血管的力学性质第二次课演示文稿

血管的力学性质第二次课演示文稿当前1页，总共35页。软组织的力学特性

1.单向拉伸试验血管的力学特性1.血管壁的结构2.血管的力学性质3.动脉的顺应性当前2页，总共35页。软组织的力学特性血管壁属于生物软组织，其最大的特点就是具有粘弹性一般生物软组织的特点：

柔软易变形；具有不同程度的抗拉强度；

而抗压及抗弯曲的能力很低；

生物组织都极具黏弹性；

其变形与时间有很强的依赖关系。当前3页，总共35页。生物组织材料还具有很高的非线性性质,以力学的观点看问题,它们都是非线性黏弹性的,各向异性的,非均质的材料粘弹性:Viscoelasticity材料对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性称粘弹性。各向异性:anisotropy

材料在各方向的力学和物理性能呈现差异

的特性当前4页，总共35页。1.单向拉伸实验

从力学观点来看,如果已知道软组织的本构方程(constitutiveequations),即应力与变形,温度等的关系,就可求出软组织在各种载荷下的力学响应(mechanicalresponse).而材料的本构方程只能通过实验来建立.

对软组织能做的最简单的实验就是单向拉伸实验.根据实验可推出单向拉伸情况下材料的应力-应变关系.当前5页，总共35页。

曲线分成三部分,O到A:”足趾区”,通常是组织正常工作的生理区间,随

着伸长的增大,载荷成指数增加.A到B:呈较好的线性关系.B到C:呈非线性关系.其中A到C称为储备强度恒速拉伸下，兔腿腱的载荷伸长曲线当前6页，总共35页。软组织由于其材料的网状结构特点及其非均匀性,在每次加载循环下的载荷-变形曲线都不相同。如果软组织在有限的应变速度下加载，然后使其长度保持不变，就会出现应力松弛现象。

应力松弛：材料在高温和应力作用下，如维持总变形量不变，则随着时间的延长，弹性变形逐渐转变为塑性变形，从而逐渐使应力减小的现象。即：当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力将随时间的增加而下降，这种现象成为应力松弛。

塑性变形（PlasticDeformation），是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象当前7页，总共35页。上图所示为前十字形韧带与处理时的载荷-伸长曲线和松弛曲线。前十字韧带的预处理当前8页，总共35页。从图中可见在最初的三次连续实验中，应力-应变曲线右移，“足趾”区增加。前三次的松弛曲线则上移。如果实验一直进行下去，相邻曲线之间的差异将不断减小，到消失。这就是式样的预处理。只有这样，才能得到重复性好的数据。

应力松弛试验一般采用圆柱形试样，在一定的温度下进行拉伸加载，以后随着时间的推移，由自动减载机构卸掉部分载荷以保持总变形量不变，测定应力随时间的降低值，即可绘出松弛曲线。当前9页，总共35页。血管的力学特性

血管也是一种软组织，其应力-应变关系呈现非线性性质。与其它生物软组织一样，对血管进行力学测试需首先对其进行预处理。

近些年来，由于有关技术的发展及解决大量的实际问题的需要，对于血管的力学特性的研究取得了很大进展。例如，对人造血管和人造器官的优化设计，必须详细了解血管的构造和其力学性质；

血管的力学性质研究的意义：不仅是血液流动理论的基础，还与一些严重威胁人类健康的心血管病，如动脉粥样硬化有直接的关系。当前10页，总共35页。血管组成的材料、结构和力学性质结构为多层复合、中空的管道血管壁内层——内皮细胞、基质膜中层——弹性纤维、胶原纤维、平滑肌外层——松弛的结缔组织决定了血管的力学性质三种组分的比例当前11页，总共35页。一、血管壁的组成和一般结构：血管壁从内向外分为内、中、外膜。(一)内膜：1、内皮：单层扁平上皮。

光镜结构：细胞核居中，有核的地方稍微隆起，无核的地方很薄，呈梭形。当前12页，总共35页。电镜结构：

胞质内有丰富的吞饮小泡。小泡由细胞游离面或基底面的细胞膜内凹形成，有向血管内外输送物质的作用。

当前13页，总共35页。

内皮细胞表面有胞质突起和细胞衣。

细胞间有紧密连接和缝隙连接。

胞质内有丰富的高尔基复合体，粗、滑面内质网。

有成束的微丝，具有收缩功能，调节血管通透性。当前14页，总共35页。2、内皮下层：薄层结缔组织，3、内弹性膜：由弹性蛋白组成，并有许多小孔，是内、中膜的分界。（二）中膜：因血管种类不同，它的厚度和成分也不一样。大A以弹性膜为主，中A以平滑肌为主，与内脏平滑肌相比，细且有分支。

