生物力学

生物物理学分支
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生物力学（biomechanics ）生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官（包括血液、体液、脏器、骨骼等），从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。

学科渊源

生物力学一词虽然在20世纪60年代才出现，但它所涉及的一些内容，却是古老的课题。例如，1582年前后伽利略得出摆长与周期的定量关系，并利用摆来测定人的脉搏率，用与脉搏合拍的摆长来表达脉搏率。1616年，英国生理学家W.哈维根据流体力学中的连续性原理，从理论上论证了血液循环的存在。到1661年，M．马尔皮基在解剖青蛙时，在蛙肺中看到了微循环的存在，证实了咕维的论断.G．A.博雷利在《论动物的运动》一书中讨论了乌飞、鱼游和心脏以及肠的运动。L.欧拉在1775年写了一篇关于波在动脉中传播的论文。H．兰姆在1898年预言动脉中存在高频波，现已得到证实。英国生理学家S.黑尔斯测量了马的动脉血压，并寻求血压与失血的关系。他解释了心脏泵出的同歇流如何转化成血管中的连续流。他在血液流动中引进了外周阻力概念，并正确指出：产生这种阻力的主要部位在细血管处。J.－L.－M．泊肃叶确立了血液流动过程中压降，流量和阻力的关系。O.夫兰克解释了心脏的力学问题。E．H．斯塔林提出了透过膜的传质定律，并解释了人体中水的平衡问题。A．克罗格由于在微循环力学方面的贡献获得1920年诺贝尔奖金，A.V．希尔因肌肉力学的工作获得1922年诺贝尔奖金，他们的工作为60年代开始的生物力学的系统研究打下基础。

发展

在科学的发展过程中，生物学和力学相互促进和发展着。哈维在1615年根据流体力学中的连续性原理，按逻辑推断了血液循环的存在，并由马尔皮基于1661年发现蛙肺微血管而得到证实；材料力学中著名的扬氏模量是扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的；流体力学中描述直圆管层流运动的泊松定理，其实验基础是狗主动脉血压的测量；黑尔斯测量了马的动脉血压，为寻求血压和失血的关系，在血液流动中引进了外周阻力的概念，同时指出该阻力主要来自组织中的微血管；弗兰克提出了心脏的流体力学理论；施塔林提出了物质透过膜的传输定律；克罗格由于对微循环力学的贡献，希尔由于肌肉力学的贡献而先后(1920，1922)获诺贝尔生理学或医学奖。到了20世纪60年代，生物力学成为一门完整、独立的学科。