血流动力学
——血液在心血管系统中的流动
医学院临床医学（五） 093383 艾麦提阿吉·喀迪尔
【摘要】血液在心血管系统中流动的一系列物理学问题属于血流动力学（hemodynamics）的范畴。血流动力学是流体动力学的一个分支，主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间的相互关系。血是人类生命的源泉，是人体最重要的无处不到的具有复杂流体力学特点的生命组织，许多血管性疾病的发生均与血液流动有关，因此研究血液在心血管系统中的流动不仅有利于理解血液流动的特点，而且对研究血管性疾病的发病机制及防御治疗有重要的意义。本文中我主要利用本学期在《材料工程力学》课上所学到的和课外阅读中所感悟的知识来分析血流动力学中的血流量、血流阻力及血压。
【关键词】血流量和血流速度，血流阻力、血压
【正文】
由于血管是具有弹性和扩张性而非刚性的管道系统，血液又是含有血细胞和胶体物质等多种成分的非理想液体，因此血流动力学除与一般流体力学具有共同特点外，又有它自身的特点。
1. 血流量和血流速度
单位时间内流过血管的血量称为血流量，也称容积速度，其单位通常以ml/min或L/min表示。血液中的一个质点在血管内移动的线速度，称为血流速度。血液在血管内流动时，其流动速度与血流量称正比，与血管得截面积成反比。
1.1 泊肃叶定律
Poiseuille研究了液体在管道系统内流动的规律，指出单位时间内液体的流量（Q）与管道两端压力差（P1-P2）以及管道半径（r）的4次方成正比，与管道的长度和液体的粘滞性（η）成反比，可用下式表示：
1.2 层流和湍流
血液在血管内的流动方式可分为层流和湍流两类。在层流的情况下，液体每个质点的流动方向都一致，与血管长轴平行；但个质点的流速不同，在血管轴心处流速最快，越靠近管壁，流速越慢。因而可设想血管内的血液由无数层同轴的圆柱面所构成在同一层液体质点流速相同，由轴心向管壁，各层液体的流速一次递减，如下图所示。泊肃叶定律适用于层流的情况，当血液的流速加快到一定程度后，会发生湍流。此时血液中各个质点的流动方向不再一致而出现漩涡。在湍流的情况下，泊肃叶定律不再适用，血流不与血管两端的压力差成正比，而是与压力差的平方根成正比。关于湍流的形成条件，Reynolds 提出一个经验公式，即
式中比例常数Re 称为雷诺数。
成年人的主动脉半径约为1cm，其临界速度
主动脉血流速度约在0～0.5m/s之间，因此在心缩的一部分时间，血液是湍流。剧烈运动时。心脏搏血量增加4至5倍，
血流在心缩的一段较长时间内都超过临界速度，作剧烈运动的人的心音与休息者不同。
在生理情况下，心室腔和主动脉内的血流是湍流的，其余血管系统中的血流都属于层流。但在病理情况下发生血管狭窄时，局部血流加速，其下游可出现湍流，并可在相应的体表处听到杂音。
2. 血流阻力
血流阻力的产生是由于血液流动时因摩擦而消耗能量，并转变为热能，故血液在血管内流动时压力逐渐降低。在湍流情况下，血液中各个质点不断变换流动方向，故能量消耗较层流时多，血流阻力也较大。血流阻力一般不能直接测量，需通过计算得出。在层流情况下，
流阻的大小反映了血液在血管中流动时所受阻力的大小。血管半径的微小变化会引起流阻的显著变化。
对于一个器官来说，，如果血液粘滞度不变，则器官血流量主要决定于该器官阻力血管口径。机体调节各器官之间的血流分配就是通过控制各器官阻力血管的口径而实现的。
血液粘滞度是决定血流阻力的另一个因素。全血的粘滞度为水的4-5倍，血液粘滞度的高低取决于一下几个因素。
（1）红细胞比容。红细胞比容越大，血液粘滞度就越高。
（2）血流切率。在层流情况下，相邻两层血液流速之差和液层厚度的比值，称为血流切率。均匀液体的粘滞度不随切率的改变而改变，这类液体称为牛顿液。血浆属于牛顿液。非匀质液体的粘滞度随切率的减小而增大，这类液体称为非牛顿液。全血就属于非牛顿液。当血液在血管内以层流方式流动时，红细胞有向中轴移动的趋势，这种现象称为轴流。当切率较高时，轴流现象更为明显，红细胞集中在中轴，其长轴与血管纵轴平行，红细胞向中轴集中的趋势被红细胞相互间的碰撞所对抗，血液粘滞度则较高。当血流速度很低时，血液粘滞度将明显增高。
（3）血管口径。血液在较粗的血管内流动时，血管口径对血液粘滞度不发生影响。但当血液在直径小于0.2-0.3mm的微动脉内流动时，只要切率足够高，则在一定范围内血液粘滞度将随血管口径的变小而降低。这一现象对机体有明显的益处，课大大降低血液在小血管中流动的阻力。
3.血压
