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血流動力學(xué)（血液在心血管系統(tǒng)中流動的力學(xué)）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-23

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血流動力學(xué)

血液在心血管系統(tǒng)中流動的力學(xué)

血流動力學(xué)，依據(jù)物理學(xué)的定律，結(jié)合生理和病理生理學(xué)概念，對循環(huán)系統(tǒng)中血液運動的規(guī)律性進行定量。血流動力學(xué)將力學(xué)的理論和方法與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的原理和方法有機地結(jié)合起來，著重研究血液和血管的力學(xué)特性，分析血液在心血管系統(tǒng)中的流動規(guī)律。

基本信息

中文名	血流動力學(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(tǒng)中血液規(guī)律性進行定量

簡介

血流動力學(xué)

血流動力學(xué)指血液變形和流動的科學(xué)。血流動力學(xué)是以血液與血管的流動和變形為研究對象，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(tǒng)功能等。

血流動力學(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(tǒng)，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，血流動力學(xué)除與一般流體力學(xué)有共同點之外，又有它自身的特點。

內(nèi)容

血流動力學(xué)(hemodynamics)是指血液在心血管系統(tǒng)中流動的力學(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(tǒng)是比較復(fù)雜的彈性管道系統(tǒng)，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，因此血流動力學(xué)既具有一般流體力學(xué)的共性，又有其自身的特點。

特點

血流量和血流速度

血流量(blood flow)指在單位時間內(nèi)流經(jīng)血管某一截面的血量，也稱為容積速度。通常表示為毫升/分鐘或升/分鐘。血流速度(blood velocity)指血液中一個質(zhì)點在管內(nèi)移動的線速度。當(dāng)血液在血管內(nèi)流動時，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(tǒng)中流動的規(guī)律。通過泊肅葉定律(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是管道長度，η是液體的粘滯度。K為常數(shù)，與液體粘滯度η有關(guān)。由該式可知單位時間內(nèi)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(nèi)的流動方式可以分為層流(laminar flow)和湍流(turbulence)。層流是一種規(guī)則運動，在層流的情況下，液體每個質(zhì)點的流動方向一致，與管道長軸平行，但各質(zhì)點的流速不同，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(dāng)血流速度加速到一定程度之后，層流情況即被破壞，此時血液中各個質(zhì)點的流動方向不再一致，出現(xiàn)漩渦，稱為湍流。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(shù)（Reynolds數(shù)，簡寫為Re）來判斷。這一參數(shù)定義為：

其中，Re數(shù)沒有單位。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(dāng)Re數(shù)超過2 000時，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(nèi)存在著湍流，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、主動脈瓣狹窄以及動脈導(dǎo)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(nèi)流動時所遇到的阻力。其產(chǎn)生的原因是由于血液流動時發(fā)生摩擦。摩擦消耗的能量一般表現(xiàn)為熱能，這部分熱能不能再轉(zhuǎn)換成血液的勢能或動能。因此血液流動時的能量逐漸消耗，促使血液流動的壓力逐漸降低。湍流時，血液在血管中的流動方向不一致，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(jié)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度成正比，與血管半徑的4次方成反比。當(dāng)血管長度相同時，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(nèi)，L與η在一段時間內(nèi)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(nèi)各段血管中以微動脈處的阻力最大。機體對血流量的分配調(diào)節(jié)就是通過控制各器官阻力血管的口徑進行的。

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的斜率。勻質(zhì)液體的粘滯度不隨切率的變化而改變，稱為牛頓液。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，稱為非牛頓液。切率較高時，層流現(xiàn)象更為明顯，即紅細胞集中在中軸，其長軸與血管縱軸平行，紅細胞移動時發(fā)生的旋轉(zhuǎn)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(dāng)切率較低時，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(dāng)血液在直徑小于0.2～0.3mm的微動脈內(nèi)流動時，只要切率足夠高，則血液粘滯度隨著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時阻力將會大為增高。

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)體表部分時粘滯度會升高。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

血流量是指單位時間內(nèi)流過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(tǒng)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，與管道對液體流動的阻力成反比。

阻力

血流在血管內(nèi)流動所遇到的阻力。血流阻力來源于血液內(nèi)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）來表示：

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

改變

血液是一種具有相當(dāng)粘性的流體。在正常情況下，血液的粘度系數(shù)是水的3-4倍。由于血液是一種復(fù)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(shù)情況下，血液的粘度主要決定于血液中紅細胞數(shù)。每毫升血液中紅細胞數(shù)愈多則粘度愈大。貧血時紅細胞減少，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(nèi)流動，對血流的阻力是來自血液內(nèi)部摩擦，即血液的粘度。

在整個心動周期中，主動脈中血流平均速度只有臨界速度的一半，但在心縮開始時射血期內(nèi)速度會超過臨界速度。劇烈運動時，心輸出量增加4-5倍，心縮期間有較長的時期主動脈血流速度超過臨界速度，出現(xiàn)湍流。

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

簡單來說，人體血流動力學(xué)的改變，說明身體內(nèi)部由于疾病的產(chǎn)生和存在，因此出現(xiàn)了問題。

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