血管的力學性質(zhì)第二次課演示文稿

血管的力學性質(zhì)第二次課演示文稿當前第1頁\共有35頁\編于星期四\12點軟組織的力學特性

1.單向拉伸試驗血管的力學特性1.血管壁的結(jié)構(gòu)2.血管的力學性質(zhì)3.動脈的順應性當前第2頁\共有35頁\編于星期四\12點軟組織的力學特性血管壁屬于生物軟組織，其最大的特點就是具有粘彈性一般生物軟組織的特點：

柔軟易變形；具有不同程度的抗拉強度；

而抗壓及抗彎曲的能力很低；

生物組織都極具黏彈性；

其變形與時間有很強的依賴關系。當前第3頁\共有35頁\編于星期四\12點生物組織材料還具有很高的非線性性質(zhì),以力學的觀點看問題,它們都是非線性黏彈性的,各向異性的,非均質(zhì)的材料粘彈性:Viscoelasticity材料對應力的響應兼有彈性固體和粘性流體的雙重特性稱粘彈性。各向異性:anisotropy

材料在各方向的力學和物理性能呈現(xiàn)差異

的特性當前第4頁\共有35頁\編于星期四\12點1.單向拉伸實驗

從力學觀點來看,如果已知道軟組織的本構(gòu)方程(constitutiveequations),即應力與變形,溫度等的關系,就可求出軟組織在各種載荷下的力學響應(mechanicalresponse).而材料的本構(gòu)方程只能通過實驗來建立.

對軟組織能做的最簡單的實驗就是單向拉伸實驗.根據(jù)實驗可推出單向拉伸情況下材料的應力-應變關系.當前第5頁\共有35頁\編于星期四\12點

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

著伸長的增大,載荷成指數(shù)增加.A到B:呈較好的線性關系.B到C:呈非線性關系.其中A到C稱為儲備強度恒速拉伸下，兔腿腱的載荷伸長曲線當前第6頁\共有35頁\編于星期四\12點軟組織由于其材料的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特點及其非均勻性,在每次加載循環(huán)下的載荷-變形曲線都不相同。如果軟組織在有限的應變速度下加載，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，則隨著時間的延長，彈性變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危瑥亩饾u使應力減小的現(xiàn)象。即：當物體突然發(fā)生應變時，若應變保持一定，則相應的應力將隨時間的增加而下降，這種現(xiàn)象成為應力松弛。

塑性變形（PlasticDeformation），是物質(zhì)-包括流體及固體在一定的條件下，在外力的作用下產(chǎn)生形變，當施加的外力撤除或消失后該物體不能恢復原狀的一種物理現(xiàn)象當前第7頁\共有35頁\編于星期四\12點上圖所示為前十字形韌帶與處理時的載荷-伸長曲線和松弛曲線。前十字韌帶的預處理當前第8頁\共有35頁\編于星期四\12點從圖中可見在最初的三次連續(xù)實驗中，應力-應變曲線右移，“足趾”區(qū)增加。前三次的松弛曲線則上移。如果實驗一直進行下去，相鄰曲線之間的差異將不斷減小，到消失。這就是式樣的預處理。只有這樣，才能得到重復性好的數(shù)據(jù)。

應力松弛試驗一般采用圓柱形試樣，在一定的溫度下進行拉伸加載，以后隨著時間的推移，由自動減載機構(gòu)卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應力隨時間的降低值，即可繪出松弛曲線。當前第9頁\共有35頁\編于星期四\12點血管的力學特性

血管也是一種軟組織，其應力-應變關系呈現(xiàn)非線性性質(zhì)。與其它生物軟組織一樣，對血管進行力學測試需首先對其進行預處理。

近些年來，由于有關技術(shù)的發(fā)展及解決大量的實際問題的需要，對于血管的力學特性的研究取得了很大進展。例如，對人造血管和人造器官的優(yōu)化設計，必須詳細了解血管的構(gòu)造和其力學性質(zhì)；

血管的力學性質(zhì)研究的意義：不僅是血液流動理論的基礎，還與一些嚴重威脅人類健康的心血管病，如動脈粥樣硬化有直接的關系。當前第10頁\共有35頁\編于星期四\12點血管組成的材料、結(jié)構(gòu)和力學性質(zhì)結(jié)構(gòu)為多層復合、中空的管道血管壁內(nèi)層——內(nèi)皮細胞、基質(zhì)膜中層——彈性纖維、膠原纖維、平滑肌外層——松弛的結(jié)締組織決定了血管的力學性質(zhì)三種組分的比例當前第11頁\共有35頁\編于星期四\12點一、血管壁的組成和一般結(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)：細胞核居中，有核的地方稍微隆起，無核的地方很薄，呈梭形。當前第12頁\共有35頁\編于星期四\12點電鏡結(jié)構(gòu)：

