(优质课件)血管的力学性质
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血管——结构幻灯片课件
决定了血管的力学性质
三种组分的比例
3
一、血管壁的组成和一般结构：
血管壁从内向外分为内、中、外膜。 (一)内膜： 1、内皮：单层扁平上皮。 光镜结构：细胞核居中，有核的地方稍微隆起，无核的地方很 薄，呈梭形。
4
电镜结构： 胞质内有丰富的吞饮小泡。小泡由细胞游离面或基底面的细胞 膜内凹形成，有向血管内外输送物质的作用。
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新型人工血管
（1）碳涂层血管 • 可以显著显著提高血 管开通率。均匀镶嵌于血 管内壁的碳原子与血管壁 有机的结合成一体，具有 良好的生物相容性，与组 织无反应。碳涂层微弱的 负电荷排斥血小板在管壁 的沉积，有效减少血栓形 成机会；碳涂层不利于平 滑肌细胞生长和播散，减 少间质增生，可以显著显 著提高血管开通率。 •
7
（三）外膜：
为疏松结缔组织，其中
的弹性纤维和胶原纤维
呈螺旋状或纵向分布，
其中的成纤维细胞有修 复膜的能力，有的A在 中、外膜交界处可以看 到由弹性纤维组成的外 弹性膜。
8
弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的空 间结构
• 弹性纤维-存在裂隙 • 胶原纤维-皱成波纹状网络 • 平滑肌-螺旋状结构
平滑肌<弹性纤维<胶原纤维
9
10
胶原纤维
• 皱成波纹状网络
– 血管一般扩张压 不伸展 – 血管扩张一定程度 伸展到原有长度 产生张 力 – 继续扩张 产生极大张力 阻碍血管进一步扩 张
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各组分含量对血管力学性质的影响
• 图 • 例如 动脉 60% 40% • 血管 30% 70%
胸主 弹 胶 胸外 弹 胶
12
图
主动脉 内 皮
26
（3）袖状血管 • 特别的袖状由电 脑三维立体模型设计， 优化流出道血流动力 学，减少吻合口处内 膜增生，显著增加开 通率。且内膜附碳涂 层，减少血小板沉积。
生物力学课程——第六章血管的力学性质18新
上，平滑肌的收缩和松弛，可以控制小动脉的直 径，甚至导致血管闭锁。
一般认为血管壁径向扩张增大时，刚性很快增加 的原因是与其弹性纤维和胶原纤维的性质决定的。
在应变不大时，大部分胶原是松弛和卷曲的，所 有应力只有弹性纤维承受。
应变增大时，胶原纤维被拉直，它的应力逐步增大， 由于胶原纤维比弹性纤维刚硬得多，因此，血管壁也 变得刚硬许多。这样使血管壁即具有很好的弹性,又可 防止过度的膨胀。
二.毛细血管 毛细血管很细，和血细胞直
径同数量级，其变形更是一个微 量，很难精确测定。
三种血管的关系
毛细血管的力学性质取决于 它和周围组织的关系。不同的器 官和组织内，毛细血管具有不同 的力学性质。
三. 静脉血管特点: 静脉血管管壁较薄，弹性模
量比较小，血管的内压又往往 低于外压，因此静脉血管往往 会失稳。这正是静脉血流的许 多异常现象产生的原因。
轴向张力
第二节 动脉血管的顺应性
（Arterial Compliance ）
• 无论是加载或卸载过程， 压力与体积之间的变化关系 都是非线性的。 • 可清楚看到滞后环的存在。
主动脉弓加载与卸载过程的体积--压力曲线
各动脉管段的压力与单位管长血管段体积 之间的变化关系。
对于单位长度的血管段来说，在同样压 力作用下，主动脉弓的体积最大，主动脉弓 连同胸主动脉、单独胸主动脉、颈动脉、股 动脉等的体积依次减小；
弹性的薄层,每层均由弹性 纤维、胶原纤维、平滑肌 交织组成；
外层： 松弛的结缔组织。
血管的力学性质主要取决于
中层的弹性纤维、胶原纤维、平滑肌三种组分
含量百分比 空间构型 各自的力学性质。
这三种组分的空间构型及力学性质有明显的差异。
一．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌 的空间结构
一般认为血管壁径向扩张增大时，刚性很快增加 的原因是与其弹性纤维和胶原纤维的性质决定的。
在应变不大时，大部分胶原是松弛和卷曲的，所 有应力只有弹性纤维承受。
应变增大时，胶原纤维被拉直，它的应力逐步增大， 由于胶原纤维比弹性纤维刚硬得多，因此，血管壁也 变得刚硬许多。这样使血管壁即具有很好的弹性,又可 防止过度的膨胀。
二.毛细血管 毛细血管很细，和血细胞直
径同数量级，其变形更是一个微 量，很难精确测定。
三种血管的关系
