第七章 血液的流动变形性质

第七章 血液的流动、变形性质
血液流变学：研究血液及其有形成分与流动规律 的科学
血液作为一种非牛顿型流体具有的流动和凝固特性
第一节 血液的组成及理化特性
血细胞（45%）：
红细胞 白细胞 血小板
血浆（55%）
血浆的组成
血浆（plasma） :
水、血浆蛋白、脂蛋白、 酶、激素、维生素、无机盐 和各种代谢产物 血浆蛋白:白蛋白、球蛋白、 纤维蛋白
红细胞表面积/体积之比也是影响红细胞变形性的重
要因素，如果红细胞为球形、椭圆形和其他形状，则由于表 面积与体积之比降低，故其变形能力也降低。由此可见细胞 的几何形状对细胞可变形性有很大的影响。
红细胞的 变形
红细胞内液(胞液)的粘度
红细胞内细胞浆的粘度称为内粘度， 受细胞平均血红蛋白浓度和血红蛋白 物理化学性质的影响。红细胞平均血 红蛋白浓度和红细胞年龄之间有一定 关系，老化的红细胞平均血红蛋白浓 度升高，红细胞内粘度升高，红细胞 可变形性降低。
2

r dr
2
h
θ
r
粘度
3 2R 3
锥板粘度计示意图
共轴圆筒旋转粘度计
a
R
R T 4hR R
2 o
2 i 2 2 i o

Ri
h
a
Ri2 T 2 4hRi2 Ro
2 o
R

R0
旋转粘度计示意图
与聚集有关的因素
• 切变率直接影响血细胞聚散，流速高时血细胞呈分散状态， 血液粘度较低，血流缓慢时，血细胞处于聚集状态，血液 粘度较高。当切变率为100—200S-1时，红细胞呈分散状态， 1～50S-1时，红细胞不断聚集，小于1S-1时，红细胞常可 形成恒定的聚集物。 • 在固定的流速时，红细胞聚散主要与红细胞膜表面所带电 荷多少和血浆中的高分子蛋白物质种类有密切关系，细胞 膜表面有较多的负电时，由于静电排斥作用，不易发生聚 集；反之，则易聚集。血浆中高分子物质如纤维蛋白元、 凝血酶元等可吸附于细胞表面，通过“桥接”作用促使细 胞聚集。
毛细管粘度计
流量
V R4 Q t 1 81L
V R4 Q t 2 82 L
流量
比粘度
2 1
t 2 t1
毛细管粘度计示意图
锥板粘度计
高度：
h r tg r
r h
切变率：
R
扭矩：
d 2r dr r
3.还原粘度: 全血粘度与红细胞比容的比值
re
a p p

1 HCT
二 、影响血液粘度的因素
• • • • • • • • 1.剪切应变率 2.红细胞压积 3.血浆粘度 4.红细胞的变形性 5.红细胞的聚集性 6.温度 7.管径 8.管壁滑移效应
1.剪切率对血液粘度的影响
流体在圆管中的层流
•
。

其中τ 为剪切应力，Pa；μ 为粘度，Pa·s， 为剪切率。

血液的非牛顿性
血液粘度的几种定义
1.表观粘度: 指非牛顿流体在某一切变率下测得的实际粘度。
a

2.相对粘度: 指两种粘度的比值，故为一无量纲的量。血液的相对粘 度是全血粘度与血浆粘度的比。
r a p
卡松粘度
• 随着剪切率的增加，红细胞缗钱状 聚集体逐渐瓦解直至完全分散，血液表 观粘度降低，剪切率继续增大，红细胞 可被拉长，顺着流线运动，血液粘度进 一步降低，但降低不是无止境的，达到 一个极限值或最低值，就是卡松粘度。 卡松粘度与全血粘度高切粘度相关性非 常显著，故与红细胞的变形性有关。
全血粘度测量
血液的理化性质
• 1.红细胞压积H ：红细胞体积与全血总体积 之比 • 2.血液的比重: 1.050 ～1.060g/cm3(4℃) • 3.全血的PH值：7.4～7.7 • 4.血沉:血浆球蛋白↑、纤维蛋白原↑、胆固 醇↑→叠连↑→血沉↑
第二节 血液的流变学特性
• 非牛顿流体就是不服从式（1）的流体
• 红细胞膜的粘弹性
红细胞膜的脂双层和骨架蛋白共同构成 了红细胞膜，红细胞膜的骨架主要由几种 纤维蛋白构成的纤维网状结构组成。红细 胞膜的成分，以及这些成分在膜中的结构 和排列异常又决定着红细胞膜的力学性质 (粘弹性)。因此，膜的粘弹性变化控制和 调节着红细胞的变形性。
细胞的几何形状 (表面积与体积之比)
红细胞的变形性的影响

