1、第第 五节五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础一、流型一、流型心室收缩心室收缩结论：结论：心脏收缩心脏收缩-舒张周期重复舒张周期重复血管膨胀血管膨胀-回弹周期振荡回弹周期振荡血液的流动是周期的脉动流血液的流动是周期的脉动流？主动脉瓣开启主动脉瓣开启射出血液射出血液主、大动脉血压主、大动脉血压血管膨胀血管膨胀停止射血停止射血血管回缩血管回缩心室舒张心室舒张主、大动脉血压主、大动脉血压Revr第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础力学指标：力学指标：血液血液有粘滞性的实际流体有粘滞性的实际流体 牛顿流体牛顿流体流动流动稳定流动稳定流动有雷诺数有雷诺数 惯性力粘性力第五节第五节 脉
2、搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础血液血液有粘滞性的实际流体有粘滞性的实际流体 牛顿流体牛顿流体流动流动周期脉动流周期脉动流有斯托克斯有斯托克斯 数数频率局部惯性力局部粘性力瞬时指标瞬时指标2frRS第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础常用常用Womersley 数表示数表示直径动粘度=20=14=8人狗猫fDfDfrN22第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础说明：说明：在主动脉的周期脉动流中，形成湍流的可能性在主动脉的周期脉动流中，形成湍流的可能性:正常人正常人有形成湍流的条件指标有形成湍流的条件指标但形成过程需要时间，因为流速变化太快，但形成过程需要时间，因为流
3、速变化太快，湍流来不及形成流动状态就又改变了。湍流来不及形成流动状态就又改变了。没有形成湍流的时间指标没有形成湍流的时间指标25002202人人eR第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础湍流的雷诺数湍流的雷诺数：理论值理论值 Re1500实验值实验值 Re2000 书上书上2300 湍流内部物质、动量交换比层流要剧烈的多，湍流内部物质、动量交换比层流要剧烈的多，湍流的能量损耗大于层流的，惯性力必须大湍流的能量损耗大于层流的，惯性力必须大第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础“湍流斑湍流斑”主动脉瓣口主动脉瓣口 Re峰值峰值 5000-12000 只观测到一些湍流斑，没有
4、见到持续湍流只观测到一些湍流斑，没有见到持续湍流病理情况下，听到异常湍流声，见到异常湍流病理情况下，听到异常湍流声，见到异常湍流？充分发展的定常层流（泊肃叶流动）充分发展的定常层流（泊肃叶流动）第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础二、血压：（血管中的压力）二、血压：（血管中的压力）管内压力随心脏周期性的变化管内压力随心脏周期性的变化图图 动脉循环中血压的分布曲线动脉循环中血压的分布曲线推动血液通过血管时的压力被大量地消耗掉了推动血液通过血管时的压力被大量地消耗掉了第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础三、建立分析模型三、建立分析模型阻力模型：阻力模型：弹性腔模型：弹性
5、腔模型：Womersley 理论：理论：基于血流特性和血管特性，血液动力学定量基于血流特性和血管特性，血液动力学定量分析有相当的难度，为简化分析。分析有相当的难度，为简化分析。第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础图图 循环流动模型循环流动模型水在往复泵推动下在一管系中流动水在往复泵推动下在一管系中流动活塞活塞P、马达、马达M、泵（心肌）、泵（心肌）H、阀门、阀门1、阀门、阀门2、管路管路A、储水槽、储水槽V、支管（小血管）、支管（小血管）R、气室、气室K1、弹性腔模型：、弹性腔模型：第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础K（主动脉）：（主动脉）：密闭储满空气密闭储满空
6、气当活塞向右挤压当活塞向右挤压空气受到压缩空气受到压缩当活塞向左抽吸当活塞向左抽吸储存能量释放储存能量释放心血管系统中心血管系统中 心脏心脏主动脉主动脉毛细血管毛细血管可以拟为可以拟为往复供水系统中往复供水系统中 泵泵气室气室终端阻力终端阻力第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础结论：结论：往复泵作用下可使流体在管路中不间断地流动往复泵作用下可使流体在管路中不间断地流动 主动脉的弹性扩张可使血液在血管中不间断地平稳流动主动脉的弹性扩张可使血液在血管中不间断地平稳流动第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础2、动力学参数：、动力学参数：弹性腔总体积弹性腔总体积V，单位时间体
