淺析血液的非牛頓性及其粘度的影響因素

杜新滿(mǎn)++陳志明

摘 要：目的 血液粘度是血液流變學(xué)的一個(gè)重要指標(biāo)，其變化規(guī)律對(duì)疾病的預(yù)防、診斷和治療有重要意義。方法 分析血液的流動(dòng)曲線，血液表觀粘度與切變率的關(guān)系，血液各成分之間的相互作用對(duì)粘度的影響。結(jié)果 血液是非牛頓性流體，血液粘度與其各成分狀態(tài)及切變率有關(guān)。結(jié)論 血液粘度是一個(gè)綜合性指標(biāo)，血液粘度主要由血細(xì)胞比容、血漿粘度、細(xì)細(xì)胞聚集和變形性等內(nèi)在因素決定。

關(guān)鍵詞：血液；粘度；切變率；非牛頓性

液體的粘度η，是表示液體粘滯性大小的物理量，在物理學(xué)中稱(chēng)為液體的粘滯系數(shù)。通常情況下，液體的粘度與液體性質(zhì)和液體溫度有關(guān)。測(cè)定液體的粘度是檢驗(yàn)藥品質(zhì)量的方法之一，臨床上常常需要檢驗(yàn)患者血液的的粘度，為疾病的診斷和治療提供重要依據(jù)。

由泊肅葉定律（Q=，R=，v=）可知，血液粘度η對(duì)循環(huán)阻力R、血流速度v以及循環(huán)流量Q都有影響，從而影響組織的代謝和功能，產(chǎn)生疾病。本文僅就血液的非牛頓性及其粘度的影響因素作簡(jiǎn)要分析。

一、血液的非牛頓性

在流體力學(xué)中，凡是遵循牛頓粘滯定律（τ=ηγ，其中τ表示切應(yīng)力，γ表示切變率，η表示流體的粘度）的流體稱(chēng)為牛頓液體，即：在一定溫度下，粘度η在不同切變率下保持不變，如水、血漿等都是牛頓流體。而不遵循牛頓粘滯定律的流體稱(chēng)為非牛頓流體，其粘度在一定溫度下不是常量，隨切變率的變化而變化。

（一）血液流動(dòng)曲線的非線性。對(duì)于牛頓液體，其流動(dòng)曲線（即τ～γ關(guān)系曲線）為一過(guò)原點(diǎn)的直線。如圖（1）直線b所示。直線b的斜率即為該液體的粘度η，η在一定溫度時(shí)是一恒量。血液不同于一般均勻粘性液體，血液中懸浮大量的血細(xì)胞，其流動(dòng)曲線不再是一條直線，如圖（1）曲線a所示。τ與γ不再是線性正比關(guān)系，而是較復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系τ=f（γ）。即粘度在一定溫度下不是常量，而是隨切變率的變化而變化。也就是說(shuō)血液是非牛頓液體。

圖（1） 流動(dòng)曲線 圖（2） ηb隨γ的變化

由曲線a可以看出：斜率（即粘度η）隨切變率的增大而減小，曲線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。說(shuō)明：血液不是受到切應(yīng)力作用就開(kāi)始流動(dòng)，只有切應(yīng)力τ達(dá)到或超過(guò)某一數(shù)值后，才發(fā)生流動(dòng)，引起血液流動(dòng)的最小切應(yīng)力，即流動(dòng)曲線在τ軸上的截距τ0，稱(chēng)為血液的屈服應(yīng)力。當(dāng)τ<τ0時(shí)，液體不流動(dòng)，切應(yīng)力作用的結(jié)果，僅使液體發(fā)生彈性形變。只有當(dāng)τ>τ0時(shí)，液體才流動(dòng)起來(lái)。

（二）表觀粘度。在一溫度下，對(duì)于牛頓液體，■=η稱(chēng)為絕對(duì)粘度，是常數(shù)。對(duì)于非牛頓液體，η不為常數(shù)，用ηb表示，稱(chēng)為表觀粘度，即：ηb=■ 。對(duì)應(yīng)不同的切變率γ有不同的表觀粘度ηb。ηb的變化規(guī)律隨液體的性質(zhì)不同而不同，血液的隨的增大而減小，如圖（2）所示。

