血流

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血流(けつりゅう、blood flow)とは、血液流れのこと。血行(けっこう)と言うこともある。

概要[編集]

血流は理論上は血管抵抗圧力勾配を用いて計算することができる。数学的に言えば、血流はダーシーの法則(いわば血流版のオームの法則のようなもの)とハーゲン・ポアズイユの式によって表現することができる。

ただし、血液というのは、細胞成分(赤血球、白血球、血小板)と血漿(各種電解質と各種有機物の水溶液)からなっており、非ニュートン的粘性を持っている[1]。(→ヘモレオロジー

組成[編集]

血液血漿と各種血球成分から構成されている。血漿の91.5%はであり、7%はタンパク質、その他の溶質成分は1.5%である。血球成分を構成するのは血小板白血球赤血球である。これら血球成分の存在と血漿中の分子との相互作用により、血液は理想的なニュートン流体とは異なる振る舞いを見せる[2]

血流の生体力学[編集]

血液が血管の中を流れる原動力になっているのは、心臓のポンプ機能による血液の拍出である。血管壁は弾性・可動性に富む構造をしているため、血液と血管壁との間で力の相互作用が働き、お互いの力学的挙動に影響を与え合う。それ故、血液の循環動態を考察するには流体力学弾性力学の基本的な理解が必要である。

定量的記述[編集]

通常血流は層流であるため、血流の流速は血管の断面積に反比例する関係にあり、従って断面ごとに異なる流速を持つ。このため流速は血管の中心付近で最速となり、血管壁付近で最も遅くなる。流速に言及する際には通常は平均速度を用いる[3]

拍動指数(PI)[編集]

血流の流速を測定するにはレーザードップラー流速計等、種々の方法がある[4]動脈における流速は拡張期より収縮期の方が速い。その違いを定量化するパラメーターの一つとして拍動指数(Pulsatility index, PI)が用いられる。これは収縮期の最大流速と拡張期の最低流速の差を平均流速で除したものに等しい。この値は心臓から離れた末梢に行くに従って減少する[5]

PI = \frac{v_{systole} - v_{diastole}}{v_{mean}}
ヒトの血流流速と血管の全断面積との関係[6]
 血管の種類   全断面積   流速(cm/s) 
大動脈 3–5 cm2 40 cm/s
毛細血管 4500–6000 cm2 0.03 cm/s[7]
上下大静脈 14 cm2 15 cm/s

ダーシーの法則とハーゲン・ポアズイユの式[編集]

以下にダーシーの法則[8]Darcy's law、上の式)およびハーゲン・ポアズイユの式[9][10](下)を示す。

F = \frac{\Delta P}{R}
 R = (\frac{\nu L}{r^4})(\frac{8}{\pi})

記号:

F = blood flow 血流 (m*s-1)
P = pressure (Pa)
R = resistance 抵抗 (m-1)
ν = fluid viscosity 流体の粘度 (Pa·s)
L = length of tube チューブ長(m)
r = radius of tube チューブ半径(m)

2番目の式で示されるように、チューブの半径によって劇的に抵抗は変化する。こうした原理で、寒さなどで血管がわずかに収縮すると極端に血流が低下することになるわけであるし、入浴などして血管の半径がわずかに大きくなると血流は一気に増えるわけである。また、 血管形成術ではバルーンカテーテルによりわずかに半径を大きくすることで血流を増大させることが可能になるのである。

計測[編集]

血流計で測ることができる。超音波血流計やレーザー血流計などいくつかタイプがある。

血行不全[編集]

足で起きた虚血の例。チアノーゼが生じている。

血流の阻害は、虚血梗塞などを引き起こしうる。

例えば以下のようなことを原因として起きうる。

出典・脚注[編集]

  1. ^ 菅原基晃、前田信治 『血液のレオロジーと血流』 コロナ社、2003年
  2. ^ Gerard J. Tortora, Bryan Derrickson (2012). “The Cardiovascular System: The Blood”. Principles of Anatomy & Physiology, 13th. John Wiley & Sons, Inc.. pp. 729–732. ISBN 978-0470-56510-0. 
  3. ^ Gerard J. Tortora, Bryan Derrickson (2012). “The Cardiovascular System: Blood Vessels and Hemodynamics”. Principles of Anatomy & Physiology, 13th. John Wiley & Sons, Inc.. p. 816. ISBN 978-0470-56510-0. 
  4. ^ Stücker, M.; Bailer, V.; Reuther, T; Hoffman, K.; Kellam, K.; Altmeyer, P (1996). “Capillary Blood Cell Velocity in Human Skin Capillaries Located Perpendicularly to the Skin Surface: Measured by a New Laser Doppler Anemometer”. Microvasc Research 52 (2): 188–192. doi:10.1063/1.1754319. PMID 8901447. 
  5. ^ Gerard J. Tortora, Bryan Derrickson (2012). “The Cardiovascular System: Blood Vessels and Hemodynamics”. Laminar flow analysis. John Wiley & Sons, Inc.. p. 817. ISBN 978-0470-56510-0. 
  6. ^ Gerard J. Tortora, Bryan Derrickson (2012). “The Cardiovascular System: Blood Vessels and Hemodynamics”. Principles of Anatomy & Physiology, 13th. John Wiley & Sons, Inc.. p. 816. ISBN 978-0470-56510-0. 
  7. ^ Elaine N. Marieb, Katja Hoehn. (2013). “The Cardiovascular System:Blood Vessels”. Human anatomy & physiology, 9th ed.. Pearson Education,Inc.. p. 712. ISBN 978-0-321-74326-8. 
  8. ^ H. Darcy, Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon, Dalmont, Paris (1856).
  9. ^ Kirby, B.J. (2010). Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices.. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-11903-0. http://www.kirbyresearch.com/textbook. 
  10. ^ Bruus, H. (2007). Theoretical Microfluidics. 

関連項目[編集]