血液的流變性

血液的流變性一、速度梯度與剪變率（一）速度梯度1.概念：在流體中某處，速度正在其垂直方向上的變化率稱為該處的速度梯度。如果在X方向的微小距離△X上，流速增量為△V，則速度梯度為△V/△X。

單位：s-1（1/秒）2.物理意義描述速度隨空間變化程度的物理量?？臻g某點(diǎn)附近流速不同，該處就存在速度梯度。微分學(xué)中第2頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（1）庫厄特流動：是一種特殊的流動方式。流體的流動形態(tài)是定常流動，且速度是從0自下而上正比例地增加到V0。3.庫厄特流動及速度梯度第3頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（2）庫厄特流動的速度梯度由圖可見在位置x和x+△x上，流速分別為v和v+△v，由于流速是正比例增加的，所以其速度梯度為：△v/△x=V0/l

可見庫厄特流動的速度梯度是定值，處處相等。第4頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（二）剪變率剪變率概念：剪變率是指剪應(yīng)變隨時(shí)間的變化率。（三）剪變率與速度梯度的關(guān)系在定常流動中，任一處的剪變率與該處的速度梯度相等。第5頁,共41頁，2024年2月25日，星期天二、牛頓流體與非牛頓流體（一）牛頓流體

1.牛頓流體概念是指符合牛頓粘性定律的液體。任一點(diǎn)上的剪應(yīng)力都同剪切變形速率呈線性函數(shù)關(guān)系的流體。指在受力后極易變形，且切應(yīng)力與變形速率成正比的低粘性流體。水、酒精、汽油、血漿、血清等，都是牛頓流體，即粘度不隨剪切率變化。

2.牛頓流體粘度與剪切率的關(guān)系粘度是度量流體粘滯性的物理量，它反映流體流動時(shí)的內(nèi)摩擦力大小。在一定的溫度下，牛頓流體的剪應(yīng)力與剪切率呈線性關(guān)系，粘度不隨流動狀態(tài)變化，即與剪切率變化無關(guān)。由此可見，在液體層流中，剪應(yīng)力與剪切率的比值是固定的，剪應(yīng)力趨于0時(shí)，剪應(yīng)力亦趨于0。第6頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（二）非牛頓流體1.概念凡不符合牛頓粘性定律的液體都稱為非牛頓流體。2.非牛頓流體粘度與剪切率的關(guān)系非牛頓流體是剪應(yīng)力和剪切變形速率之間不滿足線性關(guān)系的流體。自然界中存在著大量非牛頓流體，例如油脂、油漆、牛奶、牙膏、動物血液、泥漿等。

第7頁,共41頁，2024年2月25日，星期天三、泊肅葉定律

泊肅葉(Jean-Lous-MariePoiseuille1799-1869)

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泊肅葉(Jean-Lous-MariePoiseuille1799-1869)簡介

法國生理學(xué)家。他長期研究血液在血管內(nèi)的流動。在求學(xué)時(shí)代即已發(fā)明血壓計(jì)用以測量狗主動脈的血壓。他發(fā)表過一系列關(guān)于血液在動脈和靜脈內(nèi)流動的論文（最早一篇發(fā)表于1819年）。其中1840-1841年發(fā)表的論文《小管徑內(nèi)液體流動的實(shí)驗(yàn)研究》對流體力學(xué)的發(fā)展起了重要作用。他在文中指出，流量與單位長度上的壓力降與管徑的四次方成正比。此定律后稱為泊肅葉定律。由于德國工程師G.H.L.哈根在1839年曾得到同樣的結(jié)果，Ｗ.奧斯特瓦爾德在1925年建議稱該定律為哈根-泊肅葉定律。第9頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（二）泊肅葉流動概念：牛頓流體在水平均勻圓管中做層流，過管軸的任一平面上，各層的流速呈拋物線分布。泊肅葉流動的速度分布流體要流動，必須有外力抵消內(nèi)摩擦力，即管子兩端L存在壓強(qiáng)差(⊿p)。適用條件：牛頓流體，流體作定常流動，均勻的水平圓管。第10頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

