血流动力学（血液在心血管系统中流动的力学）

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更新时间：2023-05-23
血流动力学
血液在心血管系统中流动的力学
血流动力学，依据物理学的定律，结合生理和病理生理学概念，对循环系统中血液运动的规律性进行定量。血流动力学将力学的理论和方法与生物学、医学的原理和方法有机地结合起来，着重研究血液和血管的力学特性，分析血液在心血管系统中的流动规律。
基本信息
中文名
血流动力学
外文名
Hemodynamics
研究对象
流量、阻力、和压力之间的关系
定律
循环系统中血液规律性进行定量
简介
血流动力学
血流动力学指血液变形和流动的科学。血流动力学是以血液与血管的流 动和变形为研究对象，探讨血液和血浆的粘稠度对身体的影响。血流动力学检查，包括血液比粘度(血比粘度、血浆比粘度、全血比粘度)、红细胞电泳、红细胞沉降率、纤溶系统功能等。
血流动力学和一般的流体力学一样，其基本的研究对象是流量、阻力、和压力之间的关系。由于血管是有弹性和可扩张性的管道系统，血液是含有血细胞和胶体物质等多种成分的液体而不是理想液体，因此，血流动力学除与一般流体力学有共同点之外，又有它自身的特点。
内容
血流动力学(hemodynamics)是指血液在心血管系统中流动的力学，主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间的相互关系。血液是一种流体，因此血流动力学基本原理与一般流体力学的原理相同。但由于血管系统是比较复杂的弹性管道系统，血液是含有血细胞和胶体物质等多种成分的液体而不是理想液体，因此血流动力学既具有一般流体力学的共性，又有其自身的特点。
特点
血流量和血流速度
血流量(blood flow)指在单位时间内流经血管某一截面的血量，也称为容积速度。通常表示为毫升/分钟或升/分钟。血流速度(blood velocity)指血液中一个质点在管内移动的线速度。当血液在血管内流动时，血流速度与血流量成正比，而与血管的横截面积成反比。
泊肃叶定律
泊肃叶研究了液体在管道系统中流动的规律。通过泊肃叶定律(Poiseuille's law)可以计算出流量。该定律表示为：
也可表示为：
其中，Q是液体流量，ΔP是管道两端的压力差，r为管道半径，L是管道长度，η是液体的粘滞度。K为常数，与液体粘滞度η有关。由该式可知单位时间内的血流量与血管两端的压力差(P1﹣P2)以及血管半径的4次方成正比，而与血管的长度成反比。在其他因素相同的情况之下，如果甲血管的半径是乙血管的两倍，那么，前者的血流量是后者的16倍。所以血管直径是决定血流量多少的重要因素。
层流和湍流
血液在血管内的流动方式可以分为层流(laminar flow)和湍流(turbulence)。层流是一种规则运动，在层流的情况下，液体每个质点的流动方向一致，与管道长轴平行，但各质点的流速不同，在管道轴心处流速最快，越近管壁的轴层流速越慢，各轴层速度矢量为一抛物线图（图4-16）。
泊 肃叶定律适用于层流状态。人体的血液循环在正常情况下属于层流形式。然而，当血流速度加速到一定程度之后，层流情况即被破坏，此时血液中各个质点的流动方向不再一致，出现漩涡，称为湍流。在湍流的情况下，泊肃叶定律已不再适用。湍流的形成条件以雷诺数（Reynolds数，简写为Re）来判断。这一参数定义为：
其中，Re数没有单位。V为血液的平均流速（单位为cm/s），D代表管腔直径（单位为cm），ρ为血液密度（单位为g/cm3），η代表血液粘滞度（单位为泊）。通常当Re数超过2 000时，就可发生湍流。由上式可知，在血流速度快、血管口径大、血液粘滞度低的情况下，容易发生湍流。正常情况下，心室内存在着湍流，一般认为这有利于血液的充分混和。病理情况下，如房室瓣狭窄、主动脉瓣狭窄以及动脉导管未闭等，均可因湍流形成而产生杂音。
血流阻力
血流阻力(blood resistance)指血液在血管内流动时所遇到的阻力。其产生的原因是由于血液流动时发生摩擦。摩擦消耗的能量一般表现为热能，这部分热能不能再转换成血液的势能或动能。因此血液流动时的能量逐渐消耗，促使血液流动的压力逐渐降低。湍流时，血液在血管中的流动方向不一致，阻力更大，故消耗的能量更多。
