生物力学的研究领域有哪些

⑴ 生物力学在生物医学工程中有哪些应用

生物医学工程学的研究主要涉及生物力学、生物材料学、人工器官、生物系统的建模等，生物力学主要参与控制、生物效应、生物系统的质量和能量传递、生物医学信号的检测与传感器原理等。

——威斯腾生物 网络知道

⑵ 什么是生物物理,它的主要研究领域有哪些

关于生物物理学的定义，有许多不同的看法。现列举文献中或网络上出现的四种定义。

定义一： 生物物理学是由物理学与生物学相互结合而形成的一门交叉学科。它应用物理学的基本理论、方法与技术研究生命物质的物理性质，生命活动的物理与物理化学规律，以及物理因素对机体的作用。

定义二： 生物物理学是生物学和物理学之间的边缘学科，它用物理学的概念和方法研究生物各层次的结构与功能的关系，以及生命活动的物理过程和物理化学过程．

定义三：生物物理学是物理学与生物学相结合的一门边缘学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。

定义四：生物物理学是运用物理学的理论、技术和方法，研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律，以及物理因素对生物系统作用机制的科学。

上面的四个定义表述方法虽各有不同，但都认为生物物理学是一门生物学和物理学相互作用的学科，也都是从生物物理学的研究对象上来阐述其定义的。

生物物理学研究的内容十分广泛，涉及的问题则几乎包括生物学的所有基本问题。由于生物物理学是一门正在成长着的边缘学科，其具体内容和发展方向也在不断变化和完善，它和一些关系特别密切的学科（生化、生理等）的界限也不是很明确。现阶段，生物物理的研究领域主要有以下几个方面：

3.1.1分子生物物理。分子生物物理是本学科中最基本、最重要的一个分支。它运用物理学的基本理论与技术研究生物大分子、小分子及分子聚集体的结构、动力学，相互作用和其生物学性质在功能过程中的变化，目的在于从分子水平阐述生命的基本过程，进而通过修饰、重建和改造生物分子，为实践服务。

生物大分子及其复合物的空间结构与功能的关系是分子生物物理的核心问题。自从50年代X射线衍射晶体分析法应用于核酸与蛋白质获得成功，奠定了分子生物学发展的基础，至今已有40余年历史。在这段时期中，有关结构的研究大体上经历了3个主要阶段：①晶体结构的研究；②溶液中生物分子构象的研究；③分子动力学的研究。分子构象随时间变化的动力学，分子问的特异相互作用，生物水的确切作用等是分子生物物理今后的重要课题。

3.1.2膜与细胞生物物理。膜及细胞生物物理是仅次于分子生物物理的一个重要部分。要研究膜的结构与功能，细胞各种活动的分子机制；膜的动态认识，膜中脂类的作用，通道的结构及其启闭过程，受体结构及其与配体的特异作用，信息传递机制，电子传递链的组分结构及其运动与能量转换机制都是膜生物物理的重要课题。细胞生物物理目前研究的深度还不够，随着分子与膜生物物理的进展，细胞各种活动的分子机制也必将逐步阐明。

3.1.3感官与神经生物物理。生命进化的漫长历程中出现了能对内、外环境作出反应的神经系统。神经系统连同有关的感觉器官在高等动物特别是在人体内已发展到了高度复杂的程度，其结构上的标志是出现了大脑皮层，功能上大脑是最有效的信息处理、存贮和决策机构。因此感官和脑的问题已经成为神经生物学注意的中心。研究的主要问题有：①离子通道；②感受器生物物理；③神经递质及其受体；④神经通路和神经回路研究；⑤行为神经科学。这是生物物理最早发展，但仍很活跃的一个领域，特别应该指出的是目前“神经生物物理”受到极大重视，因为这是揭开人类认识、学习、记忆以至创造性活动的基础。

3.1.4生物控制论与生物信息论。主要用控制论的理论与方法研究生物系统中信息的加工、处理，从而实现调节控制机制。它从综合的、整体的角度出发，研究不同水平的生物系统各部分之间的相互作用，或整个系统与环境之间的相互作用，神经控制论和生物控制系统的分析和模拟是其两个重点。

3.1.5理论生物物理。是运用数学和理论物理学研究生命现象的一个领域，既包括量子生物学和分子动力学等微观研究，也包括对进化、遗传、生命起源、脑功能活动及生物系统复杂性等宏观研究。目前已从药物、毒物等简单分子逐步向复杂体系过渡，试图从电子水平说明生命现象的本质，涉及各种生命活动的基础。但在方法上还必须不断发展以适应需要。

