血液的流动

阅读材料B血液的流动血液循环对人和很多动物都有极重要的意义，它向组织供氧和各种营养物质，排出组织中代谢的废物，并且输运各种内分泌产物。血液是含有多种血细胞的非牛顿流体，血液流过管径相差悬殊的大、小动脉，静脉及毛细血管的情况也不相同。下面简要介绍血液的特性，及流经不同血管时的血流情况。一、血液的组成及特性血液(blood)由血浆和血细胞两部分组成。血浆部分的体积约占血液的55％—70％，其中有90％以上的水、7％左右的蛋白质和0．9％左右的无机盐，其余是非蛋白质的无机盐。血细胞部分的体积约占血液的30％-45％(称血细胞比容)，其中红细胞(redbloodcell，RBC)最多，约占血细胞部分的99．9％，其余的0．1％中是白细胞和血小板。红细胞是双凹圆盘形，直径约m6.7，厚度约m81.2。白细胞较圆，呈球状，有核，较红细胞稍大。血小板较小，直径约m5.2。血液是粘性流体，是一种由水、无机化合物、溶解气体、各种大小的有机分子蛋白质、脂质和糖等高分子组成的复杂溶液，其中又悬浮着大量的血细胞，因此血液是一种非牛顿粘性流体，即血液的粘度不是常数。血液粘度不服从牛顿粘滞定律的原因很多，主要是由于血液中含有红细胞，全血的粘度与血细胞的比容(血细胞在血液中所占容积的比值)、血细胞的聚集性和变形性、管径变化(内径在1mm以下微细血管的管径变化)及温度都有关系。血浆可看做牛顿流体，影响血浆粘度的因素主要是温度和各种溶于血浆蛋白的含量。此外，血液具有屈服应力、粘弹性和触变性等特性。二、血液在各种血管中的流动由于心脏有节奏地间歇射血，使主动脉与其他大动脉中的血液流动参数—压强、速度、血管半径等都是一些按心动周期而随时间变化的量，或者说，在这些血管中，血液的流动是非定常的脉动流。但在微动脉、毛细血管和静脉中，血液的压强脉动已很不明显，因此，往往近似地认为在这些血管中血液流动参数与时间无关，即认为血液的流动可近似视为不可压缩液体在管中作稳定流动。由于血管的垂直总截面面积从动脉到毛细血管逐渐增大，而从毛细血官到静脉又逐渐减小，由连续性原理可知，血流速度从动脉到毛细血管逐渐减慢，而从毛细血管到静脉又逐渐加快，如图1所示。但需要说明的是：①由于血管有分支，因而截面积S指的是同类血管的总截面积；②由于血液是粘性液体，血管中同一截面上靠近管壁和靠近轴心处图1人体各类血管的总截面积和血液的平均流速间的关系的流速并不相等，因而流速v指的是截面上的平均流速。大动脉内血液流动速度快，流量大，可出现湍流，管壁血流的剪变率高，血液粘性对血流的影响较小，即在较大的血管中，全血的流变性更接近牛顿流体。动脉血流与脉搏传播的关系，一般认为后者比前者速度快10～20倍，但受管壁原厚度及刚度影响。均匀刚性管道定常流动时，雷诺数超过1500后，液流由层流向湍流过渡，但在脉动情况下，临界雷诺数还不能确定。测量动脉血压时，常听到的柯罗托克夫音与狭窄血管血液流动相仿，但其机制仍不清楚，可能与湍流的出现有某些关系。湍流增加血流的能量和压强损失，但也促进血流混合，有利于氧的运输。由于小动脉由粗变细，小动脉血流的特点主要是血压降低最为显著。血液从微动脉流向毛细血管时的特点是缓慢，由于许多毛细血管的直径（细的仅有m5）比红细胞直径（一般为m8）要小。因此红细胞必须在变形以后呈单列地在毛细血管中前进。红细胞与红细胞之间有流动着的血浆，红细胞与毛细血管之间也有一个薄的血浆层。红细胞之间的血浆中，靠近管壁时血浆因粘性而减速，它们比中心处的血浆流得慢，从而形成了回流。这些回流的存在有利于将细胞中的氧气输入到毛细血管的管壁，而后再进一步透过毛细血管，渗进人体组织，同时回流有助于形成红细胞与毛细血管壁之间的血浆层，在它们之间起润滑作用。血液由微动脉到毛细血管再到微静脉的流动称为微循环。微循环的血流特点是血压低、流速慢，对于物质交换很有利。血管的直径并不远大于血细胞的直径，因此不能将血液看成均匀、连续的物质。由于微血管距心脏较远，因此左心室的收缩压力不足以成为此处血液流动的唯一动力。在血液流动过程中，不仅每个管截面上红细胞的分布不均匀，而且从主管流向各支管的红细胞量也往往不和支管的截面成比例，由于物质和流动的不均匀性，加上微动脉平滑肌的收缩用用，使得微循环中的流动极不稳定，它不象动脉那样按心搏的周期运动，而是在很大程度上带有随机性和突然性。另外在毛细血管中，值得研究的不仅有红细胞的运动，还应该研究红细胞之间，红细胞与管壁之间的血浆运动。这些运动对于血液流动，物质的传递和交换都有直接的影响。血液经微循环后，由微静脉汇集于静脉，而后流回心脏。微静脉和静脉中的血液流动的特点有血容量大（人体80%贮存在静脉），静脉多与动脉伴行，这样可借助于动脉的搏动来推动它的血液流动。血流在静脉中的压力远低于邻近处动脉中的血流压力，甚至低于大气压。低流速、易受压坍陷，也易受负压扩张。生理情况下促进静脉回流的因素中既有正压、也有负压。正压作用如肌肉收缩促进静脉回流，负压作用如心脏舒张时负压使血液回心，胸腔负压扩张腔静脉系统等作用。此外，重力、体位以及运动对静脉压的影响较大。