《学液流变学及其医学应用》学习笔记

1、学液流变学及其医学应用学习笔记（秦任甲编著）第一章、绪论8090 年代医用物理学编入血流变内容。中国血液流变学杂志、微循环学杂志、微循环技术杂志陆续创刊宏观流变学 ：研究血液、血浆与血管的宏观流变性质，如血浆粘度、血沉、凝血等内容细胞血液流变学 ：在细胞水平上研究，如红细胞大小、性状、变形性、聚集性，血小板粘附性和聚集性，白细胞粘附、聚集与变形性等内容。血液流变学提出了血液高、低粘滞综合征。血液稀释疗法是在血液流变学研究中形成。第二章、基础理论实际流体流动时， 通常情况下各部分流速不同， 存在相对运动， 所以流体任意两接触面上会产生摩擦力， 称内摩擦力 或粘滞力。流体的这种特性成为 粘滞性或粘

2、性。实际流体都有粘性，各种流体粘性不同，流体粘性受温度影响，粘性大小用粘度衡量。物体受到外力作用时， 其内各部分会受到力的作用， 任意截面受到对侧所施加的力，物体内部各部分之间的这种互相作用力称为 内力。物体内单位面积上所受的内力称为 应力（即压强）。垂直于单位面积的应力称为 正应力，拉伸时成为 张应力或拉应力，压缩时称为 应压力。平行于单位面积的应力称为 剪应力。同一截面上各处的应力不一定相同，其单位为牛顿 /米 2。应变是物体受到力的作用发生形变时，其改变量与原来未变值的比值。形变后角度的改变值称 剪应变 。（力 OA 偏转到 OA位置AA剪应变 =AA /AO=tg O当外力撤出后， 物

3、体恢复原来的形态的特性称为物体的 弹性。具有弹性的物体称为弹性体或弹性介质 。弹性体受外力作用发生形变， 在未超过弹性极限时应力与应变成正比。在弹性极限内物体的形变称为 弹性形变 ，超过弹性极限物体的形变称为塑性形变 。有些物体只有粘性， 没有弹性。但大多数生物流体同时具有粘性和弹性， 称该物体具有粘弹性，此种物体称为 粘弹体。粘弹性有以下特点 ：1、物体突然发生应变时，若保持应变一定，相应的拉力将随时间增加而减小，这种现象称为应力松弛。2、若保持应力一定，物体的应变将随时间增加而增大，这种现象称为蠕变。3、对物体进行周期性加载和卸载则：加载时的应力 - 应变曲线与卸载时的应力 - 应变曲线不

4、重合，这种现象称为滞后。粘弹性物体， 通常具有长链状分子组成的网状结构， 如果是力的缓慢作用， 这些结构逐渐变形，分子间相对位置变动，形成流动，表现出粘性；如果是力的瞬间作用，结构相互牵连，没有分子位置变动，表现弹性。两相邻流层间单位距离上流速的改变量为 速度梯度 。剪应变随时间的变化率记做剪应变率 或剪变率牛顿粘滞定律 ：水、乙醇、血浆等均质流体做层流时，两接触层间内摩擦力大小与两相邻流层的接触面积成正比，与两流层接触处的速度梯度成正比。牛顿粘度 也可称为 粘度系数 、内摩擦系数、动力粘度、绝对粘度，简称为粘度。服从牛顿粘滞定律的流体称为牛顿流体， 否则称为 非牛顿流体。粘滞性液体在水平均匀

5、圆管中流动时， 若流速不太大， 圆管中呈现分层流动， 各流层是一些半径不同的同轴薄圆柱面层。液体粘度越大，流速越小，管子越细，越容易形成层流。 剪应力与离开管轴的距离成正比 （离管壁越近， 同样流速需要力越大）流体的运动形态可分为层流和湍流两种。层流是理论上流体质点没有相互渗透，常见于流速不大时，当流速增大到某一数值时，流层间流体质点开始相互掺混，速度越大，掺混程度越大，甚至出现涡旋。这种流动称为湍流或紊流。与层流相比，湍流时流阻明显增大，内摩擦力增大，能量消耗也增大。流体粘度随剪应力变化， 这样的流体称为 非牛顿流体 。非牛顿流体在不同的剪变率下，有相应的 表观粘度 。表观粘度与牛顿粘度单位

6、相同。粘度是表示流体粘性大小的物理量，粘性越大则流动性越小。 动力粘度 是牛顿流体固有的物理特性，如血浆、血清等，其粘度通常随温度升高而减小。表观粘度与血浆粘度之差是由血细胞 （主要是红细胞） 的存在导致的， 各种血样的还原粘度是建立在单位红细胞压积的基础上。第三章血液及其组分的流变性红细胞总容积（体积）在血样容积（体积）中所占百分比称为 红细胞比容 ，亦称为红细胞比积 。实际测量时，离心使血细胞与血浆分离， 测出血细胞占血样体积的百分比称为 血细胞压积 ，分离出的红细胞所占血样体积的百分比称为 红细胞压积 。（离心分离出的红细胞之间难免还有血浆，因此红细胞压积比红细胞比积约大 23%，通常视

