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生物力学课程——心脏力学 心脏在血液循环系统中周流不息、心脏在血液循环系统中周流不息、循环不止循环系统中推动血液运动循环不止循环系统中推动血液运动的动力源是心脏心脏有节律的收缩的动力源是心脏心脏有节律的收缩和舒张运动，以及心脏瓣膜的单向导和舒张运动，以及心脏瓣膜的单向导流作用，保证了心脏能起到推动血液流作用，保证了心脏能起到推动血液循环的动力泵作用循环的动力泵作用生物力学课程——心脏力学左心室的压力左心室的压力—容积关系容积关系心脏构造心脏构造心电系统心电系统心脏搏动的力学过程心脏搏动的力学过程心脏的泵功能心脏的泵功能生物力学课程——心脏力学 第一节第一节 心脏构造心脏构造 ( The structure of heart) 一一. .人的心脏分为四个腔室人的心脏分为四个腔室 左心房、右心房、左心室、右心室左心房、右心房、左心室、右心室 心心房房壁壁薄薄、、心心室室壁壁厚厚，，且且左左心心室室比比右右心心室室厚厚，，这这主主要要是是它它们们在在血血液液循循环环中中起起的的作作用用及及提提供供和和承承受受的的压压力力的的大大小小不不同同所所致，右心室的压力仅为左心室的致，右心室的压力仅为左心室的1/61/6左右。

左右生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学二二. .循环循环生物力学课程——心脏力学• 体循环动力源于左心室，血泵入主动脉，经过体循环动力源于左心室，血泵入主动脉，经过动脉、毛细血管、静脉系统流回右心房，经三动脉、毛细血管、静脉系统流回右心房，经三尖瓣进入右心室尖瓣进入右心室• 肺循环的动力由此发出右心室收缩将血泵肺循环的动力由此发出右心室收缩将血泵入肺动脉，经肺微血管进行氧合后进入肺静脉，入肺动脉，经肺微血管进行氧合后进入肺静脉，流回左心房，左心房中的经二尖瓣再压入左心流回左心房，左心房中的经二尖瓣再压入左心室，从而完成了整个血液循环室，从而完成了整个血液循环生物力学课程——心脏力学 三三. .瓣膜瓣膜 由于血液是单向流动，因由于血液是单向流动，因此在心房到心室，心室到动此在心房到心室，心室到动脉之间都有单向脉之间都有单向“阀门阀门”进进行控制，这就是心脏的四个行控制，这就是心脏的四个瓣膜 四个瓣膜位于同一个平四个瓣膜位于同一个平面上由于左心室的负荷较面上由于左心室的负荷较高，因此四个瓣膜中二尖瓣高，因此四个瓣膜中二尖瓣和主动脉瓣的发生病变的机和主动脉瓣的发生病变的机率最高。

率最高生物力学课程——心脏力学 心心脏脏瓣瓣膜膜由由胶胶原原纤纤维维构构成成，，是是一一层层致致密密的的结结缔缔组组织织，，非非常常柔柔韧韧，，很很容容易易变变形形，，其其两两侧侧表表面面覆覆盖盖着着心心内内膜膜，，胶胶原原纤纤维维使使瓣瓣叶叶强强韧韧，，经经受受住住较较大大的的负负荷荷，，而而内内皮皮组组织织又又具有抗血栓形成的功能具有抗血栓形成的功能生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学四四. .心壁可分为三层心壁可分为三层 心内膜心内膜 心肌层心肌层 心外膜心外膜 心内膜心内膜是一层光滑的薄膜，由内皮组织是一层光滑的薄膜，由内皮组织和少量的结缔组织组成，因此有利于血液流和少量的结缔组织组成，因此有利于血液流动，且可抗血栓形成动，且可抗血栓形成生物力学课程——心脏力学 上皮组织上皮组织 心外膜心外膜 纤维结缔组织纤维结缔组织 少量脂肪组织少量脂肪组织 它与坚韧的心包膜相连形成密闭的心包它与坚韧的心包膜相连形成密闭的心包腔，腔内有少量液体，可减少心脏运动过程腔，腔内有少量液体，可减少心脏运动过程与周围组织的摩擦，并限制心脏过分扩大与周围组织的摩擦，并限制心脏过分扩大。

