新兴的边缘学科------生物力学

【香港《科技世界》一月号文章】生物力学是六十年代才兴起的一门新兴学科。它是根据力学的基本原理，运用工程的方法和手段去研究生物体的各种学特性，以公式和定量计算加以分析、论证有关生理现象。所以，生物力学是在工程和生物、医学之间发展起来的一门边缘学科。
那么生物力学与航空又有什么联系呢？生物力学在航空救生中的应用
当飞机发生故障不能继续飞行时，要采取措施使乘员迅速离开飞机，使其安全回到地面。
弹射过程的特点是作用时间短，一般只有零点二秒左右，为了在这样短的时间内达到所需的最大速度，这就决定了弹射加速度必然很大，因为速度是加速度与时间的乘积。因此在弹射的瞬间通过座椅作用在人体上的冲击力是很大的。而人体对这种短暂的冲击力主要由人的支柱——椎柱来承受。由于弹射座椅的推力线与脊柱的长轴并不一致，所以，作用在人体重心上除了有垂直向下的惯性力外，还存在引起身体前倾的惯性，考虑到脊柱本身自然曲度的影响，受力最大的部位常常发生在第十胸椎到第一腰椎之间，当作用在脊柱上的压力超过允许值时，会造成脊柱损伤，或椎体前缘骨折，或椎体压缩性损伤。
弹射时，脊柱受力情况及脊柱损伤机理的分析和防治，是航空生物力学研究的重要课题之一，而脊椎骨力学特性的研究，又可归结为生物固体力学的范畴。失重引起的生物力学问题
宇航员在失重环境下，会引起骨骼失去矿物盐（主要是钙和磷，简称脱钙），造成人的骨质疏松或者萎缩，从而导致骨折、骨变形。
美国研究了宇航员排出的尿和粪便的钙、磷丧失，其中钙的丧失率每月约六克，约占每月平均身体总钙量的千分之五。
这个问题实际上是骨骼生物力学中应力与生长的关系问题。人体骨骼有这样的特点，骨骼可以通过其自身的生长和吸收来保持其内部的受力状态，以适应外力的变化。需要时骨生长，不需要时骨被吸收、萎缩。人在失重下，全身所有骨骼都不受重力影响，所以骨骼，特别是承受重量的骨骼会脱钙、萎缩。
目前防治失重状态下骨质丧失的办法，大致有
以下几种：
１、宇航员在飞行中，进行模拟地面情况骨骼受力的功能锻炼。
２、用物理方面进行防治。
采用专门特殊设备在身体纵轴方向加压，采取下身加负压等方法。
３、对膳食中的钙、磷进行强化。如增加膳食中钙和磷和磷酸盐的摄入量，达到直接抑制骨吸收、刺激骨形成。
４、采用药物治疗。
（摘自新华社《世界经济科技》）