生物力学考点

生物力学考点整理—仅供参考1，骨单位—哈佛氏骨板（概念）成人的骨是以胶原纤维高度有规律地成层排列为特征，故又称为骨板；骨单位位于内、外环骨板之间，是骨干密质骨的主要部分。由中央管和哈佛氏骨板组成。中央管：位于骨单位的中央，或称哈佛氏管，内有血管、神经及少量的结缔组织。哈佛氏骨板：以中央管为中心呈同心圆排列，约10～20层。骨板间的骨陷窝借骨小管相通连，最内层的骨小管开口于中央管。由此获得营养，并供给各层骨细胞。2，长骨—厚壁圆筒结构（原因）(1)长骨的结构呈空心厚壁管，内容骨髓；(2)从其功能性来讲，主要承受轴向压缩和弯曲联合载荷；(3)从最小质量分析，长骨取薄壁管形最合理；(4)考虑到受轴向压力的稳定性，厚壁才是最佳选择。3，流变力学基本概念—松弛，蠕变，滞后流变体定义：既有固体的变形特征又有流体的流动特性的物体称流变体。如果把胡克弹性固体和牛顿黏性流体作为流变体的两个极端，世界上所有的物质都属于流变体。流变力学研究物质变形与运动的一般规律。习惯将流变体分为流变固体和流变流体。胡克弹性固体在受恒定应力作用时产生的应变不随时间变化，反之保持恒定应变时相应的应力也不随时间改变。流变体在受恒定应力作用时或多或少会产生连续的应变，保持恒定应变时应力幅值一般将随时间减小。松弛定义：保持应变恒定，流变固体材料的应力随时间增长而减小的现象。蠕变定义：在受恒定应力作用下，流变固体材料的应变随时间增长而逐渐增加的现象。当一流变体承受周期性循环载荷时，应变对应力存在相位滞后。4，骨折分析—肌肉力对体骨保护作用（画图与受力分析）肌肉力对在体骨的保护作用：在体骨承受载荷后，附着在骨上的肌肉收缩将改变骨中的应力分布。这种肌肉的收缩作用将减小或者抵消骨中的拉应力，可能是部分也可能是全部被抵消。5，骨的力电效应—干骨，湿骨（特点）骨的力-电效应：骨内应力产生电压；干骨：正压电效应是在无电场时由于非中心对称的晶体结构在机械应变的作用下形成的一种电极化现象。正压电效应其电极化的大小与应力成正比,方向随应力方向的改变而改变。逆压电效应当某种晶体置于电场之下时,晶体会出现几何变形,这种现象称之为逆压电效应,同时也伴随着电致伸缩效应。湿骨：1、湿骨中的力—电效应主要是由于骨内带电离子流动引起；2、湿骨中的力—电效应比干骨中的大；3、随着应力的增大，骨中所产生的电压增大；4、湿骨中的力—电效应存在明显的滞后现象；5、不同部位的骨力-电效应的强弱有显著差异。6，骨重建—Wolff定律（临床举例）骨重建（Boneremodeling）：指骨骼成熟后，骨的不断更新和改造，新骨取代旧骨。(a)无肌肉力时(b)有肌肉力时骨重建意义：是成熟的骨组织的一种重要替换机制,能够预防骨组织疲劳损伤的积累从而保持生物力学特性的稳定。适当的骨重建水平对维持骨强度具有重要意义。临床中监测骨重建水平有助于判断骨质疏松患者的骨折危险性及其对抗骨疏松治疗的反应。Wolff定律：骨骼在其功能需要的部分有骨形成，而在不需要的部分发生骨吸收。（说明活骨的变化与其承受的应力有密切的关系）临床举例：有轻度弯曲畸形愈合的骨折病人，在经历若干年后，畸形愈合骨能通过自身塑形变直恢复原来的形状。7，软组织的力学特性—3点1、柔软易变性。具有一定的抗拉能力（不同程度）；抗压、抗弯的能低2、富有弹性。加载时显示粘弹性特点。（有蠕变、松弛现象）3、具有预拉应力，切断后自行回缩。即：非线性、粘弹性、各向异性和非均匀性。8，胶原纤维结构，力学特性—画应力应变图（1）胶原纤维结构LM：较粗，HE染色呈粉红带状,波浪状走行，无分支EM：胶原原纤维，有横纹化学成分：胶原蛋白胶原方向性，功能性。肌腱，韧带（承载功能）；血管，肺（变形加承载功能）（2）胶原纤维的力学特性①有屈服点；②过了屈服点后还可以继续产生非弹性变形，直至破坏；③变形小：6-8%。