血液循环系统概述

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人体血液循环系统概述

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2014年 11月7日

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目录

1.血液循环系统 (3)

1.1.前人对血液循环系统的认识 (3)

1.1.1.古代西方学者的研究 (3)

1.1.2.东方人的认识 (4)

1.2.血液循环系统的定义 (4)

2.红细胞的流变性质 (4)

2.1.红细胞的沉降率 (4)

2.2.红细胞的变形性 (5)

2.2.1.红细胞变形性的重要作用 (5)

2.2.2.红细胞的变形性的决定因素和影响因素 (6)

3.血液的组成及其性质 (6)

3.1.血液的组成 (6)

3.2.血液的性质 (7)

3.2.1.血液的非牛顿粘性 (7)

3.2.2.血液的粘弹性和触变性 (7)

4.血液流变性质的定量描述 (8)

4.1.法林效应 (8)

4.2.轴流现象 (8)

5.血液循环系统动力学描述 (8)

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1.血液循环系统

1.1.前人对血液循环系统的认识

1.1.1.古代西方学者的研究

公元前6世纪，古希腊哲学家们就开始认识到心脏、血管和脉搏之间的某些关系。如公元前4世纪，希腊医圣Ｈｉｐｐｏｃｒａｔｅｓ(460～375，Ｂ·Ｃ)就清楚心脏的位置以及它和血管的联系,但是，他们所观察到的是人尸体中的现象。在尸体内，几乎所有的血液都被驱入静脉，而动脉中则是空的。因此，他们断言动脉内充满来自肺进入的空气。Ｈｉｐｐｏｃｒａｔｅｓ认为，人体健康与否取决于体内4种液体的平衡作用，这就是所谓的四素论学说。四素论学说认为，人体内存在4种液体，即红液(血)、黄液(胆汁)、黏液和黑液(贮存于脾)。每种液体都有一定属性，血液温湿，胆汁温干，黏液冷湿，黑液干冷，认为只有4种液体的平衡，才能维持人体的正常机能。

古代西方学者对血液循环作过较系统研究，做出重要贡献的应为亚里士多德(384～322，Ｂ·Ｃ)。他对血管系进行了系统的观察，指出血管的重要性，心脏是最早成熟和最后死亡的器官。他描述了心包和心脏的轮廓，大血管在心脏的出入口。他认为血液是从心脏流至全身其他部分，并营养全身。

古罗马的盖仑是古希腊继亚里士多德之后的第一个伟大的医学泰斗，成为最早用实验方法研究动物生理功能的先驱，盖仑还在当时极其简陋的条件下，通过科学而巧妙的设计构思，进行了很多心血管功能的有益探索，对血液循环发现史做出了巨大的贡献。盖仑通过解剖动物,研究了心脏、血管和脉搏,指出心脏有左右2个心室。他认为血液由肝生成。血液在“自然灵气”的推动下，一部分由肝分别送往身体的各部分，另一部分由肝静脉经下腔静脉注入右心室，后通过心室隔膜上的小孔，一滴一滴的流入左心室。血液在左心室注入由肺进入的“活力灵气”，从而使原来的静脉血变为动脉血。动脉血再分布至全身，进入脑部动脉血中的“活力灵气”变为“动物灵气”，从而使全身有了感觉。

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1.1.

2.东方人的认识

《黄帝内经》中多处记载了气血循环的现象,如“心生血，… …在体为脉，在藏为心”，“心主身之血脉”，“经脉流行不止，环周不休”，“经脉之相贯，如环无端”，“人受气于谷，谷人于胃，以传于肺，五藏六腑，皆以受气，其清者为营，浊者为卫，营在脉中，卫在脉外，营周不休，五十度而复大会，阴阳相贯，如环无端”。这些记载，已可见心与血管系统关系的雏形，尽管还比较粗放和笼统，也不乏主观臆测的成份，但其明确指出血液运行“流行不止”、“营周不休”、“如环无端”，更说明他们对血液“循环”已有初步的认识。