3.1.6光生物物理。光生物物理是研究光生物学中的光物理与原初光化学过程，即研究光的原初过程的学科。主要研究问题有：①光合作用；②视觉；③嗜盐菌的光能转换；④植物光形态建成：⑤光动力学作用；③生物发光与化学发光。

3.1.7自由基与环境辐射生物物理。研究各种波长电磁波（包括电离辐射）对机体和生物分子的作用机制及其产生效应的利用与防护基础研究。主要内容有：①自由基；②电离辐射的生物物理研究；③生物磁学与生物电磁学。

3.1.8生物力学与生物流变学。它的兴起是由于人们对认识生命运动规律、保护人类健康、生物医学工程和生物化学工程的需要。主要内容有：①生物流体力学；②生物固体力学；③其它生物力学问题；④生物流变学。其中血液流变学占主导地位，这是因为它与临床密切结合，所以发展特别迅速。

3.1.9生物物理技术。生物物理技术在生物物理中占有特殊的地位，以致成为该学科中不可缺少的一个重要组成部分。这是因为每一项重要技术的出现常常使生物物理的研究进到一个新的水平，推动学科迅速发展。X射线衍射分析、核磁共振技术及常规波谱分析都是很典型的例子。生物物理技术和仪器的另一重要任务就是根据研究课题的需要设计新的仪器。如为了研究细胞膜上的脂和蛋白分子的侧向扩散运动而设计的荧光漂白恢复技术(FPR)等。

3.2生物物理学研究的现状

（1）分子生物物理学是整个生物物理学的基础，也是当前研究的重点，占主导地位（占1/3）

（2）膜与细胞生物物理学是把分子生物物理学原理应用到生物活体系的第一个目标，即用分子的语言描述膜与细胞的结构与功能（占1/3）

（3）开展动态的、活体的检测与研究，发展相关检测技术。

（4）对更高的复杂层次的研究，如对视觉、脑和神经活动的研究。

生命科学各个领域的研究中，几乎都需要生物物理学的参与；与此同时，生物物理学自身也在不断发展，充实新内容，开拓新领域。

⑶ 运动生物力学的分类

运动生物力学从研究的形式上，可分为理论研究方法和实验研究方法两大类，实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上，可分为物理学研究方法、生物学研究方法和系统研究方法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析方法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究方法为主，生物学的研究方法为辅，综合运用多种实验手段。 美国的理乍得·C.尼尔森把运动生物力学的研究方法大致概括为如下五种：（1）研究特定的运动项目或其中的某一环节的生物力学，这种主要对于运动员、尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。（2）研究多个运动项目中共同包含的运动动作（如着地、起跑等动作）的生物力学。最大好处是建立一种一般性的理论，这个理论是建立在经典力学定律之上，或是建立在共同的神经控制模式之上。（3）被称为运动生物力学的评定方法，如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。（4）指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。（5）讨论在运动中人体器官的生物力学。 中国的周里将研究的方法分为高速摄影（二维与三维）、录像、测力、肌电、肌力测试系统、同步测试、理论分析和CT、核磁共振其他方法。

⑷ 生物医学工程的研究方向有哪些

生物医学工程专业研究方向有：
(01)生物力学与康复工程学研究
(02)生物体参数检测研究
(03)生物医学信号处理研究
(04)医学图像处理与分析研究
(05)医学图像处理与信号分析研究
(06)医学信号处理，神经电刺激研究
生物医学工程是一级学科，部分院校也作为二级学科硕士点招生，本学科是工程技术向医学和生命科学渗透的结晶，它涉及到数学、物理、化学、生物等基础学科和电子信息技术、计算机技术、激光、微波和超声波，以及机械和化工等应用工程学科。
它的主要研究领域有：医学成像理论与技术；生物医学信号检测与处理技术；医卫领域信息化工程;微波、毫米波、激光和超声等物理场的生物医学应用和生物医学仪器等。它的发展与人类的健康直接相关，是一个典型的交叉科学技术领域。
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⑸ 运动生物力学在竞技体育中的任务和作用

