Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости

Кровь – неньютоновская жидкость

Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Жидкости делятся по вязким свойствам на два вида: ньютоновские и неньютоновские.

Ньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит только от ее природы и температуры. Для ньютоновских жидкостей сила внутреннего трения прямо пропорциональна градиенту скорости. Для них непосредственно справедлива формула Ньютона (1), коэффициент вязкости в которой является постоянным параметром, не зависящим от условий течения жидкости.

Неньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости h которой зависит не только от природы вещества и температуры, но также и от условий течения жидкости, в частности, от градиента скорости. Коэффициент вязкости в этом случае не является константой вещества. Зависимость силы вязкости от градиента скорости становится нелинейной. Примерами таких жидкостей являются кровь и другие суспензии.

То, что кровь является неньютоновской жидкостью, обусловлено в наибольшей степени тем, что она обладает внутренней структурой, представляя собой суспензию форменных элементов в растворе – плазме. Плазма – практически ньютоновская жидкость.

Поскольку 93% форменных элементов составляют эритроциты, то при упрощенном рассмотрении кровьэто суспензия эритроцитов в физиологическом растворе. Характерным свойством эритроцитов является тенденция к образованию агрегатов.

Если нанести мазок крови на предметный столик микроскопа, то можно видеть, как эритроциты «склеиваются» друг с другом, образуя агрегаты, получившие название «монетных столбиков». Условия образования агрегатов различны в крупных и мелких сосудах.

Это связано в первую очередь с соотношением размеров сосуда, агрегата и эритроцита (характерные размеры: dэр » 8 мкм, dагр » 10 · dэр » 80 мкм).

Здесь возможны варианты (рис. 2).

1. Крупные сосуды (аорта, артерии): dсос >dагр, dсос >>dэр. При этом градиент скорости небольшой, эритроциты собираются в агрегаты в виде монетных столбиков (рис.2а). В этом случае вязкость крови h = 0,005 Па×с.

Рис.2а

2. Мелкие сосуды (мелкие артерии, артериолы): dсос » dагр, dсос = (5 ¸ 20) dэр. В них градиент значительно увеличивается и агрегаты распадаются на отдельные эритроциты (рис.

2б), тем самым уменьшая вязкость системы. Для этих сосудов, чем меньше диаметр просвета, тем меньше вязкость крови.

В сосудах диаметром dсос » 5 dэр вязкость крови составляет примерно 2/3 вязкости крови в крупных сосудах.

Рис.2б

3. Микрососуды (капилляры): dсос < dэр. В живом сосуде эритроциты легко деформируются, становясь похожими на купол (рис.2в), и проходят, не разрушаясь, через капилляры даже диаметром 3 мкм. В результате поверхность соприкосновения эритроцитов со стенкой капилляра увеличивается по сравнению с недеформированным эритроцитом, способствуя обменным процессам.

Рис.2в

Таким образом, внутренняя структура крови, а, следовательно, и ее вязкость, оказывается неодинаковой вдоль кровеносного русла в зависимости от условий течения. Кровь является неньютоновской жидкостью. Зависимость силы вязкости от градиента скорости для течения крови по сосудам не подчиняется формуле Ньютона и является нелинейной.

Вязкость крови возрастает как с ростом числа эритроцитов, так и с увеличением их объема, например, когда в крови повышается содержание СО2 (явление Гамбургера). Отсюда понятно, что венозная кровь менее текуча, чем артериальная.

Изменение вязкости крови – одна из причин изменения скорости оседания эритроцитов (СОЭ).

Вязкость крови человека обычно колеблется от 4 до 5 мПа×с, а при патологии может изменяться от 1,7 до 22,9 мПа×с. Вязкость крови имеет диагностическое значение. При некоторых инфекционных заболеваниях вязкость крови увеличивается, а при туберкулезе, например, уменьшается.

Для сравнения в таблице 1 приведены коэффициенты вязкости некоторых жидкостей, здесь же указана температура, при которой измерялась вязкость, так как температура оказывает весьма значительное влияние на вязкость.

Таблица 1. Коэффициенты вязкости некоторых жидкостей

Жидкость Температура, °С Коэффициент вязкости h, 10-3 Па×с
Вода 1,8
1,0
0,3
Кровь » 4
Плазма крови » 1,5
Глицерин
Этиловый спирт 1,2

Источник: https://studopedia.su/19_114273_krov--nenyutonovskaya-zhidkost.html

Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Кровь как неньютоновская жидкость

Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Ньютоновские жидкости – жидкости, вязкость которых не зависит от градиента скорости(т.е.вязкость постоянна).

