血液的流變特性

2023年12月22日發(作者：日程安排英語)

血液的流變特性

一 層流

血液的運動方式是流動，對于沒有顆粒混合的單一性流體，若在試管內呈層狀流動，則其截面上的流速呈拋物線樣分布，這種流體運動特性稱為層流。

二 血液的黏滯性

當相鄰的兩層血液之間有相對運動時，會產生平行接觸面的切向力，流動快的與流動慢的血液層之間便產生內摩擦力，通常稱為血液的黏滯性。

三 切應力

若血液流層的平行接觸面積為S，接觸面上所受的切向力為F，那么，驅動各層產生切線方向變形的力，作用于單位面積上的切向力F/S，就稱為切應力，用表示

四 切應變和切變率

液體分層流動中，在切向力的作用下，液層之間有一速度梯度，兩流層間流動距離差與兩流層間的距離之比稱為切應變或切變。切應變隨血液流動時間而成比例增加，這一隨時間變化的切應變稱為切變率，用γ表示。

五 牛頓黏滯定律及黏度

某些液體流動時，切應力τ與切變率γ之比為一常數，即τ/γ=η，此即牛頓黏滯定律。該常數（η）的大小由液體的性質所決定，被稱為液體的動力黏滯系數（或動力黏度）簡稱黏度。

在國際單位制（SI）中，切應力的單位為牛頓/米2，稱為帕斯卡(Pa), 切變率的單位為秒-1(S-1),因而液體黏度η的單位為(Pa?s)

1 Pa?s=1000mPa?s（毫帕??秒）

1 Pa?s=1Cp(厘帕)

六 牛頓液體與非牛頓液體

在一定溫度下，液體的黏度值不隨切變率變化而變化，為一常數，這類流體成為牛頓流體。其切應力與切變率的關系曲線（即流動曲線）為一條通過原點的直線，如水，血漿等即為牛頓流體。

事實上還有一些液體，在一定溫度下，其黏度值是隨切變率的變化而變化的。這類流體成為非牛頓液體，如高分子溶液，膠體粒子離散系統，血液等，切應力與切變率的關系為γ=f（τ）。

對于牛頓流體η為絕對黏滯常數，而對于非牛頓流體，該值則不為常數，可用ηa表示，稱為表觀黏度。ηa的變化規律隨流體的性質不同而存在差異。非牛頓流體包括兩大類，一類是ηa隨γ的增加而減少，稱為擬塑性流體，血液和多數生物體屬于此類；與此相反，另一類液體其ηa隨γ的增加而增加，稱為膨脹性流體。

七 血液在血管中的流動形式

血液是由多種成分組成的流體，在血管內流動時，愈靠近血管中心的部位流速愈快，反之則慢，在血管壁上的流速趨近于零，這種流動特性稱為層流。在層流中同一斷面管軸附近的流層速度較快，而切變率較小；距管軸愈遠流速愈小，而切變率愈大。血液在血管中流動時，血細胞并不是彌散分布于整個血管，而是表現出明顯的趨軸性，該現象稱為軸流。愈接近血管軸心，血細胞愈密集；愈接近管壁，血細胞愈稀少。軸流的意義是可以最大限度地減少血細胞與血管內皮細胞之間的接觸機會，從而減少血細胞的黏附，聚集和沉積的概率。

八 血液的流變特性

1 基本概念

（1） 血液黏度：全血為非牛頓流體，全血黏度與血細胞比容和血漿成分有著密切的關系。當血細胞比容為0時，血液為牛頓流體，當血細胞比容大于0.1時,血液則表現出非牛頓流體的特性.隨著切變率減少而黏度增高,血細胞比容越高,黏度越大, 非牛頓特性越顯著.隨著切變率增大,血液流動性逐漸似牛頓流體.一般血細胞比容為0.45,當切變率>200/S時,可近似看作是牛頓流體.血漿為牛頓流體,血漿黏度與血漿組成有關,尤其受纖維蛋白原影響較大,血漿黏度比血液黏度約高20%.

（2） 血液黏彈性:血液與其他生物體液一樣具有黏彈性,黏彈性是血液所兼有的流體黏性的固體彈性的特征,當切變率<0.1/S時,血液中將形成RBC的聚集體,呈三維網狀結構,因此,除黏性外,還表現出黏彈性.

