Тепер більш детально зупинимося на реологічних властивостях крові. Як ви пам'ятаєте з курсу біології, цільна кров складається з формених елементів, які зважені в плазмі. Плазма - це розчин електроліту, що містить 8% ваги з 3-х основних білків: фібриногену, глобуліну і альбуміну.
Коли кров тромбируются у відсутності антикоагулянтів, фібриноген полимеризуется в фібрин.
Кров без фібрину називається сироваткою.
Чим відрізняється сироватка від плазми?
При центрифугуванні цільної крові з антикоагулянтами формені елементи осідають на дні пробірки і ми отримуємо плазму.
У нормі близько 40-45% обсягу складають формені елементи і 55% - плазма. Формені елементи на 95% складаються з червоних кров'яних клітин, 0.13% з білих кров'яних клітин і 4.9% з тромбоцитів
З огляду на, що серед формених елементів еритроцити займають більшу частину, їх на реологічні властивості цільної крові є найбільш істотним. Вимірювання об'ємної відсотка формених елементів крові називають гематокритом.
(Слайд 1-22) Еритроцити складається з гемоглобіну, оточеного еластичною мембраною червоної кров'яної клітки. Первинна функція гемоглобіну - транспорт кисню з легенів до живих тканин. Тут показана типова форма еритроцита. Діаметр еритроцита - 8.5 мкм, максимальна товщина 2.5 мкм і мінімальна товщина 1 мкм. Легко показати, що сферична форма еритроцита з тим же об'ємом матиме поверхню на 42% менше. ніж двоввігнутий диск. Оскільки мембрана еритроцита еластична, він може проходити через капіляри менше, ніж 5 мкм.
Слайд 1-22 .Схематіческое уявлення еритроцита.
Білі кров'яні клітини відомі також як лейкоцити складаються з моноцитів, лімфоцитів і гранулоцитів і відповідають за захист організму від хвороб.
Тромбоцити, які менше червоних і білих кров'яних клітин і вони грають важливу роль в тромбоутворенні крові, при пошкодженнях або контакті з чужорідними поверхнями.
Оскільки плазма на 90% складається з води, 7% складають білки, решта - неорганічні компоненти, щільність плазми практично дорівнює щільності води і становить 1.035 г / мл. а коефіцієнт її в'язкості становить 1.1-1.6 сп
Реологічні характеристики плазми при різних патологічних процесах можуть також визначати поведінку плазми як неньютоновской рідини.
Температура також відіграє важливу роль на в'язкість плазми, і в'язкість зменшується з підвищенням температури. Коефіцієнт в'язкості падає на 2-3% при збільшення температури на 1 ° С в діапазоні зміни температури в межах від 25 - 37 о С.
Для наших цілей ми вважаємо, що плазма поводиться як ньютонівська рідина з постійною в'язкістю при температурі тіла 37 о С. і дорівнює 1.2 сР.
В'язкість рідин і суспензій.
Зрозуміти фізику рідин допомагає зіставлення властивостей рідин і газів. Гази мають значно меншу щільність і їх молекули знаходяться на великій відстані один від одного, ніж рідини. Тому вони мають велику довжину вільного пробігу і рідше стикаються один з одним. Саме через відмінності подвижностей молекул в газах і рідинах механізми виникнення в'язкості в цих речовинах також різняться. Молекулярна структура рідин можна уявити як щось середнє між структурою твердих кристалічних тіл з упорядкованим розташуванням молекул і структурою газів, молекули яких розташовані хаотично.
Таким чином, в'язкість рідин у багато разів перевищує в'язкість газів через тіснішої упаковки молекул.
Теоретично і експериментально встановлено, що в'язкість суспензії мікрочастинок завжди перевищує в'язкість розчинника. Щоб зрозуміти чому це так, розглянемо ньютоновскую рідина, рух якої викликано переміщенням з постійною швидкістю обмежують її поверхонь. Рідина між рухомими поверхнями зсувається, в результаті чого в ній відбувається дисипація енергії тим інтенсивніше, чим більше в'язкість рідини.
Припустимо тепер, що в рідину введені тверді сферичні частинки. Вони можуть обертатися, але на відміну від тієї рідини, місце якої вони зайняли, не можуть деформуватися. Отже, при такому ж, як і раніше, переміщенні обмежувальних поверхонь середня швидкість зсуву збільшиться. Крім того, оскільки рідина не може прослизати по поверхні частинок в тій її частині, яка прилягає до частинкам, виникає додатковий зсув. Обидва ефекти призводять до збільшення дисипації енергії в рідині, і, таким чином, її ефективна в'язкість зросте. При збільшенні відносного обсягу зважених часток має відбуватися подальше підвищення в'язкості, що і підтверджується експериментально. Але якщо концентрація частинок не надто висока, співвідношення між швидкістю зсуву і напругою зсуву при будь-якій заданій концентрації постійно, тобто суспензія поводиться як ньютонівська рідина.
В'язкість суспензії крапель або деформуються частинок також зростає зі збільшенням їх відносного обсягу, але в меншій мірі, ніж при такому ж збільшенні концентрації твердих частіц.Однако, при збільшенні швидкості зсуву в таких суспензіях краплі не тільки деформуються, а й поступово орієнтуються в напрямку і перебігу . Це означає, що напруга зсуву зростає зі збільшенням швидкості зсуву вже нелінійно. В результаті в'язкість виявляється залежною від швидкості зсуву, а суспензія - відповідно неньютоновской рідиною.