运动生物力学是一门新兴的边缘性学科，其发展历史并不长。运动生物力学作为学科的统一名称是1973年8月在美国召开的第四届国际生物力学会议上决定采用的。该学科涉及力学、解剖学、生理学、体育学、工程学等多个学科，理论体系还不完善、实验方法也不成熟，该学科目前还只是处于一个框架需要完善、内涵需要丰富、外延需要扩展的发展时期。
力学是较早发展起来的学科之一，研究领域从尺度上来讲范围很广，大到宏观上的天体，小到微观粒子都是力学的研究范畴；生物力学是力学与生物学交叉、渗透、融合而形成的一门边缘性学科，研究内容涉及生物体与力学有关的所有问题；运动生物力学是生物力学的一个分支，主要研究人体运动的规律性。尽管运动生物力学作为一门学科的形成时间并不长，但是人类注意、观察、分析、研究运动的历史却非常悠久。早在15世纪末意大利着名画家列奥纳多·达·芬奇(Leonardo Da Vinci》就提出了人体的运动必须服从于力学定律的观点。他认为：力学之所以比其他学科更为重要和实用，那是因为所有一切能够运动的生物体都遵循力学的定律而运动。但事实并非如此简单。随着人们对人类活动特别是竞技体育运动的广泛关注和深人研究，人们逐渐发现人体在运动过程中存在着一些与力学定律看起来不太相符的现象。譬如，人在跳远时为什么不能采用45°的腾起角?在跑步时后蹬腿的膝关节为什么不应伸直?这些现象看起来与力学定律相悖，是不是力学定律出现了盲区、错误?答案是否定的。原因是人体运动不仅要遵守力学定律，还要受生物特点的制约，对人体运动这种有意识参与的复杂、高级的运动形式，不能仅从一般力学出发来考虑，还应考虑人体的生理特点。因此，要想探索人体运动的真正规律并非易事，需要付出艰巨的努力。
运动生物力学是一门实践性很强的学科，它的研究领域非常广泛，既有对人体自身器官，如对人体骨骼、肌肉生物力学特性的研究，也有对人体整体运动，如对各种项目动作技术的诊断；既有对人体模型的力学分析，又有对人体运动的实验测试。近些年来，随着现代科学技术的日新月异，尤其是电子学、机械学、材料学、光学、激光技术、传感器技术、计算机技术等相关学科的飞速发展以及社会需求的不断增长，运动生物力学的研究领域也在不断拓展，如对人与体育仪器器材关系的研究正朝着又一个新兴的边缘学科——体育工程学发展。人们不仅关注竞技体育，也开始重视全民健身，这为运动生物力学的发展提供了一个良好的机缘。在本书中，作者力求瞄准学科前沿、把握学术动态，注重实践性、系统性，从应用的角度审视现代运动生物力学的理论与方法。