泊肅葉定律應(yīng)用

它是設(shè)計(jì)豎直毛細(xì)粘度計(jì)的理論依據(jù)。第11頁,共41頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)血液的粘度

一、幾種血液粘度的定義為了從不同的角度更準(zhǔn)確地描述流體的粘性，人們定義了多種粘度。（一）定義

1.動力粘度即粘度系數(shù)、粘度、絕對粘度、牛頓粘度，是量度牛頓流體粘性大小的物理量。單位：pa.s常用mpa.s。第12頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

每一個(gè)剪變率對應(yīng)一個(gè)粘度，稱為表觀粘度。2表觀粘度

牛頓流體的粘度

非牛頓流體的粘度第13頁,共41頁，2024年2月25日，星期天3.還原粘度還原粘度是建立在單位紅細(xì)胞壓積的基礎(chǔ)上，其大小的差異主要來自紅細(xì)胞的流變性質(zhì)，如聚集性，變形性。還原粘度大小主要表征紅細(xì)胞的流變性。（后面介紹）4.血液的相對粘度是全血粘度與血漿粘度之比。5.比粘度某液體的粘度與標(biāo)準(zhǔn)參照液粘度之比。當(dāng)前醫(yī)院用毛細(xì)管粘度計(jì)測定的血液粘度基本上都是比粘度。第14頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（二）影響血液粘度的主要因素1.紅細(xì)胞壓積（HCT）血液粘度隨紅細(xì)胞壓積的增加而增高，反之則降低。2.紅細(xì)胞聚集紅細(xì)胞聚集主要影響低剪切下血液粘度。紅細(xì)胞聚集增多時(shí)，低剪切下血液表觀粘度增高。第15頁,共41頁，2024年2月25日，星期天紅細(xì)胞的聚集狀態(tài)受以下因素的影響：（1）血漿大分子橋聯(lián)作用；（2）細(xì)胞表面靜電排斥力；（3）流場剪切應(yīng)力；

①流場剪切率降低：致血液接近于不流動時(shí)，造成液體內(nèi)摩擦阻力增加，出現(xiàn)聚集體。

②流場剪切率增大：當(dāng)流場剪切率或剪切應(yīng)力增大到足以克服血漿中大分子橋聯(lián)力，則紅細(xì)胞不易聚集在一起。若紅細(xì)胞聚集，說明紅細(xì)胞表面電荷減少，則紅細(xì)胞電泳時(shí)間減慢，而粘度也可以上升。第16頁,共41頁，2024年2月25日，星期天3.紅細(xì)胞變形紅細(xì)胞在外部流體剪切應(yīng)力作用下很容易被拉成橢圓形，并隨流動方向取向，而且這些變形和取向的程度隨剪切率增加而增加，從而導(dǎo)致血液阻力降低。紅細(xì)胞變形性能力降低或喪失，紅細(xì)胞就不能通過比自己小的微血管，這時(shí)紅細(xì)胞在微血管中流動時(shí)的粘度也就增加。

4.血漿粘度血漿蛋白既是影響血漿粘度的主要因素，也是影響血液粘度的重要因素。血漿蛋白對血漿粘度的影響決定于血漿蛋白的含量，分子的形狀和大小，蛋白的含量愈高，血漿粘度愈高。第17頁,共41頁，2024年2月25日，星期天5.溫度的影響溫度升高使體液粘度降低，溫度下降使體液粘度增高。

