血液的流變特性

2024年2月21日發(fā)(作者：安排的英文)

血液的流變特性

一 層流

血液的運(yùn)動(dòng)方式是流動(dòng)，對(duì)于沒(méi)有顆粒混合的單一性流體，若在試管內(nèi)呈層狀流動(dòng)，則其截面上的流速呈拋物線樣分布，這種流體運(yùn)動(dòng)特性稱為層流。

二 血液的黏滯性

當(dāng)相鄰的兩層血液之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生平行接觸面的切向力，流動(dòng)快的與流動(dòng)慢的血液層之間便產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，通常稱為血液的黏滯性。

三 切應(yīng)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(qū)動(dòng)各層產(chǎn)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(yīng)力，用表示

四 切應(yīng)變和切變率

液體分層流動(dòng)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(dòng)距離差與兩流層間的距離之比稱為切應(yīng)變或切變。切應(yīng)變隨血液流動(dòng)時(shí)間而成比例增加，這一隨時(shí)間變化的切應(yīng)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(dòng)時(shí)，切應(yīng)力τ與切變率γ之比為一常數(shù)，即τ/γ=η，此即牛頓黏滯定律。該常數(shù)（η）的大小由液體的性質(zhì)所決定，被稱為液體的動(dòng)力黏滯系數(shù)（或動(dòng)力黏度）簡(jiǎn)稱黏度。

在國(guó)際單位制（SI）中，切應(yīng)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(shù)，這類流體成為牛頓流體。其切應(yīng)力與切變率的關(guān)系曲線（即流動(dòng)曲線）為一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，如水，血漿等即為牛頓流體。

事實(shí)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(tǒng)，血液等，切應(yīng)力與切變率的關(guān)系為γ=f（τ）。

對(duì)于牛頓流體η為絕對(duì)黏滯常數(shù)，而對(duì)于非牛頓流體，該值則不為常數(shù)，可用ηa表示，稱為表觀黏度。ηa的變化規(guī)律隨流體的性質(zhì)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(shù)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(dòng)形式

血液是由多種成分組成的流體，在血管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(yuǎn)流速愈小，而切變率愈大。血液在血管中流動(dòng)時(shí)，血細(xì)胞并不是彌散分布于整個(gè)血管，而是表現(xiàn)出明顯的趨軸性，該現(xiàn)象稱為軸流。愈接近血管軸心，血細(xì)胞愈密集；愈接近管壁，血細(xì)胞愈稀少。軸流的意義是可以最大限度地減少血細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的接觸機(jī)會(huì)，從而減少血細(xì)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(xì)胞比容和血漿成分有著密切的關(guān)系。當(dāng)血細(xì)胞比容為0時(shí)，血液為牛頓流體，當(dāng)血細(xì)胞比容大于0.1時(shí),血液則表現(xiàn)出非牛頓流體的特性.隨著切變率減少而黏度增高,血細(xì)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(dòng)性逐漸似牛頓流體.一般血細(xì)胞比容為0.45,當(dāng)切變率>200/S時(shí),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(guān),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(dāng)切變率<0.1/S時(shí),血液中將形成RBC的聚集體,呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此,除黏性外,還表現(xiàn)出黏彈性.

（3） 血液觸變性：意味著血液的流變特性是隨時(shí)間而變化的，與RBC在流動(dòng)中所發(fā)生的分散聚集有關(guān)。當(dāng)血液處于低剪切運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，可以認(rèn)為血液為三維等位結(jié)構(gòu)，且沒(méi)有被破壞，此時(shí)呈現(xiàn)較大彈性。隨著切變率的增加，血液的剪切力大于其內(nèi)聚力，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，血液彈性亦逐漸減小。血液在流動(dòng)時(shí)，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(jié)構(gòu)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(dòng)切變率下，其切應(yīng)力隨時(shí)間而減少。當(dāng)切變率在0.1~0.5/S范圍內(nèi)，全血黏度依賴于剪切時(shí)間，即切應(yīng)率恒定時(shí)，血液黏度隨著時(shí)間而改變。