毛细血管的力学性质取决于 它和周围组织的关系。不同的器 官和组织内，毛细血管具有不同 的力学性质。
三. 静脉血管特点: 静脉血管管壁较薄，弹性模
量比较小，血管的内压又往往 低于外压，因此静脉血管往往 会失稳。这正是静脉血流的许 多异常现象产生的原因。
轴向张力
第二节 动脉血管的顺应性
（Arterial Compliance ）
• 无论是加载或卸载过程， 压力与体积之间的变化关系 都是非线性的。 • 可清楚看到滞后环的存在。
主动脉弓加载与卸载过程的体积--压力曲线
各动脉管段的压力与单位管长血管段体积 之间的变化关系。
对于单位长度的血管段来说，在同样压 力作用下，主动脉弓的体积最大，主动脉弓 连同胸主动脉、单独胸主动脉、颈动脉、股 动脉等的体积依次减小；
弹性的薄层,每层均由弹性 纤维、胶原纤维、平滑肌 交织组成；
外层： 松弛的结缔组织。
血管的力学性质主要取决于
中层的弹性纤维、胶原纤维、平滑肌三种组分
含量百分比 空间构型 各自的力学性质。
这三种组分的空间构型及力学性质有明显的差异。
一．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌 的空间结构
血管的力学性质--第二次课
塑性变形（Plastic Deformation），是物质-包括流体 及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施 加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现 象
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7
前十字韧带的预处理 上图所示为前十字形韧带与处理时的载荷-伸长曲线和松弛曲线。
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8
从图中可见在最初的三次连续实验中，应力-应变曲 线右移，“足趾”区增加。前三次的松弛曲线则上移。如 果实验一直进行下去，相邻曲线之间的差异将不断减小， 到消失。这就是式样的预处理。只有这样，才能得到重复 性好的数据。
平滑肌<弹性纤维<胶原纤维
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血管壁内弹性纤维、胶原纤维和平滑肌构造示意图
（a）平滑肌；（b）弹性蛋白纤维；（c）胶原纤维
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18
胶原纤维
• 皱成波纹状网络
–血管一般扩张压
不伸展
–血管扩张一定程度 伸展到原有长度 产生张力
–继续扩张 产生极大张力 阻碍血管进一步扩张
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2、内皮下层：薄层结缔组织， 3、内弹性膜：由弹性蛋白组成，并有 许多小孔，是内、中膜的分界。 （二）中膜： 因血管种类不同，它的厚度和成分也不 一样。大A以弹性膜为主，中A以平滑肌 为主，与内脏平滑肌相比，细且有分支 。 1、中A的平滑肌类似于成纤维细胞，可 以产生胶原纤维、弹性纤维和基质。 2、当平滑肌向内膜迁移增生时，引起 动脉硬化。
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电镜结构：
胞质内有丰富的吞饮小泡。小泡由细胞游离面或基底面的细胞 膜内凹形成，有向血管内外输送物质的作用。
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内皮细胞表面有胞质突 起和细胞衣。
血管的力学性质医学课件
预后评估与优化
完善血管疾病患者的预后评估体系，综合考虑患者的病情、生理状态、生活习惯等多方面因素，制定个体化的治疗方案。
血管疾病的预防与控制
新型生物材料的研发
生物活性物质的应用
组织工程血管的研究
血管生物材料的创新与发展
血管疾病治疗的个性化与精准化建议
要点三
精准评估病情
通过影像学、血液动力学等手段对血管疾病的病情进行精准评估，确定最佳的治疗方案。
生物医学工程领域的其他研究进展
MRI技术可以无创地检测血管病变，评估血管狭窄、动脉硬化等病变情况，以及评价血管的治疗效果。
MRI技术
CT技术可以三维重建血管形态和结构，对血管狭窄、斑块分布和钙化程度等进行评估。
CT技术
ห้องสมุดไป่ตู้
医学影像技术在血管研究中的应用
系统生物学的基本概念
系统生物学是研究生物学系统的科学，从整体和系统的角度研究生物学的各个层次，包括基因、蛋白质、细胞、器官和个体等。
