生物力學(xué)概論

生物力學(xué)概論第1頁/共103頁馮元楨，《生物力學(xué)－活組織的力學(xué)特性》，湖南科技出版社，1986馮元楨，《生物力學(xué)-運動、流動、應(yīng)力和生長》，四川教育出版社，1993馮元楨，《生物力學(xué):血液循環(huán)》，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1986陳君楷，《心血管血流動力學(xué)》，四川教育出版社,1990陶祖萊，《生物力學(xué)導(dǎo)論》，天津翻譯科技出版社，2000教材：參考資料：第2頁/共103頁《JournalofBiomechanics》《JournalofBiomechanicalEngineering》《中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報》《生物醫(yī)學(xué)工程雜志》《醫(yī)用生物力學(xué)》《航空醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程》……學(xué)術(shù)期刊：第3頁/共103頁要求：扎實的力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識

理論力學(xué)，材料力學(xué)，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，流體力學(xué)等 高等數(shù)學(xué)，數(shù)值分析，線性代數(shù)等基本的解剖生理學(xué)知識

第4頁/共103頁第一章歷史與發(fā)展第5頁/共103頁什么是生物力學(xué)？生物力學(xué)是解釋生命及其活動的力學(xué)，是力學(xué)與醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等多種學(xué)科相互結(jié)合、相互滲透而形成的一門新興交叉學(xué)科。……，機械學(xué)，電子學(xué)，化學(xué)，材料學(xué)，……第6頁/共103頁伽利略?卡里勒（1564-1642）

曾是醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，用單擺度量人的心率威廉?哈維（1578-1658） 證明了血液流動的單向性，提出了血液循環(huán)的概念雷內(nèi)?笛卡兒（1596-1650） 發(fā)現(xiàn)因身體暴露而減輕體重，奠定了新陳代謝研究的基礎(chǔ)G.A.Borelli（1608-1679） 意大利數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和醫(yī)學(xué)家，第一個推導(dǎo)出天體以橢圓路徑運動的原因，其專著《論動物的運動》，闡明了肌肉的運動和身體的動力學(xué)問題，研究了鳥的飛行，魚的游動，和心臟和腸的運動第7頁/共103頁RobertBoyle（1627-1691） 研究了肺，闡述了水中的氣體與魚類呼吸的關(guān)系羅伯特?虎克（1635-1703） 虎克定律，細胞萊昂哈得?歐拉（1707-1783） 提出了脈搏波傳播方程JeanPoiseuille（1799-1869） 醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，創(chuàng)造了用水銀壓力計測量狗的主動脈血壓的方法，發(fā)現(xiàn)了粘性流的Poiseuille定律第8頁/共103頁S.Hales

測量了馬的動脈血壓和動脈血管的膨脹特性。提出了血液流動的外周阻力的概念。

O.Frank(1899年）提出了關(guān)于動脈系統(tǒng)功能的“風(fēng)箱”(Windkessel）模型 第9頁/共103頁E.H.Starling

通過毛細血管壁的水分的輸運，提出了著名的Starhng定律。 A.Krogh

建立了微循環(huán)的力學(xué)模型，并因此而獲諾貝爾獎。A.V.Hill

關(guān)于肌肉收縮規(guī)律的研究。通過蛙縫匠肌攣縮實驗，建立了骨胳肌的功能模型。這一創(chuàng)造性的工作使Hill榮獲諾貝爾獎。而且，一直到目前為止，Hill模型依然是肌肉力學(xué)的主要基礎(chǔ)。 第10頁/共103頁本世紀60年代：馮元楨、錢煦、B．M．Zweifach、S．S．Sobin、J．Lighthill、R．Skalak和毛昭憲等國內(nèi)（70年代）：康振黃（四川大學(xué)），陶祖萊（中科院），吳云鵬（重慶大學(xué)），王君?。ㄈA中工學(xué)院），楊桂通（太原理工），柳兆榮（復(fù)旦大學(xué)），席葆樹（清華大學(xué)），吳望一（北京大學(xué)）。。。。。。第11頁/共103頁馮元楨（Yuan-Cheng

B.Feng)