9，血管力学—不同部位血管成分功能大动脉（弹性动脉）：结构特点：内皮下层较厚中膜厚，以弹性膜为主三层分界不清（内、外弹性膜与中膜延续）小动脉（肌性动脉）：内弹性膜明显，中膜平滑肌3-9层，外弹性膜不明显微动脉：内、外弹性膜不明显，中膜1-2层平滑肌10，血管零应力状态—好处，描绘图并分析，展开角（大，小）血管壁的力学特性不但取决于不同纤维含量的百分比，而且还取决于所含组分的组织学结构。血管的零应力状态：方法：切垂直于轴线的薄片，再沿径向剪开。展开角：内壁中点到环的两端连线形成的夹角。意义：表示血管在无应力时形态零应力状态对血管在体的应力分布的影响（1）展开角为零，管壁较厚，血压为零时，周向应力也为零，但在血压为100mmHg时，应力就变得很不均匀。（2）α较小而管壁也较薄时，那么残余应力小，此时应力分布相对均匀。（3）血管壁厚且展开角较大，说明其残余应力较大，这也能使正常血压下的管壁应力分布变得均匀拉伸破坏实验中，胶原纤维应力—应变曲线图3-2-6载荷为零时的血管与其零应力状态[36]11，肌肉力学—hill方程（绘图，对其解释）解决了什么问题肌肉的基本功能是把化学能转化为机械功。表征肌肉活动的基本生物力学指标有两个：①肌肉端部测量出来的力，称做肌张力，②肌肉长度变化的速度。肌肉的力学特性十分复杂，它跟组成肌肉的各种元素诸如纤维、结缔组织等的力学特性以及肌肉的状态(激发和疲劳等)有关。Hill方程：①如果忽略了方程左边的常数a和b，则在挛缩状态下，单位时间内从化学反应获得的机械能是常量。②Hill方程描述骨骼肌收缩时的力-速度关系。显然，张力愈大，缩短速度愈小。反之亦然。这和粘弹性材料的性质完全不一样。③Hill方程有三个独立常数：a，b，T0，其中，等长收缩最大张力T0强烈地依赖于L012，细胞力学—举3个例（疟疾，关节炎，骨细胞某蛋白缺失）在相同吸入负压下，正常红细胞变形最大，随着疟疾病情的进展，疟疾病原体在红细胞内由环状体逐步发展成阿米巴滋养体和裂殖体，红细胞内部结构遭到破坏，细胞的可变形性随之逐步下降。说明红细胞的力学特性与疟疾的病程进展有关。红细胞的可变形性减弱，则血液粘度增加，因而血流量亦减少。组织供氧减少。13，细胞骨架功能细胞骨架特点：由各种尺寸与刚度不同的微丝、微管、中间丝网组成。如同建筑框架作用：为细胞提供机械强度和力学支撑；参与细胞变形、运动；感受力学刺激；类似城市道路，为细胞内的物质运输提供通道。图3-2-11残余应力对血管壁的周向应力分布的影响[2]细胞骨架功能：(1)维持细胞形态；(2)承受外力；(3)保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用；(4)参与许多重要的生命活动（包括①在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离；②在细胞物质运输中，各类小泡和细胞器可沿着③细胞骨架定向转运；④在肌肉细胞中，细胞骨架和它的结合蛋白组成动力系统；⑤在白细胞的迁移、精子的游动、神经细胞轴突和树突的伸展等）14，红细胞—双凹圆盘形状，cassini理论红细胞结构：简单，表层为细胞膜，内部是血红蛋白溶液，无核、无细胞器，无核糖体。形态：静止形状通常为双凹圆盘形。静止时为何取双凹圆盘形？答：当细胞的体积与表面积保持一定时，双凹圆盘形是对于红细胞弯曲总应变能最小的形状。15、红细胞的可变形性①受外力作用，易变形，除去外力易恢复原状。②伞状、弹丸状或拖鞋形等③红细胞膜旋转，能根据流场的情况和血管的粗细来改变自己的形状④红细胞的可变形性在血液循环中，特别是在微循环中起着重要作用。由于这种显著的可变形性，红细胞能通过比其双凹圆盘形直径还小的毛细血管。正常红细胞的扫描电子显微镜照片