前言：中文期刊網精心挑選了生物力學的研究范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
生物力學的研究范文1
關鍵詞：運動損傷；防護服裝；運動生物力學；防護模型
中圖分類號：TS941.2 文獻標志碼：A
A Study on Protective Cloths Based on Sports Biomechanics
Abstract： Based on introducing sports biomechanics as well as current study on protective equipment and protective clothes， the article draws the conclusion that it is very important to study protective clothes by using sports biomechanics and puts forward the theoretical basis， technical problems and technical route for using sports biomechanics in garment applications.
Key words： sports injury； protective clothes； sports biomechanics； protective model
近年來，我國參與體育運動或日常鍛煉的人口越來越多。在對全國體育人口比例的調查中發現，1996年的體育人口在總人口中所占的比例為31.4%，2000年增加到33.9%，而到2007年又增加到37.1%，短短10多年的時間里增加了5.7個百分點。
但是在運動中，由于人們并未太多地注意保護自己，常常會引起相應的關節、肌肉、韌帶的意外損傷。網球運動常常會導致肘部、肩袖部損傷，范？克拉莫（Von Kramer）對網球運動中出現的損傷進行過調查，結果表明，網球運動中肘關節損傷占全部損傷的41%，是最容易損傷的部位；肩袖損傷占其全部損傷的39%，僅次于網球肘。在跑步運動中，常常會發生小腿肌肉拉傷，有研究顯示，有高達35% ～ 65%的健身者與專業運動員曾經發生過下肢損傷。老年人、小孩以及肢體殘疾人在日常的行走過程中，由于自身缺乏一定的平衡能力，往往會因為磕碰、摔倒等突發狀況而意外導致肌肉和骨骼損傷。有國外學者曾做過相關的研究，該研究揭示了在老年人的摔倒中，將近53%是因為行走、站立的不穩定所導致的。
運動損傷已經給運動員、業余愛好者、老年人、小孩等帶來了傷害，也是人們生命安全的重要隱患之一。也有不少人缺乏自我保護意識，認為在業余的體育鍛煉和比賽中，做準備活動，然后再多加注意一些，受傷的幾率也就小了，其實這種想法是不正確的。因為這種損傷，比如說扭傷、摔傷、各種磕碰傷，在運動損傷里只占到了2%，它的名稱叫做意外傷，而將近98%的損傷是那種運動技術性傷。所以基于運動的生物力學，研制減少骨骼與肌肉損傷的防護性服裝，是一個很大的趨向。
1 運動生物力學的研究
運動生物力學是生物力學的分支學科，是研究體育運動中人體機械運動規律的科學。其主要任務是運用生物學和力學的理論和方法研究人體從事各種運動、活動以及勞動的動作技術，使復雜的人體動作技術奠基于最基本的生物學和力學規律之上，并以數學、力學、生物學以及動作技術原理的形式加以定量描述。運動生物力學的發展與研究，為提高體育運動的成績、預防運動損傷、設計研發防護器材奠定了理論基礎。
1.1 運動生物力學的實際應用
對于運動生物力學的研究，特別是在應用上，具有自己的特色，大致可歸結為以下幾點：
（1）在競技體育運動動作的技術方面，根據人體的體態、素質、機能等情況，研究適合個人的最佳運動和活動技術的動作方案，并通過動作技術診斷使之逐步完善；
（2）從預防運動損傷的觀點出發，對各種體育、活動以及生產勞動進行生物力學分析，找出致傷因素，并設計出相應的預防與治療措施；
（3）運動生物力學不僅研究人體，而且也研究與運動相關的器械的運動規律，按照人體形態、結構和機能的生物力學特征，設計和改進運動器材、設施、服裝與用具以及勞動機器、工具等。
1.2 運動生物力學與防護器材
從運動生物力學的角度出發，對體育運動或健身鍛煉中用于防護人身安全、避免運動損傷的器材，提出設計和改進的設想及要求，是一項非常艱巨的學科任務，當前基于運動生物力學研制的防護用品主要有護具、運動鞋。
新型橄欖球頭盔與傳統頭盔相比有著本質的區別，新型頭盔的外層覆蓋了一種新型樹脂吸振緩沖材料，它可以有效地防止運動員以頭盔作為進攻武器沖撞對手。在運動的過程中，人體的各個關節肌肉常常由于過多的運動量或瞬間的揮擊、拉伸發生拉傷或震傷。戴上護具后，就可以對相應部位的肌肉、韌帶加壓舒服，減緩可能的過度拉伸，并協助肌肉動作，對關節部位起到支撐作用。對于關節出現不同程度勞損的老人以及正在發育期的小孩來說，進行遠足郊游或體育鍛煉時，很有必要選擇一定的護具。
國內外一線運動品牌，其運動鞋技術的每一項進步都離不開生物力學研究，結構設計和技術創新都遵循人體運動生物力學原理。國際一線運動品牌都擁有自己的核心技術，如Nike的air氣囊鞋底科技和足跟穩定技術、Adidas的HUG環抱系統和智能芯片技術、李寧新一代單弦弓減震技術等。無論核心技術如何創新變化，結構設計必須遵循運動生物力學的原理，其主要的生物力學原理是緩震減震、能量回歸、足跟控制、模擬踝足和回歸自然。
2 防護服裝的研究
