Dziedziną mechaniki badającą cechy deformacji i przepływu rzeczywistych ośrodków ciągłych, których jednym z przedstawicieli są płyny nienewtonowskie o lepkości strukturalnej, jest reologia. W tym artykule rozważamy właściwości reologiczne krwi. Co to jest, stanie się jasne.
Definicja
Typowym płynem nienewtonowskim jest krew. Nazywa się plazmą, jeśli jest pozbawiona uformowanych elementów. Surowica to osocze pozbawione fibrynogenu.
Hemorheologia, inaczej reologia, bada wzory mechaniczne, zwłaszcza jak zmieniają się fizyczne i koloidalne właściwości krwi podczas krążenia z różnymi prędkościami iw różnych częściach łożyska naczyniowego. Jego właściwości, stan funkcjonalny krwioobiegu, kurczliwość serca determinują ruch krwi w ciele. Gdy liniowa prędkość przepływu jest niska, cząsteczki krwi poruszają się równolegle do osi naczynia i ku sobie. W tym przypadku przepływ ma charakter warstwowy, a przepływ nazywa się laminarnym. Więc czym sąWłaściwości reologiczne? Więcej o tym później.
Jaki jest numer Reynoldsa?
W przypadku wzrostu prędkości liniowej i przekroczenia pewnej wartości, która jest inna dla wszystkich naczyń, przepływ laminarny zamienia się w wir, chaotyczny, zwany turbulentnym. Szybkość przejścia z ruchu laminarnego do turbulentnego określa liczbę Reynoldsa, która dla naczyń krwionośnych wynosi około 1160. Według liczb Reynoldsa turbulencja może wystąpić tylko w miejscach rozgałęzień dużych naczyń, a także w aorcie. Płyn przemieszcza się laminarnie przez wiele naczyń.
Prędkość i naprężenie ścinające
Ważna jest nie tylko wolumetryczna i liniowa prędkość przepływu krwi, ale dwa ważniejsze parametry charakteryzują ruch w kierunku naczynia: prędkość i naprężenie ścinające. Naprężenie ścinające charakteryzuje siłę działającą na jednostkę powierzchni naczynia w kierunku stycznym do powierzchni, mierzoną w paskalach lub dynach/cm2. Szybkość ścinania jest mierzona w odwrotności sekund (s-1), co oznacza, że jest to wielkość gradientu prędkości ruchu między warstwami płynu poruszającymi się równolegle na jednostkę odległości między nimi.
Od jakich wskaźników zależą właściwości reologiczne?
Stosunek naprężenia do szybkości ścinania określa lepkość krwi, mierzoną w mPas. W przypadku płynów stałych lepkość zależy od zakresu szybkości ścinania 0,1-120s-1. Jeśli szybkość ścinania wynosi >100s-1, lepkość nie zmienia się tak wyraźnie, a po osiągnięciu szybkości ścinania 200s-1 prawie nieZmienia się. Wartość mierzona przy dużej szybkości ścinania nazywana jest asymptotyczną. Głównymi czynnikami wpływającymi na lepkość są odkształcalność elementów komórkowych, hematokryt i agregacja. A biorąc pod uwagę fakt, że krwinek czerwonych jest znacznie więcej niż płytek krwi i krwinek białych, są one głównie określane przez krwinki czerwone. Znajduje to odzwierciedlenie we właściwościach reologicznych krwi.
Współczynniki lepkości
Najważniejszym czynnikiem określającym lepkość jest stężenie objętościowe czerwonych krwinek, ich średnia objętość i zawartość, czyli hematokryt. Wynosi około 0,4-0,5 l / l i jest określana przez wirowanie z próbki krwi. Osocze jest płynem newtonowskim, którego lepkość określa skład białek i zależy od temperatury. Na lepkość największy wpływ mają globuliny i fibrynogen. Niektórzy badacze uważają, że ważniejszym czynnikiem prowadzącym do zmiany lepkości osocza jest stosunek białek: albumina/fibrynogen, albumina/globuliny. Wzrost następuje podczas agregacji, zdeterminowanej nienewtonowskim zachowaniem krwi pełnej, które determinuje zdolność agregacji krwinek czerwonych. Fizjologiczna agregacja erytrocytów jest procesem odwracalnym. Tak właśnie jest - właściwości reologiczne krwi.
Tworzenie agregatów przez erytrocyty zależy od czynników mechanicznych, hemodynamicznych, elektrostatycznych, plazmowych i innych. Obecnie istnieje kilka teorii wyjaśniających mechanizm agregacji erytrocytów. Najbardziej znana jest dziś teoria pomostowa.mechanizm, dzięki któremu mostki z białek wielkocząsteczkowych, fibrynogenu, globulin Y są adsorbowane na powierzchni erytrocytów. Wypadkowa siła agregacji to różnica między siłą ścinającą (powodującą dezagregację), elektrostatyczną warstwą odpychającą erytrocytów, które są naładowane ujemnie, a siłą w mostkach. Mechanizm odpowiedzialny za wiązanie ujemnie naładowanych makrocząsteczek na erytrocytach, czyli Y-globuliny, fibrynogenu, nie jest jeszcze w pełni poznany. Istnieje opinia, że cząsteczki są połączone ze względu na rozproszone siły van der Waalsa i słabe wiązania wodorowe.
Co pomaga w ocenie właściwości reologicznych krwi?
Dlaczego występuje agregacja erytrocytów?
Wyjaśnienie agregacji erytrocytów tłumaczy się również zubożeniem, brakiem wysokocząsteczkowych białek w pobliżu erytrocytów, w związku z czym pojawia się interakcja ciśnieniowa, podobna w naturze do ciśnienia osmotycznego roztworu makrocząsteczkowego, prowadząca do zbieżność zawieszonych cząstek. Ponadto istnieje teoria łącząca agregację erytrocytów z czynnikami erytrocytowymi, prowadząca do obniżenia potencjału zeta