生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学 心肌层心肌层由心肌纤维呈复杂排列，成束的心由心肌纤维呈复杂排列，成束的心肌细胞呈螺旋状排列，肌纤维的方向从心外膜到肌细胞呈螺旋状排列，肌纤维的方向从心外膜到心内膜也呈旋转状心内膜也呈旋转状 以左心室壁为例，与心外膜相邻的肌纤维自以左心室壁为例，与心外膜相邻的肌纤维自心尖到基底纵向排列，同时肌纤维向心室内壁旋心尖到基底纵向排列，同时肌纤维向心室内壁旋转，在心壁中层纤维平行于基底，然后向内继续转，在心壁中层纤维平行于基底，然后向内继续旋转，邻近心内膜处肌纤维又变成纵向排列旋转，邻近心内膜处肌纤维又变成纵向排列 这这种种结结构构在在心心脏脏收收缩缩时时，，心心肌肌各各部部分分同同时时作作用产生的力使心室近于球形，有利于心脏射血用产生的力使心室近于球形，有利于心脏射血生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学第二节第二节 心电系统心电系统(electrocardio-system) 心心脏脏功功能能状状态态与与两两个个过过程程密密切切相相关关，，即即心心电电过过程程和和心心肌肌收收缩缩过过程程，，因因为为心心肌肌收缩是在心电信号的刺激下进行的。

收缩是在心电信号的刺激下进行的生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学 心心脏脏由由心心肌肌组组成成由由于于心心肌肌的的每每次次收收缩缩都都需需要电刺激，故心脏必有一完整的电系统：要电刺激，故心脏必有一完整的电系统： 电信号发生中心电信号发生中心 电信号传输系统电信号传输系统 生物力学课程——心脏力学心电的产生和传输心电的产生和传输: : 1. 1.窦房结（窦房结（S-AS-A结）结）: : • 心脏的电信号发生中心，是每一心博周期内最心脏的电信号发生中心，是每一心博周期内最 早出现电活动的区域早出现电活动的区域 在成人的心房中其尺寸约为在成人的心房中其尺寸约为25×3（或（或4））×2mm3• 由小而圆的起博由小而圆的起博P细胞和细长的过度细胞组成细胞和细长的过度细胞组成生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学 发自发自S-AS-A的电信号的电信号直接传到直接传到右心房右心房传输速度为传输速度为1m/s若干特定的肌纤维束将信号若干特定的肌纤维束将信号 传至传至左心房左心房三条肌纤维束将三条肌纤维束将S-AS-A的信号传至的信号传至 房室结房室结A-VA-V生物力学课程——心脏力学 2.房室结（房室结（A-VA-V结）结）:• A-V结是信号传输站，结是信号传输站，3×10×22mm3。

• 组成与组成与S-A差不多，但差不多，但P细胞较少细胞较少• A-V结使来自结使来自S-A结的信号迟后一定的时间结的信号迟后一定的时间,然后再经房室束或称希氏束传向心室然后再经房室束或称希氏束传向心室 希氏束是连接心房和心室的唯一的肌肉组织人体的希希氏束是连接心房和心室的唯一的肌肉组织人体的希氏束在分叉前长约为氏束在分叉前长约为12mm生物力学课程——心脏力学 电信号传输到电信号传输到A-VA-V结的滞后现象使得心室有充分的结的滞后现象使得心室有充分的时间舒张，有利于心房的血向心室充盈这一滞后在时间舒张，有利于心房的血向心室充盈这一滞后在心电图中表现为心电图中表现为P P波与波与QRSQRS综合波之间的一段时间间隔综合波之间的一段时间间隔 如果如果A-VA-V结的滞后现象延长，或者心房的兴奋部分结的滞后现象延长，或者心房的兴奋部分地或全部地被阻止传到心室，则称为传导阻滞病理地或全部地被阻止传到心室，则称为传导阻滞病理性传导阻滞可因神经作用、炎症或药物因素所引起性传导阻滞可因神经作用、炎症或药物因素所引起生物力学课程——心脏力学 希氏束希氏束（房室束）（房室束）左束支左束支右束支右束支浦肯野氏纤维，浦肯野氏纤维，遍布于两心室壁上。

遍布于两心室壁上传输速度约传输速度约14m/s 最最后后，，电电信信号号由由心心肌肌细细胞胞自自身身传传输输，，由由一一个个心心肌细胞到下一个心肌细胞肌细胞到下一个心肌细胞生物力学课程——心脏力学 表达了心电系统及心电系统的各个部位的表达了心电系统及心电系统的各个部位的动作电位变化的过程和体表心电图动作电位变化的过程和体表心电图生物力学课程——心脏力学 体体表表心心电电图图是是将将测测量量电电极极放放置置在在人人体体表表面面一定部位所记录出来的心电变化曲线一定部位所记录出来的心电变化曲线 通通过过详详细细分分析析这这些些电电位位的的变变化化，，可可以以大大概概了了解解心心脏脏的的解解剖剖学学定定位位、、心心脏脏的的相相对对大大小小、、节节律律和和传传导导的的各各种种障障碍碍、、心心肌肌缺缺血血性性损损伤伤的的范范围围、、位位置置和和进进程程以以及及某某种种药药物物的的影影响响等等等等但但必必须须强强调调的的是是心心电电图图反反映映心心脏脏兴兴奋奋产产生生、、传传导导和和恢恢复复过过程程中中的的生生物物电电变变化化，，并并不不能能直直接接给给出出关关于于心脏作为一个泵的力学性能信息。

