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1、血管的力学性质1;.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2;.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。3;.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u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。
2、u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4;.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(constitutive equations),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(mechanical response).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.5;. 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
3、弛现象。 应力松弛应力松弛：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。 塑性变形塑性变形（Plastic Deformation），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7;.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8;. 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
4、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。9;.血管的力学特性血管的力学特性 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
5、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。10;.血管组成的材料、结构和力学性质血管组成的材料、结构和力学性质结构为多层复合、中空的管道结构为多层复合、中空的管道血管壁血管壁内层内层内皮细胞、基质膜内皮细胞、基质膜中层中层弹性纤维、胶原纤维、平滑肌弹性纤维、胶原纤维、平滑肌外层外层松弛的结缔组织松弛的结缔组织决定了血管的力学性质决定了血管的力学性质三种组分的比例三种组分的比例11;.一、血管壁的一、血管壁的组成和一般成和一般结构：构：血管壁从内向外分血管壁从内向外分为内、中、外膜。内、中、外膜。 (一一)内
6、膜：内膜： 1、内皮：、内皮：单层扁平上皮。扁平上皮。光光镜结构：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。胞核居中，有核的地方稍微隆起，无核的地方很薄，呈梭形。12;.电镜结构：构：胞胞质内有丰富的吞内有丰富的吞饮小泡。小泡由小泡。小泡由细胞游离面或基底面的胞游离面或基底面的细胞膜内凹形成，有向血管内外胞膜内凹形成，有向血管内外输送送物物质的作用。的作用。13;. 内皮内皮细胞表面有胞胞表面有胞质突起和突起和细胞衣。胞衣。 细胞胞间有有紧密密连接和接和缝隙隙连接。接。 胞胞质内有丰富的高内有丰富的高尔基复合体，粗、基复合体，粗、滑面内滑面内质网。网。 有成束的微有成束的微丝
7、，具有收，具有收缩功能，功能，调节血管通透性。血管通透性。14;.2 2、内皮下层：薄层结缔组织，、内皮下层：薄层结缔组织， 3 3、内弹性膜：由弹性蛋白组成，并有许多小孔，是内、中、内弹性膜：由弹性蛋白组成，并有许多小孔，是内、中膜的分界。膜的分界。 （二）中膜：（二）中膜： 因血管种类不同，它的厚度和成分也不一样。大因血管种类不同，它的厚度和成分也不一样。大A A以弹性膜以弹性膜为主，中为主，中A A以平滑肌为主，与内脏平滑肌相比，细且有分支。以平滑肌为主，与内脏平滑肌相比，细且有分支。1 1、中、中A A的平滑肌类似于成纤维细胞，可以产生胶原纤维、弹的平滑肌类似于成纤维细胞，可以产生胶原
8、纤维、弹性纤维和基质。性纤维和基质。2 2、当平滑肌向内膜迁移增生时，引起动脉硬化。、当平滑肌向内膜迁移增生时，引起动脉硬化。15;.（三）外膜：（三）外膜： 为疏松结缔组织，其中的弹性纤维和为疏松结缔组织，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，有的的成纤维细胞有修复膜的能力，有的A A在中、外膜交界处可以看到由弹性在中、外膜交界处可以看到由弹性纤维组成的外弹性膜。纤维组成的外弹性膜。16;.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17;.血管壁内
9、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18;.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19;.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20;.图图平滑肌含量：主动脉平滑肌含量：主动脉大动脉大动脉分置动脉分置动脉主动脉主动脉小动脉小动脉毛细血毛细血管管小静脉小静脉静脉静脉内内皮皮弹弹性性组组织织平平滑滑肌肌纤纤维维组组织织主动脉的收缩舒主动脉的收缩舒张控制小动脉直张控制小动脉直径变化，甚至血径变化，甚至血管闭锁管闭锁局部供血不足
10、局部供血不足21;. 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。22;.弹性纤维、胶原纤维和平滑肌的应力伸长比23;.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24;.血管壁的张力血管壁的张力两部分组成两部分组成弹性张力弹性张力 TE平滑肌产生的主动张力平滑肌产生的主动张力 TA弹性张力弹性张力周向张力周向张力轴向张力轴向张力25;.动脉血管的顺应性动脉血管的顺应性C = dv/dp 表示主动脉血管的可扩张能力表示主动脉血管的可扩张能力越远离心脏，顺应性越差越远离心脏，顺应性越差26;.
