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血压测量的究竟是什么?

已有 6976 次阅读 2018-6-12 10:00 |个人分类:研究心得|系统分类:科研笔记| 血压, 测量

     什么是血压?教科书的解释是心脏泵出的血液压力,或者是血液对血管的压力。

     第一种解释把心脏理解为一种压力泵,就像把水提升到高处时,压力用于抵消重力。或者在高度不发生改变的条件下要使液体中管路中流动时,由于液体与管壁或者器壁的摩擦,压力用于抵消摩擦力。

     第二种解释把血管理解成液体泵输管路,就像我们日常使用的自来水管一样,高处水的重力由容器器壁或者管壁平衡。容器中的水越深(高),对器(管)壁的压力越大,要推动这些液体继续向高处运动就需要泵的输出压力越大,而且由液体的性质所决定,这个压力是各向相等的。

     如果对血压的第一种解释成立,那么测量血压的方法也就应该是,在泵(心脏)的出口处连接测量元件,而且必须是液体直接与测量元件接触,以使测量元件感受到对它的作用及其程度(大小)。很显然,我们不是这样测量血压的。也就是说,目前的血压测量方法与通行的液体压力测量原理不同,这也就是说,血压测量结果并不是泵(心脏)的输出压力。

     如果承认第二种解释。压力测量元件及应该连接在管路上,就像通常的水压表那样,通过一段支管让液体进入水压表,实现液体与测量元件的直接接触,使测量元件感受到液体的作用和程度。或者把管壁作为测量元件,此时,作为测量元件的这段管壁则必须在承受压力作用时发生某种变化,我们通过某种手段把管壁的这种变化转化为压力信号。现在使用的血压计显然都不是这样的,这也就是说,血压计测量的并不是血管壁的压力。

     如今医生使用的血压计是希皮奥内·里瓦---罗奇(意大利科学家)在1896年发明的。它有一个能充气的袖带,用于阻断血液的流动。医生用一个听诊器听脉搏的跳动,同时在刻度表上读出血压数。每个心动周期中,随着心脏的舒缩,动脉血压亦出现高低周期性变化,而这种血压变化可用血压计和听诊器在上臂肱动脉处间接测定。

     听诊器听到的是心音。 心脏泵血过程中,由于瓣膜关闭和血流冲击等因素而产生心音。将听诊器置于胸前壁可听到两次音调不同的心音,分别称为第一心音(S1)和第二心音(S2)。S1标志着心缩期开始,S2标志着心舒期开始。4套瓣膜各有特定的听诊部位,当某心瓣膜病变而产生杂音时,则在该瓣膜听诊区听得最清楚。

    第一心音:当心室内压超过心房内压引起房室瓣关闭时发生。特点是低频高幅,此时,心室收缩期开始。

第二心音:在心室收缩期末期,心室内压低于主动脉压和肺动脉压,主动脉瓣和肺动脉瓣关闭。关闭时引起了高频低幅的第二心音。除了瓣膜及其邻近结构的振动外,血液快速流动时产生的湍流和大血管的位移对心音都有一定的影响。在第二心音中经常可以听见两种成分,一种主要由主动脉瓣关闭引起,另一种主要与肺动脉瓣关闭有关,通常称之为心音的分离现象。吸气时较明显,听诊容易区分;呼气时这种分离现象消失。

在人体,通常用压脉带和听诊法间接测定动脉血压,这种测量方法的主要依据是:当压脉带内压大于舒张压但小于收缩压时,血液会以湍流形式通过上臂测量点的肱动脉。而当压脉带内压与收缩压相等时,通过听诊器可以听到第一听音;而当压脉带内压与舒张压相等时,可以听到最后一个听音。