弹性模量
血管材料具有一定的弹性模量，表示其对抗变形的能力。
材料的黏弹性
血管材料表现出一定的黏弹性，即同时具有弹性和黏性。
血管材料的生物力学性质
血管在静息状态下的力学性质，如静息血压、血管阻力等。
静态力学性质
动态力学性质
血管的自适应特性
血管在生理状态下的力学性质，如心动周期、血压波动等。
血管具有自适应特性，能够根据机体的需要调节自身的力学性质。
动脉硬化
血管狭窄
血管狭窄是指血管腔变窄或血流受阻的现象，可能是由于血管壁增厚、血栓形成、异物堵塞等多种原因引起的。
血管狭窄可导致血流减少，影响组织器官的血液供应，严重时可能导致器官损伤或坏死。
《血管动力学》PPT课件_OK
2
软组织的力学特性
一般生物软组织的特点是柔软易变形,具有不同程度的抗拉强度,而 抗压及抗弯曲的能力很低. 生物组织都极具黏弹性,其变形与时间有很 强的依赖关系. 生物组织材料还具有很高的非线性性质,以力学的观点看问题,它们都 是非线性黏弹性的,各向异性的,非均质的材料.
粘弹性:(Viscoelasticity)塑料对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双 重特性称粘弹性。
• 应力松弛现象：打包带变松、橡皮筋变松
2021/7/27
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滞后环
•
材料在弹性区内加载卸载时，由于应变落后
于应力，使加载线于卸载线不重合而形成一封闭
回线，是为弹性滞后。封闭回线称为弹性滞后环。
存在滞后环现象说明加载时消耗于材料的变形功
大于卸载时材料放出的变形功，因而有一部分变
形功为材料所吸收。这部分吸收的功就称为材料
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2021/7/27
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冯元桢直接从实验结果出发，得到一下经验公式：
经验常数α，E0因血管部位而异，下图是各段动脉α，E0 的取值。他表示动脉血管是各向异性的。从主动脉到外周 动脉，周向α增大，纵向α的变化不规则。
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b)小动脉
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b)小动脉及毛细血管的力学特性
的内耗，其大小用回线面积度量。
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上图所示为前十字形韧带与处理时的载荷-伸长曲线和松 弛曲线。
2021/7/27
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从图中可见在最初的三次连续实验中，应力-应变曲线右 移，“足趾”区增加。前三次的松弛曲线则上移。如果实 验一直进行下去，相邻曲线之间的差异将不断减小，到消 失。这就是试样的预处理。只有这样，才能得到重复性好 的数据。
(优质课件)血管的力学性质
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二．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的含量百分比
在整个血管系中，不同动脉管段中所含弹性纤维、胶原纤维 和平滑肌的含量百分比是不同的。 • 胸主动脉，弹性纤维占总纤维元的60%，而胶原纤维只占40%； • 胸外血管中，这种比例将反过来，弹性纤维只占30%，而胶原
纤维则占70%。
17
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比 18
曲线的斜率dv/dp为血管壁的顺应性。 越远离心脏，人体动脉的顺应性将变得越差。 血管壁的顺应性是表示动脉系统缓冲功能， 即弹性或硬度的最佳临床指标之一。
39
40
表明: 在远离心脏的方向，动脉血 管的弹性纤维含量越来越少，平滑 肌含量越来越多，因此血管的弹性 会越来越差。
41
第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
1
Mechanical property of blood vessel
2
人体的血管
3
4
5
6
血管壁是一个具有多层复 合结构的中空管道，它承受 血液压力和管外组织的束缚。
