) 關節(jié)軟骨的生物力學特性
    一、關節(jié)軟骨的結構、成分及功能
    二、關節(jié)軟骨的生物力學特性
    三、軟骨變性的生物力學特性
第七章  血流動力學
  第一節(jié) 流體動力學基礎
    一、流體的流動
    二、伯努利方程
    三、黏性流體的流動
  第二節(jié) 血液流動
    一、黏性流體的伯努利方程
    二、泊肅葉定律
    三、斯托克斯定律
    四、血液的流速
  第三節(jié) 微循環(huán)血流
    一、微循環(huán)的結構形態(tài)及流動特點
    二、微循環(huán)的流動效應
    三、毛細管血流模型實驗
    四、毛細血管中的正間隙流動
    五、毛細血管中的負間隙流動
  第四節(jié) 脈搏的生物力學基礎
    一、動脈中血流力學的基本概念
    二、血管力學分析模型
    三、脈搏波的傳播與反射
    四、脈搏波與中醫(yī)脈象
第八章  康復生物力學
  第一節(jié) 步態(tài)分析方法
    一、行走的生物力學
    二、步態(tài)分析的方法
    三、步態(tài)分析的臨床應用
  第二節(jié) 骨折功能鍛煉的生物力學
    一、功能鍛煉對骨折愈合力學環(huán)境的影響
    二、功能鍛煉在骨折愈合中的介入時機
    三、適宜的功能鍛煉促進骨折愈合的研究
    四、不當的功能鍛煉干擾骨折愈合的研究
    五、監(jiān)測骨折的生物力學特性的意義
  第三節(jié) 推拿手法的生物力學
    一、推拿手法的分類
    二、推拿手法的生物力學研究方法
    三、推拿手法的生物力學作用
  第四節(jié) 針刺手法的生物力學
    一、針刺手法參數的采集測定
    二、針刺手法數據的分析研究
    三、針刺手法參數的量效關系研究
    四、針刺手法參數的生物力學分析
主要參考書目

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   三、骨力學性能的影響因素 （一）骨的成分因素 1.孔隙率孔隙是指骨組織中為軟組織所充填的“腔隙”部分。由于骨髓及其他軟組織在非水靜壓狀態(tài)下基本沒有強度和剛度，因此推測隨著孔隙增加骨強度和剛度隨之下降是合乎情理的。骨孔隙率變異很大，使得骨剛度從疏松松質骨的0GPa到致密皮質骨的15GPa。骨的彈性模量與孔隙率的關系曲線變異很大。 2.礦化孔隙率區(qū)分的是骨的腔隙與固體基質，而礦化區(qū)分的是固體基質中無機和有機成分，是骨的礦物質部分。骨的力學特性對骨基質的礦化程度非常敏感，隨著礦化的增加骨剛度呈線性或指數增高。礦化程度通常以灰重與干重的比值來表示。礦化主要受骨塑形和骨改建速率的影響。盡管新骨的70％約在幾天內可得到礦化，但完全礦化需幾個月的時間。 3.密度討論骨的材料特性時常常應用“密度”術語。單獨應用時，它指的是固體基質的比重，而“表面密度”或“體積密度”指的是單位體積骨塊的質量（以g／cm3為單位）。表面密度綜合反映了骨材料的孑L隙率和礦化程度。Hayes等證實，骨的力學強度與密度呈正相關，特別是松質骨，其壓縮特性與表面密度明顯相關。與皮質骨相比，松質骨最主要的不同點是孔隙率較大。測定骨的表面密度可反映孔隙率的變化。人松質骨的表面密度大致為0.1～1.0g／cm3，而皮質骨為1.8g／cm3。研究表明，表面密度為0.2g／cm3的松質骨，其孔隙率約為90％。松質骨的壓縮強度與表面密度的平方成正比，而壓縮模量與表面密度的3次冪成正比。松質骨的力學特性與表面密度的關系有重要的生理學和生物力學意義，表面密度的微小變化可導致骨的強度和剛度發(fā)生顯著變化。有人發(fā)現，當X線攝片顯示骨密度下降30％～50％時，松質骨的強度和彈性模量可發(fā)生數量級的下降。 （二）骨的結構因素 1.骨小梁結構大量的實驗表明，骨小梁的排列和分隔可影響松質骨的彈性模量、斷裂應力及其各向異性特性。松質骨和皮質骨均為各向異性材料。 2.皮質骨結構長骨皮質骨及其他部位見到的皮質骨內部結構變異很大。首先要區(qū)分“原始”板層骨和繼發(fā)骨單位構成的板層骨。實驗表明，繼發(fā)骨的強度弱于原始骨。為什么強度高的原始骨會被強度低的繼發(fā)骨所取代。如從疲勞來考慮，問題就可迎刃而解了。因為黏合線的存在雖然可使骨單位在單次受載時強度減弱，但在低應變時，卻可使骨的疲勞壽命大大增加，因為橫形裂紋可進入黏合線界面并沿骨長軸循行。此外，繼發(fā)骨單位的形成還與取代陳舊的、顯微損傷的骨組織有關。 3.膠原纖維定向排列 膠原纖維的定向排列可影響皮質骨的強度。膠原纖維的優(yōu)勢排列方向也可影響骨組織抵御特定載荷的能力。例如縱向排列的纖維較多可提高骨的拉伸強度，橫向排列的纖維較多可提高骨的壓縮強度。機體能根據局部應力環(huán)境，通過各種反饋途徑調節(jié)骨的結構，以獲得最佳的材料強度。 4.疲勞 日常生活勞動時，骨組織經常受到的是疲勞載荷，一般情況下其應力水平不足以導致骨折。然而，與任何其他材料一樣，骨組織有其疲勞限度。如受載時，骨的應力較大，反復受載次數較多，即可引起疲勞骨折。Carter和Hayes的研究證實，皮質骨受到超過限度的疲勞載荷可使骨剛度和強度逐漸喪失，這是由于顯微損傷（例如顯微斷裂和骨單位分離）累積的結果。如果顯微損傷的增加快于修復過程，則可發(fā)生疲勞骨折。研究表明，在8％～16％骨折應變范圍內，骨應變量僅增加1倍就可使骨的顯微損傷增加數百倍。Burr等提出，這就是骨的顯微損傷閾值，閾值范圍的中心應約等于12％骨折應變。

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