血液流变学的研究进展论文题目

研究血液作为一种非牛顿型流体所具有的流动和凝固特性以及血液的有形成分，主要是红细胞的粘弹性及其变形功能。血液循环的生理意义是运输氧、养分和代谢物质，以维持生物体内环境的恒常性，保持机能正常。血液循环的驱动力是由心脏压缩引起的压力。但即使在同样压力下，血液流动会受其自身的流体力学特性影响而变化。研究血液及其有形成分变形与流动规律的科学称为血液流变学（hemorheology）。 血液由红细胞（RBC），白细胞（WBC），血小板（PLT）和血浆组成。红细胞、白细胞和血小板是血液的有形成分，红细胞占血液全体的40-45%（红细胞压积HCT），白细胞和血小板在血液中所占容积很小，基本可以忽略。红细胞是直径约为8的双凹面形饼状细胞。表面积约为120-140，要比同容积（85-105）的球体表面积大约为30-40%，这种较大的表面积/容积比有利于向组织进行有效的氧输送。红细胞在循环血中的寿命为120天。由骨髓生成的新鲜红细胞直径较大，中间的凹陷维持较好。而老化的红细胞中间凹陷程度会减小，中间增厚有变成球形的倾向。白细胞呈球形，细胞表面有微细的皱纹。直径为9-12，比红细胞大，白细胞包括淋巴球、颗粒球和单球，其中淋巴球较小。白细胞大小、内部构造（细胞骨架）以及与内皮细胞的相互作用都会影响微循环的血液流动。血小板是血液有形成分中最小的，直径2-3。血小板内部包含复杂的子器官和收缩蛋白质，当受到外部刺激时这些物质会激活使其力学性质发生改变。血浆约占血液总体积的55%，由水、血浆蛋白、无机盐、非蛋含氮化合物和不含氮化合物组成。对血浆力学性质影响最大的是血浆蛋白、球蛋白、纤维蛋白原。 血液粘度受到各种细胞成分的物理化学性质和数量、血浆成分及其浓度、细胞成分和血浆成分的相互作用、血液所处物理化学环境的影响。同样的血液，在不同条件下，它的粘度也可能不同。对于牛顿流体，切变率和切应力的关系曲线是一条通过原点的直线，直线斜率为该液体粘度，为一常量。粘度随切应力和切变率变化的流体称为非牛顿流体，流动曲线不是直线。对于非牛顿流体，切应力和切变率的比值被称为表观粘度。它随切变率和切应力而变化，不是常数。粘度单位如果用厘米，克，秒(Centimeter-Gram-Second, CGS)单位来表示的话应为，称为，。如果换算成国际单位，压力用表示，。血液粘度会随切变率而变化。高切变率领域血液粘度随红细胞变形增大而降低。低切变率领域血液粘度随红细胞聚集而上升。这种表观粘度随切变率增加而降低的现象称为shear thinning(剪切稀释)。影响血液粘度的因素包括①红细胞数量（或红细胞压积） ②血浆粘度 ③红细胞变形现象 ④红细胞的聚合现象。这其中③④是影响血液粘度以及切变率依存性的主要因素。① 随着红细胞压积增加，血液粘度会增加；当红细胞压积超过50%时粘度呈指数函数增加。② 血浆的粘度为1.2-1.3，它依赖于蛋白质种类和浓度。血浆一般可认为是牛顿流体，但一定条件下也会表现为非牛顿流体特性。③ 红细胞变形现象是指高切变率领域红细胞的被动变形现象。由于红细胞变形，流线受到的扰乱变小，使得流动阻抗减小，从而使血液粘度减小。但是，当红细胞变硬时，流线受到的搅乱变大，粘度会上升。④ 红细胞的集合现象是指在低切变率领域由于红细胞和高分子血浆蛋白质相互作用，使各个红细胞集合在一体的状态。