7、积的变化，单位时间体积的变化Vt令收缩期内单位时间流入弹性腔血液的体积令收缩期内单位时间流入弹性腔血液的体积Vin令收缩期内单位时间流出弹性腔血液的体积令收缩期内单位时间流出弹性腔血液的体积Vout有：有：=+inoutVVVt流入 流出 内贮令舒张期令舒张期 0inV有：有：=outVVt 流出 内贮的第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础四、动脉波四、动脉波不均匀不均匀狭窄狭窄转弯转弯分叉分叉动脉分叉图动脉分叉图1.传播传播由于血管壁的弹性扩张与收缩，使血液沿血管传播出去由于血管壁的弹性扩张与收缩，使血液沿血管传播出去入射、反射、透射入射、反射、透射第五节第五节 脉搏的生物力学
8、基础脉搏的生物力学基础可证明：分叉处每根管的压力必相等可证明：分叉处每根管的压力必相等 各管波形的脉动部分也相等各管波形的脉动部分也相等12irttPPPP母管母管支管支管1 支管支管212irttQQQQ据据流量守恒流量守恒母管母管支管支管1 支管支管2第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础2.传播速度传播速度脉搏波传播示意图脉搏波传播示意图t、血液速度、血液速度v、向右传播、向右传播2121PPPSSS设设 原始不加脚码，通过后原始不加脚码，通过后第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础未未 1 2 动时动时12QSv tQSSvut质量守恒质量守恒12QQS uv
9、S PS tPPSStvuvS tv 12221 1FFtm vmv Sv uS P S PvS则有：第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础VVVkPV P可扩张度 SkS P推广1vk 血管可扩张度血管可扩张度k越小越小越硬越硬波速越大波速越大反之血管可扩张度反之血管可扩张度k越大越大越软越软波速越小波速越小把衍生指标把衍生指标k与应力、应变、模量联系起来有与应力、应变、模量联系起来有Ehvd第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础4.测定测定选定一段长度为选定一段长度为 的动脉管的动脉管 记录两端点浅表动脉处压力、脉搏波波形记录两端点浅表动脉处压力、脉搏波波形找出记录
10、波形找出记录波形 特征点（压力特征点（压力 延迟时间延迟时间LtLvt第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础狗主动脉主要分支动脉的脉搏波波速图狗主动脉主要分支动脉的脉搏波波速图离心脏越远，波速越大离心脏越远，波速越大离心脏越远，弹性模量越大离心脏越远，弹性模量越大EhvD影响因素：血液粘度血管粘性反射波影响因素：血液粘度血管粘性反射波第第 五节五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础四、脉搏波与中医脉象四、脉搏波与中医脉象心室的周期性收缩与舒张心室的周期性收缩与舒张 引起主动脉管的有节律的舒引起主动脉管的有节律的舒张与收缩运动张与收缩运动以波的形式沿动脉管以波的形式沿动脉管 传播
11、传播脉搏波是这种波在桡动脉中的传播脉搏波是这种波在桡动脉中的传播在腕前桡动脉所悉知脉搏波的性态：在腕前桡动脉所悉知脉搏波的性态：波强度（波幅高低）波强度（波幅高低）波速度波速度波周期（或频率）波周期（或频率）第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础设臂动脉的长度为设臂动脉的长度为L，平均流速为，平均流速为v，主动脉瓣开启的持，主动脉瓣开启的持续时间为续时间为t00tt vnLLv表征主动脉瓣开启的持续时间内表征主动脉瓣开启的持续时间内，脉搏波在臂动脉中往返传播的，脉搏波在臂动脉中往返传播的次数次数:26n第五节第五节 脉搏的生物力学基础脉搏的生物力学基础讨论讨论n种特殊情况：种特殊情况：妊娠妇女，动脉较软，弹性模量小，波速小妊娠妇女，动脉较软，弹性模量小，波速小0 2vtn小或 小 即 正常人正常人0 4vtn或 大 即 高血压患者，动脉硬化，弹性模量大，波速大高血压患者，动脉硬化，弹性模量大，波速大0 6vtn大或 大 即
