生物力学课程——第六章血管的力学性质18新
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生物力学课程——心脏力学18 副本
第七节
心脏瓣膜病及其 血流动力学变化
心脏瓣膜病是指心瓣膜因
先天性发育异常
后天性疾病造成的器质性病变 瓣膜口狭窄 关闭不全
是最常见的慢性心脏病之一。
瓣膜关闭不全是指心瓣膜关闭时瓣膜口
不能完全闭合，使一部分血流返回。
瓣膜口狭窄指瓣膜开放时不能充分张 开，瓣膜口因而缩小，导致血流通过障碍。
瓣膜口狭窄或关闭不全可以单独存
有下肢水肿，严重时可伴有全身水肿。
全心衰竭：
左右心室同时发生的一种心力衰竭， 如心肌炎、心肌病等引起全身衰竭，或继 发于左心衰并发右心衰竭，结果表现既有 左心衰又有右心衰的临床症状。
第六节 心脏瓣膜的流体力学问题简介
对于心脏来说，最有意思的流体力学问
题是心室的充盈和射血，而这和心脏瓣膜的运 动密切相关。
主动脉瓣 关闭不全
二尖瓣狭窄
例如，房室心肌的弹性和顺应性降低使心肌舒张收 缩性能减弱，因此直接影响心脏的泵血功能； 房室心肌舒缩不协调、左右心房或心室不协调、各
房室瓣膜不能按时启闭，结果表现为心脏搏出量减少；
同样房室瓣膜结构障碍如二尖瓣、三尖瓣狭窄或关
闭不全时，也可导致心脏搏出量减少；
总之，从动力学角度看体循环，
压力-容积环所包围的面积—— 表示一个心动周期内左心室所作的输出功。
第五节
心脏的泵功能
从医学和生理学来看，心脏的功能状态与两个
过程密切相关，即
心电过程---心电图的宏观反映
心肌收缩过程---体现为心脏的泵功能
心脏泵功能正常与否直接关系到心脏 向外周血管输送血液量的多少，这是医学 临床研究中经常遇到和关心的问题。
瓣膜启闭
心脏的后负荷
心脏的前负荷 心肌收缩力 心率变化
生物力学课程——力学基础_18
• 均匀性假设 认为在物体内各处的力学性质完全相同。
•各向同性 认为材料在各个不同方向具有相同的力学性质。
P1 1
A P1
P2 2
形状、尺寸 相同
P2 A
当P1= P2时，若1= 2 称A点在这两个方向的力学性质相同。
•小变形 假设物体产生的变形与整个物体的原始尺寸
相比是极其微小的。
生物材料应力-应变关系
骨
从材料应力-应变关系得到 哪些参数？
六.杆件变形的基本形式
1.轴向拉伸与压缩
P
P
拉伸
P
P
压缩
2.剪切
P
P
P
P
P
P
受力特点：作用于构件两侧面上的横向外力。 大小相等，方向相反,作用线相距很近。
变形特点：构件两力之间的横截面产生相对的错动。
P P
m P
P m
P
m
m
P
•由大量分子组成 •分子不断作随机热运动
•分子间存在作用力
以上特性表现在固体、液体、 气体上有差别
• 同样体积内分子数目 ，气体＜液体＜固体
• 同样分子间作用力，气体＜液体＜固体
• 气体分子运动有较大的自由程和随机性 液体较小 固体分子只能做微小的振动和转动
这些微观差异导致宏观现象为：
• 固体有一定体积和形状 • 液体有一定体积而无一定形状 • 气体即无一定体积也无一定形状
第二节
变形体力学基础
［材料力学基础］
一、材料力学的任务
机械或建筑物的每一个组成部分称之为构件
横梁
屋架 立柱
构件必须有足够的承载能力，这个承载 能力包括三方面的要求：
1.1强.强度度要要求求：
血管生理 PPT(完整版)
池深刺，针法向少海穴，进针～3寸左右，得气后，使针 感上传至肩，下行于腕，以捻转提插手法行针1分钟，留 针。风池，针时令病人仰卧，枕头略高，颈部悬空，以利 进针，针感以放射至前额为佳，亦运针1分钟，留针。合 谷、太冲，以上、下，左、右顺序进针，运针1分钟。留 针30分钟～1小时，其间，每隔5～10分钟运针1次。每 日或隔日1次，6次为一疗程，疗程间隔3日。
封闭管道系统内，各个截面的流量相等
即体循环中各段血管总的血流量相等， 等于心排血量。 符合公式：Q=PA/R
2.血流速度 blood flow velocity
血流速度与血量成正比、与同 类血管的总横截面积呈反比。
主动脉：20cm/s 毛细血管：0.03cm/s
层流: 液体每个质点的流动方向都一致，与血 管的长轴平行；但各层质点的流速不相同。
分配血管
相当于中动脉 管壁由平滑肌组成—收缩性强 功能：将血液输送至组织器官
毛细血管前阻力血管
指小动脉和微动脉
功能：心射血时储存部分血液，缓冲收缩压
功交能流换：慢指血数管通→毛量壁过管利细多富舒于血，有缩物管管平改质径滑变交小肌管换，，径通口，透径调性小节大，阻；血力与流，组速影织度响细快血胞，流接血量触流大阻→力血大 血二功管影管即 管但湍通影心功 风风管即指湍心封数2管心指以功指指、流、能壁响壁体壁各流过响室能池池壁体血流收闭量壁室毛主能血血心阻 血 ： 富 血 富 循内 层 :胸 血 肌 ：， ， 富 循 管 :缩 管 多 富 肌 细 穴 ： 管 管每每脏力流心有流有环 富质导流收心 针针有环内时道，有收血为通内内个个射（量射平量平中 含点管量缩射 时时平中流外系管平缩管主过流流质质血、血滑大滑各 弹的和大时血 令令滑各动推统径滑时，舒动动B点点是l血时肌小肌段 性流右小所时 病病肌段的储内小肌所效缩的的o的的产o流储，的，血 纤速淋的释储 人人，血血存，，，释不改血血d流流生阻存口因口管 维不巴因放存 仰仰口管液血各通口放佳变液液fl动动血o力部径素径总 相导素的部 卧卧径总对液个透径的时管对对w方 方 压、分小：小的同管：能分，，小的单，截性小能，径单单re向向的血血，，血 。回量血 枕枕，血位防面大，量加，位位si不不基s压液血血流 流一液 头头血流面心的；血一用调面面ta一一本及，流流量 入部， 略略流量积舒流流部或节积积n致致因c其缓速速相 静分缓 高高速相血期量速分改阻血血e。。素）相冲度度等 脉用冲 ，，度等管压相度用用力管管互收快快， 。于收 颈颈快，壁力等快于配，壁壁关缩，，等 血缩 部部，等的过，血穴影的的系压血血于 液压 悬悬血于侧低血液。响侧侧流流心 的空空流心压流的血压压阻阻排 动，，阻排力阻动流力力力力血 能以以力血，力能量，，大大量 ，利利大量即大，即即。 另进进。压另压压一针针强一强强部，，。部。。分针针分形感感形成以以成对放放对血射射血管至至管壁前前壁的额额的侧为为侧压佳佳压力，，力，亦亦，并运运并转针针转变变11分分成成钟 钟势 势，，能能留留使使针针血血。。管管壁壁扩扩张张
