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Mechanical property of blood vessel
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人体的血管
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血管壁是一个具有多层复 合结构的中空管道，它承受 血液压力和管外组织的束缚。
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第一节 血管的构造、组成材料 及其力学性质
通常动脉和静脉血管壁由内、中、 外三层结构组成：
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内层： 主要是内皮细胞和基质膜
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二．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的含量百分比
在整个血管系中，不同动脉管段中所含弹性纤维、胶原纤维 和平滑肌的含量百分比是不同的。 • 胸主动脉，弹性纤维占总纤维元的60%，而胶原纤维只占40%； • 胸外血管中，这种比例将反过来，弹性纤维只占30%，而胶原
纤维则占70%。
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动脉血管壁中弹性纤维和胶原纤维含量的百分比 18
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三种血管管壁的厚度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
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血管名称
三种血管的比较
动脉
静脉
毛细血管
血流速度 快
慢
极慢
管壁特点 管壁厚，弹性大
管壁薄，弹性小 管壁极薄，只由一 层上皮细胞构成
管腔大小 功能
小
大
极小，管内径
仅有8~10微米
中层： 可分为若干同心的、具有
弹性的薄层,每层均由弹性 纤维、胶原纤维、平滑肌 交织组成；
外层： 松弛的结缔组织。
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血管的力学性质主要取决于
中层的弹性纤维、胶原纤维、平滑肌三种组分
含量百分比 空间构型 各自的力学性质。
这三种组分的空间构型及力学性质有明显的差异。
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一．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌 的空间结构
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平滑肌纤维：
• 在松弛态下，平滑肌的应力—应变曲线存在很大
的滞后环，应力松弛也非常明显，可趋于零。
• 平滑肌可以主动收缩，产生主动张力达105N/m2以
上，平滑肌的收缩和松弛，可以控制小动脉的直 径，甚至导致血管闭锁。
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一般认为血管壁径向扩张增大时，刚性很快增加 的原因是与其弹性纤维和胶原纤维的性质决定的。
曲线的斜率dv/dp为血管壁的顺应性。 越远离心脏，人体动脉的顺应性将变得越差。 血管壁的顺应性是表示动脉系统缓冲功能， 即弹性或硬度的最佳临床指标之一。
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表明: 在远离心脏的方向，动脉血 管的弹性纤维含量越来越少，平滑 肌含量越来越多，因此血管的弹性 会越来越差。
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第三节 小动脉、毛细血管、静脉 的力学性质
在应变不大时，大部分胶原是松弛和卷曲的，所 有应力只有弹性纤维承受。
应变增大时，胶原纤维被拉直，它的应力逐步增大， 由于胶原纤维比弹性纤维刚硬得多，因此，血管壁也 变得刚硬许多。这样使血管壁即具有很好的弹性,又可 防止过度的膨胀。
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• 弹性纤维使血管呈弹性，其含量高，血管性好，
顺应性好，有利于血液循环。
（Arterial Compliance ）
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• 无论是加载或卸载过程， 压力与体积之间的变化关系 都是非线性的。
• 可清楚看到滞后环的存在。
主动脉弓加载与卸载过程的体积--压力曲线
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各动脉管段的压力与单位管长血管段体积 之间的变化关系。
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对于单位长度的血管段来说，在同样压 力作用下，主动脉弓的体积最大，主动脉弓 连同胸主动脉、单独胸主动脉、颈动脉、股 动脉等的体积依次减小；
• 胶原纤维使血管呈韧性，可防止血管的过分扩张。 • 平滑肌含量高，可自发收缩。
所以，主动脉弹性纤维含量高，弹性好。 小动脉平滑肌含量高，可关闭。
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周向张力
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三种血管管壁的厚度、管腔的大小的比较
动脉
静脉
毛细血管
轴向张力 33
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周向张力
轴向张力
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第二节 动脉血管的顺应性
(The space structure of elastic fibers、 collagen fibrils 、smooth muscle ）
弹性纤维呈卷曲状的网络结构， 其纵向有若干裂隙。
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升主动脉 降主动脉
远端主动脉
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胶 原 纤 维
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胶原纤维在血管壁中形成另一种网络： • 在应力较小时，这种网络皱缩成波纹状，在一般扩张压下，
The mechanic property of small artery , capillary and vein
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一．小动脉 小动脉含有丰富的平滑肌，可
以主动地收缩，对周缘血流的微循 环起调节作用，因而小动脉的力学 性质具有重大的生理意义
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某一压力范围内，管径不 随压力变化，这和弹性反应完 全不同，是血管平滑肌主动收 缩所致。不仅如此，当灌注压 力低于某一临界值时，平滑肌 主动收缩，将使小动脉关闭。
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二.毛细血管 毛细血管很细，和血细胞直
径同数量级，其变形更是一个微 量，很难精确测定。
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三种血管的关系
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毛细血管的力学性质取决于 它和周围组织的关系。不同的器 官和组织内，毛细血管具有不同 的力学性质。
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三. 静脉血管特点: 静脉血管管壁较薄，弹性模
量比较小，血管的内压又往往 低于外压，因此静脉血管往往 会失稳。这正是静脉血流的许 多异常现象产生的原因。
胶原纤维
平滑肌
弹性纤维、胶原纤维和（肠）平滑肌的应力-伸长比
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弹性纤维 胶原纤维
平滑肌
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弹性纤维: • 拉伸弹性模量较小，约为3×105—6×105N/m2。
• 抗张强度较低 • 滞后环很小,应力松弛相当不明显，相当接近于
完全弹性体。
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胶原纤维:
• 拉伸弹性模量比弹性纤维大得多，约为109 N/m2量级。 • 抗张强度也很高，约为5×107—10×107 N/m2。 • 滞后环和应力松弛现象也均较弹性纤维显著。
越靠近心脏，动脉血管壁弹性纤 维含量百分比越高，弹性越好。
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从主动脉、大动脉到分支动 脉，平滑肌含量所占的百分比将 越来越高。
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动脉各管段的特性不同，越远离心脏， 动脉管壁的弹性越差。
所以主动脉弹性好，小动脉会关闭（具 有主动收缩的能力）。
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三．弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的力学性质
弹性纤维
胶原纤维并不伸展；
• 当血管扩张到一定程度后，胶原纤维才伸展到其原有长度； • 若血管壁继续扩张，则胶原纤维将产生极大的张力，以对
抗血管的进一步扩张。
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血管中的平滑肌呈螺旋结构，如 图，从近心主动脉到远心的外周血管， 平滑肌的含量逐渐增多，而且螺旋结 构的间距也越来越小。
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升主动脉 降主动脉 远端主动脉