血管的力學性質

軟組織力學特征

1.單向拉伸試驗血管力學特征1.血管壁結構2.血管力學性質3.動脈順應性血管的力學性質第1頁軟組織力學特征血管壁屬于生物軟組織，其最大特點就是含有粘彈性普通生物軟組織特點：

柔軟易變形；含有不一樣程度抗拉強度；

而抗壓及抗彎曲能力很低；

生物組織都極具黏彈性；

其變形與時間有很強依賴關系。血管的力學性質第2頁生物組織材料還含有很高非線性性質,以力學觀點看問題,它們都是非線性黏彈性,各向異性,非均質材料粘彈性:Viscoelasticity材料對應力響應兼有彈性固體和粘性流體雙重特征稱粘彈性。各向異性:anisotropy

材料在各方向力學和物理性能展現(xiàn)差異

特征血管的力學性質第3頁1.單向拉伸試驗

從力學觀點來看,假如已知道軟組織本構方程(constitutiveequations),即應力與變形,溫度等關系,就可求出軟組織在各種載荷下力學響應(mechanicalresponse).而材料本構方程只能經過試驗來建立.

對軟組織能做最簡單試驗就是單向拉伸試驗.依據試驗可推出單向拉伸情況下材料應力-應變關系.血管的力學性質第4頁

曲線分成三部分,O到A:”足趾區(qū)”,通常是組織正常工作生理區(qū)間,隨

著伸長增大,載荷成指數增加.A到B:呈很好線性關系.B到C:呈非線性關系.其中A到C稱為貯備強度恒速拉伸下，兔腿腱載荷伸長曲線血管的力學性質第5頁軟組織因為其材料網狀結構特點及其非均勻性,在每次加載循環(huán)下載荷-變形曲線都不相同。假如軟組織在有限應變速度下加載，然后使其長度保持不變，就會出現(xiàn)應力松弛現(xiàn)象。

應力松弛：材料在高溫和應力作用下，如維持總變形量不變，則伴隨時間延長，彈性變形逐步轉變?yōu)樗苄宰冃?，從而逐步使應力減小現(xiàn)象。即：當物體突然發(fā)生應變時，若應變保持一定，則對應應力將隨時間增加而下降，這種現(xiàn)象成為應力松弛。

塑性變形（PlasticDeformation），是物質-包含流體及固體在一定條件下，在外力作用下產生形變，當施加外力撤除或消失后該物體不能恢復原狀一個物理現(xiàn)象血管的力學性質第6頁上圖所表示為前十字形韌帶與處理時載荷-伸長曲線和松弛曲線。前十字韌帶預處理血管的力學性質第7頁從圖中可見在最初三次連續(xù)試驗中，應力-應變曲線右移，“足趾”區(qū)增加。前三次松弛曲線則上移。假如試驗一直進行下去，相鄰曲線之間差異將不停減小，到消失。這就是式樣預處理。只有這么，才能得到重復性好數據。

應力松弛試驗普通采取圓柱形試樣，在一定溫度下進行拉伸加載，以后伴隨時間推移，由自動減載機構卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應力隨時間降低值，即可繪出松弛曲線。血管的力學性質第8頁血管力學特征

血管也是一個軟組織，其應力-應變關系展現(xiàn)非線性性質。與其它生物軟組織一樣，對血管進行力學測試需首先對其進行預處理。

近些年來，因為相關技術發(fā)展及處理大量實際問題需要，對于血管力學特征研究取得了很大進展。比如，對人造血管和人造器官優(yōu)化設計，必須詳細了解血管結構和其力學性質；

血管力學性質研究意義：不但是血液流動理論基礎，還與一些嚴重威脅人類健康心血管病，如動脈粥樣硬化有直接關系。血管的力學性質第9頁血管組成材料、結構和力學性質結構為多層復合、中空管道血管壁內層——內皮細胞、基質膜中層——彈性纖維、膠原纖維、平滑肌外層——松弛結締組織決定了血管力學性質三種組分百分比血管的力學性質第10頁一、血管壁組成和普通結構：血管壁從內向外分為內、中、外膜。(一)內膜：1、內皮：單層扁平上皮。

光鏡結構：細胞核居中，有核地方稍微隆起，無核地方很薄，呈梭形。血管的力學性質第11頁電鏡結構：

胞質內有豐富吞飲小泡。小泡由細胞游離面或基底面細胞膜內凹形成，有向血管內外輸送物質作用。

血管的力學性質第12頁

內皮細胞表面有胞質突起和細胞衣。

細胞間有緊密連接和縫隙連接。

胞質內有豐富高爾基復合體，粗、滑面內質網。

有成束微絲，含有收縮功效，調整血管通透性。血管的力學性質第13頁2、內皮下層：薄層結締組織，3、內彈性膜：由彈性蛋白組成，并有許多小孔，是內、中膜分界。（二）中膜：因血管種類不一樣，它厚度和成份也不一樣。大A以彈性膜為主，中A以平滑肌為主，與內臟平滑肌相比，細且有分支。