溫度對血液粘度相當(dāng)重要，在臨床醫(yī)學(xué)中有很重要的意義。如，有些外科手術(shù)常在低溫下進(jìn)行，內(nèi)科常有高燒和中暑病人，外周血管病、巨球蛋白血癥、紅細(xì)胞增多癥等病人的四肢受冷會引起嚴(yán)重癥狀，所以研究溫度對血液粘度的影響。但血液情況十分復(fù)雜，溫度升高將導(dǎo)致紅細(xì)胞聚集增高，于是使血液低剪切率粘度升高，第18頁,共41頁，2024年2月25日，星期天6.pH及滲透壓

pH和滲透壓對血液粘度的影響，主要是因?yàn)樗鼈円鸺t細(xì)胞聚集性和變形性的改變。

pH降低可使紅細(xì)胞膜變硬，細(xì)胞變形下降。低滲狀態(tài)可使紅細(xì)胞球形化，變形性降低。高滲條件可使細(xì)胞內(nèi)水分外流，細(xì)胞內(nèi)粘度升高。因而這些因素都可使低剪切率下粘度降低，高剪切率下粘度升高。7.剪切率非牛頓流體的粘度，隨剪切應(yīng)力或剪切率的變化而變化。在高剪切率時(shí)全血粘度低，而在低剪切率時(shí)，全血粘度則增高。這是因?yàn)榈图羟袝r(shí)，紅細(xì)胞易于發(fā)生聚集，高剪切率時(shí)紅細(xì)胞聚集被沖開，又處于分散狀態(tài)。剪切率主要是影響紅細(xì)胞的聚集與變形，而血液粘度與紅細(xì)胞聚集和變形密切相關(guān)。第19頁,共41頁，2024年2月25日，星期天8.管壁及血管口徑①血管壁平滑血液流動快，血管壁粗糙則血液流動變慢。②血管口徑小，血液粘度會隨口徑減小而變小。9.其他①吸煙者紅細(xì)胞壓積增加，纖維蛋白原升高，使紅細(xì)胞內(nèi)粘度增加。紅細(xì)胞剛性增加，紅細(xì)胞聚集增加，并使血小板聚集增加，從而使全血粘度增高。②飲酒（特別是大量飲酒）可以使血液粘滯。③應(yīng)激反應(yīng)可導(dǎo)致交感神經(jīng)過分興奮，兒茶酚胺產(chǎn)生過剩，可增加血小板聚集使血液粘滯諸因素升高。第20頁,共41頁，2024年2月25日，星期天二應(yīng)變與應(yīng)力

形變現(xiàn)象水隨形變，變則生，不變則死，我們之所以能走路，能奔跑，就是因?yàn)槟_掌發(fā)生了形變。臉部發(fā)生形變，才展現(xiàn)出豐富的表情。人臉造型與人臉表情動畫研究就是研究臉部各塊的形變規(guī)律。第21頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

物體在外力的作用下，其形狀和大小發(fā)生改變。

2分類；（1）根據(jù)形態(tài)分為

拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)1形變的概念第22頁,共41頁，2024年2月25日，星期天拉伸壓縮彎曲剪切扭轉(zhuǎn)第23頁,共41頁，2024年2月25日，星期天①彈性形變：形變不超過一定限度，撤去外力后，物體能夠完全恢復(fù)原狀的形變。②塑性形變：形變超過一定限度，撤去外力后，物體不能夠完全恢復(fù)原狀的形變。

（2）根據(jù)狀態(tài)分類第24頁,共41頁，2024年2月25日，星期天1.應(yīng)變的概念：物體發(fā)生形變時(shí)，變化的相對量。物理意義：描述形變的程度。2.應(yīng)變的分類二、應(yīng)變線應(yīng)變體應(yīng)變切應(yīng)變（1）線應(yīng)變FF第25頁,共41頁，2024年2月25日，星期天物體上兩互相垂直的微小線段，在其形變后其角度的改變值。（2）體應(yīng)變（3）切應(yīng)變FF

應(yīng)變特點(diǎn)：沒單位的純數(shù),與原來的長度、體積或形狀都沒關(guān)系。第26頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（三）應(yīng)力1.應(yīng)力的概念：應(yīng)力是物體內(nèi)單位面積上的內(nèi)力（分子力）。應(yīng)力等于形變時(shí)的內(nèi)力與內(nèi)力作用面積之比。單位N/m2（牛頓/米2）包括：張應(yīng)力、壓應(yīng)力（P）、剪應(yīng)力。第27頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