心脏作为一个泵的力学性能信息生物力学课程——心脏力学第三节第三节 心脏搏动的力学过程心脏搏动的力学过程 The mechanical process of cardiac impulse 生物力学课程——心脏力学心脏在血液循环中起着动力泵的作用心脏在血液循环中起着动力泵的作用• 心房或心室舒张时，肌肉松弛，心腔扩大，其内心房或心室舒张时，肌肉松弛，心腔扩大，其内压降低，静脉血回流入心；压降低，静脉血回流入心；• 心房或心室收缩时，心肌收缩，心腔缩小，其内心房或心室收缩时，心肌收缩，心腔缩小，其内压升高，将血液泵入动脉压升高，将血液泵入动脉生物力学课程——心脏力学 整个过程中，心肌的收缩是在心电信号的刺激下产生的整个过程中，心肌的收缩是在心电信号的刺激下产生的 心动周期心动周期——心房或心室每收缩和舒张一次所经历的时间心房或心室每收缩和舒张一次所经历的时间 成年人的正常心率约每分钟成年人的正常心率约每分钟7575次，次， 故每一心动周期约故每一心动周期约0.80.8秒。

秒心房收缩期心房收缩期0.1秒秒心房舒张期心房舒张期0.7秒秒心室收缩期心室收缩期0.3秒秒心室舒张期心室舒张期0.5秒秒0.80.8秒秒 心房和心室有共同的舒张心房和心室有共同的舒张期期0.4秒，由此可见每次收缩后秒，由此可见每次收缩后有充分的舒张时间使心脏得以有充分的舒张时间使心脏得以休息生物力学课程——心脏力学 左心房、左心室、右心房、右心室以及主动脉和肺动脉左心房、左心室、右心房、右心室以及主动脉和肺动脉中压力的变化关系，并且图中表示出了四个瓣膜的开闭状态中压力的变化关系，并且图中表示出了四个瓣膜的开闭状态生物力学课程——心脏力学心房、心室舒缩心房、心室舒缩心房和心室之间，心房和心室之间，心室和主动脉之间心室和主动脉之间 压力差压力差瓣膜启闭和血液瓣膜启闭和血液流动的直接动力流动的直接动力瓣膜的启闭则在血液单向流动方面起关键作用瓣膜的启闭则在血液单向流动方面起关键作用生物力学课程——心脏力学 总总之之，，心心脏脏是是个个很很精精密密又又很很复复杂杂的的器器官官，，它它的的功功能能的的正正常常发发挥挥是是生生化化、、心心电电、、机机械械运运动动等等多多种种过过程程的的综综合合。

其其中中任任何何一一个个环环节节出出现现问问题题，，心心脏脏就就不不能能正正常工作，这将给人的生命带来威胁常工作，这将给人的生命带来威胁生物力学课程——心脏力学第四节第四节 左心室的压力左心室的压力—容积关系容积关系(Pressure-Volumn of ventriculus sinister cordis 在一个心动周期中，心脏（以左心室为例）在一个心动周期中，心脏（以左心室为例）内的压力内的压力p p(t)(t)和容积和容积V V(t)(t)都是随时间都是随时间t t作周期性作周期性变化，那么若将变化，那么若将p p(t)(t)和和V V(t)(t)曲线在曲线在p p- -V V图上表示图上表示成一个压力成一个压力- -容积环，它可表示心脏的工作过程容积环，它可表示心脏的工作过程生物力学课程——心脏力学生物力学课程——心脏力学（（1 1））ABAB段段表表示示心心室室充充盈盈期期或或舒舒张张期期充充盈盈期期从从A A点点开开始始，，在在A A点点处处，，二二尖尖瓣瓣开开启启，，此此时时心心室室处处于于舒舒张张状状态态，，心心肌肌松松弛弛，，心心房房向向心心室室充充血血，，使使其其达达到到B B点点，，这这时时心心室室容容积积到到最最大大，，称称为为舒舒张张期期末末容容积积V Veded，，而而压压力力仅仅有有少少许许上上升升直直达达到到舒舒张张期期末末压力压力p peded。

