第十一章 血液的流变性

3.红细胞变形 红细胞在外部流体剪切应力作用下很容易被拉 成椭圆形，并随流动方向取向，而且这些变形和 取向的程度随剪切率增加而增加，从而导致血液 阻力降低。红细胞变形性能力降低或丧失，红细 胞就不能通过比自己小的微血管，这时红细胞在 微血管中流动时的粘度也就增加。 4.血浆粘度 血浆蛋白既是影响血浆粘度的主要因素，也是 影响血液粘度的重要因素。血浆蛋白对血浆粘度 的影响决定于血浆蛋白的含量，分子的形状和大 小，蛋白的含量愈高，血浆粘度愈高。
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（1）线应变
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0
（2）体应变 （3）切应变
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V
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0
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物体上两互相垂直的微 小线段，在其形变后其 角度的改变值。
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应变特点：没单位的纯数, 与原来的长度、体积或形状 都没关系。
（三）应力
1.应力的概念：应力是物体内单位面积上的内 力（分子力）。应力等于形变时的内力与内力作用面
（三）粘性与弹性的区别： 1.只有在流体各层相对运动时，才 表现出粘性，而弹性是瞬时的响应； 2.弹性体在外力消失后恢复原状，而 粘性流体会流掉，不能恢复原状； 3.弹性能可储存起来做功，而粘性则 把能量耗散变热。
三、物体的粘弹性
（一）概述： 生物流体因为要克服 内摩擦力，所以具有粘弹性。 比如蛋清、唾液、 生物材料中的液体固体（关节液、软骨、皮肤等）。 粘弹体的特点：
2.牛顿流体粘度与剪切率的关系 • 粘度是度量流体粘滞性的物理量，它反映流体流动时的内 摩擦力大小。在一定的温度下，牛顿流体的剪应力与剪切 率呈线性关系，粘度不随流动状态变化，即与剪切率变化 无关。由此可见，在液体层流中，剪应力与剪切率的比值 是固定的，剪应力趋于0时，剪应力亦趋于0。
（二）非牛顿流体
5.温度的影响 温度升高使体液粘度降低，温度下降使体液粘 度增高。
温度对血液粘度相当重要，在临床医学中有很 重要的意义。如，有些外科手术常在低温下进行， 内科常有高烧和中暑病人，外周血管病、巨球蛋 白血症、红细胞增多症等病人的四肢受冷会引起 严重症状，所以研究温度对血液粘度的影响。
但血液情况十分复杂，温度升高将导 致红细胞聚集增高，于是使血液低剪切率粘度升高，
形，分子间相对位置变动，形成流动，表现
出粘性；如果力是瞬间作用，这些结构中的 分子的位置来不及有较大变化，网状结构互 相牵连，表现出弹性。
二 应变与应力
形变现象
水随形变，变则生，不变则死， 我们之所以能走路，能奔跑， 就是因为脚掌发生了形变。 脸部发生形变，才展现出丰富的表情。
人脸造型与人脸表情动画研究就 是研究脸部各块的形变规律。
1 形变的概念
物体在外力的作用下，其形 状和大小发生改变。 2 分类；
（1）根据形态分为
拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转
粘弹性流体从管内自由流出时，通常可 以看到射流膨胀现象,这种现象称为挤出物膨 胀（如图）。例如，聚苯乙烯在175～200℃条 件下较快挤出时,直径膨胀达2.8倍。以上现象 都是由于粘弹性流体受剪切时产生法向应力差 的结果。
（二）粘弹体的特点 （1）.应力松弛：当粘 弹体突然发生应变时， 若保持应变恒定，则应 力将随时间的增加而缓 慢减小，这种现象称为 应力松弛。 如：血管、血液
积之比。 单位N/m2（牛顿/米2）
包括：张应力、压应力（P）、剪应力。
应力＝形变时的内力/内力作用面积
应变与应力的关系 一一对应关系，即什么样的应变产生什 么样的应力。张应力、压应力（P） 、剪应力。 2.应力的物理意义 应力具有局部特征，可以表示相应位置 上的受力强度，它的物理意义反映了物体发 生形变时的内力分布情况。 3.应力 大。
泊肃叶 (Jean-Lous-Marie Poiseuille 1799-1869)简介
法国生理学家。他长期研究血液在血管内的流动。在 求学时代即已发明血压计用以测量狗主动脉的血压。他 发表过一系列关于血液在动脉和静脉内流动的论文（最 早一篇发表于1819年）。其中1840-1841年发表的论文 《小管径内液体流动的实验研究》对流体力学的发展起 了重要作用。他在文中指出，流量与单位长度上的压 力降与管径的四次方成正比。此定律后称为泊肃叶 定律。由于德国工程师G.H.L.哈根在1839年曾得到同样 的结果，Ｗ.奥斯特瓦尔德在1925年建议称该定律为哈根 -泊肃叶定律。