7
第一节 血管的构造、组成材料 及其力学性质
通常动脉和静脉血管壁由内、中、 外三层结构组成：
8
内层： 主要是内皮细胞和基质膜
出血情况
喷
流
渗
51
第四节 脉搏波 ( Pluse Wave Velocity）
一.脉搏波
随着心脏的间歇性收缩和舒张，血液压力、
血流速度和血流量的脉动或血管壁的变形和振动
在动脉管系中的传播统称为脉搏波或脉搏波在动
脉中的传播。
52
压力波 速度波
压力脉搏波和速度脉搏波沿主动脉传播的情况
53
动脉中的脉搏波的传播介质主要是：
二．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的含量百分比
在整个血管系中，不同动脉管段中所含弹性纤维、胶原纤维 和平滑肌的含量百分比是不同的。 • 胸主动脉，弹性纤维占总纤维元的60%，而胶原纤维只占40%； • 胸外血管中，这种比例将反过来，弹性纤维只占30%，而胶原
纤维则占70%。
17
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比 18
曲线的斜率dv/dp为血管壁的顺应性。 越远离心脏，人体动脉的顺应性将变得越差。 血管壁的顺应性是表示动脉系统缓冲功能， 即弹性或硬度的最佳临床指标之一。
39
40
表明: 在远离心脏的方向，动脉血 管的弹性纤维含量越来越少，平滑 肌含量越来越多，因此血管的弹性 会越来越差。
41
第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
1
Mechanical property of blood vessel
2
人体的血管
3
4
5
6
血管壁是一个具有多层复 合结构的中空管道，它承受 血液压力和管外组织的束缚。
7
第一节 血管的构造、组成材料 及其力学性质
通常动脉和静脉血管壁由内、中、 外三层结构组成：
8
内层： 主要是内皮细胞和基质膜
出血情况
喷
流
渗
51
第四节 脉搏波 ( Pluse Wave Velocity）
一.脉搏波
随着心脏的间歇性收缩和舒张，血液压力、
血流速度和血流量的脉动或血管壁的变形和振动
在动脉管系中的传播统称为脉搏波或脉搏波在动
脉中的传播。
52
压力波 速度波
压力脉搏波和速度脉搏波沿主动脉传播的情况
53
动脉中的脉搏波的传播介质主要是：
论血管的力学性质
搏渡为行 波 ， 即无 反射 波存 在。对 人 体 内的血 管 而言 ． 显
全身循环的主动脉 、 动脉 和静脉 的应 力 一应变关 系是
非线性的。在应力低的时候 ， 血管 是非常顺 应的 随应 力 的增加 ， 顺应性减少 ， 隧应变增加 ， 应力呈 指数型增 长。 肺动脉和静 脉的应力 一应变关 系几乎是线性的 。
面所 引起 的张力． 其方 向和圆周切 向一致 。轴 向张力 指作 用于垂直血管轴线的断面单位周 长上 的张 力． 其方 向平行 于管轴。设血管 为弹性 的圆柱形 ， 且受恒定 内压力 Ｐ 的作 ．
用， 由血管受力平衡条件可得 ：
＝
减 载过程 中测得 的应力 一应变关系曲线 。 Ａ、 有滞后 回线 ， 即变彤 过程 中有机 构能损失： Ｂ、 试验过程 中， 头儿 个周期 滞 后 回线 同 ． 重复 多 但
然不能满 足上述 条件 ， 而 Ｍ—Ｋ方程 应用于 人体血管 只 故
能是很粗 略的。
肠系膜 、 脏 和大 多数组 织 中 的毛细 血管 基 本上 是 刚性 肾 的。其性能 不能脱 离周 围 的胶体 而单 独测 量。血压 在生 理学 范围内变化时 ， 直径没有 可测的 变化。其柔顺性取 决 于血 管连 接在一起的周 膈组 织的总 和 ． 周围组 织 季受 应 及
较轴 向更易 伸长 ， 而在高应力区 ， 出现相反趋势 ： Ｉ８ 血管壁的不可 压缩性 和非线性 由实验可 知 ， 橡胶在
大变形时 ， 是不可 压缩 的 ， 胶 的体积 弹性 模量约 为剪切 橡
脏每搏 出一 定量 的 血液 进 人 主动 脉 内而 形 成 的压 力渡
脉搏渡泄血管壁传 播 的速度受 到血 液 的 随性 和管 壁 弹性 的影响 ， 其大小 为：
全身循环的主动脉 、 动脉 和静脉 的应 力 一应变关 系是
非线性的。在应力低的时候 ， 血管 是非常顺 应的 随应 力 的增加 ， 顺应性减少 ， 隧应变增加 ， 应力呈 指数型增 长。 肺动脉和静 脉的应力 一应变关 系几乎是线性的 。
面所 引起 的张力． 其方 向和圆周切 向一致 。轴 向张力 指作 用于垂直血管轴线的断面单位周 长上 的张 力． 其方 向平行 于管轴。设血管 为弹性 的圆柱形 ， 且受恒定 内压力 Ｐ 的作 ．