在在B B点二尖瓣关闭点二尖瓣关闭生物力学课程——心脏力学（（2 2）） BCBC段段表表示示心心室室的的等等容容收收缩缩期期从从二二尖尖瓣瓣关关闭闭的的B B点点开开始始到到C C点点是是心心室室的的等等容容收收缩缩期期在在BCBC段段，，心心室室收收缩缩使使心心室室压压力力急急剧剧上上升升，，但但由由于于主主动动脉脉瓣瓣尚未开启，所以心室容积不变尚未开启，所以心室容积不变生物力学课程——心脏力学（（3 3））CDCD段段表表示示心心室室射射血血期期或或收收缩缩期期从从主主动动脉脉瓣瓣开开启启的的C C点点开开始始，，心心室室收收缩缩将将血血液液射射入入主主动动脉脉，，心心室室容容积积减减小小到到D D点点所所对对应应的的容容积积值值，，这这称称为为收收缩缩期期末末容容积积V Veses，，D D点点所所对对应应的的压压力力称称为为收收缩缩期期末末压力压力P Peses生物力学课程——心脏力学（（4 4）） DADA段段表表示示心心室室的的等等容容舒舒张张期期，，从从主主动动脉脉瓣瓣关关闭闭的的D D点点开开始始，，心心室室舒舒张张，，压压力力下下降降，，但但心心室室的的容容积积保保持持不不变变，，这这称称为为等等容容舒舒张张期期。

在在DADA段段，，心心室室压压力力降降到到A A点点，，使使二二尖尖瓣瓣再再次次开开启启，，进进入入下一个循环下一个循环生物力学课程——心脏力学 由由此此可可见见，，利利用用压压力力- -容容积积环环，，可可以以解解释一个心动周期内心脏的力学过程释一个心动周期内心脏的力学过程 在在 p-V p-V 图图上上，，心心脏脏的的压压力力- -容容积积环环是是反反时时针针方方向向进进行行的的在在心心室室充充盈盈期期（（ABAB段段））和和射射血血期期（（CDCD段段））心心室室容容积积有有较较大大范范围围变变化化，，而而心心室室压压力力变变化化却却不不大大在在等等容容舒张和收缩期，心室压力有急剧变化舒张和收缩期，心室压力有急剧变化生物力学课程——心脏力学 由压力由压力- -容积环可直接读出心室舒容积环可直接读出心室舒张末期的压力张末期的压力p peded和和V Veded以及收缩末期的以及收缩末期的压力压力P Peses和容积和容积V Veses显然心室的每搏输显然心室的每搏输出量将为出量将为SV=SV=V Veded－－V Veded而压力- -容积环容积环所包围的面积则表示一个心动周期内所包围的面积则表示一个心动周期内左心室所作的输出功。

左心室所作的输出功生物力学课程——心脏力学 第五节第五节 心脏的泵功能心脏的泵功能 从从医医学学和和生生理理学学来来看看，，心心脏脏的的功功能能状状态态与与两两个个过程密切相关，即过程密切相关，即 心电过程心电过程------心电图心电图的宏观反映的宏观反映心肌收缩过程心肌收缩过程------体现为心脏的泵功能体现为心脏的泵功能生物力学课程——心脏力学 心心脏脏泵泵功功能能正正常常与与否否直直接接关关系系到到心心脏脏向向外外周周血血管管输输送送血血液液量量的的多多少少，，这这是是医医学学临床研究中经常遇到和关心的问题临床研究中经常遇到和关心的问题生物力学课程——心脏力学 临床上将心脏泵血功能障碍导致心临床上将心脏泵血功能障碍导致心输出量减少，以至于不能满足全身组织输出量减少，以至于不能满足全身组织代谢需要的病理过程称为心力衰竭，同代谢需要的病理过程称为心力衰竭，同时将心力衰竭的早期过程称为心功能不时将心力衰竭的早期过程称为心功能不全，心力衰竭往往是多种心血管疾病发全，心力衰竭往往是多种心血管疾病发展变化的共同结果。

