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1、 第七章第七章 血液的流动、变形性质血液的流动、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第一节 血液的组成及理化特性血液的组成及理化特性 血细胞（血细胞（45%）：）：红细胞红细胞 白细胞白细胞 血小板血小板 血浆（血浆（55%）血浆的组成血浆血浆（plasma）:水、血浆蛋白、脂蛋白、水、血浆蛋白、脂蛋白、酶、激素、维生素、无机盐酶、激素、维生素、无机盐和各种代谢产物和各种代谢产物血浆蛋白血浆蛋白:白蛋白、球蛋白、白蛋白、球蛋白、纤维蛋白纤维蛋白血液的理化性质血液的理化性质1.1.红细胞压积红细胞压积H H：红细胞体积与全
2、血总体积：红细胞体积与全血总体积之比之比2.2.血液的比重血液的比重:1.050:1.050 1.060g/cm1.060g/cm3 3(4(4)3.3.全血的全血的PHPH值：值：7.47.47.77.74.4.血沉血沉:血浆球蛋白血浆球蛋白、纤维蛋白原、纤维蛋白原、胆固、胆固醇醇叠连叠连血沉血沉第二节第二节 血液的流变学特性血液的流变学特性非牛顿流体就是不服从式（非牛顿流体就是不服从式（1 1）的流体）的流体。其中 为剪切应力，Pa；为粘度，Pas，为剪切率。血液的非牛顿性血液的非牛顿性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。血液粘度的几种定义血液粘度的几种定义 2.相对粘
3、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。3.还原粘度:全血粘度与红细胞比容的比值二、影响血液粘度的因素1.1.剪切应变率剪切应变率2.2.红细胞压积红细胞压积3.3.血浆粘度血浆粘度4.4.红细胞的变形性红细胞的变形性5.5.红细胞的聚集性红细胞的聚集性6.6.温度温度7.7.管径管径8.8.管壁滑移效应管壁滑移效应1.剪切率对血液粘度的影响图图图图1 1 圆管内的层流圆管内的层流圆管内的层流圆管内的层流图图图图2 2 纵截面纵截面纵截面纵截面剪切率流体在圆管中的层流流体在圆管中的层流2.红细胞压积红细胞压积3.血浆粘度血浆粘度血浆粘度：血浆粘度：主要
4、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】1.591.591.611.61 mpa.s 血浆粘度血浆粘度全血粘度全血粘度 4.血液的变形血液的变形性性 双凹圆盘状，直径约双凹圆盘状，直径约7.5 7.5 m;m;中央浅中央浅染、较薄，厚约染、较薄，厚约1 1 m m；周缘较厚，；周缘较厚，约约2 2 m m，无核，无细胞器，胞质内，无核，无细胞器，胞质内充满血红蛋白（充满血红蛋白（hemoglobinhemoglobin，HbHb），），故呈
5、红色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
6、。红细胞的红细胞的 变形变形 红细胞内液红细胞内液(胞液胞液)的粘度的粘度红细胞内细胞浆的粘度称为内粘度，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，红细胞度升高，红细胞内粘度升高，红细胞可变形性降低。可变形性降低。红细胞的变形性的影响红细胞的变形性的影响5.红细胞的聚集性红细胞的聚集性红细胞缗钱状聚集体红细胞缗钱状聚集体 在低
7、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。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100200S-1时，红细胞呈分散状态，150S-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
8、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。红细胞的聚集性红细胞的聚集性 6.管径的影响管径的影响Fahraeus-Lindqvist效应效应:在管径小于在管径小于1mm1mm的血管中，血液的血管中，血液的表观粘度随血管的管径的减小而降低的表观粘度随血管的管径的减小而降低管径的影响管径的影响法法-林效应：林效应：在管径小于在管径小于1mm1mm的血管中，血液的血管中，血液的表观粘度随血管的管径的减小而降低的表观粘度随血管的管径的减小而降低产生
9、的原因：血浆层产生的原因：血浆层RCR7.7.温度温度：温度对血液粘度的影响比较复杂，温度对血液粘度的影响比较复杂，无简单规律可循。温度低于无简单规律可循。温度低于2020时，人血时，人血的相对粘度随温度降低而增加。当温度升的相对粘度随温度降低而增加。当温度升高至高至4141以上时，由于血浆蛋白和红细胞以上时，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，使膜均出现变化，导致红细胞硬度增加，使血液相对粘度升高。血液相对粘度升高。三三.血液非牛顿粘度的原因血液非牛顿粘度的原因1.1.红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因顿性的主要原因2.2.红
10、细胞变形是影响高切变率下血液非牛红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性的主要原因顿性的主要原因3.3.血浆因素血浆因素红细胞的变形性、聚集性红细胞的变形性、聚集性红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因顿性的主要原因 在静止状况下，红细胞在血浆中聚集形在静止状况下，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，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，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；当切变率达到血液的表观粘
11、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。因此成单个红细胞。因此红细胞聚集是影响低红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因切变率下血液非牛顿性的主要原因红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性的主要原因的主要原因 在血液流动中，红细胞会在流体动力的在血液流动中，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，致使血流阻显变形，并随流线方向排列，
12、致使血流阻力降低，全血粘度下降；当当切变率增大力降低，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，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不再随切变率变化，血液表观粘度趋于常数。数。血浆因素血浆因素1.1.血浆蛋白质血浆蛋白质 纤维蛋白质纤维蛋白质红细胞的聚集红细胞的聚集 血浆蛋白质血浆蛋白质红细胞表面的电特性红细胞表面的电特性红细胞的聚集红细胞的聚集2.2.血浆渗透压血浆渗透压血浆渗透压血浆渗透压红细胞的形状、尺寸、膜的弹性红细胞的形状、尺寸、膜的弹性红细胞红细胞的变形性的变形性3.3.血浆血浆PHPH值值 血浆血浆PHPH值值 细胞膜
13、变硬细胞膜变硬红细胞聚集性增加以及红细红细胞聚集性增加以及红细胞变形能力下降胞变形能力下降血液的表观粘度血液的表观粘度第三节第三节 血液的屈服应力血液的屈服应力 ChienChien其人通过试验，发现血液的流变特性可以通其人通过试验，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：过以下本构方程（即应力与应变率关系）来描述：上式称为卡松方程。上式称为卡松方程。cc称为卡松屈服应力，称为卡松屈服应力，cc称为卡称为卡松粘度。松粘度。屈服应力卡松屈服应力的意义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
14、人体全血而言，只有施加于最小剪切应力，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。此切应力临界值抗并开始流动。此切应力临界值cc称为全血屈服称为全血屈服应力，血液流动时，其内部切应力低于应力，血液流动时，其内部切应力低于cc时，血时，血液犹如固体，只会变形不会流动。血液流变学数液犹如固体，只会变形不会流动。血液流变学数据统计分析统计表明据统计分析统计表明,卡松屈服应力与全血低切粘卡松屈服应力与全血低切粘度相关性十分显著度相关性十分显著,故与红细胞聚集性有关故与红细胞聚集性有关.卡松粘度卡松粘度 随着剪切率的增加，
15、红细胞缗钱状随着剪切率的增加，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，就是一个极限值或最低值，就是卡松粘度卡松粘度。卡松粘度与全血粘度高切粘度相关性非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。常显著，故与红细胞的变形性有关。全血粘度测量全血粘度测量毛细管粘度计流量流量比粘度 毛细管粘度计示意图锥板粘度计高度：切变率：扭矩：粘度锥板粘度计示意图 Rrh共轴圆筒旋转粘度计R0Rih旋转粘度计示意图