2013初級藥師生理學輔導：血流量、血流阻力和血壓

　　血液在心血管系統(tǒng)中流動的一系列物理學問題屬于血流動力學的范疇。血流動力學和一般的流體力學一樣，其基本的研究對象是流量、阻力和壓力之間的關(guān)系。由于血管是有彈性和可擴張的而不是硬質(zhì)的管道系統(tǒng)，血液是含有血細胞和膠體物質(zhì)等多種成分的液體，而不是理想液體，因此血流動力學除與一般流體力學有共同點之外，又有它自身的特點。

　　(一)血流量和血流速度

　　單位時間內(nèi)流過血管某一截面的血量稱為血流量，也稱容積速度，其單位通常以ml/min或L/min來表示。血液中的一個質(zhì)點在血管內(nèi)移動的線速度，稱為血流速度。血液在血管流動時，其血流速度與血流量成正比，與血管的截面成反比。

　　1.泊肅葉(Poiseuilli)定律泊肅葉研究了液體在管道系統(tǒng)內(nèi)流動的規(guī)律，指出單位時間內(nèi)液體的流量(Q)與管道兩端的壓力差P1-P2以及管道半徑r的4次方成正比，與管道的長度L成反比。這些關(guān)系可用下式表示：

　　Q=K(r4/L)(P1-P2)

　　這一等式中的K為常數(shù)。后來的研究證明它與液體的粘滯度η有關(guān)。因此泊肅葉定律又可寫為

　　Q=π(P1-P2)r4/8ηL

　　2.層流和湍流血液在血管內(nèi)流動的方式可分為層流和湍流兩類。在層流的情況下，液體每個質(zhì)點的流動方向都一致，與血管的長軸平行;但各質(zhì)點的流速不相同，在血管軸心處流速最快，越靠近管壁，流速越慢。因此可以設(shè)想血管內(nèi)的血液由無數(shù)層同軸的圓柱面構(gòu)成，在同一層的液體質(zhì)點流速相同，由軸心向管壁，各層液體的流速依次遞減，如圖4-18所示。圖中的箭頭指示血流的方向，箭的長度表示流速，在血管的縱剖面上各箭頭的連線形成一拋物線。泊肅葉定律適用于層流的情況。當血液的流速加快到一定程度后，會發(fā)生湍流。此時血液中各個質(zhì)點的流動方向不再一致，出現(xiàn)旋渦。在湍流的情況下，泊肅葉定律不再適用，血流量不是與血管兩端的壓力差成正比，而是與壓力差的平方根成正比。關(guān)于湍流的形成條件，Reynolds提出一個經(jīng)驗公式：

　　Re=VDσ/η

　　式中的V為血液在血管內(nèi)的平均流速(單位為cm/s),D為管腔直徑(單位為cm),σ為血液密度(單位為g/cm3)，η為血液沾滯度(單位為泊)，Re為Reynolds數(shù)，沒有單位。一般當Re數(shù)超過2000時，就可發(fā)生湍流。由上式可知，在血流速度快，血管口徑大，血液粘滯度低的情況下，容易產(chǎn)生湍流。

　　(二)血流阻力

　　血液在血管內(nèi)流動時所遇到的阻力，稱為血流阻力。血流阻力的產(chǎn)生，是由于血液流動時因磨擦而消耗能量，一般是表現(xiàn)為熱能。這部分熱能不可能再轉(zhuǎn)換成血液的勢能或動能，故血液在血管內(nèi)流動時壓力逐漸降低。在湍流的情況下，血液中各個質(zhì)點不斷變換流動的方向，故消耗的能量較層流時更多，血流阻力就較大。

　　血流阻力一般不能直接測量，而需通過計算得出。血液在血管中的流動與電荷在導體中流動有相似之處。根據(jù)歐姆定律，電流強度與導體兩端的電位差成正比，與導體的電阻成反比。這一關(guān)系也適用于血流，即血流量與血管兩端的壓力差成正比，與血流阻力R成反比，可用下式表示：

　　Q=(P1-P2)/R

　　在一個血管系統(tǒng)中，若測得血管兩端的壓力差和血流量，就可根據(jù)上式計算出血流阻力。如果比較上式和泊肅葉定律的方程式，則可寫出計算血流阻力的方程式，即

　　R=8ηL/πr4

　　這一算式表示，血流阻力與血管的長度和血液的粘滯度成正比，與血管半徑的4次方成反比。由于血管的長度變化很小，因此血流阻力主要由血管口徑和血液粘滯度決定。對于一個器官來說，如果血液粘滯度不變，則器官的血流量主要取決于該器官的阻力血管的口徑。阻力血管口徑增大時，血流阻力降低，血流量就增多;反之，當阻力血管口徑縮小時，器官血流量就減少。機體對循環(huán)功能的調(diào)節(jié)中，就是通過控制各器官阻力血管和口徑來調(diào)節(jié)各器官之間的血流分配的。