用， 由血管受力平衡条件可得 ：
＝
减 载过程 中测得 的应力 一应变关系曲线 。 Ａ、 有滞后 回线 ， 即变彤 过程 中有机 构能损失： Ｂ、 试验过程 中， 头儿 个周期 滞 后 回线 同 ． 重复 多 但
然不能满 足上述 条件 ， 而 Ｍ—Ｋ方程 应用于 人体血管 只 故
能是很粗 略的。
肠系膜 、 脏 和大 多数组 织 中 的毛细 血管 基 本上 是 刚性 肾 的。其性能 不能脱 离周 围 的胶体 而单 独测 量。血压 在生 理学 范围内变化时 ， 直径没有 可测的 变化。其柔顺性取 决 于血 管连 接在一起的周 膈组 织的总 和 ． 周围组 织 季受 应 及
较轴 向更易 伸长 ， 而在高应力区 ， 出现相反趋势 ： Ｉ８ 血管壁的不可 压缩性 和非线性 由实验可 知 ， 橡胶在
大变形时 ， 是不可 压缩 的 ， 胶 的体积 弹性 模量约 为剪切 橡
脏每搏 出一 定量 的 血液 进 人 主动 脉 内而 形 成 的压 力渡
脉搏渡泄血管壁传 播 的速度受 到血 液 的 随性 和管 壁 弹性 的影响 ， 其大小 为：
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1
Mechanical property of blood vessel
2
人体的血管
3
4
5
6
血管壁是一个具有多层复 合结构的中空管道，它承受 血液压力和管外组织的束缚。
7
第一节 血管的构造、组成材料 及其力学性质
通常动脉和静脉血管壁由内、中、 外三层结构组成：
8
内层： 主要是内皮细胞和基质膜
16
二．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的含量百分比
在整个血管系中，不同动脉管段中所含弹性纤维、胶原纤维 和平滑肌的含量百分比是不同的。 • 胸主动脉，弹性纤维占总纤维元的60%，而胶原纤维只占40%； • 胸外血管中，这种比例将反过来，弹性纤维只占30%，而胶原
纤维则占70%。
17
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比 18
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三种血管管壁的厚度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
50
血管名称
三种血管的比较
动脉
静脉
毛细血管
血流速度 快
慢
极慢
管壁特点 管壁厚，弹性大
管壁薄，弹性小 管壁极薄，只由一 层上皮细胞构成
管腔大小 功能
小
大
极小，管内径
仅有8~10微米
中层： 可分为若干同心的、具有
弹性的薄层,每层均由弹性 纤维、胶原纤维、平滑肌 交织组成；
外层： 松弛的结缔组织。
9
血管的力学性质主要取决于
中层的弹性纤维、胶原纤维、平滑肌三种组分
含量百分比 空间构型 各自的力学性质。
这三种组分的空间构型及力学性质有明显的差异。
10
一．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌 的空间结构
25
平滑肌纤维：
• 在松弛态下，平滑肌的应力—应变曲线存在很大
的滞后环，应力松弛也非常明显，可趋于零。
• 平滑肌可以主动收缩，产生主动张力达105N/m2以
上，平滑肌的收缩和松弛，可以控制小动脉的直 径，甚至导致血管闭锁。
26
一般认为血管壁径向扩张增大时，刚性很快增加 的原因是与其弹性纤维和胶原纤维的性质决定的。
曲线的斜率dv/dp为血管壁的顺应性。 越远离心脏，人体动脉的顺应性将变得越差。 血管壁的顺应性是表示动脉系统缓冲功能， 即弹性或硬度的最佳临床指标之一。
39
40
表明: 在远离心脏的方向，动脉血 管的弹性纤维含量越来越少，平滑 肌含量越来越多，因此血管的弹性 会越来越差。
41
第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
在应变不大时，大部分胶原是松弛和卷曲的，所 有应力只有弹性纤维承受。
应变增大时，胶原纤维被拉直，它的应力逐步增大， 由于胶原纤维比弹性纤维刚硬得多，因此，血管壁也 变得刚硬许多。这样使血管壁即具有很好的弹性,又可 防止过度的膨胀。
27
• 弹性纤维使血管呈弹性，其含量高，血管性好，
顺应性好，有利于血液循环。
（Arterial Compliance ）
36
• 无论是加载或卸载过程， 压力与体积之间的变化关系 都是非线性的。
• 可清楚看到滞后环的存在。
主动脉弓加载与卸载过程的体积--压力曲线