應(yīng)力＝形變時(shí)的內(nèi)力/內(nèi)力作用面積第28頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2.應(yīng)力的物理意義應(yīng)力具有局部特征，可以表示相應(yīng)位置上的受力強(qiáng)度，它的物理意義反映了物體發(fā)生形變時(shí)的內(nèi)力分布情況。

應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系一一對應(yīng)關(guān)系，即什么樣的應(yīng)變產(chǎn)生什么樣的應(yīng)力。張應(yīng)力、壓應(yīng)力（P）

、剪應(yīng)力。3.應(yīng)力與形變的關(guān)系一般來說，同一個(gè)彈性體，應(yīng)力越大，形變越大。第29頁,共41頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)物體的粘彈性一、物體的彈性①受外力后變形，且有恢復(fù)原狀的反彈力；②在極限范圍內(nèi)，外力消失后會恢復(fù)原狀；③在極限范圍內(nèi)，伸長或壓縮的程度與所加外力的大小有一定的關(guān)系。（一）物體的彈性的特點(diǎn)：（二）物體的彈性遵從的規(guī)律胡克定律：應(yīng)力不超過一定極限，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。第30頁,共41頁，2024年2月25日，星期天二、物體的粘性研究對象：所有流體如果物體內(nèi)存在內(nèi)摩擦力（粘滯力），即剪應(yīng)力，量度物體粘性程度的物理量就是粘度。

流體流動時(shí)，為什么會具有粘性？第31頁,共41頁，2024年2月25日，星期天粘滯力：

由于相鄰兩層流體互相接觸，流速不同而產(chǎn)生粘滯力。（二）影響內(nèi)摩擦力的因素1.粘度：不同流體粘度不同，粘度大，內(nèi)摩擦力大，反之，內(nèi)摩擦力小。2.溫度：液體溫度升高粘度降低；氣體溫度升高粘度增大。3.壓強(qiáng)：高壓下，液體、氣體粘度都增大第32頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

（三）粘性與彈性的區(qū)別：1.只有在流體各層相對運(yùn)動時(shí)，才表現(xiàn)出粘性，而彈性是瞬時(shí)的響應(yīng)；2.彈性體在外力消失后恢復(fù)原狀，而粘性流體會流掉，不能恢復(fù)原狀；

3.彈性能可儲存起來做功，而粘性則把能量耗散變熱。第33頁,共41頁，2024年2月25日，星期天（一）概述：

生物流體因?yàn)橐朔?nèi)摩擦力，所以具有粘彈性。

既具有流體的性質(zhì)，也具有固體的性質(zhì)。任一點(diǎn)任一時(shí)刻的應(yīng)力狀態(tài)，不僅取決于當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐膽?yīng)變，而且與應(yīng)變的歷史過程有關(guān)，即材料是具有“記憶”的。

粘彈體的特點(diǎn)：比如蛋清、唾液、生物材料中的液體固體（關(guān)節(jié)液、軟骨、皮膚等）。三、物體的粘彈性第34頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

粘彈性流體有沿旋轉(zhuǎn)棒向上爬的傾向。如果把粘彈性流體放入容器，它會沿容器壁向上爬升。

關(guān)于粘彈性流體的一些有趣的現(xiàn)象第35頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

對于粘彈性流體，由于拉伸粘度隨著變形速率增加而增加，這個(gè)比值可達(dá)到10～103量級。因此在伸長流動中會產(chǎn)生開口虹吸現(xiàn)象。如果把管子一端插入粘彈性流體，由于虹吸作用，流體經(jīng)管道流出。如果把插入流體中的管端提出液面,流體仍然會被吸引上來。第36頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

粘彈性流體從管內(nèi)自由流出時(shí)，通?？?/p>