(81)--血液流变学及其临床检测和应用.pdf
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1、血液流变学及其临床检测和应用中图分类号 R552 文献标识码 B 文章编号 1001-5639(2002)04-0001-06血液流变学是物理力学的分支科学 流变学与生物学和医学交叉渗透而形成的一门崭新的边缘学科或跨学科。1 流变学的概念流变学(Rheologly)是研究物体在外力作用下发生的流动和变形的科学,简称“流变学”。从宏观上来看,在外力作用下可发生流动的物体有液体和气体,因此,液体和气体又统称为“流体”,即具有流动性的物体。在外力作用下可发生变形的物体有固体,特别是其中的弹性体,它在外力作用下发生的变形,是我们用肉眼就可以观察到的。然而,从微观上来看,流体在外力作用下的流动也是由构成
2、流体的分子、原子或“微单元”在外力作用下发生的变形而形成的。由此可见,在宏观上,物体的流动性是液体所独有的,而且也是流体藉以区别于固体的最重要物理特性。但是,在微观上,物体的变形性也不是固体所独有的,而是流体,即液体和气体以及固体所共有的。流体的宏观流动性和微观变形性的关系是:微观变形是宏观流动的发生原因和基础,而宏观流动是构成流体的无数分子和原子或“微单元”的变形在时间上的连续。物体的流动性和变形性,即物体的液态、气态和固态并非是固定不变的,相反,在许多条件下或各种因素的作用和影响之下,是可以相互转化和过渡的。例如,水在常温下是具有流动性的液体,但当温度在 100 以上时,液体的水就可以转化
3、为气体。而当温度在 0 以下时,又可以转化为固体冰块。在这一转化和过渡过程中,可促使水由液体转化为气体或固体的主要条件和因素是温度。实验表明,可促使液体、气体和固体相互转化和过渡的条件和因素,除温度外,尚有力学、时间和化学等因素。从这个意义上来看,流变学本身作为由流体力学、弹性力学、塑性力学和固体力学等经典力学科学“纵向”交叉和渗透而形成的力学边缘分支科学,它的主要特点是研究物体的流动性和变形性,即物体的液态、气态和固态在温度、力学、时间和化学等因素的作用和影响下相互转化和过渡的规律性和机理。2 血液流变学的概念血液在人体的血管内是一种具有流动性的液体,从而可以保证血液能沿着血管不断地循环流动
4、和构成人体的血液循环系统。然而,当人体血管发生破裂时,血液从血管内流出到血管外就会迅速地发生凝固,即由具有流动性的液体变为无流动性的固体血块,以达到止血之目的。此外,在某些疾病时所发生的血管内血栓的形成,也是血液由具有流动性的液体转化为固体血栓的结果。这说明血液从具有流动性的液体转化和过渡为无流动性的固体血块或血栓的特性。血液的这一特性也是使专门研究物体的流动性和变形性,即物体的液态、气态和固态相互转化和过渡的规律性的流变学,能够与生物学和医学交叉渗透和形成血液流变学这门新兴边缘科学的主要原因和基本依据。由此可见,所谓血液流变学,就是专门研究血液的流动性和变形性以及它们之间的相互转化和过渡的规
5、律性的一门科学。3 血液的流动性的生理意义和病理作用血液的流动性和变形性作为反映血液的液体特性和固体特性的基本指标以及作为血液流变学的主要研究对象和研究内容,通常又是通过血液的粘滞度来进行定量表示的。血液的流动性和血液的粘滞性之间呈倒数关系,即:血液的流动性愈差,血液的粘滞性则愈高;反之,血液的粘滞性则愈低。尽管很早以前,就有不少的物理学家、化学家、工程技术学家以及生理学家和医学家对血液的流动性和粘滞性产生了极大兴趣,并提出要对血液的流动性和粘滞性进行深入研究的必要性,但真正对血液的流动性和粘滞性的生理和病理作用的深入研究和全面了解,还是近几十年以来,特别是血液流变学正式作为一门学科登上科学舞
