血管的力学性质

软组织力学特征

1.单向拉伸试验血管力学特征1.血管壁结构2.血管力学性质3.动脉顺应性血管的力学性质第1页软组织力学特征血管壁属于生物软组织，其最大特点就是含有粘弹性普通生物软组织特点：

柔软易变形；含有不一样程度抗拉强度；

而抗压及抗弯曲能力很低；

生物组织都极具黏弹性；

其变形与时间有很强依赖关系。血管的力学性质第2页生物组织材料还含有很高非线性性质,以力学观点看问题,它们都是非线性黏弹性,各向异性,非均质材料粘弹性:Viscoelasticity材料对应力响应兼有弹性固体和粘性流体双重特征称粘弹性。各向异性:anisotropy

材料在各方向力学和物理性能展现差异

特征血管的力学性质第3页1.单向拉伸试验

从力学观点来看,假如已知道软组织本构方程(constitutiveequations),即应力与变形,温度等关系,就可求出软组织在各种载荷下力学响应(mechanicalresponse).而材料本构方程只能经过试验来建立.

对软组织能做最简单试验就是单向拉伸试验.依据试验可推出单向拉伸情况下材料应力-应变关系.血管的力学性质第4页

曲线分成三部分,O到A:”足趾区”,通常是组织正常工作生理区间,随

着伸长增大,载荷成指数增加.A到B:呈很好线性关系.B到C:呈非线性关系.其中A到C称为贮备强度恒速拉伸下，兔腿腱载荷伸长曲线血管的力学性质第5页软组织因为其材料网状结构特点及其非均匀性,在每次加载循环下载荷-变形曲线都不相同。假如软组织在有限应变速度下加载，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，则伴随时间延长，弹性变形逐步转变为塑性变形，从而逐步使应力减小现象。即：当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则对应应力将随时间增加而下降，这种现象成为应力松弛。

塑性变形（PlasticDeformation），是物质-包含流体及固体在一定条件下，在外力作用下产生形变，当施加外力撤除或消失后该物体不能恢复原状一个物理现象血管的力学性质第6页上图所表示为前十字形韧带与处理时载荷-伸长曲线和松弛曲线。前十字韧带预处理血管的力学性质第7页从图中可见在最初三次连续试验中，应力-应变曲线右移，“足趾”区增加。前三次松弛曲线则上移。假如试验一直进行下去，相邻曲线之间差异将不停减小，到消失。这就是式样预处理。只有这么，才能得到重复性好数据。

应力松弛试验普通采取圆柱形试样，在一定温度下进行拉伸加载，以后伴随时间推移，由自动减载机构卸掉部分载荷以保持总变形量不变，测定应力随时间降低值，即可绘出松弛曲线。血管的力学性质第8页血管力学特征

血管也是一个软组织，其应力-应变关系展现非线性性质。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，因为相关技术发展及处理大量实际问题需要，对于血管力学特征研究取得了很大进展。比如，对人造血管和人造器官优化设计，必须详细了解血管结构和其力学性质；

血管力学性质研究意义：不但是血液流动理论基础，还与一些严重威胁人类健康心血管病，如动脉粥样硬化有直接关系。血管的力学性质第9页血管组成材料、结构和力学性质结构为多层复合、中空管道血管壁内层——内皮细胞、基质膜中层——弹性纤维、胶原纤维、平滑肌外层——松弛结缔组织决定了血管力学性质三种组分百分比血管的力学性质第10页一、血管壁组成和普通结构：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，有核地方稍微隆起，无核地方很薄，呈梭形。血管的力学性质第11页电镜结构：

胞质内有丰富吞饮小泡。小泡由细胞游离面或基底面细胞膜内凹形成，有向血管内外输送物质作用。

血管的力学性质第12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。

胞质内有丰富高尔基复合体，粗、滑面内质网。

有成束微丝，含有收缩功效，调整血管通透性。血管的力学性质第13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、中膜分界。（二）中膜：因血管种类不一样，它厚度和成份也不一样。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平滑肌类似于成纤维细胞，能够产生胶原纤维、弹性纤维和基质。

2、当平滑肌向内膜迁移增生时，引发动脉硬化。

血管的力学性质第14页（三）外膜：为疏松结缔组织，其中弹性纤维和胶原纤维呈螺旋状或纵向分布，其中成纤维细胞有修复膜能力，有A在中、外膜交界处能够看到由弹性纤维组成外弹性膜。血管的力学性质第15页弹性纤维、胶原纤维、平滑肌空间结构弹性纤维-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<胶原纤维血管的力学性质第16页血管壁内弹性纤维、胶原纤维和平滑肌结构示意图（a）平滑肌；（b）弹性蛋白纤维；（c）胶原纤维血管的力学性质第17页胶原纤维皱成波纹状网络血管普通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妨碍血管深入扩张血管的力学性质第18页二、各组分含量对血管力学性质影响动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量百分比血管的力学性质第19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收缩舒张控制小动脉直径改变，甚至血管闭锁局部供血不足血管的力学性质第20页

研究血管拉伸力学性质有主要临床意义。弹性纤维、胶原纤维和平滑肌拉伸应力、应变关系、应力松弛以及拉伸弹性模量和抗张强度都不一样。血管的力学性质第21页弹性纤维、胶原纤维和平滑肌应力—伸长比血管的力学性质第22页弹性纤维胶原纤维平滑肌弹性纤维、胶原纤维和平滑肌应力松弛曲线血管的力学性质第23页血管壁张力两部分组成弹性张力TE平滑肌产生主动张力TA弹性张力周向张力轴向张力血管的力学性质第24页动脉血管顺应性C=dv/dp表示主动脉血管可扩张能力越远离心脏，顺应性越差血管的力学性质第25页血管壁粘弹性应力松弛蠕变：固体材料在保持应力不变条件下，应变随时间延长而增加现象。滞后环：弹性滞后封闭曲线血管的力学性质第26页三种组分应力松弛曲线血管的力学性质第27页三种组分应力应变曲线血管的力学性质第28页不同动脉应力松弛.血管的力学性质第29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血管代用具，适合用于全身各处血管转流术。血管的力学性质第30页当前用机器编织人工血管有两种：一个是平织，又称机织；织物纤维紧密，含有丰富伸展性，多孔性细致而小，但其断端轻易涣散，呈毛刷状，质地坚硬、缝合困难。另一个是针织，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，其断端不易涣散、缝合轻易最初用材料为尼龙(Nylon)，后因其稳定性差，在机体内被破坏，缺点很多因而废弃。当前普遍应用人工血管材料为聚酯及聚四氟乙烯，大多数使用是针织人工血管。血管的力学性质第31页人工血管应用（1）动脉疾病：用替换或者架桥（血管旁路手术）方式来来恢复血液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：能够替换或者架桥（血管旁路手术）方式来治疗静脉疾病，如布－加氏综合症。（3）动－静脉瘘：能够利用在慢性肾病血液透析过程中，在四肢部分连接本身动脉和静脉，形成一条可重复穿刺血液透析通路血管的力学性质第32页新型人工血管（1）碳涂层血管能够显著显著提升血管开通率。均匀镶嵌于血管内壁碳原子与血管壁有机结合成一体，含有良好生物相容性，与组织无反应。碳涂层微弱负电荷排斥血小板在管壁沉积，有效降低血栓形成机会；碳涂层不利于平滑肌细胞生长和播散，降低间质增生，能够显著显著提升血管开通率。

血管的力学性质第33页（2）蛋白或明胶涂层血管因为普通合成人工血管生物相