浅析血液的非牛顿性及其粘度的影响因素

杜新满++陈志明

摘 要：目的 血液粘度是血液流变学的一个重要指标，其变化规律对疾病的预防、诊断和治疗有重要意义。方法 分析血液的流动曲线，血液表观粘度与切变率的关系，血液各成分之间的相互作用对粘度的影响。结果 血液是非牛顿性流体，血液粘度与其各成分状态及切变率有关。结论 血液粘度是一个综合性指标，血液粘度主要由血细胞比容、血浆粘度、细细胞聚集和变形性等内在因素决定。

关键词：血液；粘度；切变率；非牛顿性

液体的粘度η，是表示液体粘滞性大小的物理量，在物理学中称为液体的粘滞系数。通常情况下，液体的粘度与液体性质和液体温度有关。测定液体的粘度是检验药品质量的方法之一，临床上常常需要检验患者血液的的粘度，为疾病的诊断和治疗提供重要依据。

由泊肃叶定律（Q=，R=，v=）可知，血液粘度η对循环阻力R、血流速度v以及循环流量Q都有影响，从而影响组织的代谢和功能，产生疾病。本文仅就血液的非牛顿性及其粘度的影响因素作简要分析。

一、血液的非牛顿性

在流体力学中，凡是遵循牛顿粘滞定律（τ=ηγ，其中τ表示切应力，γ表示切变率，η表示流体的粘度）的流体称为牛顿液体，即：在一定温度下，粘度η在不同切变率下保持不变，如水、血浆等都是牛顿流体。而不遵循牛顿粘滞定律的流体称为非牛顿流体，其粘度在一定温度下不是常量，随切变率的变化而变化。

（一）血液流动曲线的非线性。对于牛顿液体，其流动曲线（即τ～γ关系曲线）为一过原点的直线。如图（1）直线b所示。直线b的斜率即为该液体的粘度η，η在一定温度时是一恒量。血液不同于一般均匀粘性液体，血液中悬浮大量的血细胞，其流动曲线不再是一条直线，如图（1）曲线a所示。τ与γ不再是线性正比关系，而是较复杂的函数关系τ=f（γ）。即粘度在一定温度下不是常量，而是随切变率的变化而变化。也就是说血液是非牛顿液体。

图（1） 流动曲线 图（2） ηb随γ的变化

由曲线a可以看出：斜率（即粘度η）随切变率的增大而减小，曲线不通过坐标原点。说明：血液不是受到切应力作用就开始流动，只有切应力τ达到或超过某一数值后，才发生流动，引起血液流动的最小切应力，即流动曲线在τ轴上的截距τ0，称为血液的屈服应力。当τ<τ0时，液体不流动，切应力作用的结果，仅使液体发生弹性形变。只有当τ>τ0时，液体才流动起来。

（二）表观粘度。在一温度下，对于牛顿液体，■=η称为绝对粘度，是常数。对于非牛顿液体，η不为常数，用ηb表示，称为表观粘度，即：ηb=■ 。对应不同的切变率γ有不同的表观粘度ηb。ηb的变化规律随液体的性质不同而不同，血液的随的增大而减小，如图（2）所示。

二、影响血液粘度的因素

血液的粘度，37°C时，其值在2.0╳10-3～4.0╳10-3 Pa·s之间，血液因含有大量血细胞和一定浓度的血浆蛋白质，其粘度不仅与血液的组成成分及组成成分之间的相互作用有关，还与血液的流动状态、血液的温度、血液与血管之间的作用等多因素有关。下面简要谈谈影响血液粘度的因素。

（一）血细胞比容、切变率。血液中红细胞数量最多，是影响血液粘度的主要决定因素。血细胞比容是指红细胞占全血体积的百分比，用H表示。图（2）中给出了不同H值的三条ηb～γ关系曲线。当H=0时，血液中不含血细胞，实际上就是血浆，为平行于横轴的直线，表示血浆的表观粘度ηb恒定，不随切变率γ变化而变化，血浆为牛顿液体；当H=45%时，是正常血液的情况；H=90%时，是异常血液的情况。由图（2）可以看出：血液表观粘度ηb随切变增大而减小，红细胞比容H越大，相应的ηb～γ曲线所在位置越高，也可以说，在任一切变率下，红细胞比容H越大，血液的表观度ηb越大。

（二）红细胞的聚集性。悬浮于血液中的红细胞会聚集成缗线状，红细胞的这种聚集状态对血液的粘度有很大的影响。研究表明，红细胞聚集的形成和解聚主要取决于血浆蛋白（纤维蛋白原和球蛋白）、切应力和红细胞表面电荷三个因素。血浆蛋白分子具有桥联作用，它们吸附在红细胞表面，使相邻红细胞桥联起来形成聚集体。作用在红细胞上的切应力或切变率足够大，可以克服血浆蛋白的桥联作用，对红细胞聚集起抑制作用或使其解聚。红细胞表面都带负电，相互间的静电斥力抑制了红细胞聚集。