展变化的共同结果生物力学课程——心脏力学 心力衰竭的临床表现受心力衰竭发生心力衰竭的临床表现受心力衰竭发生部位的影响而不同按发生部位分为左部位的影响而不同按发生部位分为左心衰竭、右心衰竭和全心衰竭左心衰心衰竭、右心衰竭和全心衰竭左心衰竭多见于冠状动脉粥样硬化性心脏病、竭多见于冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压、主动脉狭窄或关闭不全、二尖高血压、主动脉狭窄或关闭不全、二尖瓣狭窄或关闭不全等，导致左心输出量瓣狭窄或关闭不全等，导致左心输出量减少，肺部淤血或水肿减少，肺部淤血或水肿生物力学课程——心脏力学 右心衰竭见于肺心病、三尖瓣或肺动右心衰竭见于肺心病、三尖瓣或肺动脉瓣疾病，并常继发于左心衰竭，结果表脉瓣疾病，并常继发于左心衰竭，结果表现有心输出量减少、静脉压增加，常伴有现有心输出量减少、静脉压增加，常伴有下肢水肿，严重时可伴有全身水肿下肢水肿，严重时可伴有全身水肿生物力学课程——心脏力学 全心衰竭是左右心室同时发生的一全心衰竭是左右心室同时发生的一种心力衰竭，如心肌炎、心肌病等引起种心力衰竭，如心肌炎、心肌病等引起全身衰竭，或继发于左心衰并发右心衰全身衰竭，或继发于左心衰并发右心衰竭，结果表现既有左心衰又有右心衰的竭，结果表现既有左心衰又有右心衰的临床症状。

临床症状生物力学课程——心脏力学 显显然然心心输输出出量量的的减减少少与与组组织织代代谢谢对对血血液液量量的的需需求求增增加加都都会会导导致致心心功功能能不不全全或或心心力力衰衰竭竭有有时时心心力力衰衰竭竭发发生生在在心心输输出出量量并并不不减减少少甚甚至至是是升升高高时时，，但但机机体体对对血血液液量量的的需需求求增增加加使使心心输输出出量量相相对对减减少少，， 因因此此心心力力衰衰竭竭可可分分为为高高输输出出和和低输出两类心力衰竭低输出两类心力衰竭 总总之之，，心心力力衰衰竭竭是是一一种种心心脏脏功功能能的的严严重重失失代代偿偿表表现现因因此此，，在在临临床床上上需需客客观观的的指指标标评评价价心脏的泵功能心脏的泵功能生物力学课程——心脏力学 一、评价心脏泵功能的指标一、评价心脏泵功能的指标心输出量心输出量心脏指数心脏指数射血分数射血分数搏功等搏功等生物力学课程——心脏力学二、影响心脏泵功能的因素二、影响心脏泵功能的因素 如前所述，在一个心动周期内，如前所述，在一个心动周期内， 心电图心电图 房室压力房室压力 房室房室容积容积 心脏瓣膜心脏瓣膜 均发生一系列的变化：均发生一系列的变化：生物力学课程——心脏力学 心电信号的发生心电信号的发生心肌的收缩和舒张心肌的收缩和舒张导致房室压力和容积的改变导致房室压力和容积的改变控制着各瓣膜的开启和关闭控制着各瓣膜的开启和关闭 从而实现了心脏的泵血功能，保证从而实现了心脏的泵血功能，保证全身各组织和器官代谢需要的血液供给。

全身各组织和器官代谢需要的血液供给生物力学课程——心脏力学心肌收缩舒张的协调性心肌收缩舒张的协调性心肌的弹性和顺应性心肌的弹性和顺应性心肌舒缩耗能作功的能力心肌舒缩耗能作功的能力心室舒张末期的容积与压力高低（前负荷）心室舒张末期的容积与压力高低（前负荷）血液在心脏端口阻力的大小（后负荷）血液在心脏端口阻力的大小（后负荷）各房室瓣膜启闭的性能各房室瓣膜启闭的性能心率快慢心率快慢 在整个过程中，在整个过程中，对心脏搏出量均有直接影响对心脏搏出量均有直接影响生物力学课程——心脏力学心室舒张末期容积心室舒张末期容积——心脏的前负荷心脏的前负荷心脏输出端口阻力心脏输出端口阻力——心脏的后负荷心脏的后负荷生物力学课程——心脏力学 例如，房室心肌的弹性和顺应性降低使心肌舒张收例如，房室心肌的弹性和顺应性降低使心肌舒张收缩性能减弱，因此直接影响心脏的泵血功能；缩性能减弱，因此直接影响心脏的泵血功能； 房室心肌舒缩不协调、左右心房或心室不协调、各房室心肌舒缩不协调、左右心房或心室不协调、各房室瓣膜不能按时启闭，结果表现为心脏搏出量减少；房室瓣膜不能按时启闭，结果表现为心脏搏出量减少； 同样房室瓣膜结构障碍如二尖瓣、三尖瓣狭窄或关同样房室瓣膜结构障碍如二尖瓣、三尖瓣狭窄或关闭不全时，也可导致心脏搏出量减少；闭不全时，也可导致心脏搏出量减少；生物力学课程——心脏力学 总之，从动力学角度看体循环，总之，从动力学角度看体循环，及等是影响心输出量的主要因素。