1、中A的平滑肌类似于成纤维细胞，可以产生胶原纤维、弹性纤维和基质。

2、当平滑肌向内膜迁移增生时，引起动脉硬化。

当前15页，总共35页。（三）外膜：为疏松结缔组织，其中的弹性纤维和胶原纤维呈螺旋状或纵向分布，其中的成纤维细胞有修复膜的能力，有的A在中、外膜交界处可以看到由弹性纤维组成的外弹性膜。当前16页，总共35页。弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的空间结构弹性纤维-存在裂隙胶原纤维-皱成波纹状网络平滑肌-螺旋状结构平滑肌<弹性纤维<胶原纤维当前17页，总共35页。血管壁内弹性纤维、胶原纤维和平滑肌构造示意图（a）平滑肌；（b）弹性蛋白纤维；（c）胶原纤维当前18页，总共35页。胶原纤维皱成波纹状网络血管一般扩张压不伸展血管扩张一定程度伸展到原有长度产生张力继续扩张产生极大张力阻碍血管进一步扩张当前19页，总共35页。二、各组分含量对血管力学性质的影响动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比当前20页，总共35页。图平滑肌含量：主动脉<大动脉<分置动脉主动脉小动脉毛细血管小静脉静脉内皮弹性组织平滑肌纤维组织主动脉的收缩舒张控制小动脉直径变化，甚至血管闭锁局部供血不足当前21页，总共35页。

研究血管拉伸的力学性质有重要的临床意义。弹性纤维、胶原纤维和平滑肌的拉伸应力、应变关系、应力松弛以及拉伸弹性模量和抗张强度都不同。当前22页，总共35页。弹性纤维、胶原纤维和平滑肌的应力—伸长比当前23页，总共35页。弹性纤维胶原纤维平滑肌弹性纤维、胶原纤维和平滑肌的应力松弛曲线当前24页，总共35页。血管壁的张力两部分组成弹性张力TE平滑肌产生的主动张力TA弹性张力周向张力轴向张力当前25页，总共35页。动脉血管的顺应性C=dv/dp表示主动脉血管的可扩张能力越远离心脏，顺应性越差当前26页，总共35页。血管壁的粘弹性应力松弛蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。滞后环：弹性滞后的封闭曲线当前27页，总共35页。三种组分应力松弛曲线当前28页，总共35页。三种组分应力应变曲线当前29页，总共35页。不同动脉应力松弛.当前30页，总共35页。人工血管人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE）等合成材料人工制造的血管代用品，适用于全身各处的血管转流术。当前31页，总共35页。目前用机器编织的人工血管有两种：一种是平织，又称机织；织物纤维紧密，具有丰富的伸展性，多孔性细致而小，但其断端容易松散，呈毛刷状，质地坚硬、缝合困难。另一种是针织，又称线圈编织。用纤维作线圈式编织，伸展性较差，多孔性大，质地柔软，其断端不易松散、缝合容易最初用的材料为尼龙(Nylon)，后因其稳定性差，在机体内被破坏，缺点很多因而废弃。目前普遍应用的人工血管材料为聚酯及聚四氟乙烯，大多数使用的是针织人工血管。当前32页，总共35页。人工血管的应用（1）动脉疾病：用替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来来恢复血液的通路从而来治疗胸主动脉、腹主动脉、骼动脉等血管段。动脉疾病，如动脉栓塞或者动脉瘤。（2）静脉疾病：可以替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来治疗静脉疾病，如布－加氏综合症。（3）动－静脉瘘：可以运用在慢性肾病的血液透析过程中，在四肢部分连接自身动脉和静脉，形成一条可反复穿刺的血液透析通路当前33页，总共35页。新型人工血管（1）碳涂层血管可以显著显著提高血管开通率。均匀镶嵌于血管内壁的碳原子与血管壁有机的结合成一体，具有良好的生物相容性，与组织无反应。碳涂层微弱的负电荷排斥血小板在管壁的沉积，有效减少血栓形成机会；碳涂层不利于平滑肌细胞生长和播散，减少间质增生，可以显著显著提高血管开通率。

当前34页，总共35页。（2）蛋白或明胶涂层血管由于一般合成人工血管