Это все низкомолекулярные в-ва в жидком состоянии, их смеси и истинные растворы в них низкомолекулярных в-в (вода, органич. жидкости, расплавл.

металлы, соли и стекло при темп-ре выше темп-ры размягчения). Такие жидкости подчиняются уравнению Ньютона:

Коэффициент пропорциональности η (греческая буква «эта») называют коэффициентом внутреннего трения или динамической вязкостью. Единицей динамической вязкости (или просто вязкости) в системе СИ является паскаль-секунда (Па·с)

dv/dx – производная, называемая градиентом скорости.

S – площадь взаимодействующих слоев

Неньютоновские жидкости – вязкость которых зависит от градиента скорости (т.е.вязкость не постоянная) Они не подчиняются уравнению Ньютона. Это жидкости, состоящие из крупных и сложных молекул, например эмульсии, суспензии, пены и кровь.Такие жидкости содержат молекулы или частицы, склонные к образованию пространственных структур.

Цельная кровь (суспензия эритроцитов в белковом растворе – плазме крови) в отличие от плазмы крови является неньютоновской жидкостью.Вязкость крови уменьшается с увеличением скорости v (или градиента скорости dv/dx) течения крови.

Связано это с тем, что в неподвижной крови или при малых скоростях ее течения эритроциты склонны к агрегации (слипанию) и образуют структуры, напоминающие столбики монет («монетные столбики»), что приводит к возрастанию вязкости. При увеличении скорости движения крови «монетные столбики» разрушаются, и вязкость крови снижается.

При остановке движения крови, эритроциты быстро (примерно, за 1 с) вновь собираются в «монетные столбики».

Вопрос №13 Течение вязкой жидкости по трубам формула Пуазейля

Наибольшей скоростью обладает слой, текущий вдоль оси трубы. Здесь градиент скорости равен нулю и наблюдается самое малое трение. Примыкающий к стенке сосуда слой жидкости неподвижен В данных точках сосуда градиент скорости имеет максимальное значение и наблюдается самое большое трение.

Закон Пуазейля (математическим выражением которого является формула Пуазейля) устанавливает зависимость между объемом жидкости, протекающим через трубу в единицу времени (расходом), длиной и радиусом трубы, и перепадом давления в ней. где: Q – объемная скорость, R – радиус сосуда, h – динамическая вязкость, l – длина сосуда, p1 — p2 – разность давлений на концах сосуда.

Вопрос №14

Движение тел в вязкой жидкости. Закон Стокса.

Вязкость проявляется при движении не только жидкости по сосудам, но и тел в жидкости. При небольших скоростях в соответствии с уравнением Ньютона сила сопротивления движущемуся телу пропорциональна вязкости жидкости, скорости движения тела и зависит от размеров тела. Так как невозможно указать общую формулу для силы сопротивления, ограничимся рассмотрением частного случая.

Закон Стокса:

Вопрос №15

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ.КЛИНИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ КРОВИ.ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВЯЗКОСТИ КРОВИ

Совокупность методов измерения вязкости называют вискози­метрией, а приборы, используемые для таких целей, — вискозиметрами. Рассмотрим наиболее распространенные методы вискозиметрии.

Капиллярный метод основан на формуле Пуазейля и заключается в измерении времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном' перепаде давлений.

Капиллярный вискозиметр применяется для определения вяз­кости.

Капиллярными вискозиметрами измеряют вязкость от значений 10-5 Па • с, свойственных газам, до значений 104 Па • с, ха­рактерных для консистентных смазок.

Метод падающего шарика используется в вискозиметрах, осно­ванных на законе Стокса. Из формулы находим

Таким образом, зная величины, входящие в правую часть этой формулы, и измеряя скорость равномерного падения шарика, можно найти вязкость данной жидкости.

Применяются также ротационные вискозиметры, в которых жидкость находится в зазоре между двумя соосными телами, на­пример цилиндрами. Один из цилиндров (ротор) вращается, а другой неподвижен.

Вязкость измеряется по угловой скорости ро­тора, создающего определенный момент силы на неподвижном цилиндре, или по моменту силы, действующему на неподвижный цилиндр, при заданной угловой скорости вращения ротора.

