血液的流变特性

2024年2月21日发(作者：安排的英文)

血液的流变特性

一 层流

血液的运动方式是流动，对于没有颗粒混合的单一性流体，若在试管内呈层状流动，则其截面上的流速呈抛物线样分布，这种流体运动特性称为层流。

二 血液的黏滞性

当相邻的两层血液之间有相对运动时，会产生平行接触面的切向力，流动快的与流动慢的血液层之间便产生内摩擦力，通常称为血液的黏滞性。

三 切应力

若血液流层的平行接触面积为S，接触面上所受的切向力为F，那么，驱动各层产生切线方向变形的力，作用于单位面积上的切向力F/S，就称为切应力，用表示

四 切应变和切变率

液体分层流动中，在切向力的作用下，液层之间有一速度梯度，两流层间流动距离差与两流层间的距离之比称为切应变或切变。切应变随血液流动时间而成比例增加，这一随时间变化的切应变称为切变率，用γ表示。

五 牛顿黏滞定律及黏度

某些液体流动时，切应力τ与切变率γ之比为一常数，即τ/γ=η，此即牛顿黏滞定律。该常数（η）的大小由液体的性质所决定，被称为液体的动力黏滞系数（或动力黏度）简称黏度。

在国际单位制（SI）中，切应力的单位为牛顿/米2，称为帕斯卡(Pa), 切变率的单位为秒-1(S-1),因而液体黏度η的单位为(Pa•s)

1 Pa•s=1000mPa•s（毫帕••秒）

1 Pa•s=1Cp(厘帕)

六 牛顿液体与非牛顿液体

在一定温度下，液体的黏度值不随切变率变化而变化，为一常数，这类流体成为牛顿流体。其切应力与切变率的关系曲线（即流动曲线）为一条通过原点的直线，如水，血浆等即为牛顿流体。

事实上还有一些液体，在一定温度下，其黏度值是随切变率的变化而变化的。这类流体成为非牛顿液体，如高分子溶液，胶体粒子离散系统，血液等，切应力与切变率的关系为γ=f（τ）。

对于牛顿流体η为绝对黏滞常数，而对于非牛顿流体，该值则不为常数，可用ηa表示，称为表观黏度。ηa的变化规律随流体的性质不同而存在差异。非牛顿流体包括两大类，一类是ηa随γ的增加而减少，称为拟塑性流体，血液和多数生物体属于此类；与此相反，另一类液体其ηa随γ的增加而增加，称为膨胀性流体。

七 血液在血管中的流动形式

血液是由多种成分组成的流体，在血管内流动时，愈靠近血管中心的部位流速愈快，反之则慢，在血管壁上的流速趋近于零，这种流动特性称为层流。在层流中同一断面管轴附近的流层速度较快，而切变率较小；距管轴愈远流速愈小，而切变率愈大。血液在血管中流动时，血细胞并不是弥散分布于整个血管，而是表现出明显的趋轴性，该现象称为轴流。愈接近血管轴心，血细胞愈密集；愈接近管壁，血细胞愈稀少。轴流的意义是可以最大限度地减少血细胞与血管内皮细胞之间的接触机会，从而减少血细胞的黏附，聚集和沉积的概率。

八 血液的流变特性

1 基本概念

（1） 血液黏度：全血为非牛顿流体，全血黏度与血细胞比容和血浆成分有着密切的关系。当血细胞比容为0时，血液为牛顿流体，当血细胞比容大于0.1时,血液则表现出非牛顿流体的特性.随着切变率减少而黏度增高,血细胞比容越高,黏度越大, 非牛顿特性越显著.随着切变率增大,血液流动性逐渐似牛顿流体.一般血细胞比容为0.45,当切变率>200/S时,可近似看作是牛顿流体.血浆为牛顿流体,血浆黏度与血浆组成有关,尤其受纤维蛋白原影响较大,血浆黏度比血液黏度约高20%.

（2） 血液黏弹性:血液与其他生物体液一样具有黏弹性,黏弹性是血液所兼有的流体黏性的固体弹性的特征,当切变率<0.1/S时,血液中将形成RBC的聚集体,呈三维网状结构,因此,除黏性外,还表现出黏弹性.