1、中A平滑肌類似于成纖維細胞，能夠產生膠原纖維、彈性纖維和基質。

2、當平滑肌向內膜遷移增生時，引發(fā)動脈硬化。

血管的力學性質第14頁（三）外膜：為疏松結締組織，其中彈性纖維和膠原纖維呈螺旋狀或縱向分布，其中成纖維細胞有修復膜能力，有A在中、外膜交界處能夠看到由彈性纖維組成外彈性膜。血管的力學性質第15頁彈性纖維、膠原纖維、平滑肌空間結構彈性纖維-存在裂隙膠原纖維-皺成波紋狀網絡平滑肌-螺旋狀結構平滑肌<彈性纖維<膠原纖維血管的力學性質第16頁血管壁內彈性纖維、膠原纖維和平滑肌結構示意圖（a）平滑肌；（b）彈性蛋白纖維；（c）膠原纖維血管的力學性質第17頁膠原纖維皺成波紋狀網絡血管普通擴張壓不伸展血管擴張一定程度伸展到原有長度產生張力繼續(xù)擴張產生極大張力妨礙血管深入擴張血管的力學性質第18頁二、各組分含量對血管力學性質影響動脈血管壁中彈性纖維和膠原纖維含量百分比血管的力學性質第19頁圖平滑肌含量：主動脈<大動脈<分置動脈主動脈小動脈毛細血管小靜脈靜脈內皮彈性組織平滑肌纖維組織主動脈收縮舒張控制小動脈直徑改變，甚至血管閉鎖局部供血不足血管的力學性質第20頁

研究血管拉伸力學性質有主要臨床意義。彈性纖維、膠原纖維和平滑肌拉伸應力、應變關系、應力松弛以及拉伸彈性模量和抗張強度都不一樣。血管的力學性質第21頁彈性纖維、膠原纖維和平滑肌應力—伸長比血管的力學性質第22頁彈性纖維膠原纖維平滑肌彈性纖維、膠原纖維和平滑肌應力松弛曲線血管的力學性質第23頁血管壁張力兩部分組成彈性張力TE平滑肌產生主動張力TA彈性張力周向張力軸向張力血管的力學性質第24頁動脈血管順應性C=dv/dp表示主動脈血管可擴張能力越遠離心臟，順應性越差血管的力學性質第25頁血管壁粘彈性應力松弛蠕變：固體材料在保持應力不變條件下，應變隨時間延長而增加現(xiàn)象。滯后環(huán)：彈性滯后封閉曲線血管的力學性質第26頁三種組分應力松弛曲線血管的力學性質第27頁三種組分應力應變曲線血管的力學性質第28頁不同動脈應力松弛.血管的力學性質第29頁人工血管人工血管是以尼龍、滌綸、聚四氟乙?。≒TFE）等合成材料人工制造血管代用具，適合用于全身各處血管轉流術。血管的力學性質第30頁當前用機器編織人工血管有兩種：一個是平織，又稱機織；織物纖維緊密，含有豐富伸展性，多孔性細致而小，但其斷端輕易渙散，呈毛刷狀，質地堅硬、縫合困難。另一個是針織，又稱線圈編織。用纖維作線圈式編織，伸展性較差，多孔性大，質地柔軟，其斷端不易渙散、縫合輕易最初用材料為尼龍(Nylon)，后因其穩(wěn)定性差，在機體內被破壞，缺點很多因而廢棄。當前普遍應用人工血管材料為聚酯及聚四氟乙烯，大多數使用是針織人工血管。血管的力學性質第31頁人工血管應用（1）動脈疾?。河锰鎿Q或者架橋（血管旁路手術）方式來來恢復血液通路從而來治療胸主動脈、腹主動脈、骼動脈等血管段。動脈疾病，如動脈栓塞或者動脈瘤。（2）靜脈疾?。耗軌蛱鎿Q或者架橋（血管旁路手術）方式來治療靜脈疾病，如布－加氏綜合癥。（3）動－靜脈瘺：能夠利用在慢性腎病血液透析過程中，在四肢部分連接本身動脈和靜脈，形成一條可重復穿刺血液透析通路血管的力學性質第32頁新型人工血管（1）碳涂層血管能夠顯著顯著提升血管開通率。均勻鑲嵌于血管內壁碳原子與血管壁有機結合成一體，含有良好生物相容性，與組織無反應。碳涂層微弱負電荷排斥血小板在管壁沉積，有效降低血栓形成機會；碳涂層不利于平滑肌細胞生長和播散，降低間質增生，能夠顯著顯著提升血管開通率。

血管的力學性質第33頁（2）蛋白或明膠涂層血管因為普通合成人工血管生物相