生物力学：修订间差异

'''生物力学'''（biomechanics）是一门利用力学方法研究生物系统机械方面的结构，、功能和、运动的学科，包括从整个[[生物|生物体]]到[[器官]] ， 、[[细胞]]和、[[細胞器|细胞器的]]的任何水平层次<ref>[[ R.麦克尼尔亚历山大|R. McNeill Alexander]] (2005) ''Mechanics of animal movement'', [[當代生物學|Current Biology]] Volume 15, Issue 16, 23 August 2005, Pages R616-R619. {{Doi|10.1016/j.cub.2005.08.016}}</ref>，使用属[[生物物理学上[[力学]]的研究方法。 一个分支<ref>{{Cite journal|title=The meaning of the term biomechanics|last=Hatze|first=Herbert|journal=Journal of Biomechanics|issue=12|doi=10.1016/0021-9290(74)90060-8|year=1974|volume=7|pages=189–190}}</ref> 。

“生物力学”（1899年）和相关的“生物力学技术”（1856年），来自[[古希臘語|古希腊]] ''βίοςBIOS“''生命”和''μηχανική，mēchanikē“''力学”，指的生物体的机械和热力学原理的研究，特别是其运动和结构。 <ref>[[Oxford English Dictionary]], Third Edition, November 2010, [http://www.oed.com/view/Entry/19232 ''s.vv.''] {{Wayback|url=http://www.oed.com/view/Entry/19232 |date=20230703084238 }}</ref>

生物力学原理在植物，植物器官和细胞中的应用已发展成植物力学的子领域。 <ref name="Niklas">{{Cite book|last=Niklas|first=Karl J.|authorlink=|title=Plant Biomechanics: An Engineering Approach to Plant Form and Function|url=https://archive.org/details/plantbiomechanic0000nikl|publisher=University Of Chicago Press|edition=1|year=1992|location=New York, NY|page=622|isbn=978-0-226-58631-1}}</ref>生物力学在植物中的应用范围从研究作物的恢复力到环境胁迫<ref>Forell, G. V., Robertson, D., Lee, S. Y., Cook, D. D. (2015), Preventing lodging in bioenergy crops: a biomechanical analysis of maize stalks suggests a new approach. J Exp Bot. doi: 10.1093/jxb/erv108</ref>到细胞和组织规模的发育和形态发生，与机械生物学有一定重叠。 <ref name="Bidhendi2018">{{Cite journal|title=Finite element modeling of shape changes in plant cells|url=http://www.plantphysiol.org/content/176/1/41.full.pdf|last=Bidhendi|first=Amir J|last2=Geitmann|first2=Anja|date=January 2018|journal=Plant Physiology|issue=1|doi=10.1104/pp.17.01684|volume=176|pages=41–56|pmc=5761827|pmid=29229695}}</ref>

在运动生物力学中，力学定律适用于人体运动，以便更好地理解运动表现并减少[[运动损伤]]和提高运动表现 。它侧重于机械原理的应用，以了解人体和运动器具的协调与变化。 [[机械工程|机械工程的]]元素（如[[应变片|应变仪]] ）， [[電機工程學|电气工程]] （如， [[数字滤波器|数字滤波]] ）， [[计算机科学]] （例如，[[数值分析|数值方法]] ），[[步态分析]]（例如，[[力平台]] ）和[[臨床神經生理學|临床神经生理学]]（例如： [[肌電圖|表面肌电图]] ）是运动生物力学中常用的知识或方法。 <ref name="Bartlett">{{Cite book|title=Introduction to sports biomechanics|url=https://archive.org/details/introductiontosp0000bart|last=Bartlett|first=Roger|publisher=Routledge|year=1997|isbn=978-0-419-20840-2|edition=1|location=New York, NY|page=304}}</ref>

运动中的生物力学可以表示为在执行给定任务，技能和/或技术期间身体的肌肉，关节和骨骼动作。正确理解与运动技能相关的生物力学具有重大的意义：运动的表现，康复和伤害预防，以及运动技能。正如Michael Yessis博士所指出的，最好的运动员是最能发挥其身体潜能的运动员。 <ref>{{Cite book|title=Secrets of Russian Sports Fitness & Training|url=https://archive.org/details/secretsofrussian0000mich|last=Michael Yessis|year=2008|isbn=978-0-9817180-2-6}}</ref>