1941年畢業(yè)于中央大學(xué)航空工程系，1943年獲該校碩士學(xué)位。1948年獲美國加州理工學(xué)院博士學(xué)位。1959年任美國加州理工學(xué)院教授。1966年至今任美國圣迭戈加州大學(xué)教授。美國國家工程院院士(1979)，美國國家醫(yī)學(xué)研究院院士(1991)，美國國家科學(xué)院院士(1992)，臺灣“中央研究院”院士(1966)。曾獲國際微循環(huán)學(xué)會最高獎Landis獎、國際生物流變學(xué)會最高獎Poiseuille獎、美國機械工程師學(xué)會“百年大獎”(1981)、美國國家工程院“創(chuàng)始人獎”（1998）等。1966年以前,主要從事航空工程和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方面的研究并取得卓著成果，其第一部專著《空氣彈性力學(xué)》已成為氣動－彈性力學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典著作。1966年以后致力于生物力學(xué)的開拓，是舉世公認的生物力學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。第12頁/共103頁分類I：

生物固體力學(xué) 骨，口腔，軟組織等生物流體力學(xué)

血液，組織液等運動生物力學(xué)

多剛體，體育，步態(tài)等第13頁/共103頁分類II：

心血管血流動力學(xué)骨及軟組織生物力學(xué)口腔生物力學(xué)細胞力學(xué)康復(fù)工程中的生物力學(xué)

……第14頁/共103頁

一、以人(高等哺乳動物)的生命運動為核心的生物力學(xué)背景和目標：醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、體育、人一機工效等。

二、綠色植物生物力學(xué)背景和目標：農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)工程，生存環(huán)境工程等

三、生物技術(shù)和生物化學(xué)工程中的流體力學(xué)問題背景和目標：從實驗室(生物技術(shù))到產(chǎn)業(yè)(生物化學(xué)工程)的模化、放大，生物反應(yīng)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，空間制藥等等四、動物的運動背景和目標：仿生工程技術(shù)，生物學(xué)中一些理論問題的定量分析等等。第15頁/共103頁活組織的力學(xué)性質(zhì)——生物流變學(xué)骨和軟骨；軟組織(韌帶、腰、皮膚、血管等等)；肌肉力學(xué)(骨胳肌、心肌、平滑肌)；血液流變學(xué)(全血、血漿、血細胞、凝血血栓形成等）血液微流變學(xué)；臨床血液流變學(xué)；體液的粘彈性(關(guān)節(jié)滑液、粘液等等)；人工代用材料。第16頁/共103頁器官力學(xué)器官、組織的功能、應(yīng)力和生長骨重建；零應(yīng)力狀態(tài)和殘余應(yīng)力；肺力學(xué)；心臟力學(xué)；人工心瓣；左心輔助泵；顱腦一脊柱力學(xué)運動關(guān)節(jié)力學(xué)；人工關(guān)節(jié)；假肢；感覺器官力學(xué)；耳蝸力學(xué)。第17頁/共103頁循環(huán)動力學(xué)大血管流體力學(xué)；微循環(huán)力學(xué)；毛細血管一組織間質(zhì)的物質(zhì)輸運淋巴流動組織間質(zhì)液的流動；左心室一動脈血液相互作用；肺血流，冠脈血流動力學(xué)；腎臟內(nèi)部的血循環(huán)；肝血流；腦血流。第18頁/共103頁呼吸力學(xué)上呼吸道流體力學(xué)；氣管樹內(nèi)氣流的阻力及其分布末梢支氣管內(nèi)的對流一擴散；氣血交換；高頻、低潮氣量呼吸術(shù)。第19頁/共103頁運動生物力學(xué)體育運動生物力學(xué)人—機一環(huán)境系統(tǒng)生物力學(xué)職業(yè)生物力學(xué)人一機工效學(xué)細胞力學(xué)細胞膜的力學(xué)性質(zhì)原生質(zhì)流動應(yīng)力對細胞形態(tài)、生長、功能的影響創(chuàng)傷力學(xué)器官的組織沖擊損傷的機理和耐限軟組織的創(chuàng)傷和愈合骨折及其愈合第20頁/共103頁·生物反應(yīng)器內(nèi)的流動、傳質(zhì)和傳熱；

·應(yīng)力對細胞、微生物生長和功能的影響；

·生物制品分離過程中的流體力學(xué)問題；

·流動應(yīng)力對生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的影響。第21頁/共103頁第二章生物力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)第22頁/共103頁第23頁/共103頁第24頁/共103頁靜力學(xué)問題例：右圖的牽引裝置是用來施加一軸向力給折斷的股骨