С помощью ротационных вискозиметров определяют вязкость жидкостей в интервале 1—105 Па • с, т. е. смазочных масел, рас­плавленных силикатов и металлов, высоковязких лаков и клеев, глинистых растворов и т. п.

В ротационных вискозиметрах можно менять градиент скорости, задавая разные угловые скорости вращения ротора. Это позволяет измерять вязкость при разных градиентах и установить зависимость η = f(dv/dx), которая характерна для неньютоновских жидкостей.

В настоящее время в клинике для определения вязкости крови используют вискозиметр Гесса с двумя капиллярами

В вискозиметре Гесса объем крови всегда одинаков, а объем во­ды отсчитывают по делениям на трубке 1, поэтому непосредствен­но получают значение относительной вязкости крови. Для удобст­ва втсчета сечения трубок 1 и 2 делают различными так, что, не­смотря на разные объемы крови и воды, их уровни в трубках будут примерно одинаковы.

Вязкость крови человека в норме 4—5 мПа • спри патологии колеблется от 1,7 до 22,9 мПа * с, что сказывается на скорости оседания эритроцитов (СОЭ).

Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови.

Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость крови, другие же, например брюшной тиф и туберкулез, — уменьшают.

Вопрос № 16

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/7x45a4.html

Вязкость жидкости. Вязкость крови

Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости

За счет сил взаимодействия между молекулами реальной жидкости при ее течении возникают силы трения, которые направлены по каса­тельной к поверхности перемещающихсяслоев.

Эти силы определяютвнутреннее трение или вязкость жидкости. Наличие сил внутреннего трения в жидкости приводит к тому, что ее различные слои движутся с различными скоростями. На рис.

9 представлен случай, когда для самого верхнего слоя жидкости помеха его движению минимальна, а для нижнего — максимальна (например, течение в реке).

В вязкой жидкости существует перепад скоростей ее движущихся слоев вдоль оси x, перпендикулярной направлению движения жидкости. Для частного случая, показанного на рис.9, этот перепад осуществляется по линейному зако­ну.

Количественно величина различий в скорости движе­ния слоев жидкости характе­ризуется градиентом скорос­тиdv/dx, называемым также скоростью сдвига.

Чем выше скорость сдвига, тем больше и сила трения между слоями движущейся жидкости. Эта сила Fтр пропорциональна площади соприкосновения S движущихся слоев жидкости и зависит от величины взаимодействия между ее молекулами.

Из этих соображений вытекает формула Ньютона, определяющая силу внутреннего трения:

Fтр = h S . (12)

Коэффициент h, зависящий от свойств жидкости и температуры, назы­вают коэффициентом внутреннего трения или вязкостью или динамичес­кой вязкостью.

Единицей вязкости в Международной системе является паскаль-секунда(Па×с). Применяется и внесистемная единица вязкости — пуаз (П),причем,
1Па×с = 10П.

Если в движущейся жидкости ее вязкость не зависит от градиен­та скорости, то такие жидкости называют ньютоновскими. К ним отно­сятся однородные жидкости. Когда жидкость неоднородна, например, состоит из сложных и крупных молекул, образующих сложные прост­ранственные структуры, то при ее течении вязкость зависит от гра­диента скорости.

Такие жидкости называют неньютоновскими. Кровь является типичной неньютоновской жидкостью, так как она представля­ет собой взвесь форменных элементов (эритроциты, лейкоциты и др.) в плазме.

Это значит, что из-за различных градиентов скорости, ре­ализующихся в движущейся крови, ее вязкость в различных участках сосудистой системы может изменяться.

Вязкость воды при температуре 20оС составляет 1мПа×c или 1сП (сантипуаз), а вязкость крови в норме — 4-5 мПа×с. При различных патологиях значения вязкости крови могут изменяться от 1,7 до 22,9 мПа×с. Отношение вязкости крови к вязкости воды называютотноси­тельной вязкостью крови.

Следует подчеркнуть, что приведенные численные значения ха­рактеризуют среднюю вязкость крови в крупных кровеносных сосудах, или вязкость проб крови вне организма, измеренную капиллярными ме­тодами (см.1.6).

Неоднородность структуры крови, специфика строения и разветвления кровеносных сосудов приводит к довольно сложному распределению вязкости крови, движущейся по сосудистой системе.

Проанализируем основные факторы, влияющие на вязкость крови в жи­вом организме.

а) Температура. Влияние температуры на вязкость движущейся по сосудистой системеньютоновской жидкости достаточно тривиально. С ее повышением она уменьшается. Должна уменьшаться и вязкость крови.

