同样与心脏相连,为什么静脉血管感觉不到心脏的跳动?
尖细的针头缓缓扎入皮肤下的静脉血管,随着注射器的推动,冰凉的药水被推进发青的静脉血管中……生病打针,相信这是许多人小时候的童年噩梦߹ᯅ߹
这一切自然到让人习以为常。直到某一天,小编看到一个问题:静脉血管为什么感受不到心脏的跳动呢?是呀,静脉血管也和心脏相连,既然动脉能够感受到脉搏,可是我们触摸手上的静脉血管却感受不到跳动。
波在介质中如何传播?
在将挥手动作传给远处的人时,你并没有站起来走过去,但你的动作被远处的人重复着,由于动作的传播需要时间,越远处的人越晚开始挥手。
实际上,如果挥手一直持续——形成周期运动,那么这个人浪就是真正的波动。它的特点是:不同的位置都在周期运动,虽然节奏一致,但步调不同,越远处越滞后。
另一个典型的机械波就是声波。由于振源的位移的周期变化,带动邻近的空气分子振动,被带动的空气分子又带动它临近的分子振动,就这样,振动由近及远的传播,就形成了声波。
而机械波又分为横波和纵波,横波又称剪切波,它的质点振动的方向与波的传播方向垂直,并且只能在固体中传播。而纵波又称压缩波,质点振动方向与波传播方向平行,它可以在所有介质中传播。
对于钢铁而言,这个量很大,因为即使加了很大的压强,材料的体积变化仍然可以忽略不计。对于海绵而言,这个量很小,用很小的力就可以将海绵挤成一小块儿。
可是,这种液压回路的模型忽略了一个问题:血管并不能当作一个刚性管来处理,血管是有弹性的。心脏跳动的时候,血管会跟着联动[1]。
那也就是说,心脏的跳动带动着血管也在不断进行膨胀和收缩,这就造成了血管膨胀-收缩的横波,同时,也造成了沿着血液方向传播的纵波。
这其实就是血液-血管耦合系统!
这其实就是脉搏波理论中的血液-血管耦合系统[2-3],接下来我们简单地对这个系统进行定量分析,看看脉搏波在毛细血管网和静脉中又是如何传播的?
根据我们之前对波传播的了解,一般通过计算波速来研究波的传播。而波速和模量直接相关,所以,我们先要找到血液-血管耦合系统中的体积压缩模量。
面对这样一个复杂的耦合系统,我们虽然现在要考虑到血管的体积变化和血液的体积变化,但是不难发现,血管和血液在径向上相互接触,而压力变化主要在径向上,可以认为血液和血管像弹簧一样串联在一起:
我们分别以s,v,b代表系统、血管和血液三部分,根据胡克定律,三个部分的体积压缩模量的关系为:
根据几何关系:
对于不同的血管材料,耦合系数不同,波速也存在明显差异:
(2)而如果血管是由PMMA有机玻璃制成的,这种材料的Kb/E=1.25,那么可以求出系统波速降低为419 m/s,而且血管涨缩对系统波速的影响高达70%;
(3)对于实际中人体的动脉血管,根据文献,动脉血管的Kb/E=103,这时,系统的波速在1~10 m/s,而且系统波速几乎等于血管涨缩产生的横波波速。而我们都知道静脉血管的管壁更薄,而且缺乏平滑肌,弹性更差,也更加柔软,它的血液与血管的模量比是动脉血管的5~10倍,也就是说静脉血管中的系统波速可能不足2 m/s。
不过,我们用手指触摸感受到的脉搏一般是取决于血压,如果低于10 mmHg,那么用手指几乎感受不到了。
经过一些简单的变换,可以得到关于血压p的隐式方程,这个方程求解比较麻烦,我们简单地暴力带入数值估算一下即可,假设静脉波速1.5 m/s,最后经过一系列迭代,得到了血压为5 mmHg。
这个数值小于手指可以感受到的压力阈值,说明对于更加柔软且缺乏弹性的静脉来说,手指是感受不到跳动的。
这不得不让人感叹:人体在进化过程中,巧妙地形成了与可压缩血液相耦合的超柔性血管。通过柔性血管径向涨缩横波与血液压力纵波的奇妙耦合,量级性地减缓了系统脉搏波传播速度,以适应人体生理-生化反应。
编辑:悦悦
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