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第一章 生物力学概说1

第一节 历史的源流1

第二节 背景和需要5

第三节 全景鸟瞰7

第二章 生物力学的力学基础12

第一节 运动和力12

2.1.1 质点系动力学和刚体动力学基础14

2.1.2 刚体动力学在生物力学中的应用17

2.1.3 量纲和单位20

第二节 连续介质力学基本知识21

2.2.1 连续性假说21

2.2.2 描述连续介质动力的两种方法22

2.2.3 应力23

2.2.4 应变应变率27

2.2.5 变形功和应变能32

2.2.6 弹性和粘弹性33

第三节 本构关系——流变学的主题35

2.3.1流变学的方法学一般原理35

2.3.2 Hooke（胡克）弹性体36

2.3.3 牛顿流体和非牛顿流体37

2.3.4 线性粘弹性体41

第四节 生物流体力学基础46

2.4.1 生命现象和流体运动46

2.4.2 不同层次和不同系统中的生理流动问题47

2.2.3 流体力学的基本原理50

2.4.4 流体力学的基本方程57

2.4.5 量纲分析相似参数60

2.4.6 生物流体力学的相似性问题64

第五节 生物传质及其热力学基础68

2.5.1 热力学的基础定律70

2.5.2 扩散74

2.5.3 渗透滤过77

2.5.4 组织间质中的渗流80

2.5.5 通过细胞膜的物质输运80

结语：符号和语法83

第三章 活组织的力学性质85

第一节 骨的力学性质86

第二节 软组织的力学性质89

3.2.1 软组织的结构要素89

3.2.2 软组织力学性质的实验方法91

3.2.3 软组织力学行为的一般特点93

3.2.4 软组织的本构方程98

第三节 血管的力学性质100

3.3.1 血管壁的构造100

3.3.2 动脉血管的力学性质102

3.3.3 静脉血管的力学性质108

3.3.4 微血管的力学性质110

第四节 关节软骨的力学性质112

3.4.1 准线性粘弹性本构关系113

3.4.2 关节软骨的两相模型114

第五节 生物粘弹性流体122

3.5.1 流体的粘弹性122

3.5.2 关节滑液的粘弹性124

结语：生物流变学的理论和实践意义127

第四章 肌肉力学基础129

第一节 骨胳肌、心肌和平滑肌130

第二节 骨胳肌的微结构和收缩机理132

第三节 Hill方程和Hill 模型133

4.3.1 Hill 模型（双元素）136

4.3.2 三元素模型138

第四节 心肌的力学性质143

4.4.1 静息状态下的心肌的力学性质143

4.4.2 Hill 模型应用于心肌145

第四节 平滑肌的力学性质148

结语：需要新概念、新技术154

第五章 血液流变学导论155

第一节 血液的流变特性155

5.1.1 宏观血液流变学的方法学原理156

5.1.2 血浆的粘度164

5.1.3 血液的粘性164

5.1.4 血液的粘弹性169

第二节 血液非牛顿特性的细观和微观说明178

第三节 红细胞的运动和变形182

5.3.1 红细胞的几何形状183

5.3.2 红细胞沉降——血沉194

5.3.3 红细胞的可变形性201

5.3.4 红细胞膜的力学性质213

5.5.5 红细胞聚集219

第四节 血液在微血管里的流变特性223

5.4.1 Fahraeus-Lindqvist效应和Fahraeus效应223

5.4.2 毛细血管内红细胞的运动和阻力227

5.4.3 毛细血管和毛细血管网络内红细胞的分布（比积的变化）237

5.4.4 表观粘度和相对粘度243

5.5.1 白细胞的力学性质245

第五节 白细胞的流变行为245

5.5.2 白细胞在微血管里的流变行为250

第六节 血小板功能行为的流变学问题254

5.6.1 血小板的活性与流变学因素254

5.6.2 凝血过程中血液的粘弹性256

第七节 血液的本构方程261

5.7.1 几类粘弹性本构方程的述评263

5.7.2 可能的选择272

结语：愿望和现实274

第六章 心脏力学279

第一节 心脏的构造和功能280

第二节 心脏和心瓣的液体力学问题286

6.2.1 心脏和心瓣流体力学的若干基本问题287

6.2.2 二尖瓣的运动及其流场295

6.2.3 主动脉瓣的运动及其流场301