封闭管道系统内，各个截面的流量相等
即体循环中各段血管总的血流量相等， 等于心排血量。 符合公式：Q=PA/R
2.血流速度 blood flow velocity
血流速度与血量成正比、与同 类血管的总横截面积呈反比。
主动脉：20cm/s 毛细血管：0.03cm/s
层流: 液体每个质点的流动方向都一致，与血 管的长轴平行；但各层质点的流速不相同。
分配血管
相当于中动脉 管壁由平滑肌组成—收缩性强 功能：将血液输送至组织器官
毛细血管前阻力血管
指小动脉和微动脉
功能：心射血时储存部分血液，缓冲收缩压
功交能流换：慢指血数管通→毛量壁过管利细多富舒于血，有缩物管管平改质径滑变交小肌管换，，径通口，透径调性小节大，阻；血力与流，组速影织度响细快血胞，流接血量触流大阻→力血大 血二功管影管即 管但湍通影心功 风风管即指湍心封数2管心指以功指指、流、能壁响壁体壁各流过响室能池池壁体血流收闭量壁室毛主能血血心阻 血 ： 富 血 富 循内 层 :胸 血 肌 ：， ， 富 循 管 :缩 管 多 富 肌 细 穴 ： 管 管每每脏力流心有流有环 富质导流收心 针针有环内时道，有收血为通内内个个射（量射平量平中 含点管量缩射 时时平中流外系管平缩管主过流流质质血、血滑大滑各 弹的和大时血 令令滑各动推统径滑时，舒动动B点点是l血时肌小肌段 性流右小所时 病病肌段的储内小肌所效缩的的o的的产o流储，的，血 纤速淋的释储 人人，血血存，，，释不改血血d流流生阻存口因口管 维不巴因放存 仰仰口管液血各通口放佳变液液fl动动血o力部径素径总 相导素的部 卧卧径总对液个透径的时管对对w方 方 压、分小：小的同管：能分，，小的单，截性小能，径单单re向向的血血，，血 。回量血 枕枕，血位防面大，量加，位位si不不基s压液血血流 流一液 头头血流面心的；血一用调面面ta一一本及，流流量 入部， 略略流量积舒流流部或节积积n致致因c其缓速速相 静分缓 高高速相血期量速分改阻血血e。。素）相冲度度等 脉用冲 ，，度等管压相度用用力管管互收快快， 。于收 颈颈快，壁力等快于配，壁壁关缩，，等 血缩 部部，等的过，血穴影的的系压血血于 液压 悬悬血于侧低血液。响侧侧流流心 的空空流心压流的血压压阻阻排 动，，阻排力阻动流力力力力血 能以以力血，力能量，，大大量 ，利利大量即大，即即。 另进进。压另压压一针针强一强强部，，。部。。分针针分形感感形成以以成对放放对血射射血管至至管壁前前壁的额额的侧为为侧压佳佳压力，，力，亦亦，并运运并转针针转变变11分分成成钟 钟势 势，，能能留留使使针针血血。。管管壁壁扩扩张张
(优质课件)血管的力学性质
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
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。
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
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%。
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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
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：
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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17
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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19
14
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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12
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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13
内皮细胞表面有胞质突 起和细胞衣。
生物力学课程——第六章 血管的力学性质18(新) - 副本
二.反射波
实际的动脉树中，由于分支、动脉大小 的不均匀及血管弹性的改变等，存在着由于 血管阻抗不匹配而产生的波的反射。
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
程中振幅逐渐衰减。
但是在实际动脉中，特别是在主动脉，在远离心脏 的不同位置，压力波的振幅不但不减小，反而不断增大。 这和流速脉搏波情况截然不同，这是由于存在着压力反射 波的影响，而且压力反射波使压力放大的作用大于粘性阻 尼使压力衰减的作用。
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。
动脉壁力学性质（弹性）
PWV
几何学特性（直径和壁厚度） 决定。 血液的密度
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的主要因素。