6、台之后的事情。目前已证明,血液的流动性和粘滞性的重要生理意义和病理作用主要有下述一些。(1)血液的流动性是决定血液能否沿血管不断流动和构成血液循环系统的最重要部分和因素。我们知道,血液在正常情况下是沿着血管不断流动的。这首先是依靠血液具有流动性。血液的流动性12002年 第 14卷 第 4期蛇志JOU RN AL OF SNAKEVol.14No.4,2002一旦丧失,血液的流动也就要随之停止。人体的血液循环是由心脏、血管和血液三者构成的,但人体的血液循环系统及其正常生理功能的履行和实施,同样是取决于血液的流动性,血液的流动性一旦丧失,血液循环系统也就要停止其正常工作了。这就是说,有了血液、血
7、管和心脏并不等于就有了血液的循环系统,只有血液有了流动性,才能有正常的血液循环,血液一旦失去其流动性,变为固体,血液循环也就停止了。可见,血液的流动性是保证血液循环系统正常工作的不可缺少的因素和条件。(2)血液的粘滞度是造成血流阻力的重要因素之一,也是影响、控制和调节组织和器官的供血状况的因素之一。在人体内,推动血液流动的动力是来自心脏的舒缩功能或“泵”作用,而血液沿之流动的管道为遍布于全身的大小血管。这样,按照流体力学定律,血液沿血管的流动状况或血流量高低是与心脏、血管和血液三者有关,取决于三者的正常功能活动,尤其是其中的血液即血液的粘滞性也是可对血液沿血管的流动,即血流量施以影响和调节的一
8、个重要因素。但是,长时间以来,临床医学很少把它当作一个可以对血液沿血管的流动产生影响和作用的因素来考虑,而把注意力多集中于心脏的泵功能和血管的舒缩功能在血液沿血管流动中的影响和作用。实验表明,在正常条件下,血液粘滞度变化 20%可引起血流量 40%的变化,而在病理情况下,甚至可引起 80%100%的更加显著的变化。这说明,血液的粘滞度和血管的舒缩功能以及心脏的泵功能一样,也是影响、控制和调节血液沿血管的流动和血液循环以及组织和器官供血状况的一个重要因素,其作用是不能不加以考虑的。应当强调指出的是,最新的研究发现,心脏的泵功能以及血管的舒缩功能对血液循环的影响和作用也是通过影响和改变血液的粘滞性
9、而实现的。(3)血液的流动性和粘滞性是保证血液循环系统所担负的多种生理功能得以正常实施和履行的根本前提。人体的血液循环系统担负着物质运输和交换、维持人体内环境的恒定和肌肉及神经的正常兴奋性、参与免疫功能以及内分泌等体液调节等多种功能。血液循环系统的这些重要生理功能的正常实施和履行是以血液具有良好的流动性为根本前提的。血液一旦丧失其良好的流动性,血液循环系统所担负的这些生理功能也就要随之发生紊乱或完全障碍。这表明,良好的和适度的血液流动性是保证血液循环系统实施和履行其正常功能的根本前提。(4)血液的流动性和粘滞性的异常和紊乱是造成组织和器官的缺血和缺氧,从而引起组织和器官出现坏死、坏疸、炎症、变
10、性、硬化、水肿、溃疡、血栓形成和肿瘤转移等一系列病理变化的发生基础和原因。人体患疾病时,血液的流动性和粘滞性则可发生异常,并首先引起血液在血管内的流动发生不畅或障碍,血液在血管内的流动不畅又要导致人体的组织和器官陷于缺血和缺氧的状态之中。而组织和器官的缺血缺氧,又要使构成组织和器官的细胞内代谢障碍和酸中毒,从而引起组织和器官的坏死、坏疸、炎症、变性、硬化、水肿、血栓形成和肿瘤转移等一系列病理变化。这说明血液的流动性和粘滞性异常和紊乱是引起组织器官的缺血缺氧以及发生坏死、坏疸等一系列病理变化的基础和原因。(5)血液的流动性和粘滞性变化是反映心脏、血管和血液的功能变化,特别是三者在构成血液循环系统
11、中的相互作用和相互影响的综合指标。血液的流动性和粘滞度的变化不仅反映血液的结构和功能的变化,同时也反映心脏和血管的结构和功能的变化。这是与血液的流动性和粘滞性具有随着血管内血流的速度而变化的特性有关的。当心脏的泵功能或血管的舒缩功能发生变化时,必然会引起血管内的血流速度、切变率和压力等的变化,而这一切变化又最终要导致血液流动性和粘滞度的变化。这一特性也就使得血液的流动性和粘滞性成为反映心脏、血管和血液在构成血液循环中的相互作用和相互影响的综合指标。4 血液的流动性和粘滞性的特点和生理意义血液的流动性和粘滞性的特点是表现在对温度、血流速度和切变率、时间以及某些化学因素有强烈的依赖关系,其中又以对