伴隨著運動的普及，傳統的防護服裝基本上從舒適性、結構設計、功能材料等角度出發進行設計研究，通過研究改變或加強面料的性能來達到服裝吸濕排汗透氣、防火、防水等效果，或者從服裝結構設計出發，采用多開口寬松式設計，在前胸、腋下、前后衣片采用連續開口散熱功能設計，設計了一套具有散熱功能的籃球比賽服裝。而在運動過程中能真正地起到對人體防護作用的，往往都是要通過佩戴護具來達到目的，從拳擊的頭盔到籃球的護足，每一個易受傷的關節都有相對應的護具來產生防護的效果。
但是現階段基于運動生物力學研究的運動防護僅限于護具以及運動鞋，而客戶對防護服裝的要求卻逐漸從原來的吸濕排汗等舒適性方面提升到舒適、功能、美觀、防護一體化上來，更多地希望可以通過服裝本身就可以達到防護人體的目的。
所以，有必要從人體出發，通過測量人體各關節點運動的三維坐標數據的變化，將其轉化為人體關節運動的生物力學參數，通過分析生物力學參數數據，建立人體防護模型，明確服裝面料與防護模型相互之間的關系，并結合服裝材料學、服裝結構設計、人體工效學等相關知識，設計具有防護性能的服裝。
3 運動生物力學在服裝上的應用
在體育運動、日常活動以及生產勞動中骨骼和肌肉損傷是難以避免的問題，解決這一難題，必須以人體運動為目標，運用人體解剖學、人體生理學、力學的理論與方法來探索人體運動規律，根據骨骼和肌肉的變化，建立外部防護模型，獲取防護服裝所需達到的力學參數，為開發運動防護服裝提供理論依據。
3.1 理論依據
在運動過程中，骨骼及肌肉功能模型的研究比較成熟，是確定肌肉長度、肌肉拉力線、肌力臂、肌力矩、肌力等關鍵因素，但卻沒有明確指出骨骼及肌肉損傷的臨界值，建立外防護模型是解決該問題的關鍵途徑。
基于人體骨骼與肌肉的動力學模型，模擬在外部約束條件下骨骼和肌肉的變化，通過逆向動力學方程式和有限元模擬獲取相關參數，建立外防護機制，即防護模型；在外加反應實驗的作用下，明確服裝材料的性能與外防護模型之間的關系，為研制高質量的運動防護服裝、減少運動過程中骨骼及肌肉的損傷提供理論依據。
3.2 技術問題
（1）建立骨骼及肌肉的模型，需要運用動態捕捉系統捕捉關鍵點的運動信息，測量人體在空間的位置和方向，即人體骨骼、關節的運動軌跡。動態捕捉系統通常分類為 3類：機械式、電磁式和光學式，價格不菲。
（2）結合人體運動軌跡的數據，通過人體建模仿真軟件進行模擬，并推導出骨骼及肌肉的最優化的防護機制。
（3）通過實驗驗證分析，明確防護模型與服裝面料的性能特征之間的關系，為研發防護性能最優的服裝提供依據。
3.3 研究方案
針對一項具體的運動，主要研究內容有以下幾個方面：
（1）運用動態捕捉系統捕捉人體關鍵部位的空間運動軌跡；
（2）借助人體建模仿真軟件，將空間運動軌跡的數據轉化為生物力學參數，如各關節的位移、速度、加速度及肌肉長度、肌力臂、肌力矩等，進而計算出有關人體防護力學參數；
（3）基于骨骼及肌肉模型，運用逆向動力學的方法，建立人體外部防護機制；
（4）根據各種服裝材料的性能，通過有限元的模擬，確定材料的性能與防護模型相互之間的關系，獲取防護服裝所需的防護參數；
（5）人體建模仿真軟件對所獲取的服裝防護參數進行模擬，以進一步獲得最優防護的服裝。
技術路線如圖 1 所示。
4 結語
運動損傷常常給運動員、體育愛好者、老人、小孩等帶來意想不到的身體傷害，然而，傳統的防護服裝基本上從服裝的舒適性角度進行研究，通過改變面料的特性來達到服裝的防濕透氣、吸濕排汗等，或從服裝的結構設計出發，改變服裝衣下間隙、開口特征等來提高服裝的著裝舒適性。國外對于運動防護服及裝備的研究則比較深入，從人體的頭部到腳的各個器官都配有特定的防護用具，所以基于運動生物力學研究防護服裝必將是未來的研究熱門。
外防護模型的建立是運動生物力學應用到服裝領域的關鍵，也是制約防護服裝研發的主要因素。防護模型的研究處于起步階段，只有建立起防護模型，才能進一步明確服裝材料與防護力學參數之間的相互轉化關系，也為研制減少運動損傷的運動裝備奠定技術基礎。
參考文獻
[1] 陸建平，李寧.我國居民參與體育鍛煉的特征研究[J].體育文化導刊，2012（1）：36-39.
[2] 張雷，王少華.網球運動中常見的損傷與防治[J].網球天地，1995（3）：45 - 47.
[3] 王威.對跑步中下肢運動損傷的原因分析[J].運動精品，2011（7）：16-17.
[4] Blake A J， et. al. Falls by elderly people at home： prevalence and associated factors[J].Age Ageing，1988（17）：365-372.
[5] 侯宇.運動護具面面觀[J].文體用品與科技，2009（11）：41.
[6] 全國體育學院教材委員會.運動生物力學[M].北京：人民體育出版社，1990.
[7] 全國體育學院教材委員會.運動生物力學（2版）[M].北京：人民體育出版社，2005：195-198.
[8] 王向東，劉學貞，苑廷剛，等. 運動生物力學方法學研究現狀及發展趨勢[J]. 中國體育科技，2003，39（2）：15-16.
[9] 李世明.運動生物力學理論與方法[M].北京：科學出版社，2006.
[10] 李建設，顧耀東，陸毅琛，等.運動鞋核心技術的生物力學研究[J].體育科學，2009，29（5）：40-49.
[11] 鄭素化，張欣，應柏安.籃球運動服裝舒適性研究[J].西安工程大學學報，2008，22（1）：52-54.
[12] Beumer A， van Hemert WL， Swierstra BA， et al. A biomedical evaluation of the tibiofibular and tibiotalar ligaments of the ankle[J]. Foot Ankle Int， 2003（5）：426-429.