6.pH及渗透压 pH和渗透压对血液粘度的影响，主要是因为它们引起红 细胞聚集性和变形性的改变。 pH降低可使红细胞膜变硬，细胞变形下降。低渗状态可 使红细胞球形化，变形性降低。高渗条件可使细胞内水分 外流，细胞内粘度升高。因而这些因素都可使低剪切率下 粘度降低，高剪切率下粘度升高。 7.剪切率 非牛顿流体的粘度，随剪切应力或剪切率的变化而变化。 在高剪切率时全血粘度低，而在低剪切率时，全血粘度则 增高。 这是因为低剪切时，红细胞易于发生聚集，高剪切率时 红细胞聚集被冲开，又处于分散状态。剪切率主要是影响 红细胞的聚集与变形，而血液粘度与红细胞聚集和变形密 切相关 。
（二）剪变率 剪变率概念：剪变率是指剪应变随时间的 变化率。 （三）剪变率与速度梯度的关系 • 在定常流动中，任一处的剪变率与该处的 速度梯度相等。
二、牛顿流体与非牛顿流体
（一）牛顿流体
1.牛顿流体概念 • 是指符合牛顿粘性定律的液体。任一点上的剪应力都同剪 切变形速率呈线性函数关系的流体。指在受力后极易变形， 且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。 • 水、酒精、汽油、血浆、血清等，都是牛顿流体，即粘度 不随剪切率变化。
同，该处就存在速度梯度。
3.库厄特流动及速度梯度
（1）库厄特流动： 是一种特殊的流动 方式。流体的流动形 态是定常流动，且速 度是从0自下而上正 比例地增加到V0。
（2）库厄特流动的速度梯度 由图可见在位置x和x+△x上，流速分别为v 和v+△v，由于流速是正比例增加的，所以 其速度梯度为： △v/△x=V0/l 可见库厄特流动的速度梯度是定值，处 处相等。
（二）影响血液粘度的主要因素
1.红细胞压积（HCT） 血液粘度随红细胞压积的增加而增高， 反之则降低。 2.红细胞聚集 红细胞聚集主要影响低剪切下血液粘度。 红细胞聚集增多时，低剪切下血液表观粘 度增高。
红细胞的聚集状态受以下因素的影响： （1）血浆大分子桥联作用； （2）细胞表面静电排斥力； （3）流场剪切应力； ①流场剪切率降低：致血液接近于不流动时， 造成液体内摩擦阻力增加，出现聚集体。 ②流场剪切率增大：当流场剪切率或剪切应力 增大到足以克服血浆中大分子桥联力，则红细胞 不易聚集在一起。若红细胞聚集，说明红细胞表 面电荷减少，则红细胞电泳时间减慢，而粘度也 可以上升。
应变
时间
应力
时间
应力
（2）.蠕变：当粘弹体 突然发生应变时，若保 持应力恒定，则应变将 随时间的增加而增大。 如：关节、软骨
时间
应变
时间
（3）.应力滞后：对粘弹 体进行加载和减载实验， 可测得加载时的应力-应 变曲线与减载时的应力应变曲线不重合。且在任 一应变下，加载时的应力 比减载时的应力大，形成 应力滞后环。
拉伸 压缩 弯曲 剪切
扭转
（2）根据状态分类
①弹性形变：形变不超过一定限度， 撤去外力后，物体能够完全恢复原状的 形变。 ②塑性形变：形变超过一定限度， 撤去外力后，物体不能够完全恢复原状 的形变。
二、应变
1.应变的概念：物体发生形变时，变化的 相对量。 物理意义：描述形变的程度。
2.应变的分类 线应变 体应变 切应变
8.管壁及血管口径
①血管壁平滑血液流动快，血管壁粗糙则血液流 动变慢。②血管口径小，血液粘度会随口径减小 而变小。
9.其他
①吸烟者红细胞压积增加，纤维蛋白原升高，使 红细胞内粘度增加。红细胞刚性增加，红细胞聚 集增加，并使血小板聚集增加，从而使全血粘度 增高。 ②饮酒（特别是大量饮酒）可以使血液粘滞。 ③应激反应可导致交感神经过分兴奋，儿茶酚胺 产生过剩，可增加血小板聚集使血液粘滞诸因素 升高。
（二）
泊肃叶流动
概念：牛顿流体在水平均匀圆管 中做层流，过管轴的任一平面上， 各层的流速呈抛物线分布。 流体要流动，必须有外力抵消内 摩擦力，即管子两端L存在压强差 (⊿p)。 4
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泊肃叶流动 的速度分布
适用条件：牛顿流体，流体作定常流动，均匀的水平圆管。
泊肃叶定律应用 它是设计竖直毛细粘度 计的理论依据。
1.概念 凡不符合牛顿粘性定律的液体都称为非牛顿流 体。 2.非牛顿流体粘度与剪切率的关系 • 非牛顿流体是剪应力和剪切变形速率之间不满足 线性关系的流体。 • 自然界中存在着大量非牛顿流体，例如油脂、油 漆、牛奶、牙膏、动物血液、泥浆等。 •
三、泊肃叶定律
泊肃叶 (Jean-LousMarie Poiseuille 1799-1869)
第二节 物体的粘弹性
一、物体的弹性
（一）物体的弹性的特点：
①受外力后变形，且有恢复原状的反弹力；②在
极限范围内，外力消失后会恢复原状；③在极限 范围内，伸长或压缩的程度与所加外力的大小有 E 一定的关系。
（二）物体的弹性遵从的规律
胡克定律：应力不超过一定极限，应力与应变成正比。
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第二节 血液的粘度
一、几种血液粘度的定义 为了从不同的角度更准确地描述流体的粘性， 人们定义了多种粘度。 （一）定义 1.动力粘度 即粘度系数、粘度、绝对粘度、牛顿粘度， 是量度牛顿流体粘性大小的物理量。单位： pa.s 常用mpa.s。
2 表观粘度
牛顿流体的粘度


既具有流体的性质，也具有固体的性质。 任一点任一时刻的应力状态，不仅取决于当 时当地的应变，而且与应变的历史过程有关， 即材料是具有“记忆”的。