（3） 血液觸變性：意味著血液的流變特性是隨時間而變化的，與RBC在流動中所發生的分散聚集有關。當血液處于低剪切運動狀態下，可以認為血液為三維等位結構，且沒有被破壞，此時呈現較大彈性。隨著切變率的增加，血液的剪切力大于其內聚力，三維網狀結構被破壞，血液彈性亦逐漸減小。血液在流動時，除了要消耗克服摩擦阻力所作的功外，還必須提供促使RBC緡線狀結構分離的能量，但隨著緡線狀連接的逐步分離，提供的能量也逐漸減少，故在維持一定的流動切變率下，其切應力隨時間而減少。當切變率在0.1~0.5/S范圍內，全血黏度依賴于剪切時間，即切應率恒定時，血液黏度隨著時間而改變。

（4） 紅細胞相對運動：血液流動時，紅細胞不僅與血漿一起運動，而且有相對于血漿的運動，這些運動引起細胞與血漿之間的相互作用，影響血液的宏觀力學性質。

（5） 紅細胞聚集：在靜止狀態下紅細胞在血漿中聚集并形成網絡，這種網絡有一定強度，只有當剪切力高于此強度時，網絡破壞，血液才會流動。

（6） 紅細胞變形：紅細胞具有良好的變形性，當紅細胞變形性降低時，會使全血粘度，尤其是高切變率下的全血粘度升高，影響微循環血流和紅細胞壽命。

2 血液的流變特性

（1）全血是非牛頓流體，血漿是牛頓流體。

（2）全血有屈服應力，只有當血液所受的外部切應力超過該力時，血液才開始流動。

（3） 細胞比容在0.1~0.8時,全血黏度與血細胞比容呈正相關。

（4） 當切變率足夠大（>200/s）時,全血黏度逐漸降低并趨于一近值,全血的流變特性趨向于牛頓流體。因此，在大血管中全血可看作是牛頓液體。

（5） 血漿黏度主要取決于纖維蛋白原濃度

（6） 紅細胞聚集性，變形性，血液PH，滲透壓等對血液流變特性有很大影響。

血液流變學的臨床應用

血液的流動性和黏滯性是保證組織和器官得到足夠的血流量，履行其正

常生理功能的重要因素。如果發生異常，便可導致全身或局部血液循環障礙，出現組織缺血，缺氧以及一系列的病理變化，因此，血液流變學檢驗對于疾病的診斷，防治，發病機制的研究等具有重要意義。

（一）為疾病的早期診斷提供幫助

1．血液黏度增加 ①許多血漿蛋白異常的疾病都可以表現出明顯的高黏滯性，如多發性骨髓瘤。由于血液中蛋白異常升高，血漿黏度明顯增加，進而血液黏度升高。血漿蛋白增加也可以導致紅細胞聚集，特別在低切變率時更為明顯，從而進一步導致全血黏度的升高。②原發性或繼發性紅細胞增多癥，肺原性心臟病，燒傷，嚴重脫水等可造成紅細胞數量明顯增多，導致血液黏度升高。③血液病，如異常Hb癥，球形紅細胞增多癥等，導致血液流變特性的變化。④其他，許多疾病的血液黏度改變是由多種原因造成的，如心血管疾病的紅細胞濃度，全血黏度，血漿黏度紅細胞聚集性升高，紅細胞變形性下降；糖尿病，外周動脈性疾病等也有各種血液流變學指標的變化。

2．紅細胞變形性異常 ①血液病：常見于球形紅細胞增多癥，橢圓形細細胞增多癥，免疫性溶血性貧血等。②其他：如心肌梗塞，腦血栓形成，冠心病，糖尿病，肝臟疾病等，均伴有不同程度的血液黏度等流變學指標的變化。

（二）判斷惡性腫瘤的血流狀況

惡性腫瘤患者血漿黏度，血液黏度及紅細胞聚集程度常增高。通過臨床干預而改善血液流變特性，避免血液淤滯，保證局部有充足的血液供應，可能有利于防止腫瘤細胞的轉移

（三）疾病監測的療效觀察

血液流變學指標的改變可早期預示一些疾病的發生，若及時改善機體的失衡狀態，有助于防止疾病的發生發展。

血液流變學各項指標是高黏滯血癥和低黏滯血癥患者臨床觀察的重要指標，血細胞比容和血液黏度是判斷真性紅細胞增多癥患者臨床療效的指標。

常用的血液流變學檢測項目

血液流變學的應用范圍廣泛，測定參數較多，目前臨床上測定較多的指標有血細胞比容，ESR，血小板黏附功能與聚集性，全血黏度，血漿黏度，紅細胞變形性，紅細胞聚集性，紅細胞電泳以及體外血栓形成試驗等。