11、血管壁的粘弹性血管壁的粘弹性应力松弛应力松弛蠕变：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滞后环：弹性滞后的封闭曲线27;.三种组分应力松弛曲线三种组分应力松弛曲线28;.三种组分应力应变曲线三种组分应力应变曲线29;.不不同同动动脉脉应应力力松松弛弛.30;.人工血管人工血管人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE）等合成材料人工制造的血管）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。代用品，适用于全身各处的血管转流术。31;.目前用机器编织的人工血管有两种：目前用机器编织的人工血管有两
12、种：一种是平织，又称机织；一种是平织，又称机织；织物纤维紧密，具有丰富的伸展性，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、缝合困散，呈毛刷状，质地坚硬、缝合困难。难。 另一种是针织，又称线圈编织。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，用纤维作线圈式编织，伸展性较差，多孔性大，质地柔软，其断端不易多孔性大，质地柔软，其断端不易松散、缝合容易松散、缝合容易 最初用的材料为尼龙最初用的材料为尼龙(Nylon)，后因其稳定性差，在机体内被破坏，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
13、人工血管材料为聚酯及聚四氟缺点很多因而废弃。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。乙烯，大多数使用的是针织人工血管。 32;.人工血管的应用人工血管的应用（1） 动脉疾病：用替代或者架桥动脉疾病：用替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来来恢复血液（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、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，如动脉栓骼动脉等血管段。动脉疾病，如动脉栓塞或者动脉瘤。塞或者动脉瘤。 （2） 静脉疾病：可以替代或者架静脉疾病：可以替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来治疗静脉桥（血管旁路手术）的方式来
14、治疗静脉疾病，如布加氏综合症。疾病，如布加氏综合症。 （3） 动静脉瘘：可以运用在慢动静脉瘘：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穿刺的血液透析通路 33;.新型人工血管新型人工血管（1）碳涂层血管）碳涂层血管 可以显著显著提高血管开通率。均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。碳涂层微弱的负电性，与组织无反应。碳涂层微弱
15、的负电荷排斥血小板在管壁的沉积，有效减少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。著显著提高血管开通率。 34;.（2）蛋白或明胶涂层血管）蛋白或明胶涂层血管 由于一般合成人工血管的生物相容由于一般合成人工血管的生物相容性尚未达到理想状态，所以可以在这些性尚未达到理想状态，所以可以在这些高分子材料表面接上一层生物材料，以高分子材料表面接上一层生物材料，以进一步提高其生物相容性，这就是生物进一步提高其生物相容性，这就是生物混合型人工血管。一般所接的
16、人工涂层混合型人工血管。一般所接的人工涂层包括以下几种：包括以下几种：白蛋白，可提高人工血管的抗凝性白蛋白，可提高人工血管的抗凝性能；能；纤维连接蛋白，可促进内膜形成，纤维连接蛋白，可促进内膜形成，进而抑制凝血的发生；进而抑制凝血的发生；胶原蛋白，能促进内膜形成，防止胶原蛋白，能促进内膜形成，防止凝血发生，还能提高人工血管的顺凝血发生，还能提高人工血管的顺应性；应性；明胶，有促进细胞黏附和生长的功明胶，有促进细胞黏附和生长的功能，从而在植入后能诱导内膜形成，能，从而在植入后能诱导内膜形成，防止凝血。防止凝血。 35;.（3）袖状血管）袖状血管 特别的袖状由电脑三维立体模型设特别的袖状由电脑三维立体模型设计，优化流出道血流动力学，减少吻合计，优化流出道血流动力学，减少吻合口处内膜增生，显著增加开通率。且内口处内膜增生，显著增加开通率。且内膜附碳涂层，减少血小板沉积。膜附碳涂层，减少血小板沉积。 36;.
