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内容紹介
体系化された流れのモデルを基盤とし,生体内流れ・生体外流れの現象を解説。〔内容〕序章/生体における流れの概念/基礎式/心臓血管系・肺呼吸の流れ/マイクロ・ナノスケールの流れ/生物の飛翔・遊泳の流体力学/方法論/今後の展望
編集部から
目次
0本テキストの内容の概観,勉強の手引き(谷下一夫)
1生体における流れの概念(山口隆美)
1.1はじめに
1.1.1生命現象と流れのバイオメカニクス
1.1.2生体の流体力学
1.2生命とは何か
1.2.1バイオメカニクスと生命の定義
1.2.2生命と外界の境界―膜と流れ
1.2.3物質交換と代謝
1.2.4反応・適応・リモデリング
1.2.5再生・生殖
1.3生命体における流れの特徴
1.3.1内部流れと外部流れ
1.3.2生体流れの力学的な困難
1.3.3生物学的な問題点
1.4結論を先取りして
2生物流体力学の基礎式(石川拓司)
2.1生物流体力学とは
2.1.1連続体力学とレオロジー
2.1.2多様な生物流体の定式化
2.2流体力学の基礎
2.2.1圧力と密度
2.2.2応力
2.2.3ひずみ速度
2.2.4粘度とニュートンの粘性則
2.2.5オイラー微分とラグランジュ微分
2.3ニュートン流体の基礎式
2.3.1質量保存則(連続の式)
2.3.2運動量保存則(コーシーの運動方程式)
2.3.3ナビエ・ストークス方程式
2.3.4支配方程式の境界条件
2.3.5支配方程式の無次元化
2.3.6エネルギー保存則(ベルヌーイの定理)
2.4非ニュートン流体の基礎式
2.4.1非ニュートン流体の分類
2.4.2べき乗則流体
2.4.3ビンガム流体
2.4.4カッソン流体
2.4.5多くの生体流体が粘弾性を示す理由
2.4.6線形粘弾性流体
2.5サスペンションの力学
2.5.1ストークス流れ
2.5.2静止流体中の単一粒子の運動
2.5.3せん断流れ中の粒子の運動と希薄サスペンションの粘度
2.5.4濃厚サスペンションの粘度
3心臓血管系における流れ
3.1心臓血管系のバイオメカニクス(谷下一夫)
3.1.1心臓の構造
3.1.2心臓の周期的活動
3.1.3心臓のポンプ機構
3.1.4血管のバイオメカニクス
3.2血流の力学的特徴
3.3血液のレオロジー的性質
3.3.1血液の非ニュートン性
3.3.2赤血球の変形
3.3.3血小板の流動
3.3.4微粒子の運動を扱う流体力学“microhydrodynamics”
3.4太い血管内の流れ
3.4.1剛体管内の拍動流
3.4.2弾性管内の拍動流
3.4.3入口領域の流れ
3.4.4曲がり管内の流れ
3.4.5分岐管内の流れ
3.4.6非定常流に発生する乱流
3.5つぶれやすい管内の流れ
3.6微小血管内の流れ
3.7内皮細胞における機械的刺激の受容機構と細胞近傍の流れ
3.8循環器系疾患と血行力学(大島まり)
3.8.1流れの動脈血管病変に及ぼす影響
3.8.2動脈硬化症における血行力学
3.8.3脳動脈瘤における血行力学
3.9血液動態と血行力学的要因について
3.10循環器系流れの数値シミュレーション―image-based modeling and simulation―
3.10.1モデリング手法
3.10.2血流の数値シミュレーション
3.10.3マルチスケール解析
3.10.4血流と血管壁の連成解析
4肺呼吸の流れ(和田成生・世良俊博)
4.1呼吸器の構造
4.2肺呼吸のしくみ
4.3肺呼吸における流れと物質輸送
4.3.1上気道の流れ
4.3.2下気道内の流れ
4.3.3末梢細気道系の変形と流れ
4.3.4気道内のガス輸送
4.3.5肺胞―末梢気道系における物質輸送
4.3.6肺サーファクタント
4.3.7肺循環の血液流れ
4.3.8血液によるガス輸送
4.4肺機能評価に向けたシステム解析
5マイクロ・ナノスケールの流れ(髙木周)
5.1流れのマルチスケール性と連続体力学からの逸脱
5.2脂質二分子膜のマルチスケール解析
5.2.1生体膜のマルチスケール性
5.2.2ミクロスケール解析(分子動力学法による分子膜を介した物質輸送の解析)
5.2.3メゾスケール解析(散逸粒子動力学法による界面変形の解析)
5.2.4マクロスケール解析(連続体力学に基づくベシクルの変形計算)
5.3分子から連続体まで:階層間相互作用について
6生物の飛翔・遊泳の流体力学
6.1昆虫と鳥の飛翔(劉浩)
6.1.1パワー飛行:羽ばたき
6.1.2無パワー飛行:滑空飛行
6.1.3幾何学相似則とスケーリング
6.1.4羽ばたき翼のパワー制限
6.1.5生物飛行のモデリング
6.1.6昆虫飛行のサイズ効果
6.2魚の遊泳(劉浩)
6.2.1魚の遊泳運動
6.2.2魚の推進運動理論
6.2.3遊泳のエネルギー消費
6.2.4生物遊泳のモデリング
6.3微生物の遊泳(石川拓司)
6.3.1繊毛虫の遊泳
6.3.2鞭毛虫(真核生物)の遊泳
6.3.3バクテリアの遊泳
7生物流体力学方法論
7.1生体の計測実験(中村匡徳)
7.1.1はじめに
7.1.2生体や生物を用いた実験における注意事項
7.1.3生体内での流れの計測
7.1.4生体外まわりの流れの計測
7.1.5生体模擬循環回路による実験
7.1.6まとめ
7.2計算生物流体力学の基礎技法(今井陽介)
7.2.1離散化と誤差
7.2.2流体計算手法の基礎
7.2.3移動境界問題
7.2.4まとめ
8生物流体力学の今後の展望
8.1新しい学術分野としての生物流体力学の展開(山口隆美)
8.1.1力学的問題
8.1.2生体システムの問題
8.1.3今後の課題
8.2先進医療における生物流体力学の貢献(谷下一夫)
8.3バイオミメティクスへの展望(劉浩)
8.3.1マルチスケール生物運動機構
8.3.2ミクロバイオメカニズム
8.3.3マクロバイオメカニズム
8.3.4バイオミメティクス
8.4マルチスケールフィジックスによる新しい流体力学の出現(大島まり)
8.5肺呼吸におけるマルチスケールメカニクスの発展(和田成生)
8.6生体膜のマルチスケール解析(髙木周)
8.7人工臓器開発における生物流体力学(中村匡徳)
8.8進化学における生物流体力学
8.9細胞サスペンションのモデル化における問題点と将来展望(石川拓司)
索引
