5.红细胞的聚集性
• 红细胞缗钱状聚集体 在低切变率下，红细胞因 大分子血浆蛋白的桥联作用， 形成缗钱状的聚集体，并进而 形成三维的立体网状结构，从 而使血液流动阻力增大，显然 红细胞聚集性愈强，形成的聚 集体愈大，血液粘度升高愈显 著，随切变率的升高，这种立 体结构逐渐破坏，血液的表观 粘度随之降低，因此，可以种 用测量血液粘度来估计红细胞 聚集性。
4. 血液的变形 性
双凹圆盘状，直径约7.5 µm;中央浅 染、较薄，厚约1 µm ；周缘较厚， 约2 µm ，无核，无细胞器，胞质内 充满血红蛋白（hemoglobin，Hb）， 故呈红色
红细胞变形性的影响因素 • 1.红细胞膜的粘弹性 • 2.红细胞的几何形状(表面积与体积之比) • 3.红细胞内液(胞液)的粘度
红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性 的主要原因 • 在血液流动中，红细胞会在流体动力的 作用下变形。在应力很小时，红细胞会被 拉长；当应力进一步增大，红细胞就有明 显变形，并随流线方向排列，致使血流阻 力降低，全血粘度下降；当当切变率增大 到一定值时，红细胞变形和取向达到极限， 不再随切变率变化，血液表观粘度趋于常 数。
红细胞的变形性、聚集性
红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛 顿性的主要原因
• 在静止状况下，红细胞在血浆中聚集 形成红细胞缗钱状聚集体，随切变率的升 高，这种立体结构逐渐破坏；随着切变率 的进一步升高，红细胞缗钱状聚集体逐渐 解聚，血液的表观粘度随之降低；当切变 率达到一定值时，红细胞缗钱状聚集体几 乎分解成单个红细胞。因此红细胞聚集是 影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因
血浆因素
• 1.血浆蛋白质
纤维蛋白质→红细胞的聚集↑ 血浆蛋白质→红细胞表面的电特性→红细胞的聚集
• 2.血浆渗透压
• 血浆渗透压→红细胞的形状、尺寸、膜的弹性→红细胞 的变形性
• 3.血浆PH值
血浆PH值 ↓→细胞膜变硬→红细胞聚集性增加以及红细 胞变形能力下降↓→血液的表观粘度↑
第三节 血液的屈服应力
红细胞的聚集性
6.管径的影响 Fahraeus-Lindqvist效应: 在管径小于1mm的血管中，血液
的表观粘度随血管的管径的减小而降低
管径的影响
• 法-林效应：在管径小于1mm的血管中，血液 的表观粘度随血管的管径的减小而降低 • 产生的原因：血浆层
δ
R RC
7.温度：温度对血液粘度的影响比较复杂，
图2 纵截面
剪切率
du dr
2.红细胞压积
3.血浆粘度
• 血浆粘度：主要是血浆的蛋白成分所形成，血浆蛋白 对血浆粘度的影响决定于血浆蛋白质的含量。其中以 结构不对称并形成网状结构能力大的纤维蛋白原对血 浆粘度影响最大，其次是球蛋白分子，白蛋白最小等。 • 【正常参考值】 1.59—1.61 mpa.s • 血浆粘度↑→全血粘度↑
Chien其人通过试验，发现血液的流变特性可以通 过以下本构方程（即应力与应变率关系）来描述：
c c *
上式称为卡松方程。τc称为卡松屈服应力，ηc称为卡 松粘度。
屈服应力
卡松屈服应力的意义
• 卡松屈服应力表示，使血液开始流动性所需要的 最小剪切应力，对于人体全血而言，只有施加于 血液的切应力达到一定值时，才能消除其内部对 抗并开始流动。此切应力临界值τc称为全血屈服 应力，血液流动时，其内部切应力低于τc时，血 液犹如固体，只会变形不会流动。血液流变学数 据统计分析统计表明,卡松屈服应力与全血低切粘 度相关性十分显著,故与红细胞聚集性有关.
无简单规律可循。温度低于20℃时，人血 的相对粘度随温度降低而增加。当温度升 高至41℃以上时，由于血浆蛋白和红细胞 膜均出现变化，导致红细胞硬度增加，使 血液相对粘度升高。
三. 血液非牛顿粘度的原因
1.红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛 顿性的主要原因 2.红细胞变形是影响高切变率下血液非牛 顿性的主要原因 3.血浆因素