血管的力學(xué)性質(zhì)

軟組織力學(xué)特征

1.單向拉伸試驗血管力學(xué)特征1.血管壁結(jié)構(gòu)2.血管力學(xué)性質(zhì)3.動脈順應(yīng)性血管的力學(xué)性質(zhì)第1頁軟組織力學(xué)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(guān)系。血管的力學(xué)性質(zhì)第2頁生物組織材料還含有很高非線性性質(zhì),以力學(xué)觀點看問題,它們都是非線性黏彈性,各向異性,非均質(zhì)材料粘彈性:Viscoelasticity材料對應(yīng)力響應(yīng)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(xué)和物理性能展現(xiàn)差異

特征血管的力學(xué)性質(zhì)第3頁1.單向拉伸試驗

從力學(xué)觀點來看,假如已知道軟組織本構(gòu)方程(constitutiveequations),即應(yīng)力與變形,溫度等關(guān)系,就可求出軟組織在各種載荷下力學(xué)響應(yīng)(mechanicalresponse).而材料本構(gòu)方程只能經(jīng)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(jù)試驗可推出單向拉伸情況下材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系.血管的力學(xué)性質(zhì)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(shù)增加.A到B:呈很好線性關(guān)系.B到C:呈非線性關(guān)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(xué)性質(zhì)第5頁軟組織因為其材料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(yīng)變速度下加載，然后使其長度保持不變，就會出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象。

應(yīng)力松弛：材料在高溫和應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，從而逐步使?yīng)力減小現(xiàn)象。即：當(dāng)物體突然發(fā)生應(yīng)變時，若應(yīng)變保持一定，則對應(yīng)應(yīng)力將隨時間增加而下降，這種現(xiàn)象成為應(yīng)力松弛。

塑性變形（PlasticDeformation），是物質(zhì)-包含流體及固體在一定條件下，在外力作用下產(chǎn)生形變，當(dāng)施加外力撤除或消失后該物體不能恢復(fù)原狀一個物理現(xiàn)象血管的力學(xué)性質(zhì)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(yù)處理血管的力學(xué)性質(zhì)第7頁從圖中可見在最初三次連續(xù)試驗中，應(yīng)力-應(yīng)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(yù)處理。只有這么，才能得到重復(fù)性好數(shù)據(jù)。

應(yīng)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(gòu)卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應(yīng)力隨時間降低值，即可繪出松弛曲線。血管的力學(xué)性質(zhì)第8頁血管力學(xué)特征

血管也是一個軟組織，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系展現(xiàn)非線性性質(zhì)。與其它生物軟組織一樣，對血管進行力學(xué)測試需首先對其進行預(yù)處理。

近些年來，因為相關(guān)技術(shù)發(fā)展及處理大量實際問題需要，對于血管力學(xué)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(shè)計，必須詳細(xì)了解血管結(jié)構(gòu)和其力學(xué)性質(zhì)；

血管力學(xué)性質(zhì)研究意義：不但是血液流動理論基礎(chǔ)，還與一些嚴(yán)重威脅人類健康心血管病，如動脈粥樣硬化有直接關(guān)系。血管的力學(xué)性質(zhì)第9頁血管組成材料、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)為多層復(fù)合、中空管道血管壁內(nèi)層——內(nèi)皮細(xì)胞、基質(zhì)膜中層——彈性纖維、膠原纖維、平滑肌外層——松弛結(jié)締組織決定了血管力學(xué)性質(zhì)三種組分百分比血管的力學(xué)性質(zhì)第10頁一、血管壁組成和普通結(jié)構(gòu)：血管壁從內(nèi)向外分為內(nèi)、中、外膜。(一)內(nèi)膜：1、內(nèi)皮：單層扁平上皮。

光鏡結(jié)構(gòu)：細(xì)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(xué)性質(zhì)第11頁電鏡結(jié)構(gòu)：

胞質(zhì)內(nèi)有豐富吞飲小泡。小泡由細(xì)胞游離面或基底面細(xì)胞膜內(nèi)凹形成，有向血管內(nèi)外輸送物質(zhì)作用。

血管的力學(xué)性質(zhì)第12頁

內(nèi)皮細(xì)胞表面有胞質(zhì)突起和細(xì)胞衣。

細(xì)胞間有緊密連接和縫隙連接。

胞質(zhì)內(nèi)有豐富高爾基復(fù)合體，粗、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

