当物理照进生活 张朝阳解析为什么血管堵塞心脏负担大

　　心血管医学领域有一句俗语，叫“人与动脉同寿”。也就是说，通常人的生理年龄就是“血管年龄”。血管作为人体重要器官之一，微小堵塞便会危害生命，但其实血管流动中也蕴含着许多物理知识。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳在《张朝阳的物理课》线下第十四课中解析为什么血管堵塞心脏负担大，探究血栓这一“健康杀手”。

　　在直播前半场，张朝阳详尽讲解了流体力学的基础知识，从静止理想流体到稳恒理想流体，再到粘滞流体，并从数学上严格证明了阿基米德浮力定律和伯努利原理。

　　随后他重点介绍了流体力学的基本方程——纳维尔-斯托克斯方程（以下简称N-S方程），并以该方程在现实中的特殊应用——人的血管泊肃叶定律为例进行了运算推导。

　　在NS方程的基础上，张朝阳求解了圆管中不可压缩稳恒粘滞流体的速度场，并求出了此模型下的血流量与血管半径的关系。

　　首先假定血管是不含时间t的稳态情况，即，那么方程第一项没了，忽略重力影响，即不考虑。进一步简化，假定血管是规则形状，因为不论毛细血管还是动脉都不会一会粗一会细，这样血管中血液就转化为规则形状的稳定流管问题。根据能量守恒，血流方向沿着纵向方向，并假定这个方向为z方向

　　由于只有z方向，而

　　这样只剩下一个方向，即

　　这样可以证明这项为0，

　　此时的NS方程简化为，

　　表示血压的梯度，表示血液的粘滞力，血管里面的血液每泵一次产生压力，与血液这种有粘滞力的非理性流体达到互相抗衡的结果。

　　在柱坐标系下

　　由于旋转对称性，不需要考虑项，并且项对求导为0，对于r方向

　　这样可以得出为常数，表明血管压强逐渐减小，

　　对于z方向

　　简化为

　　求导可得

　　猜出方程的解为

　　代入可得

　　解得

　　对于的求解，我们使用边界条件血管边缘处，

　　即

　　这样得到血管的速度

　　进而得到了血管中速度分布公示

　　这就是使用纳维尔-斯托克斯公式在一个规则流管不含时有粘滞力的速度分布案例，算出血管流速和半径的关系，并且在医学上应用很广。

　　那么对于流量Q

　　可以得出

　　由公式计算得出血流量和半径四次方成正比，与压强梯度正比，并且血越稠血流量越低，和半径更敏感。假如血管堵了10%，损失血量为30%到40%，这时心脏需要更大工作量，也会给心脏特别大的压力。

　　血管遍布人们全身，帮助维持血液以及营养成分正常的功能运转。心脏负责给全身供血，血管堵塞，血液流通慢，将影响正常的血液循环，也给心脏造成巨大的负担。据资料数据显示，全球每16秒就有一人患静脉血栓栓塞性疾病，每37秒就有一人死于该病。因此，在推导完公式后，张朝阳也贴心地建议大家日常多吃青菜水果，少吃胆固醇高的食品，以保持血管通畅，守护自己的心血管健康。

　　据了解，《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播，网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”，观看直播及往期完整视频回放；关注“张朝阳的物理课”账号，查看课程中的“知识点”短视频。此外，还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上，阅览每期物理课程的详细文章。