7、为两者相当。 另外白细胞、 血小板占体积很小， 远不及红细胞对血液粘度的影响大，因此通常不讨论。）影响红细胞压积的因素：1、温度：温度升高，机体排汗，血液浓缩，红细胞压积升高；体温降低，利尿造成血液浓缩，也引起红细胞压积升高。红细胞压积升高到0.6 时（我院正常范围 0.40.5），血液粘度升高 10100 倍。健康人红细胞压积在寒冷和炎热地区比气候相对温和的地区高。2、海拔高度：高原地区的居民红细胞压积高于平原地区。3、吸烟：长期吸烟的人持续性缺氧促使红细胞数量增加，其红细胞压积明显高。4、酒精：长期过量饮酒可使红细胞聚集性增加，血液严重沉积、瘀滞，引起红细胞膜损伤造成溶血，使红细胞压积下降

8、。5、心理因素：忧虑可引起很多血液粘滞因素异常。应激可使儿茶酚胺、肾上腺素、去甲肾上腺素分泌增加，导致红细胞压积增加。红细胞聚集形成缗钱串、分枝状和网络结构。其影响因素包括：1、血浆蛋白的侨联：血浆大分子都具有侨联作用，其中血浆蛋白分子越大，几何形状越长，越不对称，浓度越大，其侨联作用越强。 使相邻红细胞形成聚集体。2、剪应力作用：作用于红细胞的剪应力可以对抗侨联作用。3、静电斥力作用：抑制聚集。4、其他：还受血液渗透压、PH 值等多种因素影响。生理状态下，聚集与解聚是可逆的。红细胞变形： 自由静止状态是双凹圆盘形，随剪变率增大， 可使变成各种有利于流动的形状，如弹头、梭、杆等。红细胞变形能力

9、惊人，伸长比可达 200%，其变形性取决于三个内在因素： 红细胞膜的力学性质、 红细胞内液粘度、 红细胞几何形状。1、红细胞膜的力学性质：1）流动性。温度高于某界值时，分子排列失去有序性变成液体，相反则变成晶体。正常体温下，红细胞膜具有类似液体的流动性， （研究表明，脂双层中，胆固醇与磷脂的比例越高，膜的流动性越差。）红细胞膜围绕其内液做运动，称之为“ 坦克履带样运动 ”这种运动可以把其受到的剪应力传给细胞内溶液，促进 O2 和 CO2 分子与血红蛋白结合，利于保护红细胞不易破损和容易变形。2）红细胞的粘弹性：其取决于膜的成分。膜中 Ca 和 Mg 之间的比值，胆固醇和磷脂的比值增加均导致红细

10、胞膜硬度增加，变形性降低。红细胞膜为粘弹性体。短时间内（ 100s）发生大的弹性形变时，表现是弹性体，当外力撤销后能完全恢复到初始状态。若持续时间较长（ 5min 以上），膜表现为黏弹性体，外力撤销后，细胞形状不能复原， 形成塑性形变。 正常红细胞膜剪变率比最柔软的橡胶软 100 倍。恢复形状时间 200ms。2、红细胞内液粘度 ，常称为 内粘度 。内粘度是决定红细胞变形性的重要因素之一，升高使膜的“坦克履带样运动”阻力增大，从而变形性下降。内粘度与血红蛋白浓度成正比，血红蛋白浓度与红细胞年龄有关。3、红细胞的几何形状：球形指数与体积成正比，与表面积成反比。球形指数越小，越容易变形。正常红细胞

11、的球型指数约为 0.7，很容易变形。血浆粘度：血浆蛋白中，对血浆粘度影响大小依次为：纤维蛋白原、球蛋白、白蛋白、脂类。血浆是血液的悬浮剂，其粘度必将影响全血的粘度。影响红细胞变形的外在因素：1、剪变率：成正比。2、毛细血管管径：管径越小，变形程度增大。3、血细胞浓度：成正比。4、介质粘度：粘度越高，变形程度越大。5、PH 值： PH 值越低，红细胞膜弹性越低，硬度增加，变形性降低。6、渗透压：红细胞所处介质的渗透压越低，水分就越多的由介质入红细胞，球形指数增大，此时变形能力降低的作用超过水分进入红细胞内导致的内粘度降低的作用，总体上变形性降低。反之，红细胞所处介质的渗透压越高，离子强度也参与进