（3） 血液触变性：意味着血液的流变特性是随时间而变化的，与RBC在流动中所发生的分散聚集有关。当血液处于低剪切运动状态下，可以认为血液为三维等位结构，且没有被破坏，此时呈现较大弹性。随着切变率的增加，血液的剪切力大于其内聚力，三维网状结构被破坏，血液弹性亦逐渐减小。血液在流动时，除了要消耗克服摩擦阻力所作的功外，还必须提供促使RBC缗线状结构分离的能量，但随着缗线状连接的逐步分离，提供的能量也逐渐减少，故在维持一定的流动切变率下，其切应力随时间而减少。当切变率在0.1~0.5/S范围内，全血黏度依赖于剪切时间，即切应率恒定时，血液黏度随着时间而改变。

（4） 红细胞相对运动：血液流动时，红细胞不仅与血浆一起运动，而且有相对于血浆的运动，这些运动引起细胞与血浆之间的相互作用，影响血液的宏观力学性质。

（5） 红细胞聚集：在静止状态下红细胞在血浆中聚集并形成网络，这种网络有一定强度，只有当剪切力高于此强度时，网络破坏，血液才会流动。

（6） 红细胞变形：红细胞具有良好的变形性，当红细胞变形性降低时，会使全血粘度，尤其是高切变率下的全血粘度升高，影响微循环血流和红细胞寿命。

2 血液的流变特性

（1）全血是非牛顿流体，血浆是牛顿流体。

（2）全血有屈服应力，只有当血液所受的外部切应力超过该力时，血液才开始流动。

（3） 细胞比容在0.1~0.8时,全血黏度与血细胞比容呈正相关。

（4） 当切变率足够大（>200/s）时,全血黏度逐渐降低并趋于一近值,全血的流变特性趋向于牛顿流体。因此，在大血管中全血可看作是牛顿液体。

（5） 血浆黏度主要取决于纤维蛋白原浓度

（6） 红细胞聚集性，变形性，血液PH，渗透压等对血液流变特性有很大影响。

血液流变学的临床应用

血液的流动性和黏滞性是保证组织和器官得到足够的血流量，履行其正

常生理功能的重要因素。如果发生异常，便可导致全身或局部血液循环障碍，出现组织缺血，缺氧以及一系列的病理变化，因此，血液流变学检验对于疾病的诊断，防治，发病机制的研究等具有重要意义。

（一）为疾病的早期诊断提供帮助

1．血液黏度增加 ①许多血浆蛋白异常的疾病都可以表现出明显的高黏滞性，如多发性骨髓瘤。由于血液中蛋白异常升高，血浆黏度明显增加，进而血液黏度升高。血浆蛋白增加也可以导致红细胞聚集，特别在低切变率时更为明显，从而进一步导致全血黏度的升高。②原发性或继发性红细胞增多症，肺原性心脏病，烧伤，严重脱水等可造成红细胞数量明显增多，导致血液黏度升高。③血液病，如异常Hb症，球形红细胞增多症等，导致血液流变特性的变化。④其他，许多疾病的血液黏度改变是由多种原因造成的，如心血管疾病的红细胞浓度，全血黏度，血浆黏度红细胞聚集性升高，红细胞变形性下降；糖尿病，外周动脉性疾病等也有各种血液流变学指标的变化。

2．红细胞变形性异常 ①血液病：常见于球形红细胞增多症，椭圆形细细胞增多症，免疫性溶血性贫血等。②其他：如心肌梗塞，脑血栓形成，冠心病，糖尿病，肝脏疾病等，均伴有不同程度的血液黏度等流变学指标的变化。

（二）判断恶性肿瘤的血流状况

恶性肿瘤患者血浆黏度，血液黏度及红细胞聚集程度常增高。通过临床干预而改善血液流变特性，避免血液淤滞，保证局部有充足的血液供应，可能有利于防止肿瘤细胞的转移

（三）疾病监测的疗效观察

血液流变学指标的改变可早期预示一些疾病的发生，若及时改善机体的失衡状态，有助于防止疾病的发生发展。

血液流变学各项指标是高黏滞血症和低黏滞血症患者临床观察的重要指标，血细胞比容和血液黏度是判断真性红细胞增多症患者临床疗效的指标。

常用的血液流变学检测项目

血液流变学的应用范围广泛，测定参数较多，目前临床上测定较多的指标有血细胞比容，ESR，血小板黏附功能与聚集性，全血黏度，血浆黏度，红细胞变形性，红细胞聚集性，红细胞电泳以及体外血栓形成试验等。