及等是影响心输出量的主要因素心脏的前负荷心脏的前负荷心脏的后负荷心脏的后负荷心肌收缩力心肌收缩力外周血液循环外周血液循环心率变化心率变化生物力学课程——心脏力学第六节第六节 心脏瓣膜的流体力学问题简介心脏瓣膜的流体力学问题简介 对对于于心心脏脏来来说说，，最最有有意意思思的的流流体体力力学学问问题题是是心心室室的充盈和射血，而这和心脏瓣膜的运动密切相关的充盈和射血，而这和心脏瓣膜的运动密切相关 健健康康人人的的瓣瓣膜膜是是非非常常有有效效的的装装置置打打开开时时，，它它们们对对流流动动的的阻阻力力极极小小，，而而在在很很小小的的压压差差下下它它们们立立即即关关闭闭，，倒倒流流量量很很小小它它们们是是由由胶胶原原纤纤维维构构成成的的，，因因而而其其启启闭闭完完全全受受流流体体动动力力控控制制瓣瓣膜膜的的开开启启原原理理并并不不难难理理解解，，引起争议的是关闭机制引起争议的是关闭机制生物力学课程——心脏力学心脏瓣膜关闭的机理：心脏瓣膜关闭的机理： 在在射射血血后后期期，，流流动动减减速速，，它它造造成成的的逆逆压压力力梯梯度度使使主主动动脉脉瓣瓣（（或或肺肺动动脉脉瓣瓣））关关闭闭。

二二尖尖瓣瓣和和三三尖尖瓣瓣关关闭闭原原理理与与此此相相同同由由于于瓣瓣膜膜关关闭闭是是加速度引起的，故非常灵敏，基本上没有倒流加速度引起的，故非常灵敏，基本上没有倒流生物力学课程——心脏力学第七节第七节 心脏瓣膜病及其心脏瓣膜病及其 血流动力学变化血流动力学变化生物力学课程——心脏力学 心心脏脏瓣瓣膜膜病病是是指指心心瓣瓣膜膜因因先先天天性性发发育育异异常常或或后后天天性性疾疾病病造造成成的的器器质质性性病病变变，，表表现现为为瓣瓣膜膜口口狭狭窄窄或或关关闭闭不不全全，，是最常见的慢性心脏病之一是最常见的慢性心脏病之一生物力学课程——心脏力学 瓣膜关闭不全是指心瓣膜关闭时瓣膜口瓣膜关闭不全是指心瓣膜关闭时瓣膜口不能完全闭合，使一部分血流返回不能完全闭合，使一部分血流返回 瓣膜口狭窄指瓣膜开放时不能充分张瓣膜口狭窄指瓣膜开放时不能充分张开，瓣膜口因而缩小，导致血流通过障碍开，瓣膜口因而缩小，导致血流通过障碍 瓣膜口狭窄或关闭不全可以单独存在，瓣膜口狭窄或关闭不全可以单独存在，也可合并存在。

病变可仅累及一个瓣膜，但也可合并存在病变可仅累及一个瓣膜，但也可两个以上瓣膜（如二尖瓣和主动脉瓣）也可两个以上瓣膜（如二尖瓣和主动脉瓣）同时或先后受累，称联合瓣膜病同时或先后受累，称联合瓣膜病生物力学课程——心脏力学 心心瓣瓣膜膜病病的的主主要要危危害害是是引引起起血血流流动动力力学学的的紊紊乱乱，，加加重重相相应应心心房房和和心心室室的的压压力力性性负负荷荷，，（（瓣瓣膜膜口口狭狭窄窄时时））或或容容积积性性负负荷荷（（瓣瓣膜膜口口关关闭闭不不全全时时）），，导导致致相相应应的的心心房房和和心心室室代代偿偿性性肥肥厚厚（（代代偿偿期期））在在代代偿偿期期，，可可不不出出现现明明显显的的血血液液循循环环障障碍碍症症状状，，当当病病变变加加重重进进入入失失代代偿偿期期，，则则可可出出现现肺肺循循环环和和体体循循环环血血液液循循环环障障碍碍症症状和体征状和体征生物力学课程——心脏力学二尖瓣狭窄二尖瓣狭窄 心室舒张时，左心房的血不能完全进心室舒张时，左心房的血不能完全进入，部分血存留于左心房入，部分血存留于左心房 左心房扩左心房扩张、肥厚，内压升张、肥厚，内压升 影响肺循环，造影响肺循环，造成肺淤血，肺动脉高压成肺淤血，肺动脉高压 右心室肥厚、右心室肥厚、扩张扩张 右心衰右心衰生物力学课程——心脏力学二尖瓣关闭不全（可与狭窄同时发生）二尖瓣关闭不全（可与狭窄同时发生） 左心室收缩时，部分血从左心室返流于左心室收缩时，部分血从左心室返流于左心房，左心房血流左心房，左心房血流↑↑，压力，压力↑↑，左心房扩，左心房扩大、肥厚大、肥厚…… 右心室舒张时，左心房流入的血量相应右心室舒张时，左心房流入的血量相应↑↑（左心房存的血（左心房存的血↑↑）） 左心室容积性左心室容积性负荷负荷↑ ↑ 代偿性肥大，久之，左心房、代偿性肥大，久之，左心房、室均发生失代偿，左心衰室均发生失代偿，左心衰 肺淤血，肺肺淤血，肺动脉高压动脉高压 右心代偿性肥大、进而失代右心代偿性肥大、进而失代偿偿 右心衰、全身静脉淤血右心衰、全身静脉淤血生物力学课程——心脏力学主动脉狭窄主动脉狭窄•对主动脉输出的影响对主动脉输出的影响 （（1 1）左心室的血不能完全泵入主动脉，心输）左心室的血不能完全泵入主动脉，心输出量出量↓↓心功能心功能↓ ↓ 。

