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依據物理學的定律,結合生理和病理生理學概念,對循環系統中血液運動的規律性進行定量。血流動力學將力學的理論和方法與生物學、醫學的原理和方法有機地結合起來,著重研究血液和血管的力學特性,分析血液在心血管系統中的流動規律。

1 血流動力學 -簡介

  血流動力學指血液變形和流動的科學。血流動力學是以血液與血管的流
血流動力學
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。
  血流動力學和一般的流體力學一樣,其基本的研究對象是流量、阻力、和壓力之間的關係。由於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等多種成分的液體而不是理想液體,因此,血流動力學除與一般流體力學有共同點之外,又有它自身的特點。

2 血流動力學 -內容

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

3 血流動力學 -特點

(一)血流量和血流速度

  血流量(blood flow)指在單位時間內流經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)指血液中一個質點在管內移動的線速度。當血液在血管內流動時,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中流動的規律。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,與液體粘滯度η有關。由該式可知單位時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,那麼,前者的血流量是後者的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方式可以分為層流(laminar flow)和湍流(turbulence)。層流是一種規則運動,在層流的情況下,液體每個質點的流動方向一致,與管道長軸平行,但各質點的流速不同,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 肅葉定律適用於層流狀態。人體的血液循環在正常情況下屬於層流形式。然而,當血流速度加速到一定程度之後,層流情況即被破壞,此時血液中各個質點的流動方向不再一致,出現漩渦,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(Reynolds數,簡寫為Re)來判斷。這一參數定義為:
  其中,Re數沒有單位。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Re數超過2 000時,就可發生湍流。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,容易發生湍流。正常情況下,心室內存在著湍流,一般認為這有利於血液的充分混和。病理情況下,如房室瓣狹窄、主動脈瓣狹窄以及動脈導管未閉等,均可因湍流形成而產生雜音。 (二)血流阻力

  血流阻力(blood resistance)指血液在血管內流動時所遇到的阻力。其產生的原因是由於血液流動時發生摩擦。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。三者關係可用下式表示:
  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,L與η在一段時間內變化不大,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脈處的阻力最大。機體對血流量的分配調節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。在其他因素恆定情況下,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 血液中血細胞佔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,紅細胞發生聚集,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,但當血液在直徑小於0.2~0.3mm的微動脈內流動時,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。

4 血流動力學 -決定因素

1.血流量

  血流量是指單位時間內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於兩個因素,即血管兩端的壓力差和血管對血流的阻力。再循環系統中,血流量、血流阻力和血壓三者之間有如下關係:
  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。2.血流阻力

  血流在血管內流動所遇到的阻力。血流阻力來源於血液內部的摩擦力以及血液與管壁之間的摩擦力,並與血管口徑、長度以及血液粘滯性密切相關,它們之間的關係可用泊肅葉定律(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) 血流動力學改變

  血液是一種具有相當粘性的流體。在正常情況下,血液的粘度係數是水的3-4倍。由於血液是一種複雜的流體,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於血液中紅細胞數。每毫升血液中紅細胞數愈多則粘度愈大。貧血時紅細胞減少,則血液粘度降低,而紅細胞增多症的患者,血液粘度增加,血液在血管內流動,對血流的阻力是來自血液內部摩擦,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,出現湍流。
  正常情況下,除心瓣膜附近外,循環系統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,出現噪音。因此,在循環中聽到異常的噪音就應注意是什麼原因引起的。
  簡單來說,人體血流動力學的改變,說明身體內部由於疾病的產生和存在,因此出現了問題。
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