1.2. 血液循环系统的定义

血液循环系统是血液在体内流动的通道，分为心血管系统和淋巴系统两部分。淋巴系统是静脉系统的辅助装置。而一般所说的循环系统指的是心血管系统。

血液循环系统由血液、血管和心脏组成。如果分为两大部分，即为血管和心脏组成。

人体的循环系统由体循环和肺循环两部分组成。

2. 红细胞的流变性质

2.1. 红细胞的沉降率

红细胞的比重约为1.098（4摄氏度），而血浆的比重约1.024（4摄氏度），因此，红细胞在重力作用下将从悬浮液中沉淀出来，这种现象叫做沉降。沉降的速度叫做沉降率，除了怀孕以来，细胞的沉降率加快总认为是不正常的。

当红细胞在血浆中下沉时，其速度受很多因素的影响。Stokes 指出，刚性球体通过无限界的流体运动所受的粘滞阻力

6s f rv πη=

式中η 为流体粘度，r 为球体半径，v 是球体速度。Stokes 定律不能直接应

用于红细胞在血浆中的沉降，因为它的速度不仅取决于红细胞的尺寸、红细胞和血浆的密度以及血浆的粘度，而且还与红细胞的形状和方位有关。红细胞的聚集和红细胞叠连之间的相互作用，都将影响红细胞沉降率。因此，沉降率的变化可以度量红细胞表面性质的变化，它与红细胞的聚集密切相关。

红细胞的沉降已被广泛地用来检查各种疾病的进程。在做血沉试验时，一根细而长的有刻度的管子充以柠檬酸钾的血液，在温度22—27摄氏度下，管子保持竖直。一般是以红细胞的上水平线以上的血浆柱高度作为红细胞沉降的记录。

2.2.红细胞的变形性

2.2.1.红细胞变形性的重要作用

静止时，红细胞为直径8um的双凹圆盘形，但受外力时很容易变形。外力除去后又易于恢复原状。在显微镜下观察毛细血管床，可以发现作伞状、弹丸状等各种形状运动的红细胞。

红细胞的变形性在血液循环中，特别是在微循环中起着重要作用。由于红细胞的这种显著的变形性，使它能够通过比它本身直径还小的毛细血管。脾脏的毛细血管最窄，它的平均直径仅有3um左右。红细胞的变形性对因动脉硬比或血栓形成的非常狭窄的血管中的循环，也都起着重要的作用。如果红细胞的变形能力降低，则血液粘度增加因而血流量亦减少。结果会导致切变率减小，因血液的非牛顿粘性又使血液粘度增加，血流量减少从而引起恶性循环。

Fisher等人(1978)发现了红细胞膜的坦克履带式运动。例如，悬浮于高粘度酌葡萄掐溶液中的红细胞，在切应力影响下变形成椭球体。随着切应力的增加，其延伸率接近最大值，同队红细胞膜作坦克履带式运动，其转动频率随切变率而直线地增加，由于红细胞膜的这种坦克履带式转动，就将所受切应力向细胞内传递，引起红细胞内容物的运动，这样可使O2或CO2分子与血红蛋白更好地混合，促使气体分子与血红蛋白结合，使红细胞能更有效地发挥其输运气体的功能。

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2.2.2.红细胞的变形性的决定因素和影响因素

红细胞的表面积与体积的比值，是决定红细胞变形性的重要因素。红细胞膜的面积对于体积来说相对过剩，使红细胞能变成各种形态，而不必增加表面积。在表面积和体积不变的情况下，正常红细胞可拉伸至原长的230％。如果要使红细胞膜表面积增加2—3％，就可使红细胞膜破坏。

红细胞的变形性还决定子红细胞膜的粘弹性质，而粘弹特性又与细胞膜的成分及其在膜中的结构和排列有关。B1ank和Evans等人提出了红细胞膜的物质结构模型。他们认为红细胞膜外层由脂双层形成阻止膜表面积变化的紧密内聚性结构，由于这种结构的液体特性而易于产生变形。膜表面下的骨架蛋白结构使脂双层具有稳定的力学结构，膜表面下的血影蛋白网状结构又使红细胞具有抗高剪切的能力，确保红细胞维持原形或变形后再恢复原形。这种维持和恢复红细胞原形的能力，不仅要考虑膜的弹性，而且还要考虑膜内的粘性损耗过程，因为这一过程限制了红细胞变形后的恢复率。