柏拉图的学生亚里士多德可以被认为是第一个生物机械师，因为他的动物解剖学工作。 [[亚里士多德]]写了第一本关于动物运动的书， ''De Motu Animalium''或On the Animals of Animals 。 <ref>{{Cite book|last=Abernethy|first=Bruce|last2=Vaughan Kippers|last3=Stephanie J. Hanrahan|last4=Marcus G. Pandy|last5=Alison M. McManus|last6=Laurel MacKinnon|title=Biophysical foundations of human movement|url=https://archive.org/details/biophysicalfound0000unse_v7u4|publisher=Human Kinetics|location=Champaign, IL|isbn=978-1-4504-3165-1|page=[https://archive.org/details/biophysicalfound0000unse_v7u4/page/84 84]|edition=3rd|year=2013}}</ref>他不仅将动物的身体视为机械系统，而且追求诸如想象表演和实际行动之间的生理差异等问题。 <ref>{{Cite web|title=A genealogy of biomechanics|url=http://www.asbweb.org/html/biomechanics/genealogy/genealogy.htm|accessdate=2 January 2014|author=Martin|date=October 23, 1999|first=R. Bruce|work=Presidential Lecture presented at the 23rd Annual Conference of the American Society of Biomechanics University of Pittsburgh, Pittsburgh PA|archiveurl=https://web.archive.org/web/20130808074008/http://www.asbweb.org/html/biomechanics/genealogy/genealogy.htm|archivedate=8 August 2013|dead-url=yes}}</ref>在另一部作品''“动物的部位”中'' ，他准确描述了[[输尿管]]如何使用蠕动将尿液从[[腎|肾脏]]运送到[[膀胱]] 。 <ref name="Fung">{{Harvnb|Fung|1993|}}</ref> {{Rp|2}}

随着[[羅馬帝國|罗马帝国]]的兴起，技术变得比哲学更受欢迎，并且下一代有关生物机制的学说出现了。 [[盖伦|Galen]] （公元129年 - 公元210年）， [[馬爾庫斯·奧列里烏斯|Marcus Aurelius的]]医生，撰写了他的着名着作“关于人体的功能”（关于人体）。这将是未来1400年的世界标准医学书籍。 <ref name="asbweb.org">{{Cite web|title=American Society of Biomechanics » The Original Biomechanists|url=http://www.asbweb.org/about-biomechanics/the-original-biomechanists/|accessdate=2017-10-25|work=www.asbweb.org|language=en-US|archive-date=2020-08-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20200828152827/http://www.asbweb.org/about-biomechanics/the-original-biomechanists/|dead-url=no}}</ref>

随着[[列奥纳多·达·芬奇|莱昂纳多达芬奇]]的诞生，下一个主要的生物力学时期在1452年左右出现。达芬奇是一位艺术家，机械师和工程师。他为机械，军事和土木工程项目做出了贡献。他对科学和力学有很好的理解，并在力学背景下研究解剖学。他分析了肌肉力量和运动，并研究了关节功能。这些研究可以被认为是生物力学领域的研究。达芬奇倾向于模仿他机器中的一些动物特征。例如，他研究了鸟类的飞行，以找到人类可以飞行的方法;因为马是当时机械动力的主要来源，他研究了他们的肌肉系统来设计能够更好地受到这种动物施加的力量的机器。 <ref name="Mason">{{Cite book|title=A History of the Sciences|url=https://archive.org/details/historyofscience00maso|last=Mason|first=Stephen|publisher=Collier Books|year=1962|isbn=|location=New York, NY|page=[https://archive.org/details/historyofscience00maso/page/550 550]}}</ref>