舒张压:心室舒张时主动脉压下降,在心室舒张末期达到最低点,这时的动脉血压称为舒张压。

收缩压:心室收缩时心室内血压升高,最终将血液泵入主动脉,使主动脉压急剧升高并达到最大值,这时的动脉血压称为收缩压。

    这种测量方法称之为柯氏音法。

通常血液在血管内流动时并不产生声音,但流经血管狭窄处形成湍流时则可发出声音。测量血压时,将袖带缠绕于上臂,用橡皮球向带内打气加压,经皮肤施加于肱动脉壁上,当带内压力超过动脉内收缩压,肱动脉内血流被完全阻断,此时用听诊器在受压的肱动脉远端听不到声音。而后旋动橡皮球处的螺丝帽徐徐放气减压,当带内压力低于肱动脉收缩压而高于舒张压时,血液将断续地流过受压血管,形成湍流而发出声音,可在被压的肱动脉远端听到该声音,此时血压计指示的压力相当于收缩压;继续放气,使外加压力等于舒张压时,则血管内血流由断续变成连续,声音突然由强变弱或消失,此时血压计指示的压力为舒张压。

这些就是教科书上对目前通行的血压测量方法的解释。


听诊器的结构

1.  头件

头件是听诊器上与听诊管一端相连的金属部件。头件由耳管、耳件簧和耳塞各2枚组成。

2.  耳塞 听诊器的听筒。

3.  耳管 耳塞与其它部件相连的部件。

4.  拾音器

拾音器接受来自体内各处的声音,是听诊器的传感元件。拾音器有钟式、膜式之分。钟式多用来与皮肤轻轻接触听取低频音源;而膜式用来与皮肤重压接触来听取高频音源。对于心脏专科听诊器(双面型)来说,较小的听诊膜即为钟型拾音器。较大的则是膜式拾音器。

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               钟式听诊器                      膜式听诊器

5.  听诊器金属杆

金属杆连接着听管和胸件。对于心脏专科听诊器(双面型)来说,金属杆起到选择开放或关闭任一听诊膜的作用,来满足听诊者需求。

6.  听管 传导声音的管路,多为橡胶或PVC软管

Littmann心脏专科听诊器的听管为双管合一型。如果将听管截面切口,将会看到双管腔。

7.  胸件

   听诊器胸件是听诊器中直接放置于听诊者需要听诊部位的部件,由拾音器及其安装、使用所需的在零件构成。拾音器的膜与其连接零件之间形成封闭空腔,具有屏蔽杂音、扩音的作用。心脏专科听诊器(双面型)的胸件两面均为震动膜。面积较大的膜用来为成人心、肺听诊,面积较小的膜用来为儿童、体型瘦小者、袖带下或颈动脉听诊。

  听诊器听声的原理很简单,两个听筒与听诊器的传感腔头(胸件)及其连接的管道内部是空心的,胸件表面的薄膜接触到人体后将声音变成机械振动,此振动通过在密闭空间的空气可以不受外界干扰地传到医生的耳朵,医生就能清晰地听到患者体内的声音了。

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  听诊器可以放在胸部使用,此时胸件置于胸部的位置和听到的声音如下图所示,无疑,此时听到的的确是心音,即心脏瓣膜开闭,心脏收缩舒张和血液流速与方向变化所产生的声音。置于其它部位时则可以听到静脉、动脉、心、肺、肠内部的声音,甚至可以听到母体内胎儿的心音。

  

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    测量血压时,听诊器放在臂弯处,不仅距离心脏很远,瓣膜开闭的声音不可能传达到此,心脏收缩和舒张产生的胸腔的变化也不能影响此处。如果说,在此处依旧能够听到心音,实在过于勉强。

    测量血压时,听诊器听到的显然不是心音,是血液流动时湍流发出的声音吗?

    依据流体力学,液体流动时,当其雷诺数大于一定值时才会发生湍流,湍流与管壁有强烈的冲击和摩擦,因此会发出声音。雷诺数(Reynolds number)的计算公式为:Re=ρvd/μ,其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数,d为一特征长度。例如流体流过圆形管道,则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流,也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。根据该计算公式可知,只有当流速比较大时才会出现湍流,在管流中,雷诺数小于2300的流动是层流,雷诺数等于2300~4000为过渡状态,雷诺数大于4000时的是湍流。很显然,血管内血液的流速远远没有达到产生湍流所需的条件。也就是说,听诊器听到的也不是血液发生湍流时发出的声音。

    到此,我们已经知道,测量血压时测量的不是心脏泵送血液的压力,也不是血管承受的血液压力,听诊器听到的不是心音,也不是血液的湍流声。

    测量血压时,听到的究竟是什么声音呢?