(femur)。

若要維持小腿平衡狀態(tài)，懸吊重量w應(yīng)為多少？試計算在上述條件下施加給大腿的平均張力是多少？

第25頁/共103頁解：假設(shè)滑輪無摩擦，則纜線在各處的張力T為相同。根據(jù)力平衡公式：

F1+F2+F3+Ffemur-mgj=0

F1=-F1i=-Ti

F2=(-F2cos30o)i+(F2sin30o)j=T(-0.866i+0.5j)

F3=(F3cos40o)i+(F3sin40o)j=T(0.766i+0.643j)

Ffemur=(Ffemurcos20o)i-(Ffemursin20o)j

=Ffemur(0.940i-0.342j)

一般人之小腿與足部之重量為體重之0.061。設(shè)病患之體重70kg，則

m=0.061×70=4.27kg=>mg=41.85N

∴

0=(-1.1T+0.94Ffemur)i+(1.143T-0.342Ffemur-41.85)j

∴

-1.1T+0.94Ffemur=0

=>

Ffemur=1.17Tand

1.143T-0.342Ffemur=41.85

=>

0.743T=41.85=>

T=56.32N

∴

w=5.75kg;

Ffemur=65.9N第26頁/共103頁

例：某人重75kg，手握重5kg的球，而手肘呈90°。二頭肌(bicep)須出力多少以維持前臂平衡？前臂施加多少力于肱骨(humerus)？第27頁/共103頁解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的0.022，故m=0.022*75=1.65kg,臂重心位于rOP=0.31m處。對于肘之支點O，其力矩之和

ΣM=-rOE×(-FA)+rOB×(-5*9.8j)+rOP×(-1.65*9.8j)=0

=>

0.05FA

k-18.62k-5.01k=0

∴手肘的垂直力為FA=472.6N

而根據(jù)力平衡式，

ΣF=FCi-FAj+FB(-cos75oi+sin75oj)-49j-16.17j=0

=>FC-0.259FB=0and-537.77+0.966FB=0

∴二頭肌施力為FB=556.7N

∴手肘的水平力為FC=144.1N

故前臂的施力為F=FCi-FAj=144.1i-472.6j(N)第28頁/共103頁牛頓流體，非牛頓流體問題：？對于兩無窮大平行平板間的流動問題，如果是圖（c）和（d）的非牛頓流體，將如何求解。第29頁/共103頁線性粘彈性體第30頁/共103頁第31頁/共103頁第32頁/共103頁2．4．2不同層次和不同系統(tǒng)中的生理流動問題人體重量約有60％是液體，其中36％的體液存在于細胞之中，45％為血液。另外11.5％則分布于組織細胞間質(zhì)之中。第33頁/共103頁

細胞和亞細胞層次。包括：一、原生質(zhì)流動。它和細胞內(nèi)部的各種生化過程有密切的關(guān)系。對此目前的研究還僅限于某些植物(如藻類)細胞。二、細胞膜的流動性和力學(xué)行為。這和膜的超微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，故膜的力學(xué)性質(zhì)的研究有可能使我們對細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能獲得更深人的了解。目前的研究以血紅細胞為主。三、通過細腦膜的輸運過程。這是膜生物學(xué)的一個重要課題。流體力學(xué)方法和生物物理、生物化學(xué)機制的研究相結(jié)合，有助于人們掌捏膜輸運過程的定量規(guī)律。四、應(yīng)力對細胞生長、形態(tài)、功能和超微結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)前的熱點是血流動力(壓力、剪應(yīng)力等)對血管內(nèi)皮細胞的影響，以及血細胞和內(nèi)皮細胞的相互作用。第34頁/共103頁

組織層次。主要涉及四種流動：一、穿過毛細血管壁的流體運動。這是血液微循環(huán)系統(tǒng)和周圍組織之間物質(zhì)輸運的主要形式。這里又有三類問題：(a)通過毛細究以starh“8定律為基礎(chǔ)，關(guān)鍵是滲濾系數(shù)的實驗測定；(c)大分子的輸運。二、組織間質(zhì)內(nèi)的流體運動。這實際上是指毛細血管外組織細胞間隙空間的流動，可以看作是某種多孔介質(zhì)內(nèi)的滲充。關(guān)鍵是間質(zhì)空間壓力的測定，以及間質(zhì)7L隙度和滲流系數(shù)的確定。三、淋巴流動。最新的實驗結(jié)果表明．淋巴流動起著確保組織間質(zhì)不會因過多液體(來自毛細血管的跨壁流動)而水腫的作用。毛細淋巴管具有盲端，而作為輸運導(dǎo)管的淋巴管具有導(dǎo)向閥門。淋巴流動的動力來自淋巴管的能動收縮和有關(guān)組織、器官的運動。四、組織分泌液的流動。肝膽管內(nèi)膽汁分泌、胃壁里胃液的分泌、腎臟內(nèi)腎小管的流動、腺體內(nèi)分泌流動等。第35頁/共103頁

