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01血管血管是指血液流过的一系列管道。除角膜、毛发、指（趾）甲、牙质及上皮等地方外，血管遍布人体全身。血管按构造功能不同，分为动脉血管、静脉血管和毛细血管三种。心血管系统是一个“密闭”的管道系统，心脏是泵血的肌性动力器官，而运输血液的管道系统就是血管系统。它布散全身，无处不至，负责将心脏搏出的血液输送到全身的各个组织器官，以满足机体活动所需的各种营养物质，并且将代谢终产物（或废物）运回心脏，通过肺、肾等器官排出体外。血管系统按其流过的血液是新鲜的还是用过的，是离开还是返回心脏的特性而分为动脉和静脉。输送新鲜血液离开心脏的血管叫动脉，动脉内血液压力较高，流速较快，因而动脉管壁较厚，富有弹性和收缩性等特点。图1.（a）人体血管根据动脉结构和功能的特点，将其分为弹性动脉、肌性动脉和小动脉；输送用过了的血液回到心脏的血管叫静脉。与同级的动脉相比，管壁较薄，而管腔较大，数目也较多，四肢和肋间静脉还含有静脉瓣，这些形态结构的特点都是与静脉压较低、血流缓慢等机能特点相适应的。体动脉血中因含氧较多，故颜色鲜红；体静脉血中因含有较多的二氧化碳，所以颜色暗红。小循环与上述的大循环相反，肺动脉中却含静脉血，而肺静脉中却含带氧丰富的动脉血。在动静脉之间有一种极细的血管称为毛细血管。其管径很细，管壁薄，通透性高，血压低，血流缓慢，彼此连结成网，是血液和组织进行物质交换的场所。一个成人的毛细血管总数在300亿根以上，长约11万公里，足可绕地球2.7圈。可见，人体的血管系统是多么庞大，包含着所有的动脉、静脉和毛细血管。血管是人体内的管道系统，其主要作用通常为输送氧气和营养物质、维持血流量和血压、参与免疫反应等。（1）输送氧气和营养物质：血管的主要作用之一就是输送氧气和营养物质。通过心脏的收缩和舒张，血液被推动到全身各个组织和器官。动脉是血液从心脏流出的管道，将富含氧气和营养物质的血液输送到全身各处。而静脉则将含有二氧化碳和其他代谢产物的血液从组织和器官中收集回心脏，再次进行氧合和营养补给。（2）维持血流量和血压：血管的另一个主要作用是维持血流量和血压。血流量是指血液在单位时间内通过血管的量，而血压则是指血液对血管壁施加的压力。动脉的弹性和收缩能力可以帮助维持正常的血流量和血压。如果血管失去弹性，或者收缩过度或不足，就会导致血流量减少和血压波动，进而影响全身的正常功能。（3）参与免疫反应：血管内壁上覆盖着内皮细胞，这些细胞可以分泌一些生物活性物质，如血小板激活因子、血管紧张素等，这些物质可以影响血液的凝固和血压的调节。另外，血管内皮细胞还可以吞噬和消化细菌、病毒等外来病原体，参与人体的免疫反应。此外，还具有调节体温的作用。当人体处于高温环境中时，血管会扩张，增加血液流向皮肤表面，以促进散热，从而帮助人体调节体温。图1.（b）人体血液循环02物理模型在Comsol软件自带的建模模块搭建血液-动脉-肌肉组织的三维模型，如图2所示。计算过程需设置模型各个部分的动力粘度、泊松比、密度和杨氏模量，为了结果的准确性，以上参数均从相关论文资料以及现有实验数据中获得，如图3所示。图2.物理模型图3.材料参数03物理场边界条件计算模型选择层流和结构力学相耦合的流固耦合多物理场模块，层流模块设置血液入口速度和出口压力边界条件，结构力学模块设置线性材料参数和辊支撑边界条件，流固耦合设置流体作用下的结构荷载边界条件，详细的边界条件如图4示。图4.物理场边界条件根据有限元法的求解原理，剖分越精细，求解越准确，数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，采用非结构网格对模型进行划分，网格质量分布如图5所示。图5.计算网格质量分布04结果展示计算模型采用瞬态（计算流场）和稳态（计算流固耦合）结合方法进行求解，通过计算得到血液流速、压力分布，以及血管和肌肉组织位移、应变及应力分布。图6.血液速度分布图7.血液流线分布图8.血液压力分布图9.血管和肌肉组织位移分布图10.血管和肌肉组织应力分布图11.血管和肌肉组织应变分布供稿：E保卡编辑：小苏审核：赵佳乐来源：Comsol有限元模拟