（4） 紅細(xì)胞相對(duì)運(yùn)動(dòng)：血液流動(dòng)時(shí)，紅細(xì)胞不僅與血漿一起運(yùn)動(dòng)，而且有相對(duì)于血漿的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)引起細(xì)胞與血漿之間的相互作用，影響血液的宏觀力學(xué)性質(zhì)。

（5） 紅細(xì)胞聚集：在靜止?fàn)顟B(tài)下紅細(xì)胞在血漿中聚集并形成網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)有一定強(qiáng)度，只有當(dāng)剪切力高于此強(qiáng)度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)破壞，血液才會(huì)流動(dòng)。

（6） 紅細(xì)胞變形：紅細(xì)胞具有良好的變形性，當(dāng)紅細(xì)胞變形性降低時(shí)，會(huì)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(huán)血流和紅細(xì)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(yīng)力，只有當(dāng)血液所受的外部切應(yīng)力超過(guò)該力時(shí)，血液才開(kāi)始流動(dòng)。

（3） 細(xì)胞比容在0.1~0.8時(shí),全血黏度與血細(xì)胞比容呈正相關(guān)。

（4） 當(dāng)切變率足夠大（>200/s）時(shí),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(xì)胞聚集性，變形性，血液PH，滲透壓等對(duì)血液流變特性有很大影響。

血液流變學(xué)的臨床應(yīng)用

血液的流動(dòng)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(fā)生異常，便可導(dǎo)致全身或局部血液循環(huán)障礙，出現(xiàn)組織缺血，缺氧以及一系列的病理變化，因此，血液流變學(xué)檢驗(yàn)對(duì)于疾病的診斷，防治，發(fā)病機(jī)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(xiàn)出明顯的高黏滯性，如多發(fā)性骨髓瘤。由于血液中蛋白異常升高，血漿黏度明顯增加，進(jìn)而血液黏度升高。血漿蛋白增加也可以導(dǎo)致紅細(xì)胞聚集，特別在低切變率時(shí)更為明顯，從而進(jìn)一步導(dǎo)致全血黏度的升高。②原發(fā)性或繼發(fā)性紅細(xì)胞增多癥，肺原性心臟病，燒傷，嚴(yán)重脫水等可造成紅細(xì)胞數(shù)量明顯增多，導(dǎo)致血液黏度升高。③血液病，如異常Hb癥，球形紅細(xì)胞增多癥等，導(dǎo)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(xì)胞濃度，全血黏度，血漿黏度紅細(xì)胞聚集性升高，紅細(xì)胞變形性下降；糖尿病，外周動(dòng)脈性疾病等也有各種血液流變學(xué)指標(biāo)的變化。

2．紅細(xì)胞變形性異常 ①血液病：常見(jiàn)于球形紅細(xì)胞增多癥，橢圓形細(xì)細(xì)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(xué)指標(biāo)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(xì)胞聚集程度常增高。通過(guò)臨床干預(yù)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(yīng)，可能有利于防止腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移

（三）疾病監(jiān)測(cè)的療效觀察

血液流變學(xué)指標(biāo)的改變可早期預(yù)示一些疾病的發(fā)生，若及時(shí)改善機(jī)體的失衡狀態(tài)，有助于防止疾病的發(fā)生發(fā)展。

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

常用的血液流變學(xué)檢測(cè)項(xiàng)目

血液流變學(xué)的應(yīng)用范圍廣泛，測(cè)定參數(shù)較多，目前臨床上測(cè)定較多的指標(biāo)有血細(xì)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(xì)胞變形性，紅細(xì)胞聚集性，紅細(xì)胞電泳以及體外血栓形成試驗(yàn)等。

血液黏度的測(cè)定

血液黏度是反映血液流變特性的最基本的參數(shù)之一。測(cè)定血液黏度的儀器稱為黏度計(jì)，它在標(biāo)準(zhǔn)條件下以某種方式的測(cè)黏流動(dòng)來(lái)決定樣品的黏度。黏度計(jì)的種類很多，目前國(guó)內(nèi)常用的黏度計(jì)分為毛細(xì)管式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)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(yīng)用最廣泛的是同軸錐板式。