第三节 心脏的力学模型和泵功能311

6.3.1 左心室的压力—容积关系311

6.3.2 左心室的应力和应变316

6.3.3 心脏的泵功能321

第四节 心脏与血管系统的相互作用323

6.4.1 左心与动脉系统的相互作用323

6.4.2 左心系统和右心系统之间的相互作用329

第五节 人造心脏瓣膜的生物力学问题338

6.5.1 人工心瓣的流体力学性能的检测和评价339

6.5.2 人工心瓣的疲劳寿命问题344

结语：生物力学在生物医学工程中的位置346

第七章 血液循环的力学规律348

第一节 动脉系统的阻力分布和分枝形态Poiseuille定律的应用355

7.1.1 分枝血管系统的阻力分布355

7.1.2 血管分枝形态的优化分析360

第二节 可变形管道内的定常流动365

7.2.1 弹性直圆柱管里的定常层流365

7.2.2 血管的应力状态和弹性不稳定性368

7.2.3 可瘪管流动379

7.2.4 可变形管道内小扰动的传播388

7.2.5 三种流动的比较394

7.2.6 可变形管定常流动的稳定性问题398

第三节 动脉血管里的脉动流和脉搏波404

7.3.1 脉搏波408

7.3.2 直圆柱管内的振荡流420

第四节 脉搏波在动脉血管系统里的传播428

7.4.1 传输线理论——线性模型431

7.4.2 非线性数值模型448

7.4.3 中医脉象与脉搏波467

第五节 大动脉里的流动479

7.5.1 大动脉中流动的一般特点479

7.5.2 动脉粥样硬化与血液流动的动力特性487

7.5.3 弯曲对大血管流动的影响492

7.5.4 分枝管道的流动501

7.5.5 动脉狭窄的流体力学问题517

7.5.6 血管分枝、弯曲、截面积突变部位红细胞和血小板的运动528

第六节 静脉血管里的流动533

7.6.1 静脉血管的力学性质534

7.6.2 静脉中的脉动流和波动535

7.6.3瓣膜对静脉血流的影响539

第七节 微循环力学540

7.7.1 微循环的几种构造模式541

7.7.2 微循环力学参数的在体观测543

7.7.3 微循环力学问题概述548

7.7.4 毛细血流与周围组织之间的物质输运550

第八节 肺血流的力学规律571

7.8.1 肺血管系统的几何形态572

7.8.2 肺血管力学性质577

7.8.3 肺毛细血管组织内的流动——片流模型579

7.8.4 肺毛细血管组织中血液的表观粘度582

7.8.5 肺血流的阻力584

7.8.6 理论的实验检验584

结语：一个必然的趋势586

第八章 呼吸力学591

第一节 呼吸道内的空气流动591

8.1.1 呼吸道的阻力594

8.1.2 上呼吸道里的流动597

8.1.3 呼吸系统的动力学行为599

第二节 支气管里的对流扩散601

第三节 肺泡内气体的扩散605

第四节 肺泡和毛细血流之间的气体交换607

8.4.1 通过膜的气体扩散608

8.4.2 肺泡-红细胞之间的气体交换610

8.4.3 扩散容量的实验测定612

8.4.4 肺通气量与血流量的关系614

第五节 肺功能的宏观评价615

第六节 肺呼气流量极限618

第九章 器官力学的几个不同方面623

第一节 耳蜗力学624

9.1.1 耳蜗的解剖特点和超微结构625

9.1.2 耳蜗管内的波传播627

9.1.3 小振幅下的非线性响应632

第二节 脊柱力学634

9.2.1 脊柱的力学性质635

9.2.2 腰椎的受力分析641

9.2.3 脊柱的冲击损伤645

第三节 肺的冲击损伤647

9.3.1 冲击和弹性波647

9.3.2 冲击载荷引起的肺水肿650

9.3.3 关于冲击损伤引起肺水肿的机理652

结语：方法概念诀窍654

第十章 应力和生长658

第一节 从零应力状态到应力——生长假说659

第二节 软组织和器官的重建665

10.2.1 心脏肥大665

10.2.2 肺的重建665

10.2.3 血管的重建666

第三节 结构——功能适应性原理在骨生物力学中的体现668

10.3.1 骨折的愈合670

10.3.2 骨组织的重建672

第四节 流体动力对细胞生长的影响675

10.4.1 血液流动对血管内皮细胞的影响675

10.4.2 流体动力对离体培养的血管内皮细胞生长的影响678

结语：未来的新天地684