胞質(zhì)內(nèi)有豐富的吞飲小泡。小泡由細胞游離面或基底面的細胞膜內(nèi)凹形成，有向血管內(nèi)外輸送物質(zhì)的作用。

當前第13頁\共有35頁\編于星期四\12點

內(nèi)皮細胞表面有胞質(zhì)突起和細胞衣。

細胞間有緊密連接和縫隙連接。

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

有成束的微絲，具有收縮功能，調(diào)節(jié)血管通透性。當前第14頁\共有35頁\編于星期四\12點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)、中膜的分界。（二）中膜：因血管種類不同，它的厚度和成分也不一樣。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，細且有分支。

1、中A的平滑肌類似于成纖維細胞，可以產(chǎn)生膠原纖維、彈性纖維和基質(zhì)。

2、當平滑肌向內(nèi)膜遷移增生時，引起動脈硬化。

當前第15頁\共有35頁\編于星期四\12點（三）外膜：為疏松結(jié)締組織，其中的彈性纖維和膠原纖維呈螺旋狀或縱向分布，其中的成纖維細胞有修復膜的能力，有的A在中、外膜交界處可以看到由彈性纖維組成的外彈性膜。當前第16頁\共有35頁\編于星期四\12點彈性纖維、膠原纖維、平滑肌的空間結(jié)構(gòu)彈性纖維-存在裂隙膠原纖維-皺成波紋狀網(wǎng)絡平滑肌-螺旋狀結(jié)構(gòu)平滑肌<彈性纖維<膠原纖維當前第17頁\共有35頁\編于星期四\12點血管壁內(nèi)彈性纖維、膠原纖維和平滑肌構(gòu)造示意圖（a）平滑??；（b）彈性蛋白纖維；（c）膠原纖維當前第18頁\共有35頁\編于星期四\12點膠原纖維皺成波紋狀網(wǎng)絡血管一般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)生極大張力阻礙血管進一步擴張當前第19頁\共有35頁\編于星期四\12點二、各組分含量對血管力學性質(zhì)的影響動脈血管壁中彈性纖維和膠原纖維含量的百分比當前第20頁\共有35頁\編于星期四\12點圖平滑肌含量：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(nèi)皮彈性組織平滑肌纖維組織主動脈的收縮舒張控制小動脈直徑變化，甚至血管閉鎖局部供血不足當前第21頁\共有35頁\編于星期四\12點

研究血管拉伸的力學性質(zhì)有重要的臨床意義。彈性纖維、膠原纖維和平滑肌的拉伸應力、應變關系、應力松弛以及拉伸彈性模量和抗張強度都不同。當前第22頁\共有35頁\編于星期四\12點彈性纖維、膠原纖維和平滑肌的應力—伸長比當前第23頁\共有35頁\編于星期四\12點彈性纖維膠原纖維平滑肌彈性纖維、膠原纖維和平滑肌的應力松弛曲線當前第24頁\共有35頁\編于星期四\12點血管壁的張力兩部分組成彈性張力TE平滑肌產(chǎn)生的主動張力TA彈性張力周向張力軸向張力當前第25頁\共有35頁\編于星期四\12點動脈血管的順應性C=dv/dp表示主動脈血管的可擴張能力越遠離心臟，順應性越差當前第26頁\共有35頁\編于星期四\12點血管壁的粘彈性應力松弛蠕變：固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。滯后環(huán)：彈性滯后的封閉曲線當前第27頁\共有35頁\編于星期四\12點三種組分應力松弛曲線當前第28頁\共有35頁\編于星期四\12點三種組分應力應變曲線當前第29頁\共有35頁\編于星期四\12點不同動脈應力松弛.當前第30頁\共有35頁\編于星期四\12點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的血管代用品，適用于全身各處的血管轉(zhuǎn)流術(shù)。當前第31頁\共有35頁\編于星期四\12點目前用機器編織的人工血管有兩種：一種是平織，又稱機織；織物纖維緊密，具有豐富的伸展性，多孔性細致而小，但其斷端容易松散，呈毛刷狀，質(zhì)地堅硬、縫合困難。另一種是針織，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，其斷端不易松散、縫合容易最初用的材料為尼龍(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。目前普遍應用的人工血管材料為聚酯及聚四氟乙烯，大多數(shù)使用的是針織人工血管。當前第32頁\共有35頁\編于星期四\12點人工血管的應用（1）動脈疾病：用替代或者架橋（血管旁路手術(shù)）的方式來來恢復血液的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?。嚎梢蕴娲蛘呒軜颍ㄑ芘月肥中g(shù)）的方式來治療靜脈疾病，如布－加氏綜合癥。（3）動－靜脈瘺：可以運用在慢性腎病的血液透析過程中，在四肢部分連接自身動脈和靜脈，形成一條可反復穿刺的血液透析通路當前第33頁\共有35頁\編于星期四\12點新型人工血管（1）碳涂層血管可以顯著顯著提高血管開通率。均勻鑲嵌于血管內(nèi)壁的碳原子與血管壁有機的結(jié)合成一體，具有良好的生物相容性，與組織無反應。碳涂層微弱的負電荷排斥血小板在管壁的沉積，有效減少血栓形成機會；碳涂層不利于平滑肌細胞生長和播散，減少間質(zhì)增生，可以顯著顯著提高血管開通率。

當前第34頁\共有35頁\編于星期四\12點（2）蛋白或明膠涂層血管由于