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生物力学基础
一、名词解释
1.力学基本概念
力：
力是物体间的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化或使物体的形状发生变化。
内力：
在外力作用下，引起构件内部相互作用的力。
力偶：
作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力称为力偶。
力矩：
位矢（L）和力（F）的叉乘（M）即力对点之矩，度量了力对物体的转动效应。
应力：
内力在截面上的聚集状态，以分布在单位面积上的内力来衡量，即为应力。
应变：
材料承受应力时所产生的单位长度变形量。
约束：
由周围物体构成的阻碍非自由运动的限制条件，称为该非自由体的约束。
约束反力：
约束对物体的作用力。
张力：
受到拉力作用时，物体内部任一截面两侧存在的相互牵引力。
周向张力：
取任意通过管轴的纵截面，截面管壁之间有垂直于截面的拉力，该拉力与管长度L之比为单位管长的作用力Tc，Tc方向与圆周方向切向一致，称为周向张力。
轴向张力：
取垂直于管轴的横截面，截面两侧有垂直于该截面的拉力，平行于管轴。
作用于单位周长上的该力则称为轴向张力。
正应力：
垂直于截面的应力分量称为正应力（或法向应力，用σ表示），表示零件内部相邻两截面间拉伸和压缩的作用。
切应力：
相切于截面的应力分量称为剪应力（或切应力，用τ表示），表示相错动的作用。
弹性模量：
在材料变形的弹性阶段，正应力σ与应变的线性关系满足胡克定律σ=Eε，其中E是弹性模量。
粘弹性：
兼有弹性固体和粘性流体的双重特性，具有应力松弛、蠕变和弹性滞后三个特点。
粘弹性体内部的任一点在任意时刻的应力状态，不仅取决于当时当地的应变，而且与应变的历史过程有关，是记忆的。
应力松弛：
当负荷作用于物体使之突然发生应变后，如应变保持一定时，其应力随时间逐渐减小的现象。
蠕动：
物体在定值应力τ0的作用下，其应变随时间增加的现象。
表观粘度：
是非牛顿流体的剪应力τ与剪切速率du/dy的比值，因其与牛顿流体的粘度类似，又不尽相同，故称为表观粘度。
μa=τ/（du/dy）
2.
血压：
指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，即压强。
由于血管分动脉、毛细血管和静脉，所以，也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压。
通常所说的血压是指动脉血压。
当血管扩张时，血压下降；血管收缩时，血压升高。
定常流：
流场中任一点的流动参数（压力，速度和密度等）不随时间变化的流动。
脉动流：
紊流（湍流）中一点处某物理量围绕其时间平均值随机变动的现象。
牛顿流体：
是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。
非牛顿流体：
是剪应力和剪切变形速率之间不满足线性关系的流体。
泊肃叶流动：
现在流体力学中常把粘性流体在圆管道中的流动称为泊肃叶流动。
心脏射血分数（其正常值）：
每搏输出量占心室舒张末期容积量的百分比。
一般50%以上属于正常范围，人体安静时的射血分数约为55%~65%。
射血分数与心肌的收缩能力有关，心肌收缩能力越强，则每搏输出量越多，射血分数也越大。
二、简答
1.骨折：
复合力、弯曲力、扭转力、压缩力、拉伸力
2.弹性蛋白纤维、胶原蛋白纤维和平滑肌的应力-应变曲线
弹性蛋白纤维的滞后环很小（这意味着什么？
）
胶原蛋白纤维的滞后环较弹性蛋白纤维大
平滑肌的滞后环最大
无论滞后环还是应力松驰均甚微，意味着弹性蛋白纤维接近于完全弹性体，拉伸弹性模量较小。
弹性蛋白纤维基本没有应力松弛
胶原蛋白纤维的应力松弛较弹性蛋白纤维显著
平滑肌的应力松弛非常显著，最终可趋于零
3.生物力学研究方法：
可参考的生物力学研究思路如下：
①确定研究对象的形态和解剖结构的几何特征。
②测定生物材料的力学性质，确定应力和应变关系的本构关系。
③根据力学原理，如质量守恒、动量守恒、能量守恒、Maxwell方程和材料的本构方程等，建立所研究器官或系统的数学模型，确定边界条件。
④用解析方法、近似方法或数值方法求解数学模型。
⑤设计和实施相应的生理学实验，得到相应的实验数据。
⑥对实验数据和从模型中得出的相应仿真结果进行分析比较，验证所建立力学-数学模型的有效性，根据情况对模型本身或模型的求解方法进行修正，直到问题得到圆满解答。
4.