12、来，最终使红细胞硬度增加，变形性降低。红细胞的聚集性：详见本章第一节。血小板可分为三个区域。 1、外周区包括 外衣（聚集的物质基础） 、血小板膜（含有丰富的脂蛋白，膜上的磷脂化合物即血小板因子）、膜下区（起支撑作用的膜下微丝）。外衣是粘附。 2、溶胶 -凝胶区：微管和微丝（具有收缩性的蛋白，它们的收缩能改变血小板的形态， 引起凝血块回缩， 是血小板正常形态和收缩的物质基础） 3、细胞器（颗粒）区：含有大量 颗粒（释放血小板纤维蛋白原和酸性水解酶等，是 参与止血和凝血的物质基础 ）血小板相互粘着聚集成团称为 血小板聚集 ，这种特性叫 聚集性。也是血小板的重要血流变学特性。 引起血小板聚集的 两大

13、因素是： 剪切作用（可以使血小板肿胀成球形，伸出伪足）和 致聚剂。剪切作用的影响： 1 聚集速度。成正比。 2 聚集程度。一定程度内，成正比。低剪应力诱导的聚集结合松弛，聚集可逆。 3 血管分叉、急转弯和狭窄部位容易形成聚集体并沉着在该部位， 没有纤维蛋白存在， 剪应力作用下形成的血小板聚集体就会解聚。高剪应力诱导下的伴随释放反应（释放二磷酸腺苷）形成稳定的聚集体不可逆。诱导剂引起的： 凡是促进血小板内环磷酸腺苷减少的物质都可诱导聚集。 常见三种聚集途径 1 二磷酸腺苷释放（重要前提是必须有纤维蛋白原存在）； 2 前列腺素内过氧化物和血栓素 A2；3 血小板激活因子（ PAF）是一种最强的血小

14、板聚集诱导剂。血小板粘附于异物、 血管内皮损伤处或粗糙表面的现象称为 血小板粘附 ，这种特性称为粘附性 。正常情况下血管内皮无法粘附，原因： 1 内皮细胞内衬 ,2 内皮表面吸附蛋白分子层排斥血小板和凝血因子。 3 内皮细胞能产生 PGI2 抑制血小板粘附。能漏过红细胞的血栓称 白血栓，不能漏过的称 红血栓血液在血管中流动时，红细胞占中央，白细胞次之，血小板贴近血管壁。1 与血流速度成正比，直到内皮下损伤完全覆盖。 2 剪变率成正比。 3 弥散系数。是指血小板向管壁做垂直流层移动的速度。 系数与管壁附近血小板浓度梯度成正比。白蛋白能降低血小板的黏附作用。凡促进血小板聚集的因素均可引起血小板释放

15、。血栓在体内凝结的过程称为 血栓形成 。好发在 1、血管内障碍物部位的流态； 2、血管内狭窄部位血液的流态； 3、血管分支处的血液流态； 4、弯曲血管内的血液流态； 5、流态对血管壁的作用和对血栓形成的意义：压力、剪应力、流动分离、湍流（均可造成血管内皮损伤， 当血小板流经损伤处时， 可被暴露出来的血管内皮下组织激活而粘附， 激活的血小板释放二磷酸腺苷等， 促使更多血小板聚集形成血栓。）决定血栓形成的因素很多， 至少在动脉内， 关键性的初始阶段是 血小板聚集的形成。血流速足够大时，血小板相互接触的时间太短，不易形成聚集，已形成的也容易裂解。红细胞变性过程中也释放二磷酸腺苷。 白细胞对血液流动性

16、的影响为红细胞 1000 倍，中性粒细胞颗粒含有多种导致血管内皮损伤的多种物质成分。白细胞数量增多可预示中风病人死亡率， 急性心梗后多核白细胞数量增多。 高剪应力使血管内皮细胞或血小板损伤， 是血栓形成的重要原因。 短时间内的内皮损伤引起的血小板粘附和聚集极少能造成大动脉血管堵塞， 原因是这种粘附和聚集一般不会形成纤维蛋白， 所形成的血小板栓子几小时后就会完全消失， 但动脉中膜平滑肌细胞受血小板衍生生长因子的作用，会穿过弹力膜可导致动脉管腔狭窄。经脉中剪应力较低，适宜于纤维蛋白沉着，而不适宜血小板沉着，故静脉中很少形成血小板血栓子白细胞的流变性主要包括趋边流动（靠近管壁滚动着流动的现象）、粘附