血液黏度的测定

血液黏度是反映血液流变特性的最基本的参数之一。测定血液黏度的仪器称为黏度计，它在标准条件下以某种方式的测黏流动来决定样品的黏度。黏度计的种类很多，目前国内常用的黏度计分为毛细管式和旋转式两大类。旋转式黏度计又分为同轴圆筒式，同轴锥板式，锥板式的菱球式等多种。但目前应用最广泛的是同轴锥板式。

毛细管式黏度计测定法

原理：不同黏度的流体流过相同的管道时所用的时间是不一样的，流体的黏度越大，所用时间越长。

操作：

1．静脉取血，肝素抗凝。

2．将样品管置于水浴中，恒温5分种，混匀后加样测定。

3．同样测定9g/L氯化钠溶液流过时间。

4．计算每个平均切变率下的血液表观黏度。

同轴锥板式黏度计测定法

原理：在半径为R的圆形平板上设置一个大角度的圆锥，平板部分为样品杯，它与调速马达相连。将血液置于圆锥与平板的空隙，当平板以一定转速旋转时，即给血样施加切应力，使之形成层流。由于流层之间的内磨擦作用，把旋动形成的力距传递到锥板，使之偏转一定的角度。偏转角度与力距及力距与样品黏度间均成正比关系。

操作：

1．抽静脉血4ml，肝素抗凝，充分混匀。

2．仪器预温至测试温度后，加样测试。

质量控制

1．标本采集与抗凝 统一采血时间和方法，空腹坐位，肘静脉采血。采血时最好用7号针头，止血带压迫时间尽可能短，应在止血带松开5S后开始采血，抽血负压不宜过大。应采用固体抗凝剂或高浓度的液体抗凝剂，以减少对血液的稀释作用。血液与抗凝剂应立刻混匀避免凝固。

2．标本存放时间 采血后应及时进行测定，存放时间过长会引起结果偏高，置密封容器内室温保存最长不超过4小时，不宜在冰箱内保存。

3．血浆制备 以3000 r/min离心30min后，取上层血浆测定。

4．测定温度 最好控制在37℃，温度过高血液黏度下降。

5．采用毛细管法测定 每做完一个样品后必须用待测样品冲洗毛细管并吸干，以免其残留物对下一个样品测量结果产生影响。采用锥板式黏度计测定时，锥板间隙应严格按操作规程调试，并用标准油校正。

6．样品用量 由标定时的标准油用量而定，并应严格控制样品计算精度。样品量过多过少均将对测量结果产生较大影响。

7．样品移入 移入时避免产生气泡。

方法学评价

1．毛细管黏度计检测法

（1） 优点：操作简便，成本低廉，易于普及；测定牛顿流体黏度结果可靠，适用于血浆，血清等低黏度的标本测定；竖直型毛细管式黏度计可以调节试样用量。

（2） 缺点：由于毛细管两端的压力差较大，切变率较高，难以反映血液等非牛顿流体的黏度特性；不能直接测定在一定切变率下的表观黏度；测定时的影响因素较多，如电极易氧化，电极调整距离有一定难度等；毛细管式黏度计易受表面张力的影响，血液的毛细管内流动过程中，前面的凸液面和后面的凹液面均会由于表面张力的作用产生一个与运动方向相反的阻力，这种阻力会影响黏度测定的结果；毛细管的轴心处切变率近似0，管壁处切变率最大，因此，测定全血黏度值的误差最大；在低切变率范围内，由于血细胞自动沉降，影响测定精确性；在高切变率范围内，一部分驱动力以动能形式存在于液体中，而不是完全被黏性磨擦所消耗，这也会导致测定误差。

