流體力學(xué)與藥物——學(xué)科交叉融合與藥物

流體力學(xué)與藥物
——學(xué)科交叉融合與藥物
藥物對于整個(gè)人類社會(huì)的意義無疑是非常重大的，它們幫助人類延長壽命，降低死亡率，提高生活質(zhì)量，可以這樣說，藥物與人類的現(xiàn)狀和發(fā)展息息相關(guān)。然而與藥理學(xué)關(guān)系密切的治療學(xué)的發(fā)展卻是非常緩慢的。確切地說，治療學(xué)在十九世紀(jì)中葉以前幾乎沒有受到科學(xué)發(fā)展的影響，正如Virchow以輕蔑的詞句表達(dá)了當(dāng)時(shí)治療學(xué)的地位：“治療學(xué)處于經(jīng)驗(yàn)主義階段，只有開業(yè)醫(yī)生和臨床醫(yī)生關(guān)心它。它必須與生理學(xué)相結(jié)合，使它成為一門科學(xué)，但今天還不是。”
科學(xué)的治療學(xué)發(fā)展得較遲，其部分原因在于要搞清楚藥物對病體功能所產(chǎn)生的影響就必須對機(jī)體的正常功能有所了解。也必須了解關(guān)于疾病對這些功能的干擾情況。而這些必須與生物、化學(xué)、物理等學(xué)科的交叉融合。在這里我想用流體力學(xué)的知識(shí)來討論藥物與心血管治療的關(guān)系。
在流體力學(xué)中，我們
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循環(huán)的血流阻的7%，而血流速又小，故血壓降最小，約為0.45kPa。實(shí)際上，由于血管具有彈性且血液是非牛頓流體，故血壓的高低不僅與體積流量和血流阻有關(guān)，還與血管的彈性，心率等因素有關(guān)。[1]
讓我們回到高血壓的問題上來，既然血壓的高低不僅與體積流量和血流阻有關(guān)，還與血管的彈性，心率等因素有關(guān)。我們很容易就可以想到人類血壓升高的原因。而治療方法無疑是減小血流阻，減緩心率等方法。這些與現(xiàn)代臨床上最有效的抗高血壓藥物的藥理是吻合的。利尿藥是通過減小血容量和心輸出量降低血壓；血管擴(kuò)張藥顯然是通過擴(kuò)張血管，減小血流阻降低血壓；β-受體阻斷劑則是同時(shí)影響心率，血管收縮，腎素釋放來減小心輸出，從而達(dá)到降低血壓的目的。而其他類似與干擾二茶酚胺代謝的藥物也是直接或間接的通過降低心輸出，減小血流阻的方法降低血壓的。
冠狀血管擴(kuò)張劑和抗心絞痛藥物
心臟對缺氧十分敏感。心臟的供養(yǎng)依賴于通過冠狀動(dòng)脈的血流，而后者又取決于主動(dòng)脈的壓力和冠狀循環(huán)的阻力。心臟活動(dòng)每時(shí)每刻的依賴冠脈的循環(huán)功能。因此對冠脈的任何干擾都會(huì)立即損害心臟。
心絞痛是心臟供養(yǎng)不足的表現(xiàn)。所以緩解心絞痛的辦法主要有兩種：增加心臟的供氧量或減小心臟的需氧量。
增加心臟供氧量的藥物主要是冠脈擴(kuò)張藥，通過擴(kuò)張冠脈增加心臟供氧：如心得安等藥物。而減小心臟需氧量的藥物主要為亞硝酸類。亞硝酸類是有效的冠脈擴(kuò)張藥物，但在心絞痛病人，實(shí)驗(yàn)表明，硝酸甘油舌下給藥略增或不增冠脈血流。這說明，疼痛緩解可能是循環(huán)重新調(diào)整，是心肌需氧減少的結(jié)果。心肌的耗氧取決與兩個(gè)主要因素，心室的前負(fù)荷（取決與心室舒張期末的纖維長度）和心室的“后負(fù)荷”（收縮期的心室壁張力）。硝酸甘油對這兩種參數(shù)均有影響。通過靜脈擴(kuò)張及外周血液淤積，使心室的前負(fù)荷減輕。它亦通過外周血液擴(kuò)張，減輕后負(fù)荷。這些改變相應(yīng)地使心絞痛疼痛改善。[2]這些藥理均可由流體力學(xué)計(jì)算證明得出。

基于Rf=8ηL πR4我們可以知道影響血流阻的因素除了血管半徑R，還有粘滯系數(shù)η。所以，治療心血管疾病應(yīng)該還有其他途徑，即改變血液的粘滯系數(shù)。血液粘滯度（即血液的粘滯系數(shù)）與血液的組分，酸堿度以及_壓等有關(guān)。很多病變會(huì)使血液的組分、酸堿度以及_壓等偏離正常值，從而使血液粘滯度發(fā)生異常，因此我們可以通過血液粘滯度診斷某些疾病。當(dāng)發(fā)生病變時(shí)血液粘度多表現(xiàn)為高粘滯狀態(tài)，在少數(shù)病變中可能出現(xiàn)血液的粘滯度下降。例如：高血壓、原發(fā)性紅細(xì)胞增多癥、白血病、骨髓瘤等疾病會(huì)使血液粘滯度增高；各種類型的貧血病，由于紅細(xì)胞壓積減少或血液被稀釋而導(dǎo)致血液粘滯度降低。事實(shí)上，還有很多疾病的發(fā)生，發(fā)展與血液的粘滯度的病理性改變有關(guān)，如心腦血管瘤，糖尿病，腫瘤等。
正因?yàn)檠旱恼硿仁怯绊懷髯枇Φ闹饕蛩�，因而�?dāng)血液的粘滯度發(fā)生變化時(shí)會(huì)或多或少地影響血液循環(huán)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有些藥物能降低血液的粘滯度，改善位循環(huán)，在臨床治療中已收到良好的效果。因此，對血液粘滯度的研究為解釋病因，治療疾病等打開了新的思路。[1]
血液粘滯度的診斷價(jià)值給了我很大的啟示，物理公式中的一項(xiàng)因素對現(xiàn)實(shí)的人體也是有很重大的意義的（雖然可能還沒有被人們注意到）。這不禁讓我想到流體力學(xué)中的湍流和粥狀動(dòng)脈硬化的關(guān)系。由血流 ……（未完，全文共3432字，當(dāng)前僅顯示1733字，請閱讀下面提示信息。收藏《流體力學(xué)與藥物——學(xué)科交叉融合與藥物》）