循環(huán)系統(tǒng)。主要包括五個部分：一、心臟血液動力學(xué)(包括心瓣和人工心瓣的流體動力學(xué)問題)。二、大血管流體動力學(xué)。主要課題是：脈搏波，分枝彎曲管道內(nèi)流體的運動，以及由于血管壁失穩(wěn)而引起的流－固耦合作用等。脈搏波的研究以心血管疾病的早期、無創(chuàng)診斷技術(shù)和方法的發(fā)展和發(fā)明為目標；分枝、彎曲管道里的流動問題，則和動脈粥樣硬化的發(fā)生機理有密切關(guān)系；而第三個問題，則為一些異常的生理現(xiàn)象提供解釋。三、以微循環(huán)為核心的器官血流動力學(xué)。這是生物流體力學(xué)領(lǐng)域里最富有成果的一個子領(lǐng)域。馮元幀關(guān)于肺血循環(huán)規(guī)律的研究，是一個成功的范例。四、微循環(huán)流體動力學(xué)。包括小血管(管徑小于1mm)流動的異?，F(xiàn)象，肌性血管內(nèi)的蠕動流，毛細血管內(nèi)血液的流動，通過毛紉血管壁的物質(zhì)輔運，局部血流的自動調(diào)節(jié)等等。五、心血管系統(tǒng)動力學(xué)。其目的是從系統(tǒng)生理學(xué)的角度，對整個心血管系統(tǒng)，或者某個子系統(tǒng)(比如說肺循環(huán)系統(tǒng))在不同條件(如失重、超重、深潛、藥物作用、病態(tài)等等)下的功能．作出定量的評估。第36頁/共103頁

呼吸系統(tǒng)內(nèi)的氣體運動。主要是：一、呼吸道內(nèi)的空氣流動（鼾癥的研究）。二、小支氣管里氣體的對流和擴散。三、肺泡和毛細支氣管在氣一血界面上的物質(zhì)交換。四、呼吸系統(tǒng)動力學(xué)。這和心血管系統(tǒng)動力學(xué)相仿。

泌尿系統(tǒng)內(nèi)的流動。主題是：一、毛細血管一腎小球、腎小管之間的流體運動二、輸尿管內(nèi)的蠕動流。

消化系統(tǒng)內(nèi)的流動。這方面的了解更少。在膽汁流動和腸道流動方面人們作了一些初步的研究。

體液的平衡。這是在整體的水平上算體液運動的總賬。目前用的還是“黑箱”方法。如何與流體力學(xué)的方法相結(jié)合、使“黑箱”灰化，是一個待研究的課題。第37頁/共103頁在正常生理范圍內(nèi)：生理流動大部為層流。心臟射血時，主動脈瓣口的峰值雷諾數(shù)高達5000—l20000(平均雷諾數(shù)約為3600一5800)，然而，除了在射血峰期可以觀測到一些“湍流斑”外，沒有觀測到持續(xù)的測量。在病理條件下：在呼吸道和主動脈里都可以觀測到湍流。人工心瓣后的流動就是湍流。臨床研究表明，主動脈瓣或主動脈血管在某一部位變窄后，其下游血管會擴張(Poststenoticdilatation，簡稱P．S．D)，這時，下游血管里的壓力比上游低，這顯然不合常理(因為按照伯努利定理，管道截面積擴大后，流速降低，壓力應(yīng)該升高)，被稱為P．S．D佯謬。實驗揭示了這個佯謬的本質(zhì)在于狹窄部下游流動局部湍流、阻力劇增．這將導(dǎo)致惡性循環(huán)。第38頁/共103頁2．4．6生物流體力學(xué)的相似性問題從流體力學(xué)觀點來看，流動相似性要求滿足：①流場邊界幾何相似；②流體運動動力相似；⑧邊界運動學(xué)相似；④邊界運動動力相似。第39頁/共103頁動物實驗的相似性：以左心室主動脈瓣出口處的流動為例