二、影響血液粘度的因素

血液的粘度，37°C時(shí)，其值在2.0╳10-3～4.0╳10-3 Pa·s之間，血液因含有大量血細(xì)胞和一定濃度的血漿蛋白質(zhì)，其粘度不僅與血液的組成成分及組成成分之間的相互作用有關(guān)，還與血液的流動(dòng)狀態(tài)、血液的溫度、血液與血管之間的作用等多因素有關(guān)。下面簡(jiǎn)要談?wù)動(dòng)绊懷赫扯鹊囊蛩亍?/p>

（一）血細(xì)胞比容、切變率。血液中紅細(xì)胞數(shù)量最多，是影響血液粘度的主要決定因素。血細(xì)胞比容是指紅細(xì)胞占全血體積的百分比，用H表示。圖（2）中給出了不同H值的三條ηb～γ關(guān)系曲線。當(dāng)H=0時(shí)，血液中不含血細(xì)胞，實(shí)際上就是血漿，為平行于橫軸的直線，表示血漿的表觀粘度ηb恒定，不隨切變率γ變化而變化，血漿為牛頓液體；當(dāng)H=45%時(shí)，是正常血液的情況；H=90%時(shí)，是異常血液的情況。由圖（2）可以看出：血液表觀粘度ηb隨切變?cè)龃蠖鴾p小，紅細(xì)胞比容H越大，相應(yīng)的ηb～γ曲線所在位置越高，也可以說(shuō)，在任一切變率下，紅細(xì)胞比容H越大，血液的表觀度ηb越大。

（二）紅細(xì)胞的聚集性。懸浮于血液中的紅細(xì)胞會(huì)聚集成緡線狀，紅細(xì)胞的這種聚集狀態(tài)對(duì)血液的粘度有很大的影響。研究表明，紅細(xì)胞聚集的形成和解聚主要取決于血漿蛋白（纖維蛋白原和球蛋白）、切應(yīng)力和紅細(xì)胞表面電荷三個(gè)因素。血漿蛋白分子具有橋聯(lián)作用，它們吸附在紅細(xì)胞表面，使相鄰紅細(xì)胞橋聯(lián)起來(lái)形成聚集體。作用在紅細(xì)胞上的切應(yīng)力或切變率足夠大，可以克服血漿蛋白的橋聯(lián)作用，對(duì)紅細(xì)胞聚集起抑制作用或使其解聚。紅細(xì)胞表面都帶負(fù)電，相互間的靜電斥力抑制了紅細(xì)胞聚集。

由圖（3）可以看出，紅細(xì)胞的聚集對(duì)血液粘度的影響。圖中縱坐標(biāo)表示相對(duì)粘度ηr，相對(duì)粘度是血液的表觀粘度與血漿粘度之比。采用相對(duì)粘度便于在不同血漿粘度下，進(jìn)行血液粘度的比較。NP是正常血液的ηr～γ關(guān)系曲線；NA是正常紅細(xì)胞與含11%的白蛋白的溶液組成的懸浮液的ηr～γ關(guān)系曲線。兩曲線相比較，后者因溶液中不含纖維蛋白原和球蛋白，紅細(xì)胞不發(fā)生聚集，其粘度低于正常血液的粘度。正常血液在低切變率范圍，紅細(xì)胞聚集，血液粘度隨切變率的降低而增大；當(dāng)血液所受切應(yīng)力增大時(shí)，紅細(xì)胞聚集體解聚，血液粘度逐漸降低；而在高切變率范圍，紅細(xì)胞處于分散狀態(tài)，血液表現(xiàn)為牛頓液體，其粘度與切變率無(wú)關(guān)。由此可見(jiàn)，紅細(xì)胞的聚集引起血液粘度增大，是使血液成為非牛頓液體的主要原因。紅細(xì)胞的聚集與微循環(huán)障礙有密切關(guān)系。在正常生理狀態(tài)下，聚集與解聚是可逆的。