毛細(xì)管式黏度計(jì)測(cè)定法

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

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(cè)定。

3．同樣測(cè)定9g/L氯化鈉溶液流過(guò)時(shí)間。

4．計(jì)算每個(gè)平均切變率下的血液表觀黏度。

同軸錐板式黏度計(jì)測(cè)定法

原理：在半徑為R的圓形平板上設(shè)置一個(gè)大角度的圓錐，平板部分為樣品杯，它與調(diào)速馬達(dá)相連。將血液置于圓錐與平板的空隙，當(dāng)平板以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，即給血樣施加切應(yīng)力，使之形成層流。由于流層之間的內(nèi)磨擦作用，把旋動(dòng)形成的力距傳遞到錐板，使之偏轉(zhuǎn)一定的角度。偏轉(zhuǎn)角度與力距及力距與樣品黏度間均成正比關(guān)系。

操作：

1．抽靜脈血4ml，肝素抗凝，充分混勻。

2．儀器預(yù)溫至測(cè)試溫度后，加樣測(cè)試。

質(zhì)量控制

1．標(biāo)本采集與抗凝 統(tǒng)一采血時(shí)間和方法，空腹坐位，肘靜脈采血。采血時(shí)最好用7號(hào)針頭，止血帶壓迫時(shí)間盡可能短，應(yīng)在止血帶松開(kāi)5S后開(kāi)始采血，抽血負(fù)壓不宜過(guò)大。應(yīng)采用固體抗凝劑或高濃度的液體抗凝劑，以減少對(duì)血液的稀釋作用。血液與抗凝劑應(yīng)立刻混勻避免凝固。

2．標(biāo)本存放時(shí)間 采血后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測(cè)定，存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起結(jié)果偏高，置密封容器內(nèi)室溫保存最長(zhǎng)不超過(guò)4小時(shí)，不宜在冰箱內(nèi)保存。

3．血漿制備 以3000 r/min離心30min后，取上層血漿測(cè)定。

4．測(cè)定溫度 最好控制在37℃，溫度過(guò)高血液黏度下降。

5．采用毛細(xì)管法測(cè)定 每做完一個(gè)樣品后必須用待測(cè)樣品沖洗毛細(xì)管并吸干，以免其殘留物對(duì)下一個(gè)樣品測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。采用錐板式黏度計(jì)測(cè)定時(shí)，錐板間隙應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程調(diào)試，并用標(biāo)準(zhǔn)油校正。

6．樣品用量 由標(biāo)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)油用量而定，并應(yīng)嚴(yán)格控制樣品計(jì)算精度。樣品量過(guò)多過(guò)少均將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

7．樣品移入 移入時(shí)避免產(chǎn)生氣泡。

方法學(xué)評(píng)價(jià)

1．毛細(xì)管黏度計(jì)檢測(cè)法

（1） 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，成本低廉，易于普及；測(cè)定牛頓流體黏度結(jié)果可靠，適用于血漿，血清等低黏度的標(biāo)本測(cè)定；豎直型毛細(xì)管式黏度計(jì)可以調(diào)節(jié)試樣用量。

（2） 缺點(diǎn)：由于毛細(xì)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(cè)定在一定切變率下的表觀黏度；測(cè)定時(shí)的影響因素較多，如電極易氧化，電極調(diào)整距離有一定難度等；毛細(xì)管式黏度計(jì)易受表面張力的影響，血液的毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中，前面的凸液面和后面的凹液面均會(huì)由于表面張力的作用產(chǎn)生一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力，這種阻力會(huì)影響?zhàn)ざ葴y(cè)定的結(jié)果；毛細(xì)管的軸心處切變率近似0，管壁處切變率最大，因此，測(cè)定全血黏度值的誤差最大；在低切變率范圍內(nèi)，由于血細(xì)胞自動(dòng)沉降，影響測(cè)定精確性；在高切變率范圍內(nèi)，一部分驅(qū)動(dòng)力以動(dòng)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(huì)導(dǎo)致測(cè)定誤差。

