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血流動(dòng)力學(xué)（血液在心血管系統中流動(dòng)的力學(xué)）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-23

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血流動(dòng)力學(xué)

血液在心血管系統中流動(dòng)的力學(xué)

血流動(dòng)力學(xué)，依據物理學(xué)的定律，結合生理和病理生理學(xué)概念，對循環(huán)系統中血液運動(dòng)的規律性進(jìn)行定量。血流動(dòng)力學(xué)將力學(xué)的理論和方法與生物學(xué)、醫學(xué)的原理和方法有機地結合起來(lái)，著(zhù)重研究血液和血管的力學(xué)特性，分析血液在心血管系統中的流動(dòng)規律。

基本信息

中文名	血流動(dòng)力學(xué)
外文名	Hemodynamics
研究對象	流量、阻力、和壓力之間的關(guān)系
定律	循環(huán)系統中血液規律性進(jìn)行定量

簡(jiǎn)介

血流動(dòng)力學(xué)

血流動(dòng)力學(xué)指血液變形和流動(dòng)的科學(xué)。血流動(dòng)力學(xué)是以血液與血管的流動(dòng)和變形為研究對象，探討血液和血漿的粘稠度對身體的影響。血流動(dòng)力學(xué)檢查，包括血液比粘度(血比粘度、血漿比粘度、全血比粘度)、紅細胞電泳、紅細胞沉降率、纖溶系統功能等。

血流動(dòng)力學(xué)和一般的流體力學(xué)一樣，其基本的研究對象是流量、阻力、和壓力之間的關(guān)系。由于血管是有彈性和可擴張性的管道系統，血液是含有血細胞和膠體物質(zhì)等多種成分的液體而不是理想液體，因此，血流動(dòng)力學(xué)除與一般流體力學(xué)有共同點(diǎn)之外，又有它自身的特點(diǎn)。

內容

血流動(dòng)力學(xué)(hemodynamics)是指血液在心血管系統中流動(dòng)的力學(xué)，主要研究血流量、血流阻力、血壓以及它們之間的相互關(guān)系。血液是一種流體，因此血流動(dòng)力學(xué)基本原理與一般流體力學(xué)的原理相同。但由于血管系統是比較復雜的彈性管道系統，血液是含有血細胞和膠體物質(zhì)等多種成分的液體而不是理想液體，因此血流動(dòng)力學(xué)既具有一般流體力學(xué)的共性，又有其自身的特點(diǎn)。

特點(diǎn)

血流量和血流速度

血流量(blood flow)指在單位時(shí)間內流經(jīng)血管某一截面的血量，也稱(chēng)為容積速度。通常表示為毫升/分鐘或升/分鐘。血流速度(blood velocity)指血液中一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在管內移動(dòng)的線(xiàn)速度。當血液在血管內流動(dòng)時(shí)，血流速度與血流量成正比，而與血管的橫截面積成反比。

泊肅葉定律

泊肅葉研究了液體在管道系統中流動(dòng)的規律。通過(guò)泊肅葉定律(Poiseuille's law)可以計算出流量。該定律表示為：

也可表示為：

其中，Q是液體流量，ΔP是管道兩端的壓力差，r為管道半徑，L是管道長(cháng)度，η是液體的粘滯度。K為常數，與液體粘滯度η有關(guān)。由該式可知單位時(shí)間內的血流量與血管兩端的壓力差(P1﹣P2)以及血管半徑的4次方成正比，而與血管的長(cháng)度成反比。在其他因素相同的情況之下，如果甲血管的半徑是乙血管的兩倍，那么，前者的血流量是后者的16倍。所以血管直徑是決定血流量多少的重要因素。

層流和湍流

血液在血管內的流動(dòng)方式可以分為層流(laminar flow)和湍流(turbulence)。層流是一種規則運動(dòng)，在層流的情況下，液體每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向一致，與管道長(cháng)軸平行，但各質(zhì)點(diǎn)的流速不同，在管道軸心處流速最快，越近管壁的軸層流速越慢，各軸層速度矢量為一拋物線(xiàn)圖（圖4-16）。

泊肅葉定律適用于層流狀態(tài)。人體的血液循環(huán)在正常情況下屬于層流形式。然而，當血流速度加速到一定程度之后，層流情況即被破壞，此時(shí)血液中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向不再一致，出現漩渦，稱(chēng)為湍流。在湍流的情況下，泊肅葉定律已不再適用。湍流的形成條件以雷諾數（Reynolds數，簡(jiǎn)寫(xiě)為Re）來(lái)判斷。這一參數定義為：

其中，Re數沒(méi)有單位。V為血液的平均流速（單位為cm/s），D代表管腔直徑（單位為cm），ρ為血液密度（單位為g/cm3），η代表血液粘滯度（單位為泊）。通常當Re數超過(guò)2 000時(shí)，就可發(fā)生湍流。由上式可知，在血流速度快、血管口徑大、血液粘滯度低的情況下，容易發(fā)生湍流。正常情況下，心室內存在著(zhù)湍流，一般認為這有利于血液的充分混和。病理情況下，如房室瓣狹窄、主動(dòng)脈瓣狹窄以及動(dòng)脈導管未閉等，均可因湍流形成而產(chǎn)生雜音。

血流阻力

血流阻力(blood resistance)指血液在血管內流動(dòng)時(shí)所遇到的阻力。其產(chǎn)生的原因是由于血液流動(dòng)時(shí)發(fā)生摩擦。摩擦消耗的能量一般表現為熱能，這部分熱能不能再轉換成血液的勢能或動(dòng)能。因此血液流動(dòng)時(shí)的能量逐漸消耗，促使血液流動(dòng)的壓力逐漸降低。湍流時(shí)，血液在血管中的流動(dòng)方向不一致，阻力更大，故消耗的能量更多。