生物力學的研究范文2
關鍵詞：運動生物力學理論 學校體操教學 學生能力 教學質量
運動生物力學是研究體育運動技術力學規律的科學，它通過對學校體操各單項運動技術的生物力學分析，提出必要的理論數據，建立標準運動技術的模式，使教練員和運動員明確什么樣的動作是正確的運動技術，什么樣的動作是錯誤的運動技術。教練員明確了運動技術的原理，便可通過一定的手段對運動員進行技術診斷，找出技術改進措施，尋求最佳運動技術，以提高訓練的科學性。體操技術動作常常是在反正常姿態下完成的，有較強的時空感，完成動作的時間短，學生學習有一定的難度。對體操動作進行正確的技術分析，能幫助教師更深入地理解教材，合理地安排教材內容和運用教學方法，幫助學生正確地理解動作，建立準確的動作概念，加速動作技能的形成，提高學生分析和解決問題的能力，為今后從事教學工作打下良好的基礎。
根據運動學和動力學特征將體操動作分門別類，使教學安排科學化。人認知的遷移規律表明，學習者對一些新運動技能的掌握往往受到早先形成的運動技術定勢的影響。這種影響表現為正、負兩方面，正遷移能促進新技能的形成和發展，而負遷移干擾新技能的形成和發展。體操教師只有對技術動作力學分析，并歸納出各項體操動作力學特征的相同點和不同處，才能在教學中正確地運用遷移規律。筆者在體操教學中依據動作的力學特征，把教材分成幾個板塊進行教學。例如，技巧中的前滾翻、魚躍前滾翻，縱箱中的前滾翻，雙杠中的分腿坐前滾翻成分腿坐等等，均屬前滾翻類動作，作為一個動作板塊;雙杠中的掛臂撐屈伸上和杠端跳起經屈體懸垂擺動屈伸上，單杠中的經直角懸垂擺動屈伸上，動作特征相同，也歸為一個動作板塊，等等。這樣，按動作板塊安排教學，教師運用同結構教學法，能起到學生學一個會一串的作用，學生會產生學了前一個動作對后一個動作有躍躍一試的念頭和欲望，達到提高學生學習體操動作的興趣和主動性。同時，由于動作結構相同，學生也容易建立動作的時空感，掌握正確的用力時機，大大地縮短了學習動作的時間。總之，對體操技術動作進行生物力學分析，掌握其力學特征，都可為體操教師選擇教學方法、合理地安排教學內容提供科學的依據，有利于學生理解并掌握技術動作。
體操教師運用生物力學原理分析體操技術動作，能幫助學生區分正確動作與錯誤動作，明確動作完成程序，使動作規范化。在體操教學中，筆者常常發現學生自認為已掌握了動作，其實所完成的動作是錯誤的或已改變了動作性質。及時幫助學生分析錯誤動作的根源并糾正錯誤是掌握正確技術動作的關鍵。教師運用運動生物力學分析正確動作和錯誤動作的區別所在，能強化學生對正確動作的理解，明白動作為什么要這樣做，從而及時糾正自己錯誤動作。例如，技巧項目的頭手翻動作，人體重心位置的控制是決定該動作能否順利完成和動作質量高低的關鍵所在。不少學生往往對此技術關鍵沒引起充分的認識，因而練習過程不是重心沒有移出便開始伸髖，就是重心前移過多而完成不了動作。教師對人體重心未移出、移出適中和移出過多等3種情況所產生的運動力學結果進行分析，學生明白了道理，練習中就會有意識地控制自身重心位置。同時根據自己完成的情況，判斷自己錯誤動作所在，從而有效地糾正錯誤，建立正確的動作概念，并達到規范化。
提高學生保護與幫助的能力。教師對體操技術動作的生物力學分析，向學生講明動作動力學和運動學特征，學生領會了該動作的力學原理，對動作有了正確的認識，在此基礎上，再指導互相保護與幫助的方法，學生便很容易接受，就能對動作不同類型采用不同的方法，在最需要助力或阻力時給予施力;動作在何處最容易出危險，應站在何處進行保護與幫助。這樣，通過一定時間的練習，學生就能較熟練地掌握保護與幫助的方法，從而有效地提高學生保護與幫助的能力;提高學生分析和解決問題的能力。教師在指導分析技術動作的基礎上，選擇一些較簡單的動作讓學生獨立思考分析，掌握運用生物力學原理分析動作的方法，既學會了動作，又掌握了技術動作方法，從而達到提高分析問題、解決問題的能力。
總之，體操技術教學廣泛地運用生物力學原理對技術動作進行分析，能加速學生對技術動作的理解，加速技術動作的完成，提高學生的能力，使教學科學化。
參考文獻
［1］運動生物力學編寫組.運動生物學［M］.人民體育出版社，1979.
［2］運動生物力學.高等教育出版社，2000.
［3］體操編寫組.體操 ［M］.人民體育出版社，2001.
生物力學的研究范文3
【關鍵詞】 山茱萸總甙 骨質疏松 骨生物力學 山茱萸/藥效學 大鼠
骨質疏松癥(Osteoporosis，OP)是一種以低骨量、骨組織微細結構破壞為特征，伴有骨的易脆性增加和骨折的易患性增加的全身性骨骼疾?。?］。我們在臨床實踐中發現，“益腎養肝口服液”在治療骨質疏松方面有著肯定的作用，其主要成分是山茱萸水提液，經臨床觀察發現，該制劑可明顯改善骨質疏松患者的自覺癥狀和骨密度，及血尿中骨代謝相關的生化指標，延緩老年患者骨密度隨增齡而降低的趨勢。在此基礎上，為進一步明確山茱萸對骨質疏松癥的治療作用和機制，選用山茱萸主要有效成分山茱萸總甙作為研究對象，從骨生物力學的角度對其抗骨質疏松癥作用及機理作進一步的基礎實驗研究。
1 材料與方法
1.1 實驗動物與分組 選取6月齡Wistar健康雌性大鼠共50只，隨機分為5組:假手術組、模型組、山茱萸高劑量組、山茱萸中劑量組、山茱萸低劑量組。每組10只。
