血流动力学基础

血流动力学基础
一、基本概念

1、稳流：流体元素以恒定的速度和方向运动时，这种流动称为稳定流——稳流。在稳流中，流体元素的速度被认定为在时间 t通过的距离 s即：s/t在人体血流中，静脉血流和毛细血管内的的血流可看成稳定流动。当流体元素内任何一点的速度大小和方向均随时间而变化时，这种流动称为非稳定流 动，在人体内，动脉血流显现脉动的性质，即非稳定流动。

2、粘滞性：在实际流体元素流动时都具有粘滞。由于粘性作用，必须在流体元素上施加一个力，以克服流体阻力。流体阻力可由泊肃叶定律推导出。在稳流中流量Q与L长度上的压差P2- P1的关系为：



决定流体阻力大小的主要因素是血管的半径r，流体阻力与半径的四次方成反比。半径的微小变化即可引起流体阻力的明显改变。血管的收缩对于调节心血管系统的外周阻力和血流量，显然具有重要的作用。

3、流量：所谓流量是指流体元素在一段时间里通过管腔横截面的体积。

由于血管腔是圆形的，因此把血流系统流量Q看作是一圆柱体积，即：Q=A.L

式中A为管腔横截面积，L为血柱的长度，即在给定的时间里血流通过的距离。因距离等于速度时间的乘积，即L=V.t，所以，流量Q=V.t.A。对于匀速运动的流体来说，流量等于横截面积A、流速V和时间t三者的乘积。如果流速随时间变化，应将瞬时速度Vi对时间t加以积分，对于非匀速流动的流体，流量等于横截面积A和流速积分的乘积。流量的单位为体积，常用 cm3 或 ml 表示。

4、流率：流率系指单位时间里的流体体积。即 q = A·V=t

当流体匀速流动时，流率等于管腔横截面积与流速的乘积。在非匀速流动时，流速qI = A·VI

即流率等于横截面积和瞬时流速的乘积。

流率的单位是流量/时间，常用ml /s 或L/min表示。

当流体流动时，由于粘性作用，流体各处的速度出现差异。在圆筒形容器中，形成层流状相互滑落。

层流状滑落各流层之间形成速度梯度，不同速度的流层之间相互制约，流体流动时产生内磨擦力的这种性质，称为流体的粘性。

5、层流：粘性血流在血管中形成稳定的层流时，血细胞在血管中以相同的方向作规则的分层流动，但血管断面上各点的血流速度分布是不相同的。其分布规律由泊肃顺方程。

即：



6、加速度：在动脉系统中，由于心脏的收缩，血流在收缩早期产生加速度，在收缩晚期产生减速度。

当血流为稳定流动时，驱动压差与流动阻力相平衡，速度分布为抛物线状。当血流 加速时，流体的驱动动压差逐渐增大，粘性磨擦力的作用不断减弱，边界层越来越薄，出现平

坦化的流速分布；当血流减速时，流体的驱动压差逐渐减小，粘性磨擦力的作用不断增强，边界层越来越厚，近管壁处甚至出现逆向血流，出现尖峰状的流速分布。

在舒张期恢复到抛物线状的流速分布。

在动脉系统中，血流的加速度对流速分布的形成起着主要作用。

在静脉系统中，流速分布一般为抛物线形。

在周围动脉血管中，舒张期流速分布近似于抛物线形。

在收缩早期，血流的加速度使流速分布变为平坦形，

在收缩晚期，血流的减速可导致管壁附近的血流逆转。

当血液流经的横截面积突然缩小或手扩大时，血流速度剖面产生相应的变化。

7、入口效应：血液流经横截面积突然变小处，会产生会聚形的流速截面，如锥形状管道内血流速分布。

由于通过管腔的流量不变，面积的缩小必然导致流速的增加，血流获行较大的动能。粘性磨擦力的作用相对减弱，出现平坦形态的流速分布。这种现象称为人口效应。

8、出口效应：当血液流经一个横截面积突然扩大的管腔时，产生扩散形的血流截面，这便是出口效应。

由于通过管腔的流量不变，面积的扩大必然导致流速的减低。

这种流速减低主要发生于血流的边缘部分，而血流的中心部分仍以原来的速度流动一段距离，因此形成尖峰形的流速分布。

如果血流扩散程度较大，将造成血流与管壁的分离，从而导致涡流

9、弯曲血管：当血流流入一条弯曲的血管时，流体内积压点受到向心力的作用而产生向心加速度。向心力的方向由管腔的外侧缘指向内侧缘，这一向心力由一大小相同但方向相反的压差所平衡，结果导致外侧缘的流速低于内侧缘；当血流沿弯曲管道继续流动时，由于粘性磨擦力的作用，靠近管壁的流速逐渐降低，而管腔中心的流速逐渐升高；血流绕过弯曲的血管后，由于流速较高的中心血流已具有较大的离心惯性，相对不弯曲管道的影响，因此向管腔的外侧缘移动，迫使原位于管腔外侧缘的流速较低的血流移向内侧缘，导致管腔外侧缘的流速高于内侧缘，导致管腔外侧缘的流速高于内侧缘。速度分布沿弯曲管道不断发生改变，产生扭曲形的流速分布。

10、湍流流动：当血流在血管中流动遇到阻塞时，障碍物对流体产生加速和瀑乱的旋涡喷射，血流运动变化反复无常，这便形成湍流。在湍流状态时，流体万分间相互错杂交换。此时压差和流率之间不遵循泊肃叶流体定律。

在心血管系统疾患中，湍流常发生于血流从高压心腔经过窄孔进入低压心腔时，如狭窄瓣口、狭窄隔膜、返流瓣口、异常缺损或分流通道。当血流经过窄孔时，血流分布可分

为射流区、湍流区、射流旁区、边界层和再层流化区等几部分。

二、流体能量和柏努力方程

在血流动力学中，遵循能量守恒定律，它是由柏努利方程（Emoulli equation）来描述的。

1）流体能量：理想流体在流管中作稳定流动时，其流体能量为单位体积的压强P、动能1/2ρv2和势能ρgh之和为一常数，他们之间可以互相转换。

E=P + ρgh +1/2ρv2=常数

上式称为理想流体的柏努利方程。

2）狭窄处血流动力学：在狭窄口两端的压力阶差，可用简化的柏努利方程来测算。当血流经过狭窄口时，流速和压强均要发生变化。

ΔP=4V2 2 即为简化的柏努利公式

简化柏努利方程不仅用于计算狭窄口的压差，还用于解释动态压强对于血流梗阻的影响；红细胞的轴向集中；弯曲血管中的流速分布。