圖（3） 紅細(xì)胞變形和聚集對(duì)血液粘度的影響

（三）紅細(xì)胞的變形性。正常紅細(xì)胞呈雙凹圓盤(pán)形，有很強(qiáng)的變形能力。當(dāng)血液流動(dòng)時(shí)，在切應(yīng)力的作用下，紅細(xì)胞沿流動(dòng)方向伸長(zhǎng)，變成各種有利于流動(dòng)的形狀，減小了對(duì)血流的阻礙作用，使血液粘度降低。如圖（3）中NP曲線所示，隨著切變率增大，紅細(xì)胞變形程度加大，血液粘度降低。

HA是固化的紅細(xì)胞與含11%的白蛋白的溶液組成的懸浮液的ηr～γ曲線。HA懸浮液與NA懸浮液的區(qū)別只在于，前者紅細(xì)胞被固化，后者紅細(xì)胞是正常的。HA曲線在NA曲線的上方，表明由于固化紅細(xì)胞失去變形能力，造成懸浮液粘度較大。可見(jiàn)，紅細(xì)胞變形能力的強(qiáng)弱直接影響血液粘度，也將影響微循環(huán)的灌注量。

（四）血漿粘度。血漿是血液的懸浮劑，其粘度必然影響全血的粘度。血漿粘度增大，全血粘度也增大。血漿是牛頓流體，其粘度比血液的粘度小得多，但它的變化對(duì)血液粘度的影響卻很大。血漿之所以具有比水大得多的粘度，并且對(duì)血液粘度有明顯的影響，主要原因在于血漿中含有蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等高分子化合物，其含量愈高血漿粘度愈大。另一方面，血漿蛋白的橋聯(lián)作用是影響紅細(xì)胞聚集的關(guān)鍵因素，可通過(guò)影響紅細(xì)胞的聚集而改變血液的粘度。

（五）血管因素。血管中流動(dòng)的血液，越靠近管軸處血細(xì)胞濃度越大，這是血細(xì)胞的軸向集中現(xiàn)象，對(duì)微血管中血液流動(dòng)有重要影響。由于血細(xì)胞的軸向集中，在血管壁附近形成血漿層，對(duì)血液的流動(dòng)有“潤(rùn)滑”作用，表現(xiàn)為血液粘度降低，引起法-林效應(yīng)。

三、血液粘度的臨床意義

血液在人體生理活動(dòng)中，其物理性和流動(dòng)性極為復(fù)雜。血液粘度主要由血細(xì)胞比容、血漿粘度、紅細(xì)胞聚集和變形性等內(nèi)在因素決定。血液粘度的變化在臨床上可以作為鑒別、診斷某些疾病的依據(jù)。研究表明，許多疾病出現(xiàn)明顯的臨床癥狀之前，往往已有一種或數(shù)種血液流變指標(biāo)的異常，它標(biāo)志著無(wú)癥狀的疾病病程已經(jīng)開(kāi)始，已經(jīng)由健康人變?yōu)閬喗】等?。如高血壓、冠心病、糖尿病、腫瘤等，雖然有諸多致病因素，但均與血液粘度異常有關(guān)[3]。因此，我們可根據(jù)血液粘度的異常來(lái)監(jiān)測(cè)疾病的發(fā)展，并根據(jù)引起血液粘度變化的不同原因，服用相應(yīng)的藥物，有針對(duì)性地實(shí)施降粘、解聚、擴(kuò)容等治療方案，達(dá)到增強(qiáng)血液流動(dòng)性，改善血液循環(huán)的目的[2]。同時(shí)提示血液流變性的異?；蛟S是這些疾病的始動(dòng)因素或中間環(huán)節(jié)，據(jù)此可探討疾病的發(fā)病機(jī)制，對(duì)某些疾病治療效果的判斷和預(yù)后，血液粘度也是重要標(biāo)志。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘志達(dá) 醫(yī)學(xué)物理學(xué)[M]人民衛(wèi)生出版社，2012年5月第5版。

[2] 熊符，駱蘆娟，汪凡軍，胡朝暉，朱慶義等血液流變學(xué)在常見(jiàn)幾種疾病檢測(cè)中的臨床意義[J] 中國(guó)血液流變學(xué)雜志2002；12（1）

[3] 鄭永生，馬梅香，高血壓因素與血液流變學(xué)指標(biāo)的臨床分析[J] 中國(guó)血液流變學(xué)雜志2003；13（4）