生物力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展展望

唐藝倍??

摘 要： 生物力學(xué)是探究生物體形變和活動(dòng)的科學(xué)，將生命科學(xué)與物理力學(xué)理論進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼?，進(jìn)而探索生物體的活動(dòng)規(guī)律，并借此來(lái)解決生命健康方面的問(wèn)題。生物力學(xué)的最新研究方向是力學(xué)生物學(xué)和生物力學(xué)的醫(yī)療運(yùn)用。本文主要闡述了國(guó)內(nèi)心腦血管力學(xué)生物學(xué)、分子生物力學(xué)、骨關(guān)節(jié)與軟組織等相關(guān)生物力學(xué)研究領(lǐng)域等的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞： 生物力學(xué)；發(fā)展；展望

【中圖分類號(hào)】 G804.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2236-1879（2018）11-0027-01

引言

上個(gè)世紀(jì)80年代初，在馮元楨先生的引導(dǎo)和鼓舞下，設(shè)立了生物力學(xué)這門學(xué)科。該學(xué)科研究范圍主要包含：生物流體力學(xué)、心血管力學(xué)生物學(xué)、骨關(guān)節(jié)及軟組織生物力學(xué)等等。我國(guó)科學(xué)家在生物力學(xué)研究領(lǐng)域開(kāi)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(guó)生物力學(xué)研究領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。

1.心腦血管力學(xué)生物學(xué)

心腦血管病是威脅人類身體健康最主要的疾病之一，而機(jī)體的生命活動(dòng)過(guò)程與力學(xué)因素密不可分。研究心腦血管的發(fā)病機(jī)理，進(jìn)而有效降低心腦血管疾病的發(fā)病幾率是我國(guó)重要的研究方向之一。心腦血管病領(lǐng)域的相關(guān)研究表明：流體切應(yīng)力可幫助人體的心血管細(xì)胞調(diào)節(jié)其成分，其中血管肥厚、血栓形成、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病都與后參與血管重建的過(guò)程有關(guān)。這些研究為影響人類健康的心血管疾病的診斷、治療和預(yù)警提供了有效的解決方案[1]。

2.分子生物力學(xué)

分子生物力學(xué)研究方向大多為生物大分子間的特異反應(yīng)，包含配體和受體等分子間的絡(luò)合與解離的動(dòng)力學(xué)，蛋白質(zhì)組建的動(dòng)力學(xué)等等。分子生物力學(xué)在配體和受體間的互相反應(yīng)記憶外界力量的控制、蛋白質(zhì)構(gòu)建等方面的研究，不但對(duì)炎癥的發(fā)生、癌細(xì)胞的遷移、血管拴塞的形成等發(fā)病過(guò)程，分子轉(zhuǎn)調(diào)規(guī)則、同異源蛋白構(gòu)建與復(fù)合物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等有著關(guān)鍵的研究?jī)r(jià)值，而且在藥物研發(fā)和評(píng)估等工作中都有著非常高的使用價(jià)值。

當(dāng)今，分子生物力學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了基因的層次，其涉及到的內(nèi)容包括外界力場(chǎng)作用下的信號(hào)感受、細(xì)胞粘附和遷移、細(xì)胞骨架、傳遞和響應(yīng)以及基因表達(dá)的相關(guān)變化規(guī)律等等。單分子力學(xué)的性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系為合成新型大分子物質(zhì)提供了新思路；生物大分子間特異性相互作用的定量測(cè)定為研究藥物提供了平臺(tái)；分子生物力學(xué)研究領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展，給人類健康狀況的保持保駕護(hù)航[2]。

3.骨關(guān)節(jié)與軟組織生物力學(xué)