1.2 OP動物模型復制 各組大鼠均以3%的戊巴比妥鈉1ml/kg，行腹腔麻醉，俯臥位固定。在背部中1/3處剪毛，用碘酒、酒精局部消毒皮膚后自腰椎沿背部正中線向下作縱形切口約2～3cm。沿肩胛線分別于左右兩肋下剪開腹肌，可見位于兩側腎臟外下方呈粉紅色的卵巢及緊密相連的子宮角，在子宮角上用線打兩個結扎，切斷子宮角，將卵巢摘除。假手術組僅摘除相當于卵巢大小的一塊腸系膜，逐層關閉，縫合切口，術后連續肌注青霉素3d，5萬u/只，日1次抗感染。術后所有動物在同一條件(室溫19℃～24℃，相對濕度40%左右)用普通飼料飼養，自由飲水。
1.3 給藥方法 術后第4d開始灌胃，灌胃的劑量按人與大鼠體表面積比折算成大鼠等效劑量。假手術組和模型組兩組灌服蒸餾水20ml/kg，山茱萸組按人用量30g/70kg·d折算，山茱萸高劑量組服用量為3.56g/kg(1.6倍等效劑量)，山茱萸中劑量組為2.16g/kg(1倍等效劑量)，山茱萸低劑量組為1.08g/kg(0.5倍等效劑量)。各組動物灌胃容量相同，均為8ml。每日灌胃1次，每周6次，連續灌胃3個月。
1.4 標本的采集與處理 各組大鼠在灌胃滿3個月后斷椎處死，各組大鼠在處死前10d和前1d分別按30mg/kg給予兩次腹腔注射鹽酸四環素(Tetracyclin)，進行活體四環素標記。處死后立即取大鼠雙側脛骨，并去除軟組織。雙側脛骨經福爾嗎啉固定后做生物力學實驗。在WDW10KN微機控制電子萬能實驗機做三點彎曲實驗，加載點位于脛骨上1/3處，兩側支點標距為24mm，試驗機勻速加載，加載速度為2mm/min。
1.5 檢測指標 最大載荷——骨斷裂前所承受的最大力值。最大撓度——骨斷裂前所產生的最大變形長度。最大應力——骨標本單位面積上承受的最大載荷值。伸長率——在載荷作用下，骨標本的變形與標距之比，表示骨的塑性能力。
1.6 統計學處理 各組數據均以±s表示，用SPSS 10.5統計軟件進行數據分析，采用單因素方差分析方法。
2 實驗結果
各組大鼠最大載荷、最大應力、最大撓度、伸長率比較，見表1。表1 各組大鼠最大載荷、最大應力、最大撓度、伸長率比較
3 討論
《黃帝內經》記載“腎主骨生髓”。后世醫家發揮《黃帝內經》的理論，認為骨之強弱與腎中精氣盛衰的關系密切，腎中精氣充盛，則骨髓生化有源，骨才能得到骨髓的滋養，骨礦含量正常而骨骼強壯。腎虛是骨質疏松癥的發病本質。也有學者認為：脾為后天之本，主四肢百骸，先天之精有賴于脾胃運化水谷精微的濡養。腎虧脾虛應為該病發病的基本病理。除此之外，患者因稟賦不同，臨床既可兼夾氣血虧虛等，致傷原因有別，病理可兼夾寒濕、氣滯、血瘀等。在治療上，基本沿用《內經》中“有骨痿者，補腎法以治之”的觀點，以補腎法作為治療骨質疏松癥的基本大法，通過調整腎之陰陽精氣的虛少，達到防治骨質疏松的作用。山茱萸酸微溫質潤，其性溫而不燥，補而不峻，既能補腎益精，又能溫腎助陽；既能補陰又能補陽，為補益肝腎的要藥。益腎養肝口服液是一個比較成熟的院內制劑，以山茱萸為主要成分，它對骨質疏松癥的療效在臨床上已得到了充分肯定，大量實驗研究也表明其主藥山茱萸主要有效成份山茱萸總甙具有補腎益陽的作用［2-4］，能明顯改善SAMP6小鼠的骨質疏松狀況。
本實驗采用摘除大鼠雙側卵巢的方法，復制絕經后骨質疏松模型，大鼠在雌激素減少所致的骨反應上與自然絕經后的骨行為無實質性差別，其骨量丟失在某些方面與絕經后婦女相似，動物模型有方便性，關聯性，適合性3個特點［5］。
目前很多實驗研究多從骨結構改變角度觀察評價骨質疏松及其并發骨折的發病機理和防治方法。骨結構的改變直接影響骨的生物力學性能，使骨的力學強度降低。因此，測定骨生物力學性能的變化是評價骨質疏松的一個重要和特殊的指標。生物力學是根據已經確立的力學原理來研究生物中的力學問題的科學，是力學、生物學、醫學等學科之間相互滲透的邊緣學科。骨組織是有機質與無機質按一定的力學原理結合而成的復合性材料，骨的無機質使骨硬而堅實，而有機質則使其具有一定的柔韌性。骨在受到外力時其內部組織結構和外部形態都將隨之改變，這種改變可直接反映在骨的結構力學和材料力學性能的變化上。骨結構力學參數包括最大載荷、破斷載荷、結構剛度、能量吸收、最大撓度等。骨皮質的厚薄的變化及骨小梁的多少的變化均可引起它們的變化。骨材料力學指標有彈性模量、最大應力、伸長率、最大應變、破斷應力、破斷應變等，它們反映的是骨的材料本身的力學性能，而與骨的大小及形態無關，主要由骨的構成成分及膠原的含量、排列決定。在本次實驗中，我們選取了最大載荷、最大撓度、最大應力及伸長率等較有代表性的指標，其中最大載荷是指骨斷裂前所承受的最大力值，最大撓度是骨斷裂前所產生的最大變形長度，最大應力是骨標本單位面積上承受的最大載荷值，伸長率是在載荷作用下，骨標本的變形與標距之比，表示骨的朔性能力。實驗結果顯示模型組與假手術組比較，除伸長率外，其它指標均顯著下降，提示去勢對大鼠脛骨結構力學的改變較為顯著，而對材料力學的改變不明顯。各治療組均可改善大鼠脛骨生物力學性能，而以山茱萸總甙中劑量組效果最好，提示山茱萸總甙可改善大鼠脛骨生物力學性能，尤其是結構力學方面。在骨生物力學方面，除伸長率外，模型組的各項指標較假手術組均明顯降低，表明造模成功。山茱萸總甙中劑量組的改善作用明顯優于其它各組。上述結果提示山茱萸總甙可明顯改善去勢大鼠的骨骼結構力學狀況，防止骨質疏松的發生，值得我們做進一步的研究和開發利用。
參考文獻
［1］中國人原發性骨質疏松癥診斷標準(試行)［J］.中國中西醫結合雜志，1999，19(10):639-640.
［2］陳 濤.山茱萸水提液對骨質疏松模型小鼠骨形態學影響［J］.天津藥學，2003，15(4):5-7.