血流阻力一般不能直接测量，而是要通过测量血流量和血管中两端压力差计算得出。三者关系可用下式表示：
式中Q代表血流量，P1－P2代表血管两端压力差，R代表血流阻力。该式表明血流阻力与血管两端的压力差成正比，与血流量成反比。结合泊肃叶定律，可得到计算血流阻力的公式：
式中R代表血流阻力，η代表血流粘滞度，L为血管长度，r为血管半径。由该式可知血流阻力与血管的粘滞度以及血管长度成正比，与血管半径的4次方成反比。当血管长度相同时，血液粘滞度越大，血管直径越小，血流的阻力也就越大。在同一血管床内，L与η在一段时间内变化不大，影响血流阻力的最主要因素为血管半径。因此体内各段血管中以微动脉处的阻力最大。机体对血流量的分配调节就是通过控制各器官阻力血管的口径进行的。
血液粘滞度
血液粘滞度(blood viscosity)的变化也可以影响血流阻力。在其他因素恒定情况下，粘滞度越高，血管阻力越大。正常血液的粘滞度为水的4～5倍。影响血液粘滞度的主要因素有：
1．血细胞比容 血液中血细胞占全血容积的百分比称为血细胞比容(hematocrit)，是决定血液粘滞度最重要的因素。男性血细胞比容平均值约为42%，女性约为38%。血细胞比容越大，血液粘滞度就越高。
2．血流的切率 血流的切率(shear rate)是指在层流的情况下，相邻两层血液流速的差和液层厚度的比值。切率也就是上图抛物线的斜率。匀质液体的粘滞度不随切率的变化而改变，称为牛顿液。相反，全血为非匀质液体，其粘滞度则随切率的减小而增大，称为非牛顿液。切率较高时，层流现象更为明显，即红细胞集中在中轴，其长轴与血管纵轴平行，红细胞移动时发生的旋转以及红细胞相互间的撞击都很少，故血液粘滞度较低。相反当切率较低时，红细胞发生聚集，血液粘滞度增高。
3．血管口径 大的血管口径不影响血液粘滞度，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，则血液粘滞度随着血管口径的变小而降低。其原因尚不清楚，但对机体有明显的益处。否则血液在小血管中的流动时阻力将会大为增高。
4．温度血液的粘滞度随温度的降低而升高。人体的体表温度比深部温度低，故血液流经体表部分时粘滞度会升高。如果将手指浸在冰水中，局部血液的粘滞度可增加2倍。
决定因素
血流量
血流量是指单位时间内流过血管某一横截面的血量，也成容积速度。通常以mL/min或L/min为单位。血流量的大小主要取决于两个因素，即血管两端的压力差和血管对血流的阻力。再循环系统中，血流量、血流阻力和血压三者之间有如下关系：
Q=(p2-p1)/R p2-p1代表血管两端压力差、R代表血流阻力、Q代表血流量。
血流量同该段管道两端的压力差成正比，与管道对液体流动的阻力成反比。
阻力
血流在血管内流动所遇到的阻力。血流阻力来源于血液内部的摩擦力以及血液与管壁之间的摩擦力，并与血管口径、长度以及血液粘滞性密切相关，它们之间的关系可用泊肃叶定律（Poiseuille”s law）来表示：
Q=π×r^4×Δp/(8ηL) η为血液粘滞度、L为血管的长度、r为血管半径。（可查阅血管生理）
改变
血液是一种具有相当粘性的流体。在正常情况下，血液的粘度系数是水的3-4倍。由于血液是一种复杂的流体，既有液相（血浆）又有固相（血细胞等），影响血液粘性的因素比较多。
在多数情况下，血液的粘度主要决定于血液中红细胞数。每毫升血液中红细胞数愈多则粘度愈大。贫血时红细胞减少，则血液粘度降低，而红细胞增多症的患者，血液粘度增加，血液在血管内流动，对血流的阻力是来自血液内部摩擦，即血液的粘度。
在整个心动周期中，主动脉中血流平均速度只有临界速度的一半，但在心缩开始时射血期内速度会超过临界速度。剧烈运动时，心输出量增加4-5倍，心缩期间有较长的时期主动脉血流速度超过临界速度，出现湍流。
正常情况下，除心瓣膜附近外，循环系统的其他部位不会有湍流。层流是平静的，没有音响的。湍流有涡旋和震动，出现噪音。因此，在循环中听到异常的噪音就应注意是什么原因引起的。
简单来说，人体血流动力学的改变，说明身体内部由于疾病的产生和存在，因此出现了问题。