骨科生物力學(xué)可以解決很多棘手的問(wèn)題。例如：一些科學(xué)家嘗試將骨力學(xué)應(yīng)用于矯形學(xué)中[3]和將人工關(guān)節(jié)置換術(shù)用于減輕退化性關(guān)節(jié)炎患者的痛苦以及將生物力學(xué)用于改進(jìn)醫(yī)用器械設(shè)施等領(lǐng)域[4] 。樊瑜波等人曾研究了力學(xué)負(fù)載對(duì)動(dòng)物骨骼整體結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈦合金鋼板在植入到受體體內(nèi)后，其負(fù)載在一定時(shí)間內(nèi)有助于骨骼修復(fù)以及骨骼質(zhì)量提高；戴尅戎等人又利用電子計(jì)算機(jī)的斷層掃描技術(shù)構(gòu)建3D模型，并研究了我國(guó)正常成年人的下肢力學(xué)構(gòu)造，結(jié)果表明我國(guó)正常人的股骨普遍有著5～6度的生理性外翻。由此可見(jiàn)，現(xiàn)階段的生物力學(xué)研究已經(jīng)深入到骨骼、肌肉、關(guān)節(jié)力學(xué)的宏觀和微觀領(lǐng)域，早已成為骨科臨床必有的基礎(chǔ)性研究課題之一。

4.生物力學(xué)的其它研究領(lǐng)域

生物力學(xué)對(duì)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)科學(xué)和生物學(xué)工程新興產(chǎn)業(yè)方面的作用極大，在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)和臨床方面也有影響。還可以通過(guò)生物力學(xué)手段研究人類是如何演變的，從猿到人的演變，骨骼的形態(tài)變化是重要的特佂，即為骨骼形態(tài)各種姿勢(shì)的變化，這是一個(gè)力學(xué)過(guò)程。

最近幾年，我國(guó)很多科研人員在生物力學(xué)的其他領(lǐng)域也取得了許多具有影響力的成就。例如-馮西橋團(tuán)隊(duì)，他們研究的蠶繭多緯度力學(xué)與仿生學(xué)表明了蠶繭是一種保護(hù)結(jié)構(gòu)，其利用自身的力學(xué)特性能、微觀框架與相互作用間的適應(yīng)性來(lái)改進(jìn)特性，這些特性對(duì)吸收能量的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著非常重要的參考價(jià)值，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)出了納米材料的新合成方法[2]。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在生物力學(xué)這一門學(xué)科的研究上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。將力學(xué)生物學(xué)、生物力學(xué)以及細(xì)胞分子力學(xué)應(yīng)用于臨床，在儲(chǔ)備人才、制備理論體系和提供施展平臺(tái)上發(fā)揮著不可替代的作用。在基礎(chǔ)研究層面，眾多力學(xué)模型以及分子力學(xué)理論的提出和發(fā)展也推動(dòng)了細(xì)胞分子力學(xué)的迅速發(fā)展；在應(yīng)用研究層面，細(xì)胞分子力學(xué)擁有廣闊的發(fā)展空間，不論是正常細(xì)胞還是病理細(xì)胞都為疾病的診斷提供了新的思路?；A(chǔ)和應(yīng)用的有效結(jié)合將進(jìn)一步的促進(jìn)生物力學(xué)的飛速發(fā)展?，F(xiàn)今，應(yīng)該總結(jié)我國(guó)生物力學(xué)多年來(lái)的發(fā)展，從而加強(qiáng)學(xué)科交叉融合。此外，還應(yīng)進(jìn)一步提高相關(guān)研究人員的知識(shí)背景，培養(yǎng)新一代教師、研究生的創(chuàng)新能力。從上述內(nèi)容來(lái)看，若保持現(xiàn)狀并持續(xù)進(jìn)步，生物力學(xué)的發(fā)展將會(huì)擁有更明朗的前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜宗來(lái).生物力學(xué)：心血管力學(xué)生物學(xué)研究的新進(jìn)展[J].醫(yī)用生物力學(xué).2006（4）：251-253.

[2] 呂守芹、楊帆、龍勉.細(xì)胞-分子生物力學(xué)研究進(jìn)展[J].醫(yī)用生物力學(xué).2009（2）.

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

[4] 鄭誠(chéng)功.骨科生物力學(xué)研究的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].醫(yī)用生物力學(xué)，2007，22（4）：326-327.