生物力學的研究范文4
[關鍵詞]兔；肋軟骨；軟骨膜；生物力學
[中圖分類號]R622 R332 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）04-0579-03
Effect of costal perichondrium on biomechanics of transplanted costicartilage in rabbits
JIANG Shan,CHEN Zhen-yu,ZHU Yue-hua,LENG Xiang-feng,ZHANG Wei-na
(Department of Plastic Surgery,Affiliated Hospital of Medical College,Qingdao University,Qingdao 266000,Shandong,China)
Abstract: Objective To study the differences of the cartilage with and without the perichondrium after autologous ectopic transplantation in healthy rabbits,in order to offer theory reference for clinic to make the best use of cartilage. Methods 6 rabbits at the age of six weeks.Each of them the sixth,seventh,and eighth costal cartilages with perichondrium were removed,and divided into two segments at the even length,one segment with perichondrium and the other non-perichondrium.They were buried under the skin of the back at bilaterally symmetrical parts.Two different groups of cartilages were took out after 12 weeks and removed the perichondrium of the cartilages that had it previously. Tensile,compressive and flexural tests were conducted by using SHIMADZU material testing machine. Results The average maximum strength and the strain of tension,compression and flexion of the perichondrium group were higher than those in the non- perichondrium group（P
Key words:rabbit;costicartilage;perichondrium;biomechanics
肋軟骨是一種透明軟骨，組織具有彈性，移植后易成活，與其他組織相比不易變形，是理想的填充、塑形以及支持材料。自體肋軟骨因與機體組織生物相容性佳，無排斥反應，抗感染能力強等優點而被廣泛應用于多種整形外科手術，如耳再造、隆鼻等[1]。
肋軟骨的生物力學性能對手術效果具有十分重要的影響，具有良好生物力學性能的肋軟骨可更好地對抗各種外力作用，取得并維持更為理想的手術效果?，F階段，國內外已有不少對軟骨生物力學性能的研究，但大多數以其它部位的軟骨為研究對象，如關節軟骨等。即使有少量研究肋軟骨生物力學性能的，也未能系統闡述肋軟骨膜對其的影響[2-3]。已有大量研究表明，肋軟骨膜能夠促進肋軟骨的生長并有利于其塑形[4]，但其對肋軟骨生物力學性能的直接影響仍不確定。本研究正是針對上述不足，通過實驗研究兔健康肋軟骨的極限抗拉強度，最大抗壓強度，最大彎曲強度等各項生物力學性能，探討肋軟骨膜對肋軟骨的生物力學性能的影響，以期為利用肋軟骨行整形手術時選取最佳移植物提供理論參考。
1 材料和方法
1.1.1 實驗動物：健康新西蘭大白兔幼兔6只，平均體重1.5～2kg，平均周齡6周。
1.1.2 手術方法：地西泮5mg/kg，鹽酸氯胺酮30mg/kg肌注麻醉成功后，背部術區備皮，胸腹部備皮，消毒，鋪巾。沿左側肋弓作斜形切口，連軟骨膜一起，取出第6、7、8肋肋軟骨。胸腹壁切口用5-0絲線逐層拉攏間斷縫合。背部兩側對稱部位各做三處約0.5cm長縱行切口，同側切口間隔約1cm，剪刀橫向鈍性分離皮下至合適長度。將取出的肋軟骨從中間切斷，形成等長兩段，其中一段保留軟骨膜，另一段則去除。將各組帶軟骨膜與不帶軟骨膜的軟骨于背部對稱部位埋植于皮下，帶軟骨膜的埋于一側，不帶軟骨膜的埋于另一側。麻醉蘇醒后將兔放入觀察室，分籠飼養，術后3日內，每日肌注青霉素40萬IU。術后12周取出埋植肋軟骨，觀察各標本均無明顯吸收變形現象，各軟骨及軟骨膜完整，將埋植前帶軟骨膜者的軟骨膜剝去，埋植前不帶軟骨膜者不作處理，兩組均制成試件以備測量。
1.2 實驗儀器及測試條件：在SHIMADZU（日本，AGS-X型）材料試驗機上對肋軟骨試件進行拉伸、壓縮及彎曲試驗。實驗在室溫（18℃～25℃）下進行，且用超聲波加濕器保持一定的濕度，實驗中過程中用Ringer's液滴注試件，以防試件干燥。用游標卡尺測量試件的長、寬、厚或直徑，并以此計算材料的橫截面積，同一試驗中各試件形狀及大小一致。實驗采用100N傳感器，機器可自動測量變形，各實驗均經過預調處理。
1.3 實驗過程
1.3.1 拉伸試驗：將試件沿肋軟骨長軸方向固定于機器上、下夾頭間，以5mm/min的速度均勻拉伸直至試件被拉斷。為使試件在中間較細部位斷裂，將其制成長15mm，厚2mm，兩端寬4mm，中間寬2mm的沙漏狀。分別測試各標本，記錄下各最大拉伸強度值及最大應變。
1.3.2 壓縮試驗：將標本制成長1mm,直徑4mm的圓柱形試件, 沿肋軟骨長軸方向放置于試驗儀托盤上, 以5mm/min的速度均勻壓縮至破壞。分別測試各標本, 記錄各最大壓縮強度值及最大應變。
1.3.3 彎曲試驗：將標本制作成長15mm，直徑4mm的圓柱形試件，水平放置于彎曲試驗的支點上,跨距15mm,作三點彎曲試驗。分別測試各標本, 記錄各最大彎曲強度值及彎曲破壞時間。
1.4 統計學處理：采用SPSS18.0行數據統計學處理，所有數據均采用（均數±標準差）表示，采用兩獨立樣本t檢驗作統計學分析，P
2 結果