2．旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)檢測(cè)法

優(yōu)點(diǎn)：能在不同角速度下提供所需的切變率，在被測(cè)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(dòng)，克服了毛細(xì)管式黏度計(jì)在這方面的缺點(diǎn)；能準(zhǔn)確地提供切變率，對(duì)研究血液這一非牛頓流體的流變性非常重要；能測(cè)定各種切變率下的血液黏度。旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)是目前血液流變

學(xué)研究較理想的儀器。

血液黏度測(cè)定的影響因素

血液成分的復(fù)雜性決定了其黏度影響因素的多面性。包括：血細(xì)胞的數(shù)量與性質(zhì)；血漿中各種大分子的組成及含量；血液內(nèi)在的物理化學(xué)條件；測(cè)定儀器的結(jié)構(gòu)，材料和流場(chǎng)切變率等。

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

（2） 紅細(xì)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(xì)胞較大的表面積與體積比決定了紅細(xì)胞在不增加表面積的情況下，就可發(fā)生相當(dāng)大的變形。另一方面在一定的切變率范圍內(nèi)，還會(huì)發(fā)生紅細(xì)胞主截面折方向趨向于流場(chǎng)渦流方向的取向效應(yīng)。其結(jié)果都使紅細(xì)胞從流場(chǎng)獲得的能量減少，從而導(dǎo)致血液流動(dòng)的阻力降低。在宏觀上就表現(xiàn)為黏度隨切變率升高而減小。

（3） 紅細(xì)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(tài)下，紅細(xì)胞在血漿中聚集重疊，并形成某種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)克服屈服應(yīng)力，破壞紅細(xì)胞的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使血液流動(dòng)，但紅細(xì)胞的疊連依然存在，隨著切應(yīng)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(xì)胞聚集和紅細(xì)胞變形性的改變，從而對(duì)血液黏度產(chǎn)生影響。PH降低，可使紅細(xì)胞膜變硬，紅細(xì)胞的變形能力下降。低滲可使細(xì)胞外水分內(nèi)流，細(xì)胞體積增大，表面積與體積比減少，變形性降低；高滲使紅細(xì)胞內(nèi)水分外流，細(xì)胞內(nèi)黏度增高，也導(dǎo)致紅細(xì)胞變形性降低。而紅細(xì)胞變形性降低，使紅細(xì)胞之間不易形成結(jié)合緊密的疊連，從而影響紅細(xì)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(duì)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(tài)及所帶電荷性質(zhì)。鏈狀蛋白分子比球狀蛋白分子的影響大，纖維蛋白原對(duì)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(dǎo)致紅細(xì)胞的聚集增高，使低切變率下的血液黏度升高。溫度對(duì)紅細(xì)胞變形性的影響較為復(fù)雜，37℃左右，紅細(xì)胞都將有最佳變形性，溫度的過(guò)高或過(guò)低，都將對(duì)紅細(xì)胞的變形性產(chǎn)生顯著影響。在49℃時(shí)，紅細(xì)胞將喪失變形能力。由溫度引起的紅細(xì)胞變形性不同程度的下降，則會(huì)導(dǎo)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(guò)的管子口徑和管壁有關(guān)。

（8） 抗凝劑：一般選用肝素，乙二胺四乙酸二鉀等，對(duì)紅細(xì)胞的大小及形狀等均無(wú)影響，對(duì)血液黏度不產(chǎn)生影響。

（9） 血液的采集方法：傳統(tǒng)的采血方法，在血液放置過(guò)程中，PH和細(xì)胞電荷都會(huì)發(fā)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(guò)程中，血液黏度穩(wěn)定。

參考范圍

血液黏度由血液的內(nèi)在因素和測(cè)定條件所決定，因此，血液黏度的參考值隨黏度計(jì)類型，測(cè)定方法，實(shí)驗(yàn)條件和地區(qū)的差異不盡相同。不同地區(qū)和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有自己的參考值。

臨床意義

1．血液黏度增高 見(jiàn)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(xì)胞增多癥，多發(fā)性骨髓瘤，原發(fā)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(jiàn)于各種原因所致的貧血和低蛋白血癥。