2．旋转式黏度计检测法

优点：能在不同角速度下提供所需的切变率，在被测流体中各流层的切变率是一致的，可使液体在切变率一致的条件下做单纯的定向流动，克服了毛细管式黏度计在这方面的缺点；能准确地提供切变率，对研究血液这一非牛顿流体的流变性非常重要；能测定各种切变率下的血液黏度。旋转式黏度计是目前血液流变

学研究较理想的仪器。

血液黏度测定的影响因素

血液成分的复杂性决定了其黏度影响因素的多面性。包括：血细胞的数量与性质；血浆中各种大分子的组成及含量；血液内在的物理化学条件；测定仪器的结构，材料和流场切变率等。

（1） 血细胞比容：在同样的切变率下，全血和红细胞悬浮液的黏度都随血细胞比容的增高而增大，且非牛顿流体行为越显著。随着血细胞比容的增高，低切变率下的表观黏度增加更为明显。当血细胞比容>45%时，血液黏度随血细胞比容以更大的幅度增加。

（2） 红细胞变形性：是影响高切变率下血液黏度的重要因素。正常的红细胞较大的表面积与体积比决定了红细胞在不增加表面积的情况下，就可发生相当大的变形。另一方面在一定的切变率范围内，还会发生红细胞主截面折方向趋向于流场涡流方向的取向效应。其结果都使红细胞从流场获得的能量减少，从而导致血液流动的阻力降低。在宏观上就表现为黏度随切变率升高而减小。

（3） 红细胞的聚集：是低切变率下影响血液黏度的主要因素，在静息状态下，红细胞在血浆中聚集重叠，并形成某种空间网状结构。当切应力达到一定值时，就会克服屈服应力，破坏红细胞的空间网状结构使血液流动，但红细胞的叠连依然存在，随着切应力逐渐增加，叠连逐渐分散，黏度变小。

（4） 渗透压和PH：主要引起红细胞聚集和红细胞变形性的改变，从而对血液黏度产生影响。PH降低，可使红细胞膜变硬，红细胞的变形能力下降。低渗可使细胞外水分内流，细胞体积增大，表面积与体积比减少，变形性降低；高渗使红细胞内水分外流，细胞内黏度增高，也导致红细胞变形性降低。而红细胞变形性降低，使红细胞之间不易形成结合紧密的叠连，从而影响红细胞的聚集。因此，这些因素都可使低切变率下的血液黏度降低，高切变率下的血液黏度增高。

（5） 血浆黏度：对全血黏度有很大影响。血浆黏度的大小决定于血浆蛋白的组成，分子的形态及所带电荷性质。链状蛋白分子比球状蛋白分子的影响大，纤维蛋白原对血液黏度的影响最大。其次为带正电荷较多的球蛋白。

（6） 温度：血浆黏度一般随温度的升高而降低。温度增高将导致红细胞的聚集增高，使低切变率下的血液黏度升高。温度对红细胞变形性的影响较为复杂，37℃左右，红细胞都将有最佳变形性，温度的过高或过低，都将对红细胞的变形性产生显著影响。在49℃时，红细胞将丧失变形能力。由温度引起的红细胞变形性不同程度的下降，则会导致血液黏度不同程度的升高。

（7） 管径与管壁：全血黏度与它流过的管子口径和管壁有关。

（8） 抗凝剂：一般选用肝素，乙二胺四乙酸二钾等，对红细胞的大小及形状等均无影响，对血液黏度不产生影响。

（9） 血液的采集方法：传统的采血方法，在血液放置过程中，PH和细胞电荷都会发生改变，从而影响血液黏度。封闭式真空采血法克服了以上不足，血液在放置过程中，血液黏度稳定。

参考范围

血液黏度由血液的内在因素和测定条件所决定，因此，血液黏度的参考值随黏度计类型，测定方法，实验条件和地区的差异不尽相同。不同地区和实验室应具有自己的参考值。

临床意义

1．血液黏度增高 见于冠心病，心肌梗死，高血压病，脑血栓形成，高脂血症，糖尿病，恶性肿瘤，肺心病，真性红细胞增多症，多发性骨髓瘤，原发性巨球蛋白血症，姓娠高血压综合症等。

2．血液黏度降低 主要见于各种原因所致的贫血和低蛋白血症。