会越来越差。
第三节
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
●随着血压水平升高，管壁承受压力的部
位从具有较大弹性的弹力纤维转移到硬度较
高的胶原，管壁变硬。
PWV的数值虽然随着年龄的增加而增 大，但一些慢性病如糖尿病、高血脂、肥 胖症在发展过程中，也会导致PWV的数值 较一般健康者的数值高。
此外，测量的部位也影响PWV。距离心脏越远，PWV越快。
七年级生物血管6
• 血管系统是由动脉、毛细血管、静脉构成 的网络，是一个封闭的回路。 • 血管的功能：
– 运送血液的管道，分配血液 – 实现物质交换的场所
第二节 血流的管道——血管 Physiology of Blood Vessels
一、各类血管的功能特点
Function of blood vessels
• • • • • • • •
• 2、外周静脉压；各器官的静脉血压，以肘部正中 静为代表，平卧时5~14cmH2O • 足背静脉：19cmH2O 门静脉： 13cmH2O • 颈外静脉：10cmH2O 肘前静脉：10cmH2O • 特点：压力低，重力影响大，跨壁压对血管充盈 影响大。
（二）静脉血流（静脉回心血量）
• 1、静脉对血流的阻力
1）体循环平均压：正变 2）心脏收缩力量（心泵）：正变 3）体位改变 直立 跨壁压 静脉扩张 回心血量 4）骨骼肌的挤压作用（肌泵或静脉泵） 肌肉节律性收缩+静脉瓣的作用 回心血量 5）呼吸运动（呼吸泵） 吸气 胸膜腔内压 中心静脉压 回心血量 （右心）
五、微循环 microcirculation
• （1）静脉搏对血流的阻力小，约占体循 环阻力的15% • （2）微静脉的阻力作用在于调节毛细血 管内压（与前阻力和后阻力的比值有关） • 影响静脉阻力的因素：跨壁压，周围组 织的压力
2、影响静脉回心血量的因素
• 单位时间内静脉回心血量取决于：外周静脉压与
中心静脉压差及静脉阻力
• • • • • • • • •
弹性贮器血管：主动脉、大动脉 分配血管：中动脉及其分支 阻力血管（毛细血管前阻力血管）：小动脉、微 动脉 毛细血管前括约肌： 交换血管：毛细血管 容量血管：静脉血管，容纳循环血量的60%~70% 毛细血管后阻力血管：微静脉、小静脉 短路血管：动静脉吻合支
– 运送血液的管道，分配血液 – 实现物质交换的场所
第二节 血流的管道——血管 Physiology of Blood Vessels
一、各类血管的功能特点
Function of blood vessels
• • • • • • • •
• 2、外周静脉压；各器官的静脉血压，以肘部正中 静为代表，平卧时5~14cmH2O • 足背静脉：19cmH2O 门静脉： 13cmH2O • 颈外静脉：10cmH2O 肘前静脉：10cmH2O • 特点：压力低，重力影响大，跨壁压对血管充盈 影响大。
（二）静脉血流（静脉回心血量）
• 1、静脉对血流的阻力
1）体循环平均压：正变 2）心脏收缩力量（心泵）：正变 3）体位改变 直立 跨壁压 静脉扩张 回心血量 4）骨骼肌的挤压作用（肌泵或静脉泵） 肌肉节律性收缩+静脉瓣的作用 回心血量 5）呼吸运动（呼吸泵） 吸气 胸膜腔内压 中心静脉压 回心血量 （右心）
五、微循环 microcirculation
• （1）静脉搏对血流的阻力小，约占体循 环阻力的15% • （2）微静脉的阻力作用在于调节毛细血 管内压（与前阻力和后阻力的比值有关） • 影响静脉阻力的因素：跨壁压，周围组 织的压力
2、影响静脉回心血量的因素
• 单位时间内静脉回心血量取决于：外周静脉压与
中心静脉压差及静脉阻力
• • • • • • • • •
弹性贮器血管：主动脉、大动脉 分配血管：中动脉及其分支 阻力血管（毛细血管前阻力血管）：小动脉、微 动脉 毛细血管前括约肌： 交换血管：毛细血管 容量血管：静脉血管，容纳循环血量的60%~70% 毛细血管后阻力血管：微静脉、小静脉 短路血管：动静脉吻合支
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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
(The space structure of elastic fibers、 collagen fibrils 、smooth muscle ）
PWV大,血管硬度高,弹性差。
什么因素影响PWV？
• 年龄、血压 • 管壁厚度、血管半径
（管腔变形狭窄和血管弯曲时PWV减慢）
• 血液密度、血流速度等
年龄和血压水平是影响 PWV的最重要因素。
●随着年龄的增长，动脉管壁常发生粥样 硬化或纤维硬化，年龄每增加10岁，PWV一般 增大10%-15%。
病理：血管狭窄或闭塞，导致心肌梗死、脑中风和 周围器官如肝、肾和肢体的功能障碍。
动脉粥样硬化性心脑血管病位于人类疾病谱和死因 谱的首位。
动脉粥样硬化是一种多因素疾病， 因为好发于特殊的血流动力学部位，力 学因素理应受到特别重视。
血液 血管 ，因此脉搏波传播时
血液的流变特性
脉搏波的波速 脉搏波的形状 脉搏波振幅大小
将由 血管的力学性质 所决定。
血管的几何形状
意义
1．反映心率和节律 2．反映管壁弹性 3．反映心缩力的大小 4．可测定射血时间 5．反映主A瓣情况 6．反映脉压的大小
二.反射波 实际的动脉树中，由于分支、动脉大小
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。
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
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。