По-видимому, это могло бы несколько уменьшить нагрузку на сердце при развитии в организме патологических процессов, сопровождающихся повышением температуры тела как защитной реакции организма.

Однако, следует учесть, что изменение температуры может приводить к изменению степени агрега­ции эритроцитов и вызывать другие изменения в структуре крови. Поэтому температурные изменения вязкости при патологических процес­сах отличаются большой сложностью.

Воздействие температурного фак­тора на вязкость крови необходимо учитывать и при лечебных воз­действиях, в частности, при использовании для лечения ряда заболе­ваний гипертермии — повышения температуры всего тела или отдельных его частей за счет нагревания различными методами.

б) Гематокрит. Этот показатель представляет собой отношение суммарного объема эритроцитов (Vэр) к объему плазмы крови (Vпл), в котором они содержатся. В норме Vэр/Vпл » 0,4. Оказывается, что с повышением гематокрита вязкость крови возрастает.

Увеличение гема­токрита может происходить из-за увеличения концентрации эритроци­тов, их агрегации и возрастания размеров. Вязкость венозной крови выше потому, что в венозной крови повышено содержание углекислого газа. Из-за этого эритроциты венозной крови имеют размеры большие, чем артериальные, и другую форму.

В результате увеличивается гема­токрит и возрастает вязкость.

в) Скорость сдвига (градиент скорости). Линейная скорость крови и диаметры кровеносных сосудов в различных участках сосудис­той системы изменяются очень сильно.

Следовательно, существенно отличаются и скорости сдвига в потоке движущейся крови.

Поскольку кровь является неньютоновской жидкостью, то и ее вязкость, завися­щая от скорости сдвига, будет различной в разных отделах системы кровообращения.

Считается, что во многих крупных кровеносных сосудах скорость сдвига близка к 1000 с-1.

В этом случае проявление неньютоновского характера движения крови незначительно, и ее вязкость соответству­ет приведенным выше значениям 4-5 мПа×с в норме.

Однако, при уменьшении скорости сдвига в мелких кровеносных сосудах эффектив­ная вязкость постепенно возрастает, причем, при скоростях сдвига, меньших 1 с-1, этот рост происходит весьма резко.

г) Организация эритроцитов в потоке крови. Существуют доволь­но сложные и не до конца выясненные механизмы, приводящие к сниже­нию вязкости движущейся крови. Они связаны со специфической пе­рестройкой эритроцитов в плазме.

Если бы по сосуду двигалась одно­родная ньютоновская жидкость, то скорость ее частиц по оси сосуда была бы максимальной, а у стенок — минимальной (см.рис.10). Соеди­няя концы векторов скорости различных частиц жидкости, получим линию — профиль скорости. Для ньютоновской жидкости он имеет вид па­раболы.

В движущейся крови профиль скоростей существенно «уплощает­ся», т.е. скорости дви­жения частиц по центру сосуда и у ее краев от­личаются не так уж силь­но. Это происходит по нескольким причинам.

Считается, что при дви­жении эритроцитов с по­током плазмы возникает их продольная ориентация в соответствии с направ­лением движения. У стенки сосуда образуется тонкий пристеночный слой плазмы крови, не содержащий эритроцитов и обладающий понижен­ной вязкостью.

В итоге, эритроциты, как бы «построившиеся» друг за другом, продвигаются по сосуду в оболочке из плазмы. Это явления приводят к уменьшению вязкости крови и облегчают ее движение, осо­бенно, в мелких кровеносных сосудах.

Предыдущая11121314151617181920212223242526Следующая

Дата добавления: 2016-01-20; просмотров: 3418; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/6-56489.html

Кровь как неньютоновская жидкость и факторы, определяющие ее реологические свойства

Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости

содержание   ..  50  51  52  53 

КРОВЬ КАК НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ И ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕЕ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Гемореология — это реология крови. Если оценивать это понятие несколько шире, то, кроме механических характеристик, гемореология изучает тепловые, электрические, магнит­ные и диффузионные свойства крови и ее компонентов. В классической реологии этот раз­дел оформился в самостоятельное направление — реофизику, в гемореологии же такого раз­дела пока не выделяют.

В литературе, посвященной реологии крови, принято подробно рассматривать вопрос о влиянии различных факторов на ее текучесть в широком диапазоне их варьирования. Так, например, исследуется влияние на вязкость суспензий эритроцитов их концентраций в диа­пазоне от 0,05 до 0,9.