有成束微絲，含有收縮功效，調(diào)整血管通透性。血管的力學(xué)性質(zhì)第13頁2、內(nèi)皮下層：薄層結(jié)締組織，3、內(nèi)彈性膜：由彈性蛋白組成，并有許多小孔，是內(nèi)、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(nèi)臟平滑肌相比，細(xì)且有分支。

1、中A平滑肌類似于成纖維細(xì)胞，能夠產(chǎn)生膠原纖維、彈性纖維和基質(zhì)。

2、當(dāng)平滑肌向內(nèi)膜遷移增生時，引發(fā)動脈硬化。

血管的力學(xué)性質(zhì)第14頁（三）外膜：為疏松結(jié)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(xì)胞有修復(fù)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(xué)性質(zhì)第15頁彈性纖維、膠原纖維、平滑肌空間結(jié)構(gòu)彈性纖維-存在裂隙膠原纖維-皺成波紋狀網(wǎng)絡(luò)平滑肌-螺旋狀結(jié)構(gòu)平滑肌<彈性纖維<膠原纖維血管的力學(xué)性質(zhì)第16頁血管壁內(nèi)彈性纖維、膠原纖維和平滑肌結(jié)構(gòu)示意圖（a）平滑肌；（b）彈性蛋白纖維；（c）膠原纖維血管的力學(xué)性質(zhì)第17頁膠原纖維皺成波紋狀網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生張力繼續(xù)擴張產(chǎn)生極大張力妨礙血管深入擴張血管的力學(xué)性質(zhì)第18頁二、各組分含量對血管力學(xué)性質(zhì)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(xué)性質(zhì)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(xì)血管小靜脈靜脈內(nèi)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(xué)性質(zhì)第20頁

研究血管拉伸力學(xué)性質(zhì)有主要臨床意義。彈性纖維、膠原纖維和平滑肌拉伸應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系、應(yīng)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(xué)性質(zhì)第21頁彈性纖維、膠原纖維和平滑肌應(yīng)力—伸長比血管的力學(xué)性質(zhì)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(yīng)力松弛曲線血管的力學(xué)性質(zhì)第23頁血管壁張力兩部分組成彈性張力TE平滑肌產(chǎn)生主動張力TA彈性張力周向張力軸向張力血管的力學(xué)性質(zhì)第24頁動脈血管順應(yīng)性C=dv/dp表示主動脈血管可擴張能力越遠(yuǎn)離心臟，順應(yīng)性越差血管的力學(xué)性質(zhì)第25頁血管壁粘彈性應(yīng)力松弛蠕變：固體材料在保持應(yīng)力不變條件下，應(yīng)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(xué)性質(zhì)第26頁三種組分應(yīng)力松弛曲線血管的力學(xué)性質(zhì)第27頁三種組分應(yīng)力應(yīng)變曲線血管的力學(xué)性質(zhì)第28頁不同動脈應(yīng)力松弛.血管的力學(xué)性質(zhì)第29頁人工血管人工血管是以尼龍、滌綸、聚四氟乙稀（PTFE）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(zhuǎn)流術(shù)。血管的力學(xué)性質(zhì)第30頁當(dāng)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(xì)致而小，但其斷端輕易渙散，呈毛刷狀，質(zhì)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(zhì)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(nèi)被破壞，缺點很多因而廢棄。當(dāng)前普遍應(yīng)用人工血管材料為聚酯及聚四氟乙烯，大多數(shù)使用是針織人工血管。血管的力學(xué)性質(zhì)第31頁人工血管應(yīng)用（1）動脈疾?。河锰鎿Q或者架橋（血管旁路手術(shù)）方式來來恢復(fù)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）靜脈疾病：能夠替換或者架橋（血管旁路手術(shù)）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(fù)穿刺血液透析通路血管的力學(xué)性質(zhì)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(nèi)壁碳原子與血管壁有機結(jié)合成一體，含有良好生物相容性，與組織無反應(yīng)。碳涂層微弱負(fù)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(xì)胞生長和播散，降低間質(zhì)增生，能夠顯著顯著提升血管開通率。

血管的力學(xué)性質(zhì)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