2.1 拉伸試驗：兩組試件拉伸試驗應力-應變曲線見圖1。從該曲線可以看出埋植前帶軟骨膜組破壞應力明顯大于不帶軟骨膜組，后者抗拉能力明顯減弱。相同的應力作用時, 不帶軟骨膜組發生的應變更大。對兩組的各標本進行計算, 結果表明帶軟骨膜組的平均極限抗拉強度為(3.38±0.17)MPa,平均最大應變為(8.04±0.33)%；不帶軟骨膜組的平均極限抗拉強度為(2.12±0.15)MPa，平均最大應變為(5.12±0.68)%， 兩者相比差異有顯著性意義(P
2.2 壓縮試驗：兩組試件壓縮試驗應力-應變曲線見圖2。從圖中可以看出不帶軟骨膜組破壞應力明顯小于帶軟骨膜組。對兩組的各標本進行計算, 結果表明帶軟骨膜組的平均最大壓縮強度為(8.31±0.61)MPa，平均最大應變為(6.42±0.43)%；不帶軟骨膜組的平均最大壓縮強度為(4.29±0.69)MPa, 平均最大應變為(4.01±0.31)%，兩者相比差異有顯著性意義（P
2.3彎曲試驗：兩組試件彎曲試驗應力-時間曲線見圖3。從該圖可以看出, 雖然兩組曲線近似, 但帶軟骨膜組發生破壞的時間為(36.01±3.88)s，明顯長于不帶軟骨膜組的(23.50±3.56)s。對兩組的各標本進行計算, 結果表明帶軟骨膜組的平均最大彎曲強度為(7.80±0.51)MPa，不帶軟骨膜組的平均最大彎曲強度為(4.52±0.30)MPa，兩者相比差異有顯著性意義(P
3 討論
3.1 自體肋軟骨由于前述各種優點，臨床上應用廣泛。然而，在取用肋軟骨時，常面臨著帶不帶軟骨膜的選擇。目前，國內外已有大量研究表明，肋軟骨膜對肋軟骨的生長和塑形有重要的影響作用。與不帶軟骨膜者相比，帶軟骨膜肋軟骨移植后與周圍組織黏連更為緊密，在長度、重量和體積方面的生長均優于同期不帶軟骨膜移植肋軟骨，鏡下亦可觀察到軟骨細胞更為活躍，膠原及蛋白多糖含量顯著優于不帶軟骨膜者[4-5]。由于肋軟骨的生物力學性能主要由其基質中的膠原纖維特別是Ⅱ型膠原纖維的數量、分布、空間排列及蛋白多糖的含量所決定[6]，因此，肋軟骨膜對肋軟骨組織學方面的影響，勢必導致肋軟骨生物力學性能的改變，進而影響肋軟骨作為填充、塑形及支持材料應用于整形手術的效果。
3.2 本實驗首次采用SHIMADZU（日本，AGS-X型）試驗機對埋植于兔背部皮下12周的兩組肋軟骨進行生物力學測試, 分別測試并記錄材料在拉伸、壓縮、彎曲時的應力-應變關系曲線及應力-時間關系曲線。拉伸試驗的結果表明,兩組肋軟骨的拉伸應力-應變曲線形狀相似,均呈非線性指數關系[7]。從圖1可看出, 兩組肋軟骨的拉伸破壞為延性斷裂，即先屈服后斷裂,帶軟骨膜組破壞應力明顯大于不帶軟骨膜組，后者抗拉能力明顯減弱。相同的應力作用時, 帶肋軟骨膜組發生的應變較小。對兩組各標本進行計算, 結果顯示帶肋軟骨膜組的最大拉伸強度和最大拉伸應變均大于不帶肋軟骨膜組, 表明后者的抗拉能力有明顯的下降。由于抗拉強度主要與軟骨基質中膠原的含量、分布以及空間排列有關, 拉伸強度的降低也間接反映了不帶軟骨膜組肋軟骨的膠原特性次于帶軟骨膜者，與前人的組織學研究結果相一致[8]。
3.3 壓縮試驗結果表明, 兩組的應力-應變曲線均呈現近似線性關系, 帶軟骨膜組破壞應力大于不帶軟骨膜組，兩者有明顯差別。計算結果顯示, 帶軟骨膜組的最大壓縮強度和最大壓縮應變均大于不帶軟骨膜組, 表明不帶軟骨膜組肋軟骨抗壓能力確有下降。已有研究表明，軟骨的抗壓能力與軟骨基質中膠原和蛋白多糖的變化均有關系[9],不帶肋軟骨膜組肋軟骨抗壓能力的下降也從側面反映了軟骨基質中膠原及蛋白多糖的特性變化均不如帶軟骨膜者。
3.4 彎曲試驗中，雖然兩組肋軟骨的彎曲應力-時間曲線相似,但帶肋軟骨膜組發生破壞的時間明顯長于不帶肋軟骨膜組；計算結果表明帶軟骨膜組肋軟骨的最大彎曲強度也明顯大于不帶軟骨膜組, 說明不帶肋軟骨膜埋植肋軟骨的抗彎曲的能力降低。
3.5 本研究結果表明，帶肋軟骨膜埋植肋軟骨的極限抗拉強度、抗壓強度、彎曲強度等各項生物力學指標均明顯優于不帶肋軟骨膜者。據此，我們可以推測，帶軟骨膜移植肋軟骨可更好地對抗各種外力作用，取得并維持更為理想的手術效果。綜合以上各方面因素，利用肋軟骨進行整形再造手術時，應優先考慮所取肋軟骨保留適量軟骨膜。
[參考文獻]
[1]王煒.整形外科學[M].2版.杭州:浙江科學技術出版社,1999:1962- 2094．
[2]Qing-Hua Y,Yu-Peng S,Haiyue J,et al.The significance of the biomechanical properties of costal cartilage in the timing of ear reconstruction surgery[J].Plast Reconstr Aesthet Surg,2011,64(6):742-746.
[3]Guo BY,Liao DH,Li XY,et al. Age and gender related changes in biomechanical properties of healthy human costal cartilage[J].Clin Biomech,2007,22(3):292-297.
[4]徐志誠,胡廷澤,張銀柱,等.肋軟骨膜對肋軟骨再生與塑形影響的實驗研究[J].中國修復重建外科雜志,2001,15(6):363-365.
[5]張治家,章慶國,張嬌.帶骨膜軟骨與不帶骨膜軟骨自體異位移植的實驗研究[J].中國美容醫學,2008,17(6):864-866.
[6]Williamson AK,Chen AC,Masuda K,et al.Tensile mechanical properties of bovine articular cartilage: variations with growth and relationships to collagen network components[J].Orthop Res,2003,21(5):872-880.
[7]Jiexiong F,Tingze H,Wenying L,et a1.The biomechanical,morphologie,and histochemical properties of thecostal cartilage in children with pectus e'xeavatttm [J].Pedia Surg,2001, 36(12):1770-1776.
[8]Williamson AK,Masuda K,Thonar EJ,et al.Growth of immature articular cartilage in vitro: correlated variation in tensile biomechanical and collagen network properties[J].Tissue Eng,2003,9(4):625-634.