Мы следуем подобной традиции с тем лишь, чтобы кратко очертить общие контуры во­проса о природе реологических особенностей крови.

В дальнейшем рассмотрению будут под­вергаться только те особенности и взаимоотношения, которые имеют место в образцах крови, способной в той или иной мере выполнять присущие ей функции в условиях целост­ного организма.

В противном случае гемореология и реологический анализ не будут иметь клинических приложений.

Считается, что цельная кровь обладает по меньшей мере двумя основными реологичес­кими свойствами — вязкостью и пластичностью и, следовательно, может быть отнесена к классу неньютоновских жидкостей.

Плазма же и сыворотка чаще расцениваются как ньюто­новские жидкости с вязкостью соответственно 1,5Ь0~3 и 1,3-10~3 Па/с. Анализ литературы показывает, что некоторым исследователям удается зарегистрировать вязкоупругость крови [Ghien S., 1975; ThursonG.

,1976] и слабовыраженную тиксотропность [Регирер С.А., 1982].

Реологические свойства крови зависят от многих факторов.

Их условно можно разде­лить на несколько групп: 1) гемодинамические факторы, обусловленные изменением свойств крови при ее движении; 2) клеточные факторы, связанные с изменением характе­ристик форменных элементов (главным образом эритроцитов) и их концентрации; 3) плаз­менные факторы; 4) факторы взаимодействия, под которыми чаще всего понимают различ­ные проявления феномена внутрисосудистой агрегации форменных элементов крови; 5) факторы внешних условий. Это деление весьма условно и подразумевает взаимосвязь и

 
 

взаимодействие факторов различных групп. Например, большинство факторов первых трех групп связаны с возникновением и развитием феномена внутрисосудистой агрегации фор­менных элементов крови, и в то же время этот феномен не является неизбежным спутником прецедентов повышенной вязкости.

Положение о том, что вязкость крови зависит от скорости деформации, является важ­нейшим. Рассмотрим основные особенности кривой вязкости крови и влияние на нее ука­занных групп факторов.

Многочисленными исследователями установлено, что вязкость крови постепенно убы­вает по мере увеличения градиента скорости. Эта зависимость проявляется при относитель­но низких градиентах скорости — до 60—70 с»1 [Селезнев С.А. и др., 1976].

При градиентах скорости 60—70 с»»' и выше убывание вязкости практически прекращается, и она становится «постоянной» или, как ее часто называют, асимптотической. Характерная для крови кривая вязкости вогнута в сторону оси скорости деформации. Следовательно, судя по кривой тече­ния, крови присуща псевдопластичность.

Учитывая, что кровь имеет предел текучести, она (пользуясь принятой в реологии терминологией) может быть отнесена к нелинейно-вязко-пластичным средам.

Рассмотрим влияние различных групп факторов на текучесть крови.

Факторы внешних условий. Основным фактором внешних условий является температу­ра. При увеличении температуры вязкость крови и плазмы уменьшается, и наоборот [Shy-der G., 1971).

Существует точка зрения, что температурная зависимость вязкости крови обусловлена главным образом свойствами плазмы [Левтов В. А. и др., 1982]. Между тем от­носительная вязкость плазмы, как показано S. Charm, G.

 Kurland (1974), рассчитанная из соотношения г)плазмь,/т|Воды, увеличивается лишь на 0,3 при соответствующем перепаде тем­пературы от 0 до 30° С.

Факторы взаимодействия. Выделение этой группы факторов обусловлено весомым вкла­дом феномена внутрисосудистой агрегации форменных элементов крови и явления ориента­ции в характер кривой течения.

Образование агрегатов при низких скоростях деформации, их распад при увеличении градиента скорости, когда силы потока, стремящиеся разъединить эритроциты, начинают преобладать над силами межэритроцитарного взаимодействия, суще­ственно влияют на течение крови.

Определенный вклад в текучесть крови вносит и ориентация отдельных форменных эле­ментов, т.е. их пространственное положение в потоке крови.

Так, в эксперименте путем микрофотографирования изучено движение частиц, имеющих форму цилиндров и двояко­вогнутых дисков (близких по форме к недеформированным эритроцитам), плосковогнутых дисков, а также дисков со сферической поверхностью и двояковыпуклых дисков [Surera S., Hochmuth R., 1968].