37
各动脉管段的压力与单位管长血管段体积 之间的变化关系。
38
对于单位长度的血管段来说，在同样压 力作用下，主动脉弓的体积最大，主动脉弓 连同胸主动脉、单独胸主动脉、颈动脉、股 动脉等的体积依次减小；
• 胶原纤维使血管呈韧性，可防止血管的过分扩张。 • 平滑肌含量高，可自发收缩。
所以，主动脉弹性纤维含量高，弹性好。 小动脉平滑肌含量高，可关闭。
28
29
30
31
周向张力
32
三种血管管壁的厚度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
轴向张力 33
34
周向张力
轴向张力
35
第二节 动脉血管的顺应性
(The space structure of elastic fibers、 collagen fibrils 、smooth muscle ）
弹性纤维呈卷曲状的网络结构， 其纵向有若干裂隙。
11
升主动脉 降主动脉
远端主动脉
12
胶 原 纤 维
13
胶原纤维在血管壁中形成另一种网络： • 在应力较小时，这种网络皱缩成波纹状，在一般扩张压下，
The mechanic property of small artery , capillary and vein
42
一．小动脉 小动脉含有丰富的平滑肌，可
以主动地收缩，对周缘血流的微循 环起调节作用，因而小动脉的力学 性质具有重大的生理意义
43
44
某一压力范围内，管径不 随压力变化，这和弹性反应完 全不同，是血管平滑肌主动收 缩所致。不仅如此，当灌注压 力低于某一临界值时，平滑肌 主动收缩，将使小动脉关闭。
45
二.毛细血管 毛细血管很细，和血细胞直
径同数量级，其变形更是一个微 量，很难精确测定。
46
三种血管的关系
47
毛细血管的力学性质取决于 它和周围组织的关系。不同的器 官和组织内，毛细血管具有不同 的力学性质。
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三. 静脉血管特点: 静脉血管管壁较薄，弹性模
量比较小，血管的内压又往往 低于外压，因此静脉血管往往 会失稳。这正是静脉血流的许 多异常现象产生的原因。
胶原纤维
平滑肌
弹性纤维、胶原纤维和（肠）平滑肌的应力-伸长比
22
弹性纤维 胶原纤维
平滑肌
23
弹性纤维: • 拉伸弹性模量较小，约为3×105—6×105N/m2。
• 抗张强度较低 • 滞后环很小,应力松弛相当不明显，相当接近于
完全弹性体。
24
胶原纤维:
• 拉伸弹性模量比弹性纤维大得多，约为109 N/m2量级。 • 抗张强度也很高，约为5×107—10×107 N/m2。 • 滞后环和应力松弛现象也均较弹性纤维显著。
越靠近心脏，动脉血管壁弹性纤 维含量百分比越高，弹性越好。
19
从主动脉、大动脉到分支动 脉，平滑肌含量所占的百分比将 越来越高。
20
动脉各管段的特性不同，越远离心脏， 动脉管壁的弹性越差。
所以主动脉弹性好，小动脉会关闭（具 有主动收缩的能力）。
21
三．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的力学性质
弹性纤维
胶原纤维并不伸展；
• 当血管扩张到一定程度后，胶原纤维才伸展到其原有长度； • 若血管壁继续扩张，则胶原纤维将产生极大的张力，以对
抗血管的进一步扩张。
14
血管中的平滑肌呈螺旋结构，如 图，从近心主动脉到远心的外周血管， 平滑肌的含量逐渐增多，而且螺旋结 构的间距也越来越小。
15
升主动脉 降主动脉 远端主动脉
Mechanical property of blood vessel
2
人体的血管
3
4
5
6
血管壁是一个具有多层复 合结构的中空管道，它承受 血液压力和管外组织的束缚。
7
第一节 血管的构造、组成材料 及其力学性质
通常动脉和静脉血管壁由内、中、 外三层结构组成：
8
内层： 主要是内皮细胞和基质膜
16
二．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的含量百分比
在整个血管系中，不同动脉管段中所含弹性纤维、胶原纤维 和平滑肌的含量百分比是不同的。 • 胸主动脉，弹性纤维占总纤维元的60%，而胶原纤维只占40%； • 胸外血管中，这种比例将反过来，弹性纤维只占30%，而胶原
纤维则占70%。
17
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比 18
49
三种血管管壁的厚度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