生物力學的研究范文5
【關鍵詞】新課程標準；中學生物；實驗能力
引 言
由于生物這門課程則是一門借助于實驗與觀察當成基本研究方法的實驗科學，該學科的重要組成部分就是實驗教學。在生物實驗教學環節當中，能夠做到讓學生有效的形成基本的生物學理念，將生物知識進行理解與鞏固，使得學生的思維能力、觀察能力以及動手能力得到培養，還可以對學生分析與解決問題的能力得到提升。以下則通過幾方面來簡要說明培養中學生實驗能力。
一是對藥品特性與儀器原理明確，使得學生的使用能力得到培養
長期以來，根據教育的觀點，學生在學習過程當中比單要知其然，甚至還應該做到知其所以然。學生在生物實驗教學過程當中，如果不能夠透徹的了解藥品特性與儀器原理，這就不能做到讓學生使用能力形成。比如學生選擇低倍鏡或者高倍鏡，往往出現的情況則是并不能夠按照觀察對象的特點與觀察目的做出正確恰當合理的選擇，通常受到對低倍鏡與高倍鏡的特點并不了解，加上強烈的好奇心的驅使，導致學生在做實驗的開始階段就立馬就使用高倍鏡，在他們的印象當中總覺得高倍鏡相對于低倍鏡來說，則能夠更清楚的進行觀察。學生在使用上的盲目性則是由于學生對于顯微鏡的基本原理并沒有做到充分了解，也并不知道高倍鏡放大的倍數大，分辨率高，可是由于所看到的只是很小的實際面積，也就是有著比較小的視野。當出現越高的倍數，這就使得所觀察的材料有著更薄的厚度，從這可以了解到，高倍鏡的適用范圍則是對細節與局部的觀察。而低倍鏡能夠看到比較大的面積，其適用范圍則是對材料的整體結構的觀察，加上能夠對觀察目標的尋找。當學生對于這些基本原理有著充分的了解，這樣才能做到對高倍鏡與低倍鏡的合理正確尋找。當將低倍鏡往高倍鏡轉換之后，所出現的是那種不太清晰的圖像，而這時候價格細準焦螺旋調節即可，這就能夠出現比較清晰的圖像。而學生對于以上所提到的操作方法與基本原理充分了解之后，這樣才能做到對高倍鏡的正確使用。而在多余學生實驗過程當中使用藥品的能力明確方面，比如在對葉綠體素的提取環節，這就必須要讓學生對于葉綠體色素這屬于有機物進行了解，這就能夠在有機溶劑當中溶解。能夠做到讓學生了解到葉片細胞液當中的部分有機酸將葉綠素當中的Mg2+替代而轉換成為去Mg2+的葉綠素，這對于觀察葉綠素產生直接的影響，這樣就能夠讓學生明白為啥不能讓層析液浸沒濾紙條上的濾液細線，提取液選取為丙酮，在研磨之前還應該加入少量的碳酸鈣這種堿性鹽。從這就能夠了解藥品的特性只有讓學生明確之后，這樣學生在做實驗的時候才能游刃有余，使得學生的使用能力得到有效提高。
二是注重讀學生分析實驗現象與實驗程序的能力培養
學生在實驗過程當中絕對不能按方抓藥，也不能只是對結果強調，而對過程忽視。有鑒于此，教師在實施教學的過程當中必須要積極指導學生對于在整個實驗當中的所有步驟所發揮的作用、所有處理意義以及各個步驟相互之間所存在的關系去認真分析，以便從中尋找到合理的方法去解決問題與研究事物。而且在這一過程當中，針對實驗失敗的原因查找高度重視，這就導致能夠對學生提高實驗能力產生有利的作用。比如在對植物細胞有絲分裂觀察的實驗過程當中，其中的步驟為：培養、解離10%HC1、漂洗、染色、壓片、觀察。而在這些步驟當中，必須要做到讓學生明白在10%的HC1溶液當中浸泡根尖所起的作用就是要對于細胞之間的果膠質溶解，從而有著更為松散的根尖細胞，這就對壓片提供方便，要是少了這一環節，那么就比較難壓散根尖細胞，而在顯微鏡下觀察顯得比較困難。教師在實驗過程當中必須按照不同的學生程度與涉及原理難易，積極指導學生對于實驗的過程進行正確理解，使得能夠對實驗現象認真分析。
總而言之，教師在實施生物教學的過程當中，必須加強培養學生的分析能力、動手能力。往往會起到事半功倍的效果，這樣才能做到對教學質量的全面提高。
【參考文獻】
[1]王進，胡位榮，曾小龍.農村地區提高中學生物實驗教學質量的對策[J].學理論，2010（21）：302-305.
[2]耿建.“引導-活動-總結-應用”的探究教學模式初探[J].物理教學探討，2010（03）：12-14.
生物力學的研究范文6
【關鍵詞】小實驗；教學探究；動手能力；創新精神
很多學生心中都有那么兩個疑問：物理那么抽象難學，我們為什么要學物理？學物理有什么用？一些學生為此對學習物理學產生畏學、厭學情緒。其實要想學生學好物理學也并非難事，它是一門以實驗為基礎的學科，實驗在物理教學中具有十分重要的作用，是培養學生觀察、動手、思維能力的重要手段，也是完成教學活動必不可少的環節。所以要求教師在教學中注重理論聯系實際，即強調“從生活走向物理，從物理走向社會”；開展物理實驗教學既能加強直觀教學又能優化探究過程，充分發揮物理實驗的教學功能，有助于幫助學生建立概念、理解規律、突破難點。所以物理實驗的重要性是可想而知的，下面就物理小實驗的教學探討一下。
一、小實驗激發學生的學習興趣，培養學生的觀察能力
現在很多教師在物理教學中，都存在著輕視實驗教學的現象，以黑板實驗代替真實實驗，沒有實驗器材，僅僅一張嘴巴、一支粉筆、一塊黑板完成一次“講實驗”的過程，或運用多媒體多次重現實驗過程，而不是“做實驗”。老師在講臺上口若懸河，而學生在講臺下有的呼呼大睡，與周公談天說地；有的雙眼迷離，不知道神游到了哪里；或者只是變成了教師的獨角戲，演示實驗結束，學生就好像看了場精彩的表演，課后成了過眼云煙，感覺這都是老師做的事情，完全與我無關，根本達不到教學目的。