血液黏度的測定

血液黏度是反映血液流變特性的最基本的參數之一。測定血液黏度的儀器稱為黏度計，它在標準條件下以某種方式的測黏流動來決定樣品的黏度。黏度計的種類很多，目前國內常用的黏度計分為毛細管式和旋轉式兩大類。旋轉式黏度計又分為同軸圓筒式，同軸錐板式，錐板式的菱球式等多種。但目前應用最廣泛的是同軸錐板式。

毛細管式黏度計測定法

原理：不同黏度的流體流過相同的管道時所用的時間是不一樣的，流體的黏度越大，所用時間越長。

操作：

1．靜脈取血，肝素抗凝。

2．將樣品管置于水浴中，恒溫5分種，混勻后加樣測定。

3．同樣測定9g/L氯化鈉溶液流過時間。

4．計算每個平均切變率下的血液表觀黏度。

同軸錐板式黏度計測定法

原理：在半徑為R的圓形平板上設置一個大角度的圓錐，平板部分為樣品杯，它與調速馬達相連。將血液置于圓錐與平板的空隙，當平板以一定轉速旋轉時，即給血樣施加切應力，使之形成層流。由于流層之間的內磨擦作用，把旋動形成的力距傳遞到錐板，使之偏轉一定的角度。偏轉角度與力距及力距與樣品黏度間均成正比關系。

操作：

1．抽靜脈血4ml，肝素抗凝，充分混勻。

2．儀器預溫至測試溫度后，加樣測試。

質量控制

1．標本采集與抗凝 統一采血時間和方法，空腹坐位，肘靜脈采血。采血時最好用7號針頭，止血帶壓迫時間盡可能短，應在止血帶松開5S后開始采血，抽血負壓不宜過大。應采用固體抗凝劑或高濃度的液體抗凝劑，以減少對血液的稀釋作用。血液與抗凝劑應立刻混勻避免凝固。

2．標本存放時間 采血后應及時進行測定，存放時間過長會引起結果偏高，置密封容器內室溫保存最長不超過4小時，不宜在冰箱內保存。

3．血漿制備 以3000 r/min離心30min后，取上層血漿測定。

4．測定溫度 最好控制在37℃，溫度過高血液黏度下降。

5．采用毛細管法測定 每做完一個樣品后必須用待測樣品沖洗毛細管并吸干，以免其殘留物對下一個樣品測量結果產生影響。采用錐板式黏度計測定時，錐板間隙應嚴格按操作規程調試，并用標準油校正。

6．樣品用量 由標定時的標準油用量而定，并應嚴格控制樣品計算精度。樣品量過多過少均將對測量結果產生較大影響。

7．樣品移入 移入時避免產生氣泡。

方法學評價

1．毛細管黏度計檢測法

（1） 優點：操作簡便，成本低廉，易于普及；測定牛頓流體黏度結果可靠，適用于血漿，血清等低黏度的標本測定；豎直型毛細管式黏度計可以調節試樣用量。

（2） 缺點：由于毛細管兩端的壓力差較大，切變率較高，難以反映血液等非牛頓流體的黏度特性；不能直接測定在一定切變率下的表觀黏度；測定時的影響因素較多，如電極易氧化，電極調整距離有一定難度等；毛細管式黏度計易受表面張力的影響，血液的毛細管內流動過程中，前面的凸液面和后面的凹液面均會由于表面張力的作用產生一個與運動方向相反的阻力，這種阻力會影響黏度測定的結果；毛細管的軸心處切變率近似0，管壁處切變率最大，因此，測定全血黏度值的誤差最大；在低切變率范圍內，由于血細胞自動沉降，影響測定精確性；在高切變率范圍內，一部分驅動力以動能形式存在于液體中，而不是完全被黏性磨擦所消耗，這也會導致測定誤差。