50
血管名称
三种血管的比较
动脉
静脉
毛细血管
血流速度 快
慢
极慢
管壁特点 管壁厚，弹性大
管壁薄，弹性小 管壁极薄，只由一 层上皮细胞构成
管腔大小 功能
小
大
极小，管内径
仅有8~10微米
中层： 可分为若干同心的、具有
弹性的薄层,每层均由弹性 纤维、胶原纤维、平滑肌 交织组成；
外层： 松弛的结缔组织。
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血管的力学性质主要取决于
中层的弹性纤维、胶原纤维、平滑肌三种组分
含量百分比 空间构型 各自的力学性质。
这三种组分的空间构型及力学性质有明显的差异。
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一．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌 的空间结构
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平滑肌纤维：
• 在松弛态下，平滑肌的应力—应变曲线存在很大
的滞后环，应力松弛也非常明显，可趋于零。
• 平滑肌可以主动收缩，产生主动张力达105N/m2以
上，平滑肌的收缩和松弛，可以控制小动脉的直 径，甚至导致血管闭锁。
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一般认为血管壁径向扩张增大时，刚性很快增加 的原因是与其弹性纤维和胶原纤维的性质决定的。
曲线的斜率dv/dp为血管壁的顺应性。 越远离心脏，人体动脉的顺应性将变得越差。 血管壁的顺应性是表示动脉系统缓冲功能， 即弹性或硬度的最佳临床指标之一。
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表明: 在远离心脏的方向，动脉血 管的弹性纤维含量越来越少，平滑 肌含量越来越多，因此血管的弹性 会越来越差。
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第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
在应变不大时，大部分胶原是松弛和卷曲的，所 有应力只有弹性纤维承受。
应变增大时，胶原纤维被拉直，它的应力逐步增大， 由于胶原纤维比弹性纤维刚硬得多，因此，血管壁也 变得刚硬许多。这样使血管壁即具有很好的弹性,又可 防止过度的膨胀。
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• 弹性纤维使血管呈弹性，其含量高，血管性好，
顺应性好，有利于血液循环。
（Arterial Compliance ）
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• 无论是加载或卸载过程， 压力与体积之间的变化关系 都是非线性的。
• 可清楚看到滞后环的存在。
主动脉弓加载与卸载过程的体积--压力曲线
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各动脉管段的压力与单位管长血管段体积 之间的变化关系。
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对于单位长度的血管段来说，在同样压 力作用下，主动脉弓的体积最大，主动脉弓 连同胸主动脉、单独胸主动脉、颈动脉、股 动脉等的体积依次减小；
• 胶原纤维使血管呈韧性，可防止血管的过分扩张。 • 平滑肌含量高，可自发收缩。
所以，主动脉弹性纤维含量高，弹性好。 小动脉平滑肌含量高，可关闭。
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周向张力
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三种血管管壁的厚度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
轴向张力 33
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周向张力
轴向张力
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第二节 动脉血管的顺应性
(The space structure of elastic fibers、 collagen fibrils 、smooth muscle ）