Установлено, что «устойчивые» положения частиц возможны лишь тогда, когда их ось симметрии совпадает с направлением потока (нормальная ориентация) или перпендикулярна ему (краевая ориентация). Безусловно, экстраполяция этих данных, а также результатов работ других исследователей [Чижевский А.Л.

, 1953, 1980], показавших наличие эффекта ориентации эритроцитов, на живой организм весьма затруднительна. В на­стоящее время, по-видимому, можно ограничиться лишь констатацией этого явления.

Плазменные факторы. Состав белков плазмы влияет на текучесть крови. Исследование влияния белкового состава плазмы на вязкость крови и суспензии эритроцитов в плазме по­казало, что наибольшее влияние на текучесть крови оказывают глобулины (особенно γ-mo-булины) и фибриноген [Pennel R. et al., 1965; Mayer G. et al., 1966].

Влияние на вязкость крови увеличения содержания грубодисперсных белковых фракций подтверждено многими исследователями [Merni Е., Well R., 1961; Dormandy J., 1970]. По мнению некоторых из них, более важным фактором, ведущим к изменению вязкости, является не абсолютное количест­во белков, а их соотношения: альбумин/глобулины, альбумин/фибриноген [Dormandy J.

, 1970; Dintenfass L., 1974].

Особое внимание уделяется влиянию на вязкость фибриногена. Оно тесно связано с фе­номеном внутрисосудистой агрегации форменных элементов крови. Показано, что возраста­ние концентрации фибриногена ведет к активации агрегации эритроцитов, а это в свою оче­редь увеличивает вязкость крови [Wells R. et al., 1962; Chien S.

 et al., 1966; Weaver J. et al., 1969]. Это подтверждено опытами с добавлением дозированных количеств фибриногена к суспензии эритроцитов. Установлено, что размеры агрегатов и вязкость увеличиваются про­порционально концентрации фибриногена. Данный эффект наиболее выражен при низких градиентах скорости [Chien S. et al.

, 1966].

Изменение концентрации свободных жирных кислот, триглицеридов, холестерина и не­которых других компонентов плазмы может также влиять на величину вязкости крови, что

496

 

обусловлено их способностью изменять механические свойства эритроцитов, ламинарный характер кровотока на турбулентный и наоборот, а также некоторыми другими механизмами [Mayer G. et al., 1966; Dormandy J., 1970; DintenfassL, 1974].

К числу плазменных факторов могут быть также отнесены изменения рН крови и ее водно-электролитного состава.

Влияние рН крови на ее текучесть показано многими исследователями [Dintenfass L., 1962, 1965; Barch G., Pasgualle N., 1965]. Независимо от направления изменения рН отмеча­ется возрастание вязкости крови. Уменьшение рН на 0,5 вызывает при гематокритном числе 0,7—0,8 рост вязкости до 250 %.

Вязкость цельной крови, измеренная R. Wells (1963), Н. Сох, Su Goug-Jen (1963) при помощи вискозиметра типа «конус-плоскость», увеличивалась с нарастанием рН, однако при исследовании суспензии эритроцитов в изотоническом растворе натрия хлорида ана­логичных изменений авторы не выявили.

Это позволило предположить, что механизм из­менения вязкости при увеличении рН обусловлен нарушением мобильных комплексов «белки плазмы — эритроциты». Между тем в этой работе не представлено данных о разме­рах клеток, что могло бы уточнить механизм реологических нарушений.

Принято считать, что увеличение вязкости крови при ацидозе или алкалозе обусловлено изменением формы и объема эритроцитов (сморщиванием или разбуханием).

Так, при респираторном и мета­болическом ацидозе ускоряется гидратация молекул ССЬ внутри эритроцитов, что приво­дит к увеличению содержания внутриклеточного бикарбоната, и вода плазмы проникает в эритроциты в результате возросшего осмотического градиента.

В условиях эксперимента такое перераспределение воды может быть настолько значительным, что изменяется даже вязкость плазмы. Интересно отметить, что, несмотря на быстрый рост вязкости плазмы, а также резкое увеличение размеров эритроцитов и их ригидности, вязкость крови изменяет­ся гораздо медленнее.

По-видимому, увеличение вязкости при ацидозе связано в значи­тельной степени с изменением свойств эритроцитов. Это подтверждается эксперименталь­ным изучением влияния алкалоза и ацидоза (метаболического и респираторного) на теку­честь крови. Установлено, что средняя концентрация гемоглобина в клетке при ацидозе снижается в несколько раз вследствие поступления воды в эритроциты. Между тем при алкалозе среднеклеточная концентрация гемоглобина и вязкость крови увеличиваются [Rand P. et al., 1968].