2．旋轉式黏度計檢測法

優點：能在不同角速度下提供所需的切變率，在被測流體中各流層的切變率是一致的，可使液體在切變率一致的條件下做單純的定向流動，克服了毛細管式黏度計在這方面的缺點；能準確地提供切變率，對研究血液這一非牛頓流體的流變性非常重要；能測定各種切變率下的血液黏度。旋轉式黏度計是目前血液流變

學研究較理想的儀器。

血液黏度測定的影響因素

血液成分的復雜性決定了其黏度影響因素的多面性。包括：血細胞的數量與性質；血漿中各種大分子的組成及含量；血液內在的物理化學條件；測定儀器的結構，材料和流場切變率等。

（1） 血細胞比容：在同樣的切變率下，全血和紅細胞懸浮液的黏度都隨血細胞比容的增高而增大，且非牛頓流體行為越顯著。隨著血細胞比容的增高，低切變率下的表觀黏度增加更為明顯。當血細胞比容>45%時，血液黏度隨血細胞比容以更大的幅度增加。

（2） 紅細胞變形性：是影響高切變率下血液黏度的重要因素。正常的紅細胞較大的表面積與體積比決定了紅細胞在不增加表面積的情況下，就可發生相當大的變形。另一方面在一定的切變率范圍內，還會發生紅細胞主截面折方向趨向于流場渦流方向的取向效應。其結果都使紅細胞從流場獲得的能量減少，從而導致血液流動的阻力降低。在宏觀上就表現為黏度隨切變率升高而減小。

（3） 紅細胞的聚集：是低切變率下影響血液黏度的主要因素，在靜息狀態下，紅細胞在血漿中聚集重疊，并形成某種空間網狀結構。當切應力達到一定值時，就會克服屈服應力，破壞紅細胞的空間網狀結構使血液流動，但紅細胞的疊連依然存在，隨著切應力逐漸增加，疊連逐漸分散，黏度變小。

（4） 滲透壓和PH：主要引起紅細胞聚集和紅細胞變形性的改變，從而對血液黏度產生影響。PH降低，可使紅細胞膜變硬，紅細胞的變形能力下降。低滲可使細胞外水分內流，細胞體積增大，表面積與體積比減少，變形性降低；高滲使紅細胞內水分外流，細胞內黏度增高，也導致紅細胞變形性降低。而紅細胞變形性降低，使紅細胞之間不易形成結合緊密的疊連，從而影響紅細胞的聚集。因此，這些因素都可使低切變率下的血液黏度降低，高切變率下的血液黏度增高。

（5） 血漿黏度：對全血黏度有很大影響。血漿黏度的大小決定于血漿蛋白的組成，分子的形態及所帶電荷性質。鏈狀蛋白分子比球狀蛋白分子的影響大，纖維蛋白原對血液黏度的影響最大。其次為帶正電荷較多的球蛋白。

（6） 溫度：血漿黏度一般隨溫度的升高而降低。溫度增高將導致紅細胞的聚集增高，使低切變率下的血液黏度升高。溫度對紅細胞變形性的影響較為復雜，37℃左右，紅細胞都將有最佳變形性，溫度的過高或過低，都將對紅細胞的變形性產生顯著影響。在49℃時，紅細胞將喪失變形能力。由溫度引起的紅細胞變形性不同程度的下降，則會導致血液黏度不同程度的升高。

（7） 管徑與管壁：全血黏度與它流過的管子口徑和管壁有關。

（8） 抗凝劑：一般選用肝素，乙二胺四乙酸二鉀等，對紅細胞的大小及形狀等均無影響，對血液黏度不產生影響。

（9） 血液的采集方法：傳統的采血方法，在血液放置過程中，PH和細胞電荷都會發生改變，從而影響血液黏度。封閉式真空采血法克服了以上不足，血液在放置過程中，血液黏度穩定。

參考范圍

血液黏度由血液的內在因素和測定條件所決定，因此，血液黏度的參考值隨黏度計類型，測定方法，實驗條件和地區的差異不盡相同。不同地區和實驗室應具有自己的參考值。

臨床意義

1．血液黏度增高 見于冠心病，心肌梗死，高血壓病，腦血栓形成，高脂血癥，糖尿病，惡性腫瘤，肺心病，真性紅細胞增多癥，多發性骨髓瘤，原發性巨球蛋白血癥，姓娠高血壓綜合癥等。

2．血液黏度降低 主要見于各種原因所致的貧血和低蛋白血癥。