血流阻力一般不能直接測量，而是要通過(guò)測量血流量和血管中兩端壓力差計算得出。三者關(guān)系可用下式表示：

式中Q代表血流量，P1－P2代表血管兩端壓力差，R代表血流阻力。該式表明血流阻力與血管兩端的壓力差成正比，與血流量成反比。結合泊肅葉定律，可得到計算血流阻力的公式：

式中R代表血流阻力，η代表血流粘滯度，L為血管長(cháng)度，r為血管半徑。由該式可知血流阻力與血管的粘滯度以及血管長(cháng)度成正比，與血管半徑的4次方成反比。當血管長(cháng)度相同時(shí)，血液粘滯度越大，血管直徑越小，血流的阻力也就越大。在同一血管床內，L與η在一段時(shí)間內變化不大，影響血流阻力的最主要因素為血管半徑。因此體內各段血管中以微動(dòng)脈處的阻力最大。機體對血流量的分配調節就是通過(guò)控制各器官阻力血管的口徑進(jìn)行的。

血液粘滯度

血液粘滯度(blood viscosity)的變化也可以影響血流阻力。在其他因素恒定情況下，粘滯度越高，血管阻力越大。正常血液的粘滯度為水的4～5倍。影響血液粘滯度的主要因素有：

1．血細胞比容血液中血細胞占全血容積的百分比稱(chēng)為血細胞比容(hematocrit)，是決定血液粘滯度最重要的因素。男性血細胞比容平均值約為42%，女性約為38%。血細胞比容越大，血液粘滯度就越高。

2．血流的切率血流的切率(shear rate)是指在層流的情況下，相鄰兩層血液流速的差和液層厚度的比值。切率也就是上圖拋物線(xiàn)的斜率。勻質(zhì)液體的粘滯度不隨切率的變化而改變，稱(chēng)為牛頓液。相反，全血為非勻質(zhì)液體，其粘滯度則隨切率的減小而增大，稱(chēng)為非牛頓液。切率較高時(shí)，層流現象更為明顯，即紅細胞集中在中軸，其長(cháng)軸與血管縱軸平行，紅細胞移動(dòng)時(shí)發(fā)生的旋轉以及紅細胞相互間的撞擊都很少，故血液粘滯度較低。相反當切率較低時(shí)，紅細胞發(fā)生聚集，血液粘滯度增高。

3．血管口徑大的血管口徑不影響血液粘滯度，但當血液在直徑小于0.2～0.3mm的微動(dòng)脈內流動(dòng)時(shí)，只要切率足夠高，則血液粘滯度隨著(zhù)血管口徑的變小而降低。其原因尚不清楚，但對機體有明顯的益處。否則血液在小血管中的流動(dòng)時(shí)阻力將會(huì )大為增高。

4．溫度血液的粘滯度隨溫度的降低而升高。人體的體表溫度比深部溫度低，故血液流經(jīng)體表部分時(shí)粘滯度會(huì )升高。如果將手指浸在冰水中，局部血液的粘滯度可增加2倍。

決定因素

血流量

血流量是指單位時(shí)間內流過(guò)血管某一橫截面的血量，也成容積速度。通常以mL/min或L/min為單位。血流量的大小主要取決于兩個(gè)因素，即血管兩端的壓力差和血管對血流的阻力。再循環(huán)系統中，血流量、血流阻力和血壓三者之間有如下關(guān)系：

Q=(p2-p1)/R p2-p1代表血管兩端壓力差、R代表血流阻力、Q代表血流量。

血流量同該段管道兩端的壓力差成正比，與管道對液體流動(dòng)的阻力成反比。

阻力

血流在血管內流動(dòng)所遇到的阻力。血流阻力來(lái)源于血液內部的摩擦力以及血液與管壁之間的摩擦力，并與血管口徑、長(cháng)度以及血液粘滯性密切相關(guān)，它們之間的關(guān)系可用泊肅葉定律（Poiseuille”s law）來(lái)表示：

Q=π×r^4×Δp/(8ηL) η為血液粘滯度、L為血管的長(cháng)度、r為血管半徑。（可查閱血管生理）

改變

血液是一種具有相當粘性的流體。在正常情況下，血液的粘度系數是水的3-4倍。由于血液是一種復雜的流體，既有液相（血漿）又有固相（血細胞等），影響血液粘性的因素比較多。

在多數情況下，血液的粘度主要決定于血液中紅細胞數。每毫升血液中紅細胞數愈多則粘度愈大。貧血時(shí)紅細胞減少，則血液粘度降低，而紅細胞增多癥的患者，血液粘度增加，血液在血管內流動(dòng)，對血流的阻力是來(lái)自血液內部摩擦，即血液的粘度。

在整個(gè)心動(dòng)周期中，主動(dòng)脈中血流平均速度只有臨界速度的一半，但在心縮開(kāi)始時(shí)射血期內速度會(huì )超過(guò)臨界速度。劇烈運動(dòng)時(shí)，心輸出量增加4-5倍，心縮期間有較長(cháng)的時(shí)期主動(dòng)脈血流速度超過(guò)臨界速度，出現湍流。

正常情況下，除心瓣膜附近外，循環(huán)系統的其他部位不會(huì )有湍流。層流是平靜的，沒(méi)有音響的。湍流有渦旋和震動(dòng)，出現噪音。因此，在循環(huán)中聽(tīng)到異常的噪音就應注意是什么原因引起的。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，人體血流動(dòng)力學(xué)的改變，說(shuō)明身體內部由于疾病的產(chǎn)生和存在，因此出現了問(wèn)題。

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