Установлено, что увеличение тоничности приводит к росту вязкости лишь до момента лизиса клеток [Wells R., 1963; Сох Н., Su Goug-Jen, 1963].

Клеточные факторы (связанные с изменением механических характеристик форменных элементов и их концентрации). Механические свойства форменных элементов тесно сопря­жены с реологическими свойствами цельной крови. Обычно механические характеристики эритроцитов оцениваются интегральным показателем — деформируемостью.

Особое значе­ние деформируемость эритроцитов приобретает при течении крови по сосудам, размер кото­рых соизмерим с размерами самих эритроцитов. На практике, при оценке кровообращения в мелких сосудах, речь идет уже не о реологических свойствах крови, а об аналогичных свойст­вах эритроцитов.

В норме эритроциты обладают значительной податливостью формы (де­формируемостью).

J. Fung (1981) в своем фундаментальном руководстве приводит расчеты, показывающие, что поле напряжений всего в 2 Па приводит к изменению геометрических пропорций эрит­роцита примерно на 200 %, а также излагает гипотезу о феномене «переливающейся цистер­ны» в сдвиговом потоке (рис. 10.8).

Значительное воздействие на реологические свойства крови оказывает и концентрация эритроцитов. В соответствии с тем что на текучесть суспензии большое влияние оказывает объемный показатель дисперсной фазы, обычно рассматривается влияние на вязкость крови гематокрита.

С увеличением гематокрита вязкость крови возрастает. Это установлено многочислен­ными исследователями [Merril Е., Wells R., 1961; Snyder G., 1971]. Поданным некоторых ав­торов [Weaver J. et al., 1969], увеличение гематокритного числа от 0,4 до 0,5 может сопровож­даться увеличением вязкости на 25 %.

Зависимость между текучестью крови и объемной концентрацией эритроцитов нелинейна. Так, в эксперименте с использованием ультразвуко­вого вискозиметра установлено, что увеличение гематокритного числа от 0,1 до 0,4 сопро­вождается значительно меньшим изменением вязкости, чем увеличение его от 0,4 до 0,6 [Reetsma К.

, Green О., 1962].

Неоднократно предпринимались попытки установить функциональную зависимость между текучестью крови и гематокритным числом. Существует целое «семейство» зависи-

 

 

Рис. 10.8. Феномен «переливания цистерны».

Горизонтальными стрелками обозначено направление движения эритроцитов, остальными — направление перемещения оболочки и содержимого эритроцитов.

мостей типа экспоненциальной. Авторов, предлагающих такого типа зависимости, подкупа­ло, по-видимому, то, что этим можно было объяснить «скачки» вязкости, вызываемые зачас­тую незначительным увеличением гематокритного числа.

V. Wand (цит. по E.W. Merril, 1969) предложена следующая формула зависимости вяз­кости крови от гематокритного числа:

Пкроаи = л™ (1 + 0,25Н + 7,35 • Ю-4 ■ Н2).

По мнению E.W. Merril (1969), эта формула справедлива для гематокритного числа 0—0,5 и области низкой асимптотической вязкости. Любопытно, что предметом доктор­ской диссертации великого физика А. Эйнштейна было определение взаимосвязи между параметрами дисперсной фазы и вязкостью суспензии в целом. Он получил следующий ре­зультат:

т! = n

Источник: https://sinref.ru/000_uchebniki/04600_raznie_2/537_Klinichesk_ocenka_rezultatov_2006/052.htm

Реологические свойства крови. Ньютоновская и неньютоновская жидкости

Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости

Реология— это наука о деформациях и текучести вещества. Под реологией крови (гемореологией) понимают изучение биофизических особенностей крови как вязкой жидкости.

Вязкость (внутреннее трение) жидкости — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. Вязкость жидкости обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул.

Наличие вязкости приводит к диссипации энергии внешнего источника, вызывающего движение жидкости, и переходу ее в теплоту. Жидкость без вязкости (так называемая идеальная жидкость) является абстракцией. Всем реальным жидкостям присуща вязкость.

Основной закон вязкого течения был установлен И. Ньютоном (1687 г.) — формула Ньютона:

где F [Н] — сила внутреннего трения (вязкости), возникающая между слоями жидкости при сдвиге их относительно друг друга; µ [Па.