　　血液粘滯度是決定血流阻力的另一因素。全血的粘滯度為水的粘滯度的4-5倍。血液粘滯度的高低取決于以下幾個因素：

　　1.紅細胞比容一般說來，紅細胞比容是決定血液粘滯度的最重要的因素。紅細胞比容愈大，血液粘滯度就愈高。

　　2.血流的切率 在層流的情況下，相鄰兩層血液流速的差和液層厚度的比值，稱為血流切率(shear rate)。從圖4-18可見，切率也就是圖中拋物線的斜率。勻質(zhì)液體的粘滯度不隨切率的變化而改變，稱為牛頓液。血漿屬于牛頓液。非勻質(zhì)液體的粘滯度隨著切率的減小而增大，稱為非牛頓液。全血屬非牛頓液。當血液在血管內(nèi)以層流的方式流動時，紅細胞有向中軸部分移動的趨勢。這種現(xiàn)象稱為軸流(axial flow)。當切率較高時，軸流現(xiàn)象更為明顯，紅細胞集中在中軸，其長軸與血管縱軸平行，紅細胞移動時發(fā)生的旋轉(zhuǎn)以及紅細胞相互間的撞擊都很小，故血液的粘滯度較低。在切率低時，紅細胞可發(fā)生聚集，使血液粘滯度增高。

　　3.血管口徑 血液在較粗的血管內(nèi)流動時，血管口徑對血液粘滯度不發(fā)生影響。但當血液在直徑小于0.2-0.3mm的微動脈內(nèi)流動時，只要切率足夠高，則隨著血管口徑的進一步變小，血液粘滯度也變低。這一現(xiàn)象產(chǎn)生原因尚不完全清楚，但對機體有明顯的益處。如果沒有此種反應，血液在小血管中流動的阻力將會大大增高。

　　4.溫度 血液的粘滯度隨溫度的降低而升高。人體的體表溫度比深部溫度低，故血液流經(jīng)體表部分時粘滯度會升高。如果將手指浸在冰水中，局部血液的沾滯度可增加2倍。

　　(三)血壓

　　血壓是指血管內(nèi)的血液對于單位面積血管壁的側(cè)壓力，也即壓強。按照國際標準計量單位規(guī)定，壓強的單位為帕(Pa)，即牛頓/米2(N/m2)。帕的單位較小，血壓數(shù)值通常用千帕(kPa)來表示(1mmHg等于0.133kPa)。

　　血壓的形成，首先是由于心血管系統(tǒng)內(nèi)有血液充盈。循環(huán)系統(tǒng)中血液充盈的程度可用循環(huán)系統(tǒng)平均充盈壓來表示。在動物實驗中，用電刺激造成心室顫動使心臟暫時停止射血，血流也就暫停，因此循環(huán)系統(tǒng)中各處的壓力很快就取得平衡。此時在循環(huán)系統(tǒng)中各處所測得的壓力都是相同的，這一壓力數(shù)值即循環(huán)系統(tǒng)平均充盈壓。這一數(shù)值的高低取決于血量和循環(huán)系統(tǒng)容量之間的相對關(guān)系。如果血量增多，或血管容量縮小，則循環(huán)系統(tǒng)平均充盈壓就增高;反之，如果血量減少或血管容量增大，則循環(huán)系統(tǒng)平均充盈壓就降低。用巴比妥麻醉的狗，循環(huán)系統(tǒng)平均充盈壓約為0.93kPa(7mmHg)。人的循環(huán)系統(tǒng)平均充盈壓估計接近這一數(shù)值。

　　形成血壓的另一個基本因素是心臟射血。心室肌收縮時所釋放的能量可分為兩部分，一部分用于推動血液流動，是血液的功能;另一部分形成對血管壁的側(cè)壓，并使血管壁擴張，這部分是勢能，即壓強能。在心舒期，大動脈發(fā)生彈性回縮，又將一部分勢能轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿友�液的動能，使血液在血管中繼續(xù)向前流動。由于心臟射血是間斷性的，因此在心動周期中動脈血壓發(fā)生周期性的變化。另外，由于血液從大動脈流向心房的過程中不斷消耗能量，故血壓逐漸降低。在機體處于安靜狀態(tài)時，體循環(huán)中毛細血管前阻力血管部分血壓降落的幅度最大。

　　生物學實驗中測量血壓的經(jīng)典方法，是將導管的一端插入動脈、靜脈或心腔，將導管的另一端連至一裝有水銀的U形管，從U形管兩邊水銀面高度的差即讀得測定部位的血壓值。水銀檢壓計測得的壓力讀數(shù)為平均壓�，F(xiàn)在已有多種類型的壓力換能器，可將壓強能的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿淖兓�，并精確地測出心動周期中各瞬間的血壓數(shù)值。在臨床上，常用聽診器間接測定肱動脈的收縮壓和舒張壓。在有些情況下，也可用導管插入血管直接測量血壓。在用導管直接測量血壓時，如果導管的開口正對血流，則血流的動能也轉(zhuǎn)變成壓強能，因此測得的血壓值大于血液對血管壁的側(cè)壓。稱為端壓。當人體處于安靜狀態(tài)時，體循環(huán)中血流的動能部分在總的能量中只占很小比例，在心縮期主動脈壓達最大值時，血流的動能也僅占總能量的3%。在肌肉運動時，血流速度大大加快，動能部分所占的比例增高。在肺循環(huán)中，由于肺動脈壓較低，而血流速度和體循環(huán)中相近，因此血流的動能部分所占的比例較大。