（（2 2）冠状动脉供血不足　）冠状动脉供血不足　 心肌缺血心肌缺血生物力学课程——心脏力学• 对左心室影响对左心室影响 左心室存血，左心室内压左心室存血，左心室内压↑ ↑ 左心室扩大、肥厚，严重时左心房也左心室扩大、肥厚，严重时左心房也随之肥大随之肥大 肺慢性淤血肺慢性淤血 右右心肥大心肥大 右心衰右心衰生物力学课程——心脏力学主动脉关闭不全主动脉关闭不全 1. 1. 左心室舒张时左心室舒张时, ,主动脉的血返流于左心主动脉的血返流于左心室造成：室造成：•左心室同时接受从左心房和主动脉的血，左心室同时接受从左心房和主动脉的血， 左心室容量左心室容量↑↑，心腔扩大、增厚心腔扩大、增厚•返流使冠状动脉灌注不足，心肌缺血返流使冠状动脉灌注不足，心肌缺血2. 2. 左心室收缩时（等容收缩），血泄流于左心室收缩时（等容收缩），血泄流于 主动脉，左心室压力升高受限主动脉，左心室压力升高受限 Ws↓Ws↓。

生物力学课程——心脏力学第八节第八节 人造心脏瓣膜人造心脏瓣膜 病人的瓣膜严重毁损，往往不能病人的瓣膜严重毁损，往往不能用单纯成形方法进行矫治，而需要将用单纯成形方法进行矫治，而需要将瓣膜装置的一部或全部用人工代用品瓣膜装置的一部或全部用人工代用品加以替换，即人造瓣膜加以替换，即人造瓣膜生物力学课程——心脏力学 人造心脏瓣膜实为一单向阀门，保证血液人造心脏瓣膜实为一单向阀门，保证血液向前流动而不发生返流，在功能上与人体自然向前流动而不发生返流，在功能上与人体自然的心脏瓣膜相同的心脏瓣膜相同 人造心脏瓣膜的理想标准是：人造心脏瓣膜的理想标准是：（（1 1）流体力学性能接近正常的自然瓣即开放）流体力学性能接近正常的自然瓣即开放时瓣口阻力最小，跨瓣口压力阶差接近于零；时瓣口阻力最小，跨瓣口压力阶差接近于零；瓣口关闭快而严闭，没有回流，血液经过瓣口瓣口关闭快而严闭，没有回流，血液经过瓣口流场合乎生理，无明显涡流流场合乎生理，无明显涡流生物力学课程——心脏力学（（2 2））耐耐久久性性能能好好，，在在植植入入后后的的整整个个生生命命过过程程中中，，人人造造瓣瓣膜膜的的材材料料和和结结构构无无论论是是化化学学的的或或物物理理的的，，性性能能长长期期保保持持稳稳定定。

3 3））人人造造瓣瓣膜膜与与机机体体的的相相容容性性好好具具有有良良好好的的抗抗血血栓栓作作用用，，不不破破坏坏血血液液成成分分，，不不产产生生溶溶血血，，没没有有明明显显的的排排异异反反应应4 4））人人造造瓣瓣膜膜具具有有临临床床应应用的可行性，即外科手术简单易行用的可行性，即外科手术简单易行生物力学课程——心脏力学一．机械瓣膜一．机械瓣膜 人人造造心心脏脏瓣瓣膜膜全全部部采采用用人人工工材材料料制制成的称为机械瓣膜成的称为机械瓣膜生物力学课程——心脏力学 人造机械瓣膜有较好的耐久性，但任人造机械瓣膜有较好的耐久性，但任何种类的机械瓣膜，无论何种材料制成和何种类的机械瓣膜，无论何种材料制成和瓣膜置入在何种部位，均需要进行长期的瓣膜置入在何种部位，均需要进行长期的抗凝治疗机械瓣膜替换手术后最为可怕抗凝治疗机械瓣膜替换手术后最为可怕的并发症是血栓栓塞，手术后第一年发生的并发症是血栓栓塞，手术后第一年发生血栓栓塞率最高血栓栓塞率最高生物力学课程——心脏力学二．生物瓣膜二．生物瓣膜 生生物物瓣瓣膜膜是是采采用用生生物物组组织织仿仿照照人人体体自自然然瓣瓣膜膜的的结结构构制制成成。