с] — коэффициент динамической вязкости жидкости, характеризующий сопротивление жидкости смещению ее слоев; dV /dZ [1/с] — градиент скорости, показывающий, на сколько изменяется скорость V при изменении на единицу расстояния в направлении Z при переходе от слоя к слою, иначе— скорость сдвига; S [м2] — площадь соприкасающихся слоев.

Сила внутреннего трения тормозит более быстрые слои и ускоряет более медленные слои. Наряду с коэффициентом динамической вязкости рассматривают так называемый коэффициент кинематической вязкости
υ= µ/ρ(ρ— плотность жидкости).

Жидкости делятся по вязким свойствам на два вида: ньютоновские и неньютоновские

Ньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит только от ее природы и температуры. Для ньютоновских жидкостей сила вязкости прямо пропорциональна градиенту скорости. Для них непосредственно справедлива формула Ньютона, коэффициент вязкости в которой является постоянным параметром, не зависящим от условий течения жидкости.

Неньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит не только от природы вещества и температуры, но также и от условий течения жидкости, в частности от градиента скорости.

Коэффициент вязкости в этом случае не является константой вещества. При этом вязкость жидкости характеризуют условным коэффициентом вязкости, который относится к определенным условиям течения жидкости (например, давление, скорость).

Зависимость силы вязкости от градиента скорости становится нелинейной:

где n характеризует механические свойства при данных условиях течения. Примером неньютоновских жидкостей являются суспензии.

Если имеется жидкость, в которой равномерно распределены твердые невзаимодействующие частицы, то такую среду можно рассматривать как однородную. Свойства такой среды в первую очередь зависят от µ жидкости.

Система же в целом будет обладать уже другой, большей вязкостью µʹ, зависящей от формы и концентрации частиц. Для случая малых концентраций частиц С справедлива формула:

 (2)

где К — геометрический фактор — коэффициент, зависящий от геометрии частиц (их формы, размеров). Для сферических частиц К вычисляется по формуле:

              (2, а)

где R — радиус шара.

Для эллипсоидов К увеличивается и определяется значениями его полуосей и их соотношениями. Если структура частиц изменится (например, при изменении условий течения), то и коэффициент К, а следовательно, и вязкость такой суспензии µ' также изменится. Подобная суспензия представляет собой неньютоновскую жидкость.

Увеличение вязкости всей системы связано с тем, что работа внешней силы при течении суспензий затрачивается не только на преодоление истинной (неньютоновской) вязкости, обусловленной межмолекулярным взаимодействием в жидкости, но и на преодоление взаимодействия между ней и структурными элементами. Кровь — неньютоновская жидкость.

В наибольшей степени это связано с тем, что она обладает внутренней структурой, представляя собой суспензию форменных элементов в растворе — плазме. Плазма — практически ньютоновская жидкость. Поскольку 93% форменных элементов составляют эритроциты, то при упрощенном рассмотрении кровь — это суспензия эритроцитов в физиологическом растворе.

Характерным свойством эритроцитов является тенденция к образованию агрегатов. Если нанести мазок крови на предметный столик микроскопа, то можно видеть, как эритроциты “склеиваются” друг с другом, образуя агрегаты, которые получили название монетных столбиков. Условия образования агрегатов различны в крупных и мелких сосудах.

Это связано в первую очередь с соотношением размеров сосуда, агрегата и эритроцита.

Здесь возможны варианты(см. Приложение 1):

1.Крупные сосуды (аорта, артерии):

dcoc>dагр, dcoc>>dэритр.

При этом градиент dV / dZ небольшой, эритроциты собираются в агрегаты в виде монетных столбиков. В этом случае вязкость крови µ= 0,005 Па.с.

2. Мелкие сосуды (мелкие артерии, артериолы):

dcoc dагр, dcoc = (5-20)dэритр .

В них градиент dV / dZ значительно увеличивается и агрегаты распадаются на отдельные эритроциты, тем самым уменьшая вязкость системы. Для этих сосудов чем меньше диаметр просвета, тем меньше вязкость крови. В сосудах диаметром около 5 dэp вязкость крови составляет примерно 2/3 вязкости крови в крупных сосудах.

3. Микрососуды (капилляры):

dcoc

Источник: https://studopedia.ru/20_14773_reologicheskie-svoystva-krovi-nyutonovskaya-i-nenyutonovskaya-zhidkosti.html

Uchebnik-free
Добавить комментарий