生物力學領域的發展展望

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摘 要： 生物力學是探究生物體形變和活動的科學，將生命科學與物理力學理論進行恰當的整合，進而探索生物體的活動規律，并借此來解決生命健康方面的問題。生物力學的最新研究方向是力學生物學和生物力學的醫療運用。本文主要闡述了國內心腦血管力學生物學、分子生物力學、骨關節與軟組織等相關生物力學研究領域等的現狀。

關鍵詞： 生物力學；發展；展望

【中圖分類號】 G804.6 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0027-01

引言

上個世紀80年代初，在馮元楨先生的引導和鼓舞下，設立了生物力學這門學科。該學科研究范圍主要包含：生物流體力學、心血管力學生物學、骨關節及軟組織生物力學等等。我國科學家在生物力學研究領域開展了多方面的研究，取得了一些列的成就，這些研究成果為我國生物力學研究領域的長足發展做出了重要的貢獻。

1.心腦血管力學生物學

心腦血管病是威脅人類身體健康最主要的疾病之一，而機體的生命活動過程與力學因素密不可分。研究心腦血管的發病機理，進而有效降低心腦血管疾病的發病幾率是我國重要的研究方向之一。心腦血管病領域的相關研究表明：流體切應力可幫助人體的心血管細胞調節其成分，其中血管肥厚、血栓形成、動脈粥樣硬化等疾病都與后參與血管重建的過程有關。這些研究為影響人類健康的心血管疾病的診斷、治療和預警提供了有效的解決方案[1]。

2.分子生物力學

分子生物力學研究方向大多為生物大分子間的特異反應，包含配體和受體等分子間的絡合與解離的動力學，蛋白質組建的動力學等等。分子生物力學在配體和受體間的互相反應記憶外界力量的控制、蛋白質構建等方面的研究，不但對炎癥的發生、癌細胞的遷移、血管拴塞的形成等發病過程，分子轉調規則、同異源蛋白構建與復合物反應動力學等有著關鍵的研究價值，而且在藥物研發和評估等工作中都有著非常高的使用價值。

當今，分子生物力學已經發展到了基因的層次，其涉及到的內容包括外界力場作用下的信號感受、細胞粘附和遷移、細胞骨架、傳遞和響應以及基因表達的相關變化規律等等。單分子力學的性質與微觀結構之間的關系為合成新型大分子物質提供了新思路；生物大分子間特異性相互作用的定量測定為研究藥物提供了平臺；分子生物力學研究領域的長足發展，給人類健康狀況的保持保駕護航[2]。

3.骨關節與軟組織生物力學

骨科生物力學可以解決很多棘手的問題。例如：一些科學家嘗試將骨力學應用于矯形學中[3]和將人工關節置換術用于減輕退化性關節炎患者的痛苦以及將生物力學用于改進醫用器械設施等領域[4] 。樊瑜波等人曾研究了力學負載對動物骨骼整體結構的影響，結果發現鈦合金鋼板在植入到受體體內后，其負載在一定時間內有助于骨骼修復以及骨骼質量提高；戴尅戎等人又利用電子計算機的斷層掃描技術構建3D模型，并研究了我國正常成年人的下肢力學構造，結果表明我國正常人的股骨普遍有著5～6度的生理性外翻。由此可見，現階段的生物力學研究已經深入到骨骼、肌肉、關節力學的宏觀和微觀領域，早已成為骨科臨床必有的基礎性研究課題之一。

4.生物力學的其它研究領域

生物力學對生命科學、醫學科學和生物學工程新興產業方面的作用極大，在醫學基礎和臨床方面也有影響。還可以通過生物力學手段研究人類是如何演變的，從猿到人的演變，骨骼的形態變化是重要的特佂，即為骨骼形態各種姿勢的變化，這是一個力學過程。

最近幾年，我國很多科研人員在生物力學的其他領域也取得了許多具有影響力的成就。例如-馮西橋團隊，他們研究的蠶繭多緯度力學與仿生學表明了蠶繭是一種保護結構，其利用自身的力學特性能、微觀框架與相互作用間的適應性來改進特性，這些特性對吸收能量的仿生結構設計有著非常重要的參考價值，并在此基礎上研發出了納米材料的新合成方法[2]。

結束語

我國在生物力學這一門學科的研究上積累了豐富的經驗。將力學生物學、生物力學以及細胞分子力學應用于臨床，在儲備人才、制備理論體系和提供施展平臺上發揮著不可替代的作用。在基礎研究層面，眾多力學模型以及分子力學理論的提出和發展也推動了細胞分子力學的迅速發展；在應用研究層面，細胞分子力學擁有廣闊的發展空間，不論是正常細胞還是病理細胞都為疾病的診斷提供了新的思路。基礎和應用的有效結合將進一步的促進生物力學的飛速發展。現今，應該總結我國生物力學多年來的發展，從而加強學科交叉融合。此外，還應進一步提高相關研究人員的知識背景，培養新一代教師、研究生的創新能力。從上述內容來看，若保持現狀并持續進步，生物力學的發展將會擁有更明朗的前景。

參考文獻

[1] 姜宗來.生物力學：心血管力學生物學研究的新進展[J].醫用生物力學.2006（4）：251-253.

[2] 呂守芹、楊帆、龍勉.細胞-分子生物力學研究進展[J].醫用生物力學.2009（2）.

[3] 趙以甦.肌肉骨骼生物力學的現狀與展望[J].中華骨科雜志，2006（3）：215-216.

[4] 鄭誠功.骨科生物力學研究的發展和現狀[J].醫用生物力學，2007，22（4）：326-327.