弹性纤维呈卷曲状的网络结构， 其纵向有若干裂隙。
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升主动脉 降主动脉
远端主动脉
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胶 原 纤 维
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胶原纤维在血管壁中形成另一种网络： • 在应力较小时，这种网络皱缩成波纹状，在一般扩张压下，
The mechanic property of small artery , capillary and vein
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一．小动脉 小动脉含有丰富的平滑肌，可
以主动地收缩，对周缘血流的微循 环起调节作用，因而小动脉的力学 性质具有重大的生理意义
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某一压力范围内，管径不 随压力变化，这和弹性反应完 全不同，是血管平滑肌主动收 缩所致。不仅如此，当灌注压 力低于某一临界值时，平滑肌 主动收缩，将使小动脉关闭。
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二.毛细血管 毛细血管很细，和血细胞直
径同数量级，其变形更是一个微 量，很难精确测定。
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三种血管的关系
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毛细血管的力学性质取决于 它和周围组织的关系。不同的器 官和组织内，毛细血管具有不同 的力学性质。
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三. 静脉血管特点: 静脉血管管壁较薄，弹性模
量比较小，血管的内压又往往 低于外压，因此静脉血管往往 会失稳。这正是静脉血流的许 多异常现象产生的原因。
胶原纤维
平滑肌
弹性纤维、胶原纤维和（肠）平滑肌的应力-伸长比
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弹性纤维 胶原纤维
平滑肌
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弹性纤维: • 拉伸弹性模量较小，约为3×105—6×105N/m2。
• 抗张强度较低 • 滞后环很小,应力松弛相当不明显，相当接近于
完全弹性体。
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胶原纤维:
• 拉伸弹性模量比弹性纤维大得多，约为109 N/m2量级。 • 抗张强度也很高，约为5×107—10×107 N/m2。 • 滞后环和应力松弛现象也均较弹性纤维显著。
越靠近心脏，动脉血管壁弹性纤 维含量百分比越高，弹性越好。
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从主动脉、大动脉到分支动 脉，平滑肌含量所占的百分比将 越来越高。
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动脉各管段的特性不同，越远离心脏， 动脉管壁的弹性越差。
所以主动脉弹性好，小动脉会关闭（具 有主动收缩的能力）。
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三．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的力学性质
弹性纤维
胶原纤维并不伸展；
• 当血管扩张到一定程度后，胶原纤维才伸展到其原有长度； • 若血管壁继续扩张，则胶原纤维将产生极大的张力，以对
抗血管的进一步扩张。
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血管中的平滑肌呈螺旋结构，如 图，从近心主动脉到远心的外周血管， 平滑肌的含量逐渐增多，而且螺旋结 构的间距也越来越小。
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升主动脉 降主动脉 远端主动脉