生物力学课程——第六章 血管的力学性质18

的压力波和速度波的波形是不同的。
压力脉搏波和速度脉搏波沿主动脉传播的情况
可见由于反射波的存在使沿主动脉的压力波波形和流量波波形 截然不同。如果不存在脉博波的反射，前进的压力波和前进的速度 波的形状应十分相似的。
反射脉搏波使传播在主动脉中压力波的振幅逐渐增大。 由于血液和血管的粘性作用，将使脉搏波在传播过程中
PPc ：中心动脉脉压。
AI能定量反映整个动脉系统的总体 弹性，敏感地显示因大、小动脉弹性改 变引起的压力波反射情况。 不足：不能区分大、小动脉弹性的改变
(2)大动脉弹性指数C1和小动脉的弹性指数C2 大动脉弹性指数C1：舒张期血流容积减 少与压力下降之间的比值，又称容量顺应性；
小动脉弹性指数 C2：舒张期血流容积振
PWV改变即可能是：
●结构如动脉壁厚度、血管内径改变；
●也可能是功能上的改变如灌注血压的改变；
●再有体表测量的距离有误差，体表测量脉搏
波的传播距离仅仅是个估计值，若获得精确值， 只能通过有创途径。另外, PWV测定的敏感性较 差，不容易发现血管弹性的轻微改变。
2．脉搏波波形分析
（1）反射波增强指数 AI= △P /PPc △P：中心动脉压力反射波增幅，
一．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌
的空间结构
(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.
升主动脉
降主动脉
远端主动脉
胶 原 纤 维
胶原纤维在血管壁中形成另一种网络，
层平滑肌细胞最容易受到一氧化氮（ NO）缺乏
的影响，导致舒张功能受损，因此小动脉弹性减 退往往发生较早而且明显。C2测定能检测到小动 脉弹性功能，这显然十分重要而有意义。
但是，使用此种方法需估算心输
出量，而此种心输出量的估算方法 是建立在正常心功能基础上的，因
此对于心功能不全的病人直接使用
此方法误差可能较大，需要另有估 算心输出量的方法。
血管壁张力 blood vessel wall）
4. 周向张力和压力、半径关系
第三节
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。
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。
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）。
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比
三．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的力学性质
弹性纤维:
•拉伸弹性模量较小，约为3×105—6×105N/m2
即具有很好的弹性,又可防止过度的膨胀。
还应指出的是，血管是有生命的。除了 最小的血管外，血管壁都需有专门的血管 组织供养，这种血管称为管壁血管。动脉 对管壁血管的依赖性较小。静脉则不然，
一旦营养供给中断，便很快死亡。这更增
加了血管力学性质的复杂性。
第二节 （Tension of
1. 周向张力 2. 轴向张力 3. 弹性张力与主动张力
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。
第五节 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
通常动脉和静脉血管壁由内、中、 外三层结构组成：
内层： 主要是内皮细胞和基质膜
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。
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。
如图，在应力较小时，这种网络皱缩成波 纹状；在一般扩张压下，胶原纤维并不伸 展，仅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。
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。
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；
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。
表明: 在远离心脏的方向，血管的 弹性会越来越差。因为动脉血管的 弹性纤维含量越来越少，平滑肌含
年龄60岁以上者胸主动脉E可达20×105N· M-2。
主要因为血管壁内的弹性纤维变性，胶原纤
维增多，管壁增厚等老年性变化所致。 另外，动脉管壁的弹性模量还将随血管内的 压力和尺寸而变化。
四．动脉弹性功能的检测 动脉弹性是指动脉的舒缩功能。动脉弹性功能 减退已成为心血管危险的重要标记之一。目前已 有多种无创性手段检测动脉系统的弹性功能。 动脉的扩张性、硬度、弹性与顺应性意义相近。
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
第六节
应力与血管重建
动脉的主要功能是将血液从
心脏输送到全身的各个部位。为 此，动脉必须具备适应各种力学
环境并在力学环境改变时作适应
性变化的能力。
•当发生泄露时，动脉将收缩并释放组织因子
以促进血栓在这里形成；
•当流经某些部位动脉的血流量增加时，这里 的动脉就将扩张，以降低血液通过时所遇到 的阻力。如果这种阻力降低持续相当长的时 间，动脉的内径将变大。
•血压升高将引起动脉管壁适应性增厚和组分改变； •动脉分枝间流量分配的改变既可引起旁侧血管的 开通，又可使一些血管萎缩；
• 身体长高时，动脉伸长； • 动脉还必须承受极高的机械弯曲。
为了完成有效输送血液的功能，动
脉对所处力学环境的改变作出的适应性 反应是很明显的。动脉的这种适应性反 应实质上是组成动脉管壁的细胞和细胞 物质感受各种作用力并作出反应的结果。
1．脉搏波的传播速度
（pluse wave velocity，PWV）
脉搏波传播速度测定是目前比较成熟经典的衡
量大动脉弹性方法。
PWV 由动脉壁力学性质（弹性）、几何学特性
（直径和壁厚度）和血液的密度决定，由于弹性管
道（动脉）内血液是不可压缩的液体，能量传递主
要通过血管壁传导，因此血管功能是影响PWV的主要
Mechanical property of blood vessel
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。
第一节 血管的构造、组成材料
及其力学性质
The structure、material and mechanical property of blood vessel
通常将动脉的这种适应性反应称为动脉
的重建。
血管重建是血管在生长、衰老 和病变过程中，为了适应所处环境 （特别是力学环境）的变化而发生 的形态结构和功能的改变。血管系 统的重建贯穿整个生命过程。
应力作用下血管的生长与重建是生物力学 最具活力的生长点之一。
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。
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。
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。
大量研究表明：
小动脉是脉搏波反射的主要部位。
三.血管壁的弹性模量与脉搏波的波速
1．血管壁的弹性模量
脉搏波传播速度主要取决于血管壁的弹性摸量。
因此临床中常通过检测脉搏波波速来评价动脉管的硬
化程度
在正常生理情况下，动脉血管壁的弹性模量 随年龄得增大而增大。
如：青年人胸主动脉管段的E为4～6×105N· M-2；
量越来越多。
第四节
小动脉、毛细血管、静脉
的力学性质
The mechanic property of small artery , capillary and vein
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
某一压力范围内，管径不
已有较多文献证明，PWV是预 测心、脑血管病发生和死亡的一
种有价值的指标。
（c）方法
PWV测定可用压力感
受器或多普勒信号方法拾取不同动 脉部位的脉搏波。
现在较多使用脉搏波速度自动
测定仪，测定颈动脉—股动脉脉搏 波传导速度。
但是PWV测定也存在不足之处：首先它不能 提供关于导致血管异常或改变的确切潜在机制。