鼠人象Re：2×1025×1031.2×104St：9×10-34×10-28×10-2第40頁/共103頁

該相似性原則意味著高等哺乳動物的主動脈系統(tǒng)，在相應(yīng)的分枝部位上血液灌注的宏觀狀態(tài)相似，這是符合生物學(xué)的普遍規(guī)律:功能適應(yīng)性原理的。第41頁/共103頁第三章活組織的力學(xué)性質(zhì)第42頁/共103頁生物組織:硬組織(骨、牙等)、軟組織、體液活性的復(fù)合材料：一、它們是有生命的。二、肌肉和含有肌細胞的活組織不僅能夠承載(被動地)，還能夠直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能而能動地作功；三、生物組織保持其構(gòu)造完整且生理功能正常的條件是相當(dāng)苛刻的。因而活組織力學(xué)實驗對環(huán)境條件的控制是相當(dāng)嚴格的。第43頁/共103頁第44頁/共103頁第45頁/共103頁

骨的力學(xué)性質(zhì)干骨鮮骨①干燥骨變脆。而鮮骨的最大應(yīng)變可達0.012；②骨的應(yīng)變很小，可用cauchy應(yīng)變描述；③在比例極限以下，密質(zhì)骨可以看作是胡克彈性體密質(zhì)骨第46頁/共103頁第47頁/共103頁在受壓縮時的強度極限和極限應(yīng)變都比拉伸時大；在受拉伸時的彈性模量高于壓縮彈性模量；骨的強度因物種、年齡、性別、骨的部位、載荷方向、應(yīng)變率而異。其中應(yīng)變率的影響尤為顯著，應(yīng)變率越高則極限強度越大；骨的力學(xué)性質(zhì)隨人種的變化不顯著。第48頁/共103頁軟組織的力學(xué)性質(zhì)軟組織是由各種具有特定功能的細胞、彈性纖維、膠原纖維、平滑肌和基質(zhì)等構(gòu)成的具有一定空間構(gòu)形的復(fù)合體。就其力學(xué)性能來說，起決定作用的是彈性纖維、膠原纖維和平滑肌。第49頁/共103頁粘彈性：蠕變(creep)：瞬間施加一力到物體，并觀察該物體長度的變化

應(yīng)力松弛(stressrelaxation)：瞬間將物體拉伸一長度，而后觀察其力的變化第50頁/共103頁Maxwell模式：第51頁/共103頁Voigt模式：第52頁/共103頁Kelvin模式：第53頁/共103頁第54頁/共103頁第55頁/共103頁應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系對應(yīng)變率的改變不敏感第56頁/共103頁第57頁/共103頁第58頁/共103頁

在生理范圍內(nèi)，各種軟組織都有應(yīng)力—應(yīng)變滯后環(huán)、應(yīng)力松弛和蠕變現(xiàn)象，因而都是粘彈性材料，而且是高度非線性的。軟組織的本構(gòu)方程：準線性粘彈性理論擬彈性假說：認為生物軟組織可看作在加強和卸裁時具有不同應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的兩種彈性體第59頁/共103頁血管的力學(xué)性質(zhì)血管壁可分為內(nèi)層、中層、外層。內(nèi)層由內(nèi)皮細胞、基質(zhì)膜和一層由纖細的膠原纖維、彈性纖維和平滑肌細胞等組成的松散的聚集物構(gòu)成。中層是肌性組織，可分成若干同心的彈性層殼。由一些膠原纖維和彈性纖維穿過層殼上的窗口，以三維形式將殼層緊緊連接在一起。平滑肌細胞總是和彈性纖維相連接，膠原纖維似乎是獨立的。外層是松散的結(jié)締組織。血管壁的力學(xué)性質(zhì)主要取決于中層，后者又取決于其中膠原纖維、彈性纖維和平滑肌的性質(zhì)、含量及空間構(gòu)型。第60頁/共103頁第61頁/共103頁第62頁/共103頁彈性動脈主動脈及由它始發(fā)的大動脈，包括髂動脈在內(nèi)，被認為是“彈性動脈”。這是因為這類血管的中層平滑肌成分很少，而彈性纖維含量最多，故管壁彈性較大第63頁/共103頁肌性動脈