1543年，盖伦的作品“部件的功能”受到了29岁的[[安德雷亚斯·维萨里|安德烈亚斯·维萨利乌斯]]的挑战。维萨利斯出版了他自己的作品“人体结构”。在这项工作中，Vesalius纠正了Galen所犯的延续了几个世纪的许多错误。哥白尼日心说的出现也改变了力学和后来的生物力学的发展。 <ref name="asbweb.org">{{Cite web|title=American Society of Biomechanics » The Original Biomechanists|url=http://www.asbweb.org/about-biomechanics/the-original-biomechanists/|accessdate=2017-10-25|work=www.asbweb.org|language=en-US}}</ref>

[[伽利略·伽利莱|伽利略]]是机械师也是生物力学之父，在[[尼古拉·哥白尼|哥白尼]]去世21年后诞生。伽利略在医学院度过了许多年，经常质疑他教授所教的一切。他发现教授们无法证明他们所教的内容，因此他转向数学，必须证明一切。然后，在25岁时，他去了比萨并教数学。他是一位非常优秀的讲师，学生们会让其他教师听他说话，所以他被迫辞职。然后，他成为[[帕多瓦]]一所更有声望的学校的教授。他的精神和教导将再次引领世界走向科学的方向。在他多年的科学研究中，伽利略已经将许多生物力学方面都知道了。例如，他发现了这一点&nbsp; “动物的体重与它们的大小不成比例地增加，因此它们的骨骼也必须不成比例地增加周长，适应承重而不仅仅是尺寸。[管状结构如骨骼的弯曲强度相对于其重量增加了空心的，增加直径。海洋动物可能比陆地动物大，因为水的浮力减轻了它们的重量。“ <ref name="asbweb.org">{{Cite web|title=American Society of Biomechanics » The Original Biomechanists|url=http://www.asbweb.org/about-biomechanics/the-original-biomechanists/|accessdate=2017-10-25|work=www.asbweb.org|language=en-US}}</ref>

[[伽利略·伽利莱|Galileo Galilei]]对骨骼的强度感兴趣，并提出观点：骨骼是空心的。因为这样可以在最小的重量下提供最大的力量。他指出，动物的骨量与其大小不成比例地增加。因此，骨骼也必须在周长方面不成比例地增加，而不仅仅是大小。这是因为管状结构（例如骨）的弯曲强度相对于其重量更为有效。<ref name="Mason">{{Cite book|title=A History of the Sciences|last=Mason|first=Stephen|publisher=Collier Books|year=1962|isbn=|location=New York, NY|page=550}}</ref>

下一个主要的生物力学家[[乔瓦尼·阿方索·博雷利|Giovanni Alfonso Borelli]]是第一个理解“肌肉系统的杠杆放大运动而非力量，因此肌肉必须产生比抵抗运动更大的力量”的人。 <ref name="asbweb.org">{{Cite web|title=American Society of Biomechanics » The Original Biomechanists|url=http://www.asbweb.org/about-biomechanics/the-original-biomechanists/|accessdate=2017-10-25|work=www.asbweb.org|language=en-US}}</ref> Borelli利用伽利略的作品并从中汲取灵感，找出了人体各种关节平衡所需的力量。他甚至发现了人体的重心和空气量&nbsp;肌肉弹性。他的作品通常被认为是生物力学史上最重要的作品，因为他创造了许多新的发现，为后代继续他的工作和学习开辟了道路。

Borelli在生物力学领域取得任何重大飞跃之前很多年。在那之后，越来越多的科学家开始学习人体及其功能。 19世纪或20世纪没有很多着名的科学家在生物力学方面，因为现在这个领域太过庞大，无法将一件事归于一个人。然而，该领域每年都在继续增长，并且在发现更多关于人体的方面继续取得进展。由于该领域变得如此受欢迎，许多机构和实验室在上个世纪对人们开放，人们继续进行研究。随着1977年美国生物力学学会的成立，该领域不断发展并取得了许多新的发现。 <ref name="asbweb.org">{{Cite web|title=American Society of Biomechanics » The Original Biomechanists|url=http://www.asbweb.org/about-biomechanics/the-original-biomechanists/|accessdate=2017-10-25|work=www.asbweb.org|language=en-US}}</ref>