密封的不可压缩的流体承载载荷时，内部将产生压力，其压力将均匀地作用在其支撑表面上。
5.动态静压力形成的条件：
1）密封的容器；
2）装有流动的不可压缩的介质；
3）外力作用试图压缩介质。
6.血管壁内弹性纤维和胶原纤维的含量对动脉的力学性质有何影响？
弹性纤维：
无论滞后环还是应力松驰均甚微，接近于完全弹性体，弹性模量变较低。
胶原纤维：
有明显的滞后环和应力松驰，很小的应变就会引起很高的应力。
当血管壁径向扩大增大时，刚性很快增加的原因：
在应变不大时，大部分胶原纤维是松弛和卷曲的，所有应力由弹性纤维承受；当血管径向扩大使应变增大时，胶原纤维被拉直，它承受的应力增大。
由于胶原纤维比弹性纤维弹性模量大的多，因此，血管壁刚性增强，以防止血管极度的膨胀。
7.红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因?
在静止状况下，红细胞在血浆中聚集形成红细胞缗钱状聚集体，随切变率的升高，这种立体结构逐渐破坏；随着切变率的进一步升高，红细胞缗钱状聚集体逐渐解聚，血液的表观粘度随之降低；当切变率达到一定值时，红细胞缗钱状聚集体几乎分解成单个红细胞。
因此红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因.
8.红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性的主要原因?
在血液流动中，红细胞会在流体动力的作用下变形。
在应力很小时，红细胞会被拉长；当应力进一步增大，红细胞就有明显变形，并随流线方向排列，致使血流阻力降低，全血粘度下降；当切变率增大到一定值时，红细胞变形和取向达到极限，不再随切变率变化，血液表观粘度趋于常数。
9.影响动脉血压的因素？
①心输出量：
其大小直接影响动脉血压，心输出量多，血压升高，输出量少，血压下降。
输出量的多少决定于每搏输出量和每分钟的心搏频率，如每搏输出量不变而心搏频率增加，则动脉血压明显上升，一般对舒张压影响较大，心输出量增加使舒张期缩短，舒张压也上升，脉搏压减小。
如心搏率不变只是每搏输出量加多，则收缩压明显升高，舒张压稍有增加，因而脉搏压加大，收缩压主要反映每搏输出量的多少。
②血管外周阻力：
其改变对收缩压和舒张压都有影响，但对舒张压的影响更为明显。
外周阻力减小使舒张压降低，脉搏压加大。
外周阻力加大，动脉血压流速减慢，舒张期末动脉存血加多，使舒张压升高，脉搏压减小。
可见舒张压的高低可以反映外周阻力的大小。
高血压病患者由于动脉硬化会使外周血管阻力过高，从而导致动脉血压特别是舒张压的显著升高。
③大动脉管壁的弹性：
有缓冲动脉血压升高的作用，可以降低脉搏压，在健康成年人正常动脉血压的保持中起一定作用。
老年人很多血管弹性纤维和平滑肌逐渐被胶原纤维所取代，血管壁的弹性大减，缓冲血压升高的作用相应减弱从而导致血压上升。
10.动脉顺应性的定义是什么？
它与动脉的可扩张能力有什么关系？
度量动脉可扩张能力的指标，它表示动脉内压力改变一个单位，对应的动脉管腔容积的变化量。
动脉的顺应性C值越大，说明同一压力变化所引起的动脉管腔容积的变化量也越大，即动脉的可扩张能力越大。
三、计算
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