采采用用的的生生物物组组织织有有同同种种主主动动脉脉瓣瓣，，同同种种阔阔筋筋膜膜、、硬硬脑脑膜；异种主动脉瓣，异种心包等膜；异种主动脉瓣，异种心包等生物力学课程——心脏力学 生生物物瓣瓣膜膜的的瓣瓣口口中中心心无无活活瓣瓣阻阻挡挡，，成成中中心心通通道道，，生生物物组组织织与与血血液液接接触触面面光光滑滑不不易易形形成成血血栓栓生生物物瓣瓣膜膜于于6060年年代代初初期期开开始始使使用用，，但但因因耐耐久久性性极极差差，，未未能能得得到到推推广广直直到到19651965年年，，采采用用戊戊二二醛醛对对生生物物组组织织进进行行处处理理后后，，瓣瓣膜膜的的耐耐久久性性大大大大提提高高，，自自此此各各种种生生物物瓣瓣膜膜才应运而生才应运而生生物力学课程——心脏力学 但是，移植的生物组织终究是离体但是，移植的生物组织终究是离体的，失去了生命活力的组织，进行性衰的，失去了生命活力的组织，进行性衰退是不可避免的生物瓣膜的退行性变退是不可避免的生物瓣膜的退行性变可能与下列因素有关：可能与下列因素有关：（（1 1）胶原退行性变胶原退行性变2 2）疲劳损害疲劳损害3 3）钙化。

钙化4 4）手术操作不当手术操作不当5 5）免疫排斥反应也可能是生物瓣膜）免疫排斥反应也可能是生物瓣膜退行性变不可忽视的原因退行性变不可忽视的原因生物力学课程——心脏力学三．组织工程心脏瓣膜三．组织工程心脏瓣膜 随随着着组组织织工工程程技技术术的的发发展展，，组组织织工工程程心心脏脏瓣瓣膜膜被被认认为为是是一一种种潜潜在在的的理理想想的的人人造造心心脏脏瓣瓣膜膜，，具具有有非非常常重重要要的的临临床床应应用用前前景景，，是是目目前前心心脏脏瓣瓣膜膜外外科科领域重大研究课题领域重大研究课题生物力学课程——心脏力学组织工程心脏瓣膜的基本思路和方法是：组织工程心脏瓣膜的基本思路和方法是： 采用人工合成材料、同种或异种的脱细胞采用人工合成材料、同种或异种的脱细胞心脏瓣膜作为组织工程心脏瓣膜的支架，通过心脏瓣膜作为组织工程心脏瓣膜的支架，通过将体外扩增的患者自体活细胞种植在瓣膜支架将体外扩增的患者自体活细胞种植在瓣膜支架上，细胞能够牢固黏附、生长，使其具有正常上，细胞能够牢固黏附、生长，使其具有正常瓣膜组织的新陈代谢功能，最后应用于置换病瓣膜组织的新陈代谢功能，最后应用于置换病变的瓣膜，在体发挥类似于正常瓣膜的功能。

变的瓣膜，在体发挥类似于正常瓣膜的功能生物力学课程——心脏力学 因因此此组组织织工工程程心心脏脏瓣瓣膜膜不不仅仅从从功功能能上上发发挥挥正正常常瓣瓣膜膜的的功功能能，，而而且且在在结结构构上上类类似似于于正正常常瓣瓣膜膜，，目目前前被被喻喻为为活活体体生生物物瓣瓣从从理理论论上上讲讲，，它它完完全全克克服服了了目目前前所所用用两两类类人人造造心心脏脏瓣瓣膜膜的的缺缺点点，，具具有有非非常常重重要要的的临临床床应应用用前前景景组组织织工工程程心心脏脏瓣瓣膜膜的的研研究究包包括括瓣瓣膜膜支支架架材材料料、、组组织织细细胞胞来来源源和和种种植植、、体体外外预预适适应应和和在在体体动动物物实实验等方面的内容验等方面的内容生物力学课程——心脏力学。