除上述動脈外，大多數(shù)動脈屬肌性動脈。其中層也由少量結(jié)締組織隔開的多重環(huán)層組成。但環(huán)層中的彈性纖維含量大大低于彈性動脈，而平滑肌含量愈來愈多第64頁/共103頁小動脈

直徑一般小于300μm。中層只有一兩層平滑肌細胞，而彈性纖維含量減少到極低程度附，動脈就成了“小動脈”。毛細血管

直徑通常約10μ

m或更小，管壁僅有一層內(nèi)皮細胞。靜脈血管靜脈壁的結(jié)構(gòu)也分內(nèi)膜、中層和外層三層。內(nèi)膜和中層均很薄，外膜較厚，含有豐富的膠原纖維和細小的彈性纖維。中等粗細的靜脈中有靜脈瓣，作用是防止靜脈血倒流。第65頁/共103頁第66頁/共103頁第67頁/共103頁第68頁/共103頁軟骨

骨胳的連接面覆有一層軟骨

(cartilage)，其主要成分為膠原蛋白

(collagen)。單獨的膠原纖維具有高強度(50~100MPa)及彈性模量(~1GPa)。膠原蛋白為硬組織與軟組織的主要構(gòu)成材料。彈性蛋白

(elastin)的彈性模量約0.6MPa，賦予皮膚及結(jié)締

(connective)組織的彈性。軟骨為關(guān)節(jié)的承接表面，為多孔性，由于在受力時液體的進出，使軟骨具有特殊的力學(xué)性質(zhì)。關(guān)節(jié)

(articular)軟骨具高度粘彈性，受壓時其松弛時間約為1~5s，最大壓縮應(yīng)力約5MPa。軟骨具有各向異性

(anisotropic)，在周期性受力時有滯后現(xiàn)象

(hysteresis)。

第69頁/共103頁第70頁/共103頁第71頁/共103頁第72頁/共103頁韌帶

(ligament)將骨胳結(jié)合起來，腱帶

(tendon)則結(jié)合了肌肉與骨胳，兩者均為傳導(dǎo)張力，其組成主要為平行的膠原纖維束。腱帶的最大應(yīng)力為50~100MPa，具有非線性應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系。其中間范圍較接近線性，其彈性模數(shù)約為1GPa。兩者均具滯后現(xiàn)象、粘彈性蠕變、應(yīng)力松弛。在重復(fù)施力后，組織結(jié)構(gòu)改變，致使其力學(xué)性質(zhì)改變。韌帶，腱帶第73頁/共103頁第四章肌肉力學(xué)基礎(chǔ)第74頁/共103頁骨骼肌，心肌和平滑肌構(gòu)造要素相同收縮的生化機理也大致一樣結(jié)構(gòu)、功能以及力學(xué)性質(zhì)等有很大差異。第75頁/共103頁肌節(jié)的顯微照片肌節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖第76頁/共103頁肌肉是由肌動蛋白

(actin)與肌凝蛋白

(myosin)肌纖之間形成交聯(lián)鍵結(jié)

(crossbridgebond)而產(chǎn)生力量。分布肌肉模式：肌節(jié)

(sarcomere)系由粗細肌纖以交聯(lián)鍵結(jié)重疊而成，交聯(lián)鍵結(jié)之模式為多個Kelvin組件之并聯(lián)，而肌纖之模式則為質(zhì)塊

(mass)。交聯(lián)鍵結(jié)系在激發(fā)時形成，在松弛時斷裂。力量的產(chǎn)生，是因交聯(lián)鍵結(jié)的形成及其在肌纖間的拉伸。鍵結(jié)數(shù)的多寡取決于粗細肌纖之重疊程度，且由電及化學(xué)激發(fā)速率所控制。肌纖的小動作，系因鍵結(jié)的不同步形成、半肌節(jié)間鍵結(jié)數(shù)不相等、肌肉收縮等所造成的。由于必須考慮肌纖質(zhì)塊，這些動作的形式為具各種頻率的阻尼振動。在松弛時，鍵結(jié)中的應(yīng)力消失，鍵結(jié)亦隨之?dāng)嗔?。?7頁/共103頁第78頁/共103頁Hill方程：張力T，攣縮張力T0，縮短速度v第79頁/共103頁雙元素模型三元素模型第80頁/共103頁第五章血液流變學(xué)導(dǎo)論第81頁/