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： • 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；
• 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
荡变化与振荡压力变化之间的比值，又称振 荡顺应性。
C1与C2分别反映大动脉与小 动脉弹性功能，C1和C2越小，表 示大动脉与小动脉弹性越差。
目前，许多研究已经证实C1和C2能 较敏感地早期发现动脉弹性功能减退， 最早受到影响的是 C2。
由于多种心血管危险因素和氧化应激反应首 先影响动脉内皮功能。小动脉的内膜层较薄，中 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。
AI= △P /PPc
△P：中心动脉压力反射波增幅， 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
人体的血管
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。
Mechanical property of blood vessel
人体的血管
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
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
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，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。
第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
• 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%。
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比
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。
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）。
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
平滑肌
弹性纤维、胶原纤维和（肠）平滑肌的应力-伸长比
弹性纤维 胶原纤维
平滑肌
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
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
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
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
把血液从心脏输送到 身体各部分
把血液从身体各部 分送回心脏
连通于最小的动脉与 最小静脉之间的血管， 是毛细血管和组织细 胞间物质交换的场所
●随着血压水平升高，管壁承受压力的部 位从具有较大弹性的弹力纤维转移到硬度较 高的胶原，管壁变硬。
PWV的数值虽然随着年龄的增加而增 大，但一些慢性病如糖尿病、高血脂、肥 胖症在发展过程中，也会导致PWV的数值 较一般健康者的数值高。
此外，测量的部位也影响PWV。距离心脏越远，PWV越快。
PWV主要反映一段血管壁功能，可在不同 的动脉段进行，如颈动脉—股动脉、肱动 脉—桡动脉、股动脉—胫动脉、等。PWV大， 表示动脉硬度高、顺应性差。反之，则血管 硬度低、顺应性好。
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。
动脉壁力学性质（弹性）
PWV 几何学特性（直径和壁厚度） 决定。
血液的密度 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的主要因素。
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。
升主动脉 降主动脉 远端主动脉
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%；
• 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。
• 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。 度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
轴向张力
周向张力
动脉系统中，脉搏波的反射可能发生的部位包括： 血管分叉处、动脉管径或可扩张度改变的地方。
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
(The space structure of elastic fibers、 collagen fibrils 、smooth muscle ）
PWV大,血管硬度高,弹性差。
什么因素影响PWV？
• 年龄、血压 • 管壁厚度、血管半径
（管腔变形狭窄和血管弯曲时PWV减慢）
• 血液密度、血流速度等
年龄和血压水平是影响 PWV的最重要因素。
●随着年龄的增长，动脉管壁常发生粥样 硬化或纤维硬化，年龄每增加10岁，PWV一般 增大10%-15%。
病理：血管狭窄或闭塞，导致心肌梗死、脑中风和 周围器官如肝、肾和肢体的功能障碍。
动脉粥样硬化性心脑血管病位于人类疾病谱和死因 谱的首位。
动脉粥样硬化是一种多因素疾病， 因为好发于特殊的血流动力学部位，力 学因素理应受到特别重视。
