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为什么粘弹性在人体中如此重要？
by Dr. Dimitria Bonizol Camasao
Rheolution Inc. 高级应用专家
这种粘弹性行为与器官之间有何关联？
人体时刻受到不同尺度上多种力的作用。从较大的尺度开始， 重力是地球对整个身体施加的一种向下的拉力。例如，骨骼、肌肉和心脏通过对抗重力，使身体能够站立、活动，并将血液输送至大脑。 在行走、奔跑、伸展或一般活动时，肌肉会向人体的不同部位施加驱动力。
从更小的层面来看，血pu随着每次心跳，血液都会冲击血管壁。肺泡内的气体对肺泡壁施加作用力，使肺泡扩张，从而在呼吸过程中带动肺部和胸腔扩张。 所有这些器官和组织都由蛋白质、水和细胞构成，它们会对这些力产生被动或主动的反应。每种组织对这些力的反应都具有高度特异性，这种反应有助于维持机体的正常功能。
这些信息有哪些实际应用？
对人体内粘弹性的理解极为重要，主要基于以下两个原因：
1. 组织粘弹性的差异可能与疾病的存在有关
皮肤、肌肉、心脏和脂肪等人体组织具有各自特有的粘弹性。一种被称为“弹性成像”的医学成像技术，可用于非侵入性地绘制体内软组织的粘弹性特性图谱。这些信息对于检测疾病的存在及其严重程度非常有用。 例如，肝纤维化是指当肝脏试图修复和替换受损组织时，形成异常大量的瘢痕组织。纤维化的存在应导致组织中出现更坚硬的区域，其刚度值也更高。因此，弹性成像的结果可以显示纤维化的存在及其程度，从而有助于选择最佳治疗方案。
2. 涉及使用任何类型生物材料的治疗和疗法，应与植入部位的自然粘弹性反应相仿
生物材料用于制造植入人体内部或体表的医疗植入物。从最广义的定义来看，生物材料是指一种生物或合成物质，当植入人体后，会引发可控的宿主反应。理想的生物材料应能模拟植入部位的特性。在我们的 上一篇论文中，例如，我们看到研究人员正致力于开发替代当前市场上僵硬的合成移植物的血管移植物。这种刚度不匹配导致现有移植物无法用于替代小口径血管。 化学家、物理学家、生物学家和工程师们正结合各自的专业知识，开发能够再现不同人体组织生物和力学特性的生物材料，使其在受外部或内部力作用时能够保持类似的响应。
为了说明与原生组织特性相匹配的重要性，我们可以将齿轮作为人体的器官和组织的类比，如下图所示：
假设这些金属齿轮（图中以橙色表示）中的每一个都以特定的转速运转，以维持机体的正常运作。现在设想，我们将其中一个齿轮替换为另一个尺寸相近但由硬橡胶制成的齿轮（图中以海军蓝表示）。 我们是否会预期该系统能像之前一样正常运转呢？例如， 橡胶与金属之间的摩擦与金属与金属之间的摩擦不同，因此阻碍齿轮相对运动的力也会不同。 也许起初这些细微的差异不会被察觉，但随着时间的推移，这些差异的累积可能会对系统的各个部分产生影响。
可以看出，粘弹性是一种与组织功能密切相关的物理性质。理解这种关系并能够测量该性质，对于检测疾病的存在与严重程度、改善医疗保健，以及针对具有未满足医疗需求的疾病开发新型治疗方法和疗法，都具有重要意义。
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