17、性（白细胞粘着在小血管内壁上的现象。） （低剪变率即低血流状态时，血液无足够大的剪应力驱开粘附着的白细胞。 因此白细胞粘附发生在小血管中， 尤以微静脉中为甚。）、聚集性和变形性（主动变形：白细胞伸出伪足做变形运动，借以穿过管壁进入组织间隙， 成为血细胞的渗出。 被动变形：白细胞具有粘弹体的三大特性。白细胞的刚性比红细胞大得多，变形性较差。白细胞变形能力差，因不能及时适应官腔变形， 致使其缓慢还可能粘附于血管壁处， 从而引起血流缓慢或暂时断流，这种现象称为 白细胞嵌塞 。正常情况下白细胞数量少，嵌塞少见，病理状态下，白细胞数量大量增加可因嵌塞导致微循环障碍， 造成组织缺血缺氧严重者休克。）。第四

18、章微循环及其测定图：微循环组成模式微循环有三条通路： 1、动静脉短路随温度开闭，故负责调解体温，几乎不进行物质交换。 2、直捷通路永不闭合。 3、迂回通路进行血液与组织间的物质交换。红细胞在血管中流动时， 有向管轴移动的现象， 成为红细胞 径向迁移 或向轴集中 。红细胞的可变形性是重要因素。 红细胞径向迁移时， 血管壁附近出现几乎没有红细胞的血浆区域，称为 血浆层，其余部分称为核心（或中心）流。第五章人体内的生物活细胞带电， 将其悬浮于某种介质当中， 外加直流电后， 其向某一电极移动，此为细胞电泳。借助显微镜观察，可用于红细胞、白细胞、血小板、肿瘤细胞、细菌等细胞的表面带电量， 带电的正负性质

19、， 分析细胞组成和性质的变化。细胞悬浮介质、电泳细胞浓度、琼脂浓度、电压电流通电时间、温度、 PH 值等都会影响监测结果。电泳时间越短，电泳率越大，意味着带电量越多，反之容易发生聚集。此项指标与心脑血管病相关。 红细胞电泳时间越长， 心脑血管病风险越大。 另一方面癌细胞电泳率越大， 恶性程度越高。 血瘀证患者和紫舌患者红细胞和血小板电泳速度明显减慢。用丹参等中药可以改善。验证药物作用。白细胞流变性与疾病研究表明： 脑血栓发生率与血中白细胞数呈正相关。 脑卒中患者红细胞白细胞变形性都变差。 脑缺血患者白细胞血小板聚集性亢进， 且两者互相作用诱导血栓形成的重要因素。 白细胞聚集体堵塞小血管， 损伤

20、血管壁， 可能是缺血性疾病和心肌损伤的病例机理之一。心肌梗塞病人白细胞聚集性升高，且数量平均 16.8 个月前显著增加。血液具有粘弹性，粘弹性指标高，意味着红细胞聚集程度大，粘度大，微循环灌注困难，容易形成血栓，造成脑梗、心梗。如青紫型先天性心脏病、脑血栓、结缔组织病、血液病、糖尿病、肿瘤、感染症等患者全血粘弹性指标明显高于健康者。第六章血液流变学指标缺乏特异性， 只有辅助诊断作用，人们提出血液粘滞异常综合征。中医血瘀证多表现血液高粘滞状态。血液流变学指标较多，可归纳为：浓稠性（“浓”，血液的红细胞压积、血小板、白细胞含量、血浆中的大分子，如纤维蛋白原、球蛋白、白蛋白、血糖、脂质等的含量）、粘

21、滞性（“粘”反映全血、血浆、血清、红细胞内液的粘滞性，包括全血高低剪变率下的表观粘度、还原粘度、血浆粘度、血清粘度、红细胞内粘度。血液粘度超过正常平均值 +-2SD 时，可出现临床症状，超过 2 倍时可引起血管闭塞和组织缺血）、聚集性（“聚”包括红细胞的聚集指数，电泳率、血沉、血沉方程 K 值、血小板粘附率、聚集率、血液触变性指标、粘弹性指标等）、凝固性（“凝”反映凝血机制和功能状态。包括血栓弹力图的指标，纤维蛋白原和血小板含量等）和红细胞刚性（“刚”反映变形性。包括红细胞刚性指数 IR、 TK ，红细胞滤速 EFR、红细胞变性指数 DI ，红细胞沉降差 EPD 等）五大类，也是国内分型。许多疾病都可能出现血液流变性异常， 表示一个基本病理过程。 通常把血液粘度包括血浆粘度及相关因素发生病理性改变称为血液粘滞异常综合征。 又分为高粘滞和低粘滞综合征。现在多见高粘滞血症。国外将其分为原发性（或结构性。原发性分为 1、血浆型有效疗法血浆去除术； 2 细胞型是原发性血细胞增多，用血液稀释疗法； 3、红细胞硬化型。有效疗法是红细胞去除或输血）和继发性（功能性。粘度增高的决定性因素为某种疾病，疾病治好暨逐渐恢复正常）出血性脑中风血液流变学各项指标无明显改变，缺血性则改变明显。 形成高粘血