红细胞细胞质的粘度称为红细胞的内粘度，它是决定红细胞变形性的又一重要因素。内粘度又决定于细胞内血红蛋白的浓度和理化性质。

影响红细胞变形性的外部因素，有血浆蛋白的成分与含量、血浆的渗透压、温度。pH值、电解质的成分与含量、氧分压和二氧化碳分压、ATP水平以及氧化剂的作用等。

3.血液的组成及其性质

3.1.血液的组成

血液由红细胞、白细胞、血小板和血浆组成。红细胞等成为有形元素。全血稍呈碱性，pH值在7.35-7.40之间，比重约为1.056（4摄氏度）。

对血浆力学性质影响最大的是各种蛋白质。其中白蛋白分子量最小，约69,000，但含量最高，主要作用是调节血浆容量及pH值。球蛋白种类繁多，分子量在35000-1000000之间，它主要参与各种反应。血纤维蛋白原是长链大分子，

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分子量达1,300,000，但含量最少，在凝血过程中起重要作用。从血浆中把纤维蛋白原去掉，就是血清。

影响血液流变性质得住啊哟是红细胞，它可以看做是高度可变形的充液弹性薄壳体。细胞膜很薄，约3-7?810m μ- 。细胞质是血红蛋白的水溶液，浓度约为33%，pH=7.4。整个红细胞的比重约为1.098（4摄氏度），故血液可看作红细胞与血浆组成的、比重相近的悬浮液。

3.2. 血液的性质

3.2.1.血液的非牛顿粘性

如果我们用粘度计来测量血液的流变性质，就会发现在平衡状态下，切应力与切变率是非线性的。若仍用牛顿粘滞定律来描述

a τηγ=

a η 不能再看作介质的物性参数，称为表观粘度。

人血粘度随温度的变化，表现为在同样的切变率条件下，温度升高则粘度降低。

3.2.2.血液的粘弹性和触变性

Thurston(1972一1978)、钱购(1975)等观测了在非定常流动条件下的血液流变性，发现血液具有粘弹性，即应力不仅取决于瞬时切变率，而且与历史过程有关。在生理上，血流都是非定常的，应该计及血液的粘弹性。为了简化，分析大血管时通常不计粘弹性，但血管较小时(如冠状动脉)，血液粘弹性效应则应考虑。

血液的粘弹性一方面依赖于切变率，另一方面也依赖于剪切时间，即切变率恒定时，血液粘度随时间而变。如果时间足够长，粘度到达一定值后也不再随时间改变，其值仅仅取决于切变率，这就是血液的触变性。

一般来说，在低切变率下，如小于0.11s - ，血液表现为粘弹流体。切变率在0.1-101s - 范围内，血液具有触变特性。

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4. 血液流变性质的定量描述

4.1. 法林效应

法拉奥伊斯和林奎斯特在本世纪30年代由实验发现，当切变率较高时，在细小的管（内径小于200um ）中流动的血液其表观粘度将显著下降。因此常把细管半径对血液粘度影响的这种效应叫做法林效应。理论上计算的粘度η 与表观粘度a η 的关系为

2(1D/R)a ηη=+

式中D 为血细胞的线径，R 为血管半径。上式说明，当D<

4.2. 轴流现象

在细的管道内流动的血液由于管轴到管壁有一明显的速度分布，管轴处速度梯度最小，管壁处大。及切变率中小边大因而血细胞发生旋转，收到一指向轴心的力而向轴心靠拢，使得在管壁附近形成一几乎不含血细胞的血浆层。这就是在微循环小血管内经常可见到的轴流现象。轴流现象是一种复杂现象。

总之，血液在细小血管中流动时，由于轴流现象，使得靠近管壁处形成一血浆层，再加上法林效应，使其表观粘度减小，有利于微循环的有效灌注。

5. 血液循环系统动力学描述

人体血液循环动力学系统中由于血管具有弹性，在心脏和大动脉中又有紊流,使得心血管网络的边界条件变得特别复杂。若将血液循环动力学系统中的血压和

血流用电路中电压和电流进行模拟，血流过程中的惯性、弹性以电路中的电感、电容模拟，血液在血管中流动的阻尼用电路中的电阻模拟,就可以得到一种适合于状态空间电路分析的人体血液循环动力学系统非线性模型。

血液在心血管系统中最基本的研究对象是流量、阻力和压力之间的关系。血管的弹性和血液的非牛顿性(非理想液体)使血液在血管内的流动既类似又不完全符合一般流体力学的原则。

图1表示血液循环系统及其模拟电路模型，该系统包括左心房、左心室、上升主动脉、颈动脉、下降主动脉(包括降主动脉内的气囊泵)和外部循环血管。

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