血流动力学
——血液在心血管系统中的流动
医学院临床医学（五） 093383 艾麦提阿吉·喀迪尔
【摘要】血液在心血管系统中流动的一系列物理学问题属于血流动力学（hemodynamics）的范畴。血流动力学是流体动力学的一个分支，主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间的相互关系。血是人类生命的源泉，是人体最重要的无处不到的具有复杂流体力学特点的生命组织，许多血管性疾病的发生均与血液流动有关，因此研究血液在心血管系统中的流动不仅有利于理解血液流动的特点，而且对研究血管性疾病的发病机制及防御治疗有重要的意义。本文中我主要利用本学期在《材料工程力学》课上所学到的和课外阅读中所感悟的知识来分析血流动力学中的血流量、血流阻力及血压。
【关键词】血流量和血流速度，血流阻力、血压
【正文】
由于血管是具有弹性和扩张性而非刚性的管道系统，血液又是含有血细胞和胶体物质等多种成分的非理想液体，因此血流动力学除与一般流体力学具有共同特点外，又有它自身的特点。
1. 血流量和血流速度
单位时间内流过血管的血量称为血流量，也称容积速度，其单位通常以ml/min或L/min表示。血液中的一个质点在血管内移动的线速度，称为血流速度。血液在血管内流动时，其流动速度与血流量称正比，与血管得截面积成反比。
1.1 泊肃叶定律
Poiseuille研究了液体在管道系统内流动的规律，指出单位时间内液体的流量（Q）与管道两端压力差（P1-P2）以及管道半径（r）的4次方成正比，与管道的长度和液体的粘滞性（η）成反比，可用下式表示：
1.2 层流和湍流
血液在血管内的流动方式可分为层流和湍流两类。在层流的情况下，液体每个质点的流动方向都一致，与血管长轴平行；但个质点的流速不同，在血管轴心处流速最快，越靠近管壁，流速越慢。因而可设想血管内的血液由无数层同轴的圆柱面所构成在同一层液体质点流速相同，由轴心向管壁，各层液体的流速一次递减，如下图所示。泊肃叶定律适用于层流的情况，当血液的流速加快到一定程度后，会发生湍流。此时血液中各个质点的流动方向不再一致而出现漩涡。在湍流的情况下，泊肃叶定律不再适用，血流不与血管两端的压力差成正比，而是与压力差的平方根成正比。关于湍流的形成条件，Reynolds 提出一个经验公式，即
式中比例常数Re 称为雷诺数。
成年人的主动脉半径约为1cm，其临界速度
主动脉血流速度约在0～0.5m/s之间，因此在心缩的一部分时间，血液是湍流。剧烈运动时。心脏搏血量增加4至5倍，
血流在心缩的一段较长时间内都超过临界速度，作剧烈运动的人的心音与休息者不同。
在生理情况下，心室腔和主动脉内的血流是湍流的，其余血管系统中的血流都属于层流。但在病理情况下发生血管狭窄时，局部血流加速，其下游可出现湍流，并可在相应的体表处听到杂音。
2. 血流阻力
血流阻力的产生是由于血液流动时因摩擦而消耗能量，并转变为热能，故血液在血管内流动时压力逐渐降低。在湍流情况下，血液中各个质点不断变换流动方向，故能量消耗较层流时多，血流阻力也较大。血流阻力一般不能直接测量，需通过计算得出。在层流情况下，
流阻的大小反映了血液在血管中流动时所受阻力的大小。血管半径的微小变化会引起流阻的显著变化。
对于一个器官来说，，如果血液粘滞度不变，则器官血流量主要决定于该器官阻力血管口径。机体调节各器官之间的血流分配就是通过控制各器官阻力血管的口径而实现的。
血液粘滞度是决定血流阻力的另一个因素。全血的粘滞度为水的4-5倍，血液粘滞度的高低取决于一下几个因素。
（1）红细胞比容。红细胞比容越大，血液粘滞度就越高。
（2）血流切率。在层流情况下，相邻两层血液流速之差和液层厚度的比值，称为血流切率。均匀液体的粘滞度不随切率的改变而改变，这类液体称为牛顿液。血浆属于牛顿液。非匀质液体的粘滞度随切率的减小而增大，这类液体称为非牛顿液。全血就属于非牛顿液。当血液在血管内以层流方式流动时，红细胞有向中轴移动的趋势，这种现象称为轴流。当切率较高时，轴流现象更为明显，红细胞集中在中轴，其长轴与血管纵轴平行，红细胞向中轴集中的趋势被红细胞相互间的碰撞所对抗，血液粘滞度则较高。当血流速度很低时，血液粘滞度将明显增高。
（3）血管口径。血液在较粗的血管内流动时，血管口径对血液粘滞度不发生影响。但当血液在直径小于0.2-0.3mm的微动脉内流动时，只要切率足够高，则在一定范围内血液粘滞度将随血管口径的变小而降低。这一现象对机体有明显的益处，课大大降低血液在小血管中流动的阻力。
3.血压