12、流速和切变率变化的依赖性最为突出。早在 1922年,Hess就发现血液的粘性随血流的速度和切变率而变化,而且变化的特点是随切变率和流速的降低而增高。进一步研究又表明,血液的粘性随切变率和流速的降低而增高。在相当于大、中、小血管中流速和切变率的大范围内表现不明显,而在相当于毛细血管中流速和切变率范围内,就特别明显,其粘度增高的幅值可达几十倍,以至几百倍。这样,如果我们用两端压差和切变率可调的毛细管式粘度计或旋转式粘度计测定血液粘度随流速和切变率的变化情况,就可以得出一条在大范围为直线,而在低切变率范围则2蛇志 2002年 第 14卷 第 4期为曲线的特征性表现。这一曲线一般叫做血液的非牛顿型流动
13、曲线或“膨胀曲线”,正如肌肉的收缩曲线,反映和显示肌肉的主要生理功能一样,血液的“膨胀曲线”反映和显示血液的主要生理功能,诸如物质运输和交换功能、止血功能、血液循环和组织器官供血的调节功能以及休克的发生机理等。5 血液的流动性和粘性的影响因素血液的流动性和粘性的变化主要取决于血液的有形细胞成分和无形血浆成分的不同和变化,特别是血液有形细胞成分中的红细胞,它的结构和功能是影响血液的流动性粘性的主要因素。影响血液粘度的诸因素见图 1。图 1 影响血液粘度的诸因素下面分述影响血液粘度的主要因素:(1)红细胞的数量,即压积。血液的粘滞度首先与血液的有形成分,主要是红细胞的数量即压积有密切关系。血液中的
14、红细胞数量越多,血液的粘滞度亦越高;反之,血液粘滞度则越低。血液粘滞度随压积变化的特点是:当压积低于 45%时,二者呈直线关系,而当压积高于 45%时,二者则呈曲线关系。这说明当压积高于 45%时,压积的微小变化可引起血液粘滞度的明显增高,并影响红细胞的携氧能力和血小板的粘附性和聚集性。如果血液的粘滞度是随着压积的减少而减少,那么红细胞的携氧能力则不然,它随压积变化特点是:在压积过高或过低时,携氧能力均表现低下,而在压积 30%时,携氧能力则为最高,这也是现代临床医学上盛行的血液稀释疗法和浓缩疗法的基本出发点和稀释及浓缩标准,而血小板的聚集性和粘附性,和血液的粘滞度一样,也是随着压积增高而增高
15、。(2)红细胞的大小和形态。红细胞大小的不同对血液的粘滞度有着明显影响。实验证明,平均血细胞容积愈高,血液的粘滞度亦愈高;反之,血液的粘滞度则愈低。例如,大象的平均红细胞容积为 120 3,人的为 92 3,狗的为 66 3,而山羊的为 11 3。与此相应的是,大象的血液具有最高的粘度,而山羊的则具有最低的粘度。(3)红细胞的聚集与分散。红细胞与血小板在正常情况下,一般是处于分散状态,但在某些生理或病理条件下,它们可由分散状态转变为聚集状态,即数量不等的红细胞相互累积在一起,形成所谓“缗钱状体”。实验表明,红细胞处于聚集状态时可使血液显示出更高的粘滞性。红细胞的聚集或分散,首先与灌流压或切变速
16、率的大小有关,对于正常血液来讲,红细胞的聚集一般是见于血管内的切变速率低于 50s-1时,而当切变速率高于 50s-1时,红细胞则再由聚集变为分散。这样,血液在灌流压较高的大动脉中流动时,其粘度要比在灌流压较低的小动脉内流动时要低,而当血液一旦离开血管,失去了心脏泵对它的推动压力作用时,血液的粘滞度则急剧增高。这一点对于出血后的止血显然有着极其重要的作用。其次,红细胞和血小板的聚集或分散尚与红细胞和血小板表面所带的负电荷多寡以及血浆或血清中各种蛋白成分,主要是纤维蛋白原、球蛋白和白蛋白等的含量,它们的分子量、分子对称性等有密切关系。其中分子结构不对称性最强的纤维蛋白原对红细胞的聚集性有着最为强
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- 81 血液 流变学 及其 临床 检测 应用
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