(Слайд 1-23) Крім того, поведінка суспензій твердих і деформівних частинок може ускладнюватися і ставати неньютонівської і в результаті взаємодії між частинками. Ця взаємодія обумовлено силами тяжіння і відштовхування, а також тим, що рідина, яка змінила свій рух під дією однієї частинки, змінює рух інших частинок. ефективну в'язкість # 956; з розведеною суспензії твердих невзаимодействующих сферичний однакового розміру, що володіють нейтральною плавучістю (тобто не осідають і не спливаючих), в рідині з в'язкістю # 956; 0 вперше обчислив в 1906 р Альберт Ейнштейн. Він передбачив, що якщо об'ємна концентрація частинок з (в частках одиниці) мала в порівнянні з 1, то відносна в'язкість суспензії # 956; отн (що дорівнює відношенню ефективної в'язкості до в'язкості рідкої фази суспензії) визначається співвідношенням.
Цей результат підтверджено експериментально для значень с. що не перевищують приблизно 0,1. Для великих значень з потрібно враховувати складну взаємодію частинок, а це пов'язано з введенням членів, пропорційних концентрації частинок. У 1932 р Тейлор узагальнив висновок Ейнштейна на суспензії крапель, які зберігають сферичну форму, наприклад, завдяки поверхневому натягу. Відповідне співвідношення має вигляд
де - в'язкість рідини, що утворює краплі. Коли стає нескінченно великим, тобто коли краплі виявляються, по суті, твердими частинками, це співвідношення зводиться до попереднього.
(Слайд 1-24) Для того щоб ідентифікувати залежність в'язкості цільної крові необхідно побудувати залежність зсуву напруги від швидкості зсуву. Однак, як зазначалося вище, в'язкість крові і плазми також змінюється з пробами через відмінності в складі. Щоб уникнути цих відмінностей напруга зсуву нормалізується по відношенню до в'язкості плазми проб (удавана в'язкість) і отримують залежність напруга зсуву / в'язкість плазми від швидкості зсуву.
Як можна помітити, ці дані підтверджують нелінійне поведінка особливо при низьких швидкостях зсуву. Цікаво зауважити, що криві йдуть не з початку координат і для руху крові необхідно подолати певний поріг напруги.
Cлайд 1-24 .Експеріментальная залежність нормалізованого напруги зсуву від швидкості зсуву для крові (Whitmore, 1968)
Якщо залежність цільної крові слід степеневим законом
то дані можуть представлені прямою лінією напруга зсуву - швидкість зсуву в логарифмічною шкалою.
Перші дослідження крові за допомогою сучасних віскозиметрів показали, що в'язкість цільної крові людини залежить від швидкості зсуву в діапазоні 0.1- 120 с -1. тоді як плазма і сироватка в цьому діапазоні мають постійну в'язкість.
При дуже малих швидкостях зсуву, порядку 0.01 с -1, в'язкість крові становить 0. 8 Пз - більш ніж в 130 разів більше, ніж при швидкості зсуву 100 с -1.
При швидкостях зсуву> 100 с -1 зміни в'язкості не так різання, а після досягнення швидкостей зсуву 200 с -1 практично постійна і
наближається до значення (4-5) СПЗ.
Як видно з експериментальної кривої при швидкостях зсуву
1000 с -1 типовою для багатьох кровоносних судин відхилення поведінки крові від ньютонівської рідини стають малими, і в'язкість крові наближається до свого асимптотичному значенням в межах 3-4 СПЗ.
0.1 1 10 100 1000 Швидкість зсуву (з -1)
Слайд1-25. Залежність уявної в'язкості крові від швидкості зсуву.
Уявний коефіцієнт в'язкості для цільної крові при будь-яких швидкостях зсуву, може бути обчислений за цією формулою.
При швидкостях зсуву 230 с -1 здається коефіцієнт в'язкості 3.3 сПз при в'язкості плазми 1.2 сПз. Ця величина порівнянна з експериментальними результатами 3.01 і 5.53cПз.
При низьких швидкостях зсуву червоні кров'яні клітини прагнуть агрегувати, і це може збільшувати в'язкість.
Слайд 1-26. агрегація еритроцитів
При збільшенні швидкості зсуву агрегати поступово розбиваються і при швидкостях зсуву близько 50 с -1 коефіцієнт в'язкості наближається асимптотично до 3.5 сПз.
(Слайд 1-27) Ефект гематокриту.
Головною умовою, що визначає в'язкість крові, є об'ємна концентрація еритроцитів, яка вимірюється за показником гематокриту Н - позірна об'ємна концентрація ерітроцітовІзмеряется Н по осадку еритроцитів, утворюється при центрифугуванні цільної крові в стандартних умовах .. Концентрація кажущущаяся, тому що упаковка еритроцитів неплотная. (Всередньому концентрація еритроцитів в крові-0,45).
Гематокрит нормальної людської крові лежить в межах 40 - 45% .Щоб вивчити ефект Ht на в'язкість червоні кров'яні клітини відділялися центрифугуванням і змішували з відповідною пропорцією плазми, фізіологічним розчином або розчином Рінгера до проведення експериментів. Результати наведені на слайді.
Слайд 1-27. Вплив гематокриту на відносну в'язкість.
Не менш важливим фактором зміни в'язкості є температура. Зі зниженням температури - в'язкість збільшується.
Так охолодження крові з 37 до 10 0 С призводить до збільшення в'язкості в 2 рази.