由图（3）可以看出，红细胞的聚集对血液粘度的影响。图中纵坐标表示相对粘度ηr，相对粘度是血液的表观粘度与血浆粘度之比。采用相对粘度便于在不同血浆粘度下，进行血液粘度的比较。NP是正常血液的ηr～γ关系曲线；NA是正常红细胞与含11%的白蛋白的溶液组成的悬浮液的ηr～γ关系曲线。两曲线相比较，后者因溶液中不含纤维蛋白原和球蛋白，红细胞不发生聚集，其粘度低于正常血液的粘度。正常血液在低切变率范围，红细胞聚集，血液粘度随切变率的降低而增大；当血液所受切应力增大时，红细胞聚集体解聚，血液粘度逐渐降低；而在高切变率范围，红细胞处于分散状态，血液表现为牛顿液体，其粘度与切变率无关。由此可见，红细胞的聚集引起血液粘度增大，是使血液成为非牛顿液体的主要原因。红细胞的聚集与微循环障碍有密切关系。在正常生理状态下，聚集与解聚是可逆的。

图（3） 红细胞变形和聚集对血液粘度的影响

（三）红细胞的变形性。正常红细胞呈双凹圆盘形，有很强的变形能力。当血液流动时，在切应力的作用下，红细胞沿流动方向伸长，变成各种有利于流动的形状，减小了对血流的阻碍作用，使血液粘度降低。如图（3）中NP曲线所示，随着切变率增大，红细胞变形程度加大，血液粘度降低。

HA是固化的红细胞与含11%的白蛋白的溶液组成的悬浮液的ηr～γ曲线。HA悬浮液与NA悬浮液的区别只在于，前者红细胞被固化，后者红细胞是正常的。HA曲线在NA曲线的上方，表明由于固化红细胞失去变形能力，造成悬浮液粘度较大。可见，红细胞变形能力的强弱直接影响血液粘度，也将影响微循环的灌注量。

（四）血浆粘度。血浆是血液的悬浮剂，其粘度必然影响全血的粘度。血浆粘度增大，全血粘度也增大。血浆是牛顿流体，其粘度比血液的粘度小得多，但它的变化对血液粘度的影响却很大。血浆之所以具有比水大得多的粘度，并且对血液粘度有明显的影响，主要原因在于血浆中含有蛋白质、脂类等高分子化合物，其含量愈高血浆粘度愈大。另一方面，血浆蛋白的桥联作用是影响红细胞聚集的关键因素，可通过影响红细胞的聚集而改变血液的粘度。

（五）血管因素。血管中流动的血液，越靠近管轴处血细胞浓度越大，这是血细胞的轴向集中现象，对微血管中血液流动有重要影响。由于血细胞的轴向集中，在血管壁附近形成血浆层，对血液的流动有“润滑”作用，表现为血液粘度降低，引起法-林效应。

三、血液粘度的临床意义

血液在人体生理活动中，其物理性和流动性极为复杂。血液粘度主要由血细胞比容、血浆粘度、红细胞聚集和变形性等内在因素决定。血液粘度的变化在临床上可以作为鉴别、诊断某些疾病的依据。研究表明，许多疾病出现明显的临床症状之前，往往已有一种或数种血液流变指标的异常，它标志着无症状的疾病病程已经开始，已经由健康人变为亚健康人。如高血压、冠心病、糖尿病、肿瘤等，虽然有诸多致病因素，但均与血液粘度异常有关[3]。因此，我们可根据血液粘度的异常来监测疾病的发展，并根据引起血液粘度变化的不同原因，服用相应的药物，有针对性地实施降粘、解聚、扩容等治疗方案，达到增强血液流动性，改善血液循环的目的[2]。同时提示血液流变性的异常或许是这些疾病的始动因素或中间环节，据此可探讨疾病的发病机制，对某些疾病治疗效果的判断和预后，血液粘度也是重要标志。

参考文献：

[1]潘志达 医学物理学[M]人民卫生出版社，2012年5月第5版。

[2] 熊符，骆芦娟，汪凡军，胡朝晖，朱庆义等血液流变学在常见几种疾病检测中的临床意义[J] 中国血液流变学杂志2002；12（1）

[3] 郑永生，马梅香，高血压因素与血液流变学指标的临床分析[J] 中国血液流变学杂志2003；13（4）