形成集合体后，流线受到较大的扰乱使流动阻抗增加，血液粘度上升。因此，当除去高分子蛋白质使红细胞不产生聚集时（红细胞与生理盐水的悬浮液），粘度就会下降。红细胞变形依存于剪切力的大小，而红细胞集合是在缓慢流动经历了一定时间之后产生的现象。对于人体动脉、毛细血管和静脉领域，切变率不同，血液粘度也有很大的不同。 粘度计可分为毛细管粘度计和回转粘度计。血液粘度随温度、红细胞压积、剪变率以及保存状态而变化，因此，测定血液粘度时必须在新鲜、一定压积、温度和不同切变率下进行。毛细管粘度计（Ostwand粘度计）的基本原理是Poiseuille公式。对于两种粘度为和的流体，流过毛细管相同的流体体积所需时间分别为和，压力差为，。根据Poiseuille法则，，。当两流体的密度，流体的粘度已知，测出流体流过毛细管的时间，，即可求出。回转粘度计包括锥-板粘度计、圆锥-圆锥粘度计和共轴圆筒型粘度计（Couette粘度计）。对于锥-板粘度计，若测出了旋转平板角速度和扭矩，就可以获得该流体粘度。 研究表明，高血压、冠心病、周围血管疾病等各种血管疾病的血液流变学机制极其相似，而特定临床历程或症候的表现可能是遗传因素加各种外部环境因素（应激等）的结果。根据流行病学调查，冠心病危险因子与血液流变学密切相关。目前普遍认为吸烟是独立的缺血性心脑血管疾病的危险因子。随着吸烟者吸烟量的增加，血浆和血液粘度增加。应激反应（寒冷、湿热、高温、受惊、噪声、焦虑、精神紧张、急性病等）能引起血液流变学异常改变，表现为全血黏度、血浆黏度增高，脂质过氧化增强，细胞膜磷脂双层、膜骨架蛋白损伤，红细胞变形能力下降，血小板激活形成血小板聚集等。高脂血症时，一方面通过损伤血管内皮细胞造成血小板调节因子平衡紊乱，另一方面直接诱导活化血小板，使血小板黏附、聚集增强。高血压病的血流动力学异常主要以外周阻力增高为基本特征。高血压病的血液流变特性改变包括：各切变率下的全血黏度、血浆黏度、红细胞聚集性及血液的屈服应力明显升高，而红细胞变形能力没有显著改变。 研究表明，高血压、冠心病、周围血管疾病等各种血管疾病的血液流变学机制极其相似，而特定临床历程或症候的表现可可能是遗传因素加各种外部环境因素（应激等）的结果。根据Poiseuille法则，液体流量。这一法则用于微循环虽然有些牵强，但作为定性判断却非常方便。对于Newton流体，圆管内流速呈抛物线分布；对于血液，红细胞在管中心聚集，沿管中心流动形成团，管内流速分布趋于平坦。根据经验，内径15以上的圆管内，红细胞与血流平均速度之比约为1.6。随着管径减小，这一比例也会下降。

传统的血液流变学研究方法包括微管吸吮技术、多孔介质膜的细胞分离技术、细胞悬浮液的粘度测量以及激光衍射等。微机电技术（MEMS）的发展，为血液流变学的研究提供了有力工具。采用微芯片、高速摄影和共聚集、粒子流速成像技术（PIV），人们在体外观测到了红细胞的降落伞、子弹头等变形形状。近年，研究者也发展了许多模拟微循环血液流动的计算方法。例如：IBM-FEM，IBM-LBM，Particle-based method等。在这些模拟方法中，红细胞被用具有弯曲和拉伸刚度的弹簧网格来描述。红细胞形状通过体积和表面积守恒来约束。流体和细胞膜的相互作用采用浸入边界法描述。这些方法较好地再现了正常及病理状态下红细胞在狭窄、分叉管道的运动变形以及聚集以黏附等特性，为分析血液流变特性提供了理论帮助。