生物力学的研究范围从细胞的内部运作到[[肢|肢体]]的运动，到[[軟組織|软组织]]的机械特性， <ref name="Whitney, G. A. 2014">Whitney, G. A., Jayaraman, K., Dennis, J. E. and Mansour, J. M. (2014), Scaffold-free cartilage subjected to frictional shear stress demonstrates damage by cracking and surface peeling. J Tissue Eng Regen Med. doi: 10.1002/term.1925</ref>和[[骨骼]] 。生物力学研究的一些简单的例子包括在肢体行动的部队，在调查[[空气动力学]]的[[鳥飛|鸟类]]和[[昆虫]] [[飛行|的飞行]] ，在[[流體動力學|流体力学]]中游泳的[[鱼]] ，和运动一般在所有的生命形式，从单个细胞到整个[[生物|有机体]] 。随着对活组织生理行为的日益了解，研究人员能够推进[[组织工程学|组织工程领域]] ，并为包括癌症在内的多种[[病理学|病症]]开发出改进的治疗方法。 <ref>{{Cite journal|title=Solid stress and elastic energy as measures of tumour mechanopathology|url=https://www.nature.com/articles/s41551-016-0004#article-info|last=Nia|first=H.T.|date=2017|journal=Nature Biomedical Engineering|doi=10.1038/s41551-016-0004|volume=004|pages=0004|language=en|pmc=5621647|pmid=28966873|display-authors=etal|access-date=2019-08-14|archive-date=2017-12-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20171202134151/http://www.nature.com/articles/s41551-016-0004#article-info|dead-url=no}}</ref>

它还与[[工程学|工程]]领域紧密相关，因为它经常使用传统的工程科学来分析生物系统 。 [[经典力学|牛顿力学]]和/或[[材料科学|材料科学的]]一些简单应用可以为许多生物系统的力学提供正确的近似。应用力学，尤其是[[机械工程]]学科，如[[连续介质力学]] ， [[机构 (工程学)|机械]]分析， 结构分析， [[运动学]]和[[動力學|动力学]] ，在生物力学研究中发挥着重要作用。 <ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=Qq5JDOvo0YwC&pg=PA75|title=Biomechanical Modelling at the Molecular, Cellular and Tissue Levels|last=Holzapfel|first=Gerhard A.|last2=Ogden|first2=Ray W.|date=2009|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=978-3-211-95875-9|page=75|access-date=2019-08-14|archive-date=2021-04-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20210418172221/https://books.google.com/books?id=Qq5JDOvo0YwC&pg=PA75|dead-url=no}}</ref>

*{{cite book|last=Fung|first=Y.-C.|title=Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues|url=https://archive.org/details/biomechanicsmech0000fung|publisher=Springer-Verlag|location=New York|year=1993|isbn=978-0-387-97947-2|ref=harv}}

*{{cite book|editor-last=Peterson|editor-first=Donald R.|editor2-first=Joseph D.|editor2-last=Bronzino|title=Biomechanics : principles and applications|url=https://archive.org/details/biomechanicsprin0000unse|year=2008|publisher=CRC Press|location=Boca Raton|isbn=978-0-8493-8534-6|edition=2. rev.}}

*{{cite book|last=Temenoff|first=J.S.|first2=A.G.|last2=Mikos|title=Biomaterials : the Intersection of biology and materials science|url=https://archive.org/details/biomaterialsinte0000teme|year=2008|publisher=Pearson/Prentice Hall|location=Upper Saddle River, N.J.|isbn=978-0-13-009710-1|edition=Internat.}}

*{{cite book|last=Waite|first=Lee|first2=Jerry|last2=Fine|title=Applied biofluid mechanics|url=https://archive.org/details/appliedbiofluidm0000wait|year=2007|publisher=McGraw-Hill|location=New York|isbn=978-0-07-147217-3}}

*{{cite book|last=Young|first=Donald F.|author2=Bruce R. Munson|author3=Theodore H. Okiishi|title=A brief introduction to fluid mechanics|url=https://archive.org/details/briefintroductio0000youn|year=2004|publisher=Wiley|location=Hoboken, N.J.|isbn=978-0-471-45757-2|edition=3rd}}

* [http://biomch-l.isbweb.org/ 生物力学和运动科学(Biomch-L)] {{Wayback|url=http://biomch-l.isbweb.org/ |date=20141110041255 }}