血液 血管 ，因此脉搏波传播时
血液的流变特性
脉搏波的波速 脉搏波的形状 脉搏波振幅大小
将由 血管的力学性质 所决定。
血管的几何形状
意义
1．反映心率和节律 2．反映管壁弹性 3．反映心缩力的大小 4．可测定射血时间 5．反映主A瓣情况 6．反映脉压的大小
二.反射波 实际的动脉树中，由于分支、动脉大小
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。
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
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。
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： • 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；
• 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
荡变化与振荡压力变化之间的比值，又称振 荡顺应性。
C1与C2分别反映大动脉与小 动脉弹性功能，C1和C2越小，表 示大动脉与小动脉弹性越差。
目前，许多研究已经证实C1和C2能 较敏感地早期发现动脉弹性功能减退， 最早受到影响的是 C2。
由于多种心血管危险因素和氧化应激反应首 先影响动脉内皮功能。小动脉的内膜层较薄，中 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。
AI= △P /PPc
△P：中心动脉压力反射波增幅， 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
人体的血管
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。
Mechanical property of blood vessel
人体的血管
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
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
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，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。
第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
• 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%。
动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比
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。
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）。
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
平滑肌
弹性纤维、胶原纤维和（肠）平滑肌的应力-伸长比
弹性纤维 胶原纤维
平滑肌
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
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
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
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
把血液从心脏输送到 身体各部分
把血液从身体各部 分送回心脏
连通于最小的动脉与 最小静脉之间的血管， 是毛细血管和组织细 胞间物质交换的场所
●随着血压水平升高，管壁承受压力的部 位从具有较大弹性的弹力纤维转移到硬度较 高的胶原，管壁变硬。
PWV的数值虽然随着年龄的增加而增 大，但一些慢性病如糖尿病、高血脂、肥 胖症在发展过程中，也会导致PWV的数值 较一般健康者的数值高。
此外，测量的部位也影响PWV。距离心脏越远，PWV越快。
PWV主要反映一段血管壁功能，可在不同 的动脉段进行，如颈动脉—股动脉、肱动 脉—桡动脉、股动脉—胫动脉、等。PWV大， 表示动脉硬度高、顺应性差。反之，则血管 硬度低、顺应性好。
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。
动脉壁力学性质（弹性）
PWV 几何学特性（直径和壁厚度） 决定。
血液的密度 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的主要因素。
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。
升主动脉 降主动脉 远端主动脉
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%；
• 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。
• 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。 度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
轴向张力
周向张力
动脉系统中，脉搏波的反射可能发生的部位包括： 血管分叉处、动脉管径或可扩张度改变的地方。