    从受伤后出血时的血流情况和心脏的解剖结构我们可以看到,血液在血管中的流动情况是“一股一股”的蠕动,或者称之为搏动。心脏收缩时,一些血液被心脏泵出,这是第一股;心脏舒张时,又有一些血液被心脏泵出,这是第二股。心脏收缩一次后接着舒张一次,形成一次心跳。每有一股血液流过,在血液压力作用下,血管就会发生膨胀,这股血液流过去后,血管在自身弹性和周围肌肉作用下,就会收缩。我们抚摸血管就可以感觉到这种蠕动,这就是通常所说的脉搏。血管搏动一次对应的就是心脏跳动一次。

    在手腕、脚踝、臂弯等很多地方我们都能看到血管的搏动,摸脉搏则更加容易。可是,脉搏似乎没有声音,尽管把听诊器放在搏动的血管上,也听不到任何声音,起码分辨不出收缩压和舒张压所对应的声音。

    看起来,测血压时使用的袖带必不可少。可是,为什么用了袖带就可以听到血管脉动的声音,而且声音只发生在收缩压和舒张压之间呢?或者说,为什么袖带的压力大于收缩压,听诊器就会听不到声音,袖带压力小于舒张压后,声音就会消失?

     在回答这个问题前,我们需要明确一下,测量血压时不能使用钟式听诊器,而必须使用膜式听诊器。

     听诊器的声音就是胸件上拾音器的薄膜发出的。(多说一句。拾音器这个名称是在没有弄清楚听诊器工作原理前给出的。现在弄清楚了,其正确名称就应该是发声器了。)扬声器也是按照这个原理工作的。只是不同的扬声器通过不同方法使膜片发生振动。电动式扬声器是通过交变电流信号的线圈在磁场中运动,使与音圈相连的振膜振动,从而牵扯连纸盆振动。晶体扬声器发声是靠晶体片电伸缩效应,引起膜片振动。 静电(电容)扬声器发声是靠静电积累的相吸相斥效应,使振膜振动无论什么形式的扬声器,只要膜片不振动,扬声器就没有声音。

     听诊器的薄膜是如何振动起来,发出声音的?又是如何停止振动(声音消失)的呢?

     袖带內的压力比较大时,听诊器的薄膜被紧紧压在皮肤上,不能振动,因此就没有声音。袖带排气后,袖带內的压力降低,当袖带內压力小到薄膜刚刚可以振动时,就发出了第一个声音,这时袖带的压力就被作为心脏收缩压而读出。随着排气持续进行,薄膜也就随着血管搏动而振动。也就是说,血管搏动是推动薄膜振动的作用力。袖带內压力降低到薄膜完全脱离与皮肤的接触,血管的搏动也就不能再推动薄膜振动,于是声音消失了。薄膜发出的最后一次声音,就被作为舒张压读出。

    到此,我们可以明确的表述于下;听诊器听到的是血管搏动造成的听诊器薄膜振动发出的声音。第一个声音称之为收缩压,最后一给声音被称之为舒张压。

    显然,袖带內压力大于收缩压时,不仅使薄膜紧贴子皮肤上因而阻止了薄膜的振动,同时也把血管压扁因而阻止了血液的流动。当血管内血液的压力等于收缩压时,被压扁的血管开通,血液通过。血液的压力来自心脏的泵送,也就是说,收缩压是心脏收缩时产生的血液压力。同理,舒张压是性质舒张时泵送血液的压力。

    结论;血压计测量的是心脏泵送血液的压力,也是血液对血管的压力。

    尽管我们没有采用教科书上的解释,采用了更符合流体力学的解释,但结论依旧与教科书上的解释相同。



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1 张焱

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