⑹ 人体力学的主要研究领域

竞技体育领域
（一）研究动作结构与运动功能间的关系
结构决定功能是力学的基本观点。在人体运动中，研究人体整体与局部的动作结构、肌肉配布及活动形式、各个器官系统间的协调与发展，是研究运动功能的生物力学基础，也是运动生物力学理论与实践研究的基本任务。
（二）研究人体运动技术的力学规律
研究人体运动技术动作的生物力学结构和功能，研究体育教学中人体各项动作技术的生物力学原理，揭示动作结构的力学合理性和运动技术的力学规律性，更好地指导体育教学与运动训练。
（三）研究运动技术的最佳化
通过对运动员运动技术动作的生物力学诊断，提出合理的、符合生物力学原理的技术动作结构，建立最佳的技术动作方案，并寻求改进技术动作的训练方案，以提高运动训练的科学化水平。
（四）研究、设计和改进运动器械
体育运动中，无论人体运动还是器械运动，都是人体与外界或运动器械相互作用的结果。因此，研究、设计和改进运动器械，使之符合生物力学原理，可为运动成绩的不断提高创造条件。此外，健身器械和体育用品的研制为运动生物力学的应用研究提供了丰富的研究课题。
（五）研究运动损伤的原因和预防措施
通过对人体运动系统的生物力学研究和对运动技术的生物力学分析，一方面可以揭示运动系统的形态结构和运动功能的统一临床治疗与康复人体功效性和相互制约性，从而建立合理的运动技术以防止运动系统发生损伤。另一方面可以揭示不同运动动作对人体局部载荷的影响，找出运动系统发生损伤的力学原因和生物学原因，从而采取合理的技术动作和预防措施，以避免运动损伤或选择合理的生物力学康复手段。
（六）为运动员选材提供生物力学参数
研究各项运动技术的生物力学特征，构建完成动作所必须满足的人体形态和功能素质的要求。以人体环节惯性参数对运动功能的影响为例，跳跃运动员要求下肢相对较长，然而，在下肢长度相等的情况下，则应考虑其大、小腿长度之比，显然，大腿较短、小腿较长更适合运动。
临床与康复领域
（一）人体力学在临床治疗中的应用
肌骨系统是维持人体宏观结构的重要器官，肌骨系统生物力学即研究肌骨系统在生理病理条件下运动产生的力、力矩以及相应的变形之间的关系。人体力学研究可以更加清楚地了解人体肌骨系统的生理载荷模式，帮助我们分析非正常运动模式和病理状态下的力学异常，从而指导治疗方案制定和肌骨骨科植入器械的设计。
心血管领域，各类心血管疾病的预防与治疗成为全球关注的热点问题。常见的心血管疾病如：动脉粥样硬化、动脉瘤、急性血栓等均与人体血液循环系统内的流体力学现象有着密切的关系。生物力学，特别是借助现代计算机仿真技术和体外细胞力学加载技术开展的研究为心血管疾病的发病机理研究、个性化治疗方案制定和具有血流动力学优化特性的血管植/介入物设计提供了理论依据和技术手段。
（二）人体力学在康复工程中的应用
用工程的方法和手段使伤残者康复，促使其功能恢复，重建或代偿，是康复工程在康复医学中的主要任务。其中，人体力学发挥着非常重要的角色。主要表现在两个方面：
其一，身体障碍生物力学特征的测量与分析是康复辅具设计的重要依据。为了使康复辅具达到设计目标，首先需要对障碍的特征进行有效的测量和评价，而生物力学特征是生理系统的重要指标之一，因此也是进行康复附件设计的重要依据。
其二，人体与辅具的生物力学交互作用是康复辅具优化设计的重要因素。为了对残障人的身体障碍进行补偿、替代或者修复，康复辅具必须和人体发生交互、生物力学因素在这种交互过程中有着重要的影响。
航空航天等特殊领域
在航空航天等特殊领域，人类面临长期或短时间的失重或超重环境。这种特殊环境下人体力学主要研究生物体在航空航天动力环境中生理机能变化规律及其防护措施。它既属于特殊环境生理学范畴，又属于生物力学范畴。
（一）正加速度对人体的影响：
当歼击机做盘旋、跟斗、半跟斗翻转、俯冲改出等曲线飞行时，飞行员头朝向圆心，受到由足指向头的向心加速度作用，而惯性离心力则以相反方向作用于人体。飞行员受到持续性正加速度（+Gz）的作用。主要影响如下：
循环系统：血压变化，心水平以上部位血压降低，心水平以下部位血压升高，血液分布改变等。
呼吸系统：胸廓与横膈重量增加，呼吸肌负荷增大，吸气费力，吸气时间延长，以至出现呼吸暂停。肺换气效能低，动脉血氧饱和度降低等。
视觉功能：眼水平动脉压降低，出现视力模糊、视野缩小、中心视力丧失等。
脑功能：脑部血液循环障碍引起一时模糊甚至丧失。
（二）失重对人体的影响
失重是航天中遇到的一种特殊环境因素，对人体肌骨系统、心血管系统、免疫系统等均会产生显着影响。
在长期和重复航天飞行时，骨和钙代谢的进行性和积累性变化将导致骨密度下降和骨矿盐含量的再分布。失重引起的骨质降低及钙、磷代谢负平衡在返回后较难恢复，且可能出现骨折等损伤，影响航天员的健康。
重力负荷的消失将导致人体骨骼肌尤其是抗重力肌的明显萎缩，并伴有肌纤维类型、代谢方式以及肌肉收缩功能的改变等。失重性肌萎缩的发生不仅影响航天员的在轨飞行时间和工作效率，也严重影响了航天员返回地面后的再适应能力。
失重对人体心血管系统具有广泛的影响，主要表现为航天后立位耐力不良。血液总量减少虽是引起飞行后心血管失调变化的主要原因和必要条件，但非唯一原因，有时甚至并非必要条件。动脉系统功能的变化在航天所致航天员立位耐力不良的发生中可能起到重要作用。