這些教師小看了這些“小實驗”，認為這些學生一看就明白的小實驗，沒必要做，看看就行；或這些實驗對于學生可能有點難度，學生不會做也可能不愿做。其實小實驗生動鮮明、形象直觀，能夠激發學生的學習興趣，產生動手欲望，創造生動活潑、輕松愉快的課堂學習氣氛；并且也可以打破學生對科學領域遙不可及的神秘感，發現其實物理就在我身邊；激發學生對新事物好奇、求知的強烈欲望，能夠有效提高學生對知識的接受能力和理解能力。
前蘇聯的教育巨匠蘇霍姆林斯基有這樣一名話：“學生的聰明才智來自他們的手指尖”，揭示了動手實驗的重要性。比如講解磁場的內容時，引導學生用磁鐵、釘子、鐵屑這些生活中常見的物件動手做實驗發現：怎么磁鐵會追著跑，換另外一端為什么又互相吸引了？為什么磁鐵能吸引鐵屑？為什么有的地方吸的多有的地方吸的少？把不帶磁性的鐵釘放在磁體一端，這時鐵釘也可吸引鐵屑。咦，為什么？這時，學生的興趣產生了，課堂氣氛馬上活躍起來，學生就會七嘴八舌的進行討論、探討其原因，教師引導總結得出結果。這樣一個小實驗下來，不但學生的動手能力提高了，所要掌握的磁性、磁極、磁化等知識點也隨著小實驗牢牢的記在腦海里。
二、小實驗培養學生的合作精神
在學生實驗中，如果組織的不好，實驗室里的學生就像一盤散沙一樣，一次實驗課熱熱鬧鬧下來什么收獲也沒有。因此，要想在實驗中達到滿意的效果，必須讓學生成為主體，教師做主導。教師可以結合實驗需要把實驗學生分組，通過良性的小組競賽加強學生動手能力、團隊合作精神、集體榮譽感等，有助于培養學生正確的競爭意識和能力。同時通過小組成員間的互動和幫助，能使每一個小組成員都有所收獲。
例如，測定小燈泡的額定功率這個實驗，在實驗前，要求分組。在組成小組成員時，一些學優生出于對小組榮譽的考慮或者個人表現欲望強烈，會拒絕或排斥學困生，或者不給學困生展現自我的機會，使學困生變得更加膽小怯弱，自卑心理增強。此時教師要做耐心細致的工作，給學困生建立起“我能行”的信念，提高學生的自信度和自尊心。同時，教師要激發學優生與學困生間相互幫助的學習動機，鼓勵學優生對學困生提供幫助，學會會尊重他人，讓他們懂得在幫助他人的過程中，享受體驗自身價值的快樂，培養他們樂于助人的習慣。組分好后，必須經過討論、商量，知道實驗原理，明確實驗目的，設計實驗方案，對組內成員進行明確的分工，做好充分準備后才能進入實驗室開始操作。在實驗過程中，使每個學生都能各盡其責、各司其職，讓他們感覺到每次合作學習對于他們來說都是充實而有效的。當然，為了能提高每個學生的動手能力，在不同的實驗中，可以讓學生互換擔當的角色，這樣學生可以在不同的環節都得到嘗試和體驗。在實驗過程中，教師應該要巡視指導，配合必要的啟發誘導。在實驗過程中，學生遇到難題時會馬上報告老師，這時候，教師的作用并不是去幫他們立刻解決難題，而應該引導他們如何找出問題關鍵所在，通過小組的力量把問題解決，這樣才會提升學生的分析能力和解決問題的能力，培養學生的團隊合作精神。
三、小實驗培養學生的動手能力和創新能力
有的學生學習非常刻苦，基礎知識豐富、扎實，且善于考試。但他們卻普遍存在動手能力差，不善于提出問題和自己動腦解決問題等缺點。所以在物理教學中，變學生實驗為學生動手設計實驗，巧妙地運用學生身邊的一些學習、生活事例和用品進行實驗，更有切身體驗，更貼近學生的生活實際。如“紙盒燒開水”、“利用虹吸現象給魚缸換水”、“制作小電話”等小實驗、小制作，其實都包含著許多物理知識，有很強的趣味性和知識性，而且會進一步激發學生好奇心，通過多次重復實驗，學生會有所發現、有所創新或突發奇想。因此教師要鼓勵學生做好這些小實驗、小制作，并有意識地在教學中加以講評。只有這樣，才能拓寬學生的思維空間，培養他們的動手能力和創新精神，并對實驗過程有一個全面、全新的理解。同時使學生感受到物理知識的應用無處不在，激發他們自覺應用物理知識創造性地解決一些具體問題，這正如著名物理學家愛因斯坦所說：“想象力比知識更重要”。
四、小實驗鞏固學生對物理知識的掌握和應用
學生動手做小實驗的過程其實就是對知識的再現和再學習過程。通過一些課上課后的小實驗，學生不但能夠愉悅地接受物理新知識，而且能更進一步加深理解和應用物理知識解決生活中常見的問題。比如：生活中常見的雞蛋，把它放在課堂上，讓學生做實驗，比比誰的力氣大，能把雞蛋放在手上握爛。通過比試，學生驚奇了，雞蛋不是非常容易破碎的嘛，我用那么大的力氣它也碎不了，可媽媽煎蛋時把蛋在碗的邊沿輕輕磕一下，雞蛋就爛了，這是為什么呀？結果通過這次小實驗，學生就能完全體會到這原來是壓力與受力面積關系問題。再如：學校每年進行的拔河比賽，為什么我們班每次都輸，是不是我們個子比別人矮、力氣比別人小呀？教師可以在班里組織一次拔河比賽，讓學生在比賽中發現為什么會輸，解決怎樣才能贏的問題。這樣一次比賽下來，學生不但掌握了要學的有關摩擦力的新知識，而且還學會了如何把所學的物理知識來應用于生活中，這其實就是一個鞏固所學知識的一個過程。心理學研究表明：人的動作記憶效率比語言文字記憶效率要高好幾倍?！鞍俾劜蝗缫灰?，百看不如一做”說的就是這個道理。
總之，物理小實驗可以讓學生體會親自動手實踐的樂趣，創造一個輕松愉悅的學習環境；可以集中學生的注意力，親自動手動腦解決問題、完成實驗；可以讓學生體驗、享受實驗成功感，增強學生自信心。但有些物理實驗脫離生活，學生不感興趣的，因此教師應多動心思改裝物理實驗，設計一些貼近生活的物理小實驗，做到不同的實驗發揮不同的作用，發揮真正的作用。使物理教學過程成為學生愉悅的情感體驗過程，讓學生感悟到實際生活中的物理的奇妙和規律，強烈地意識到物理離我們并不遙遠，物理其實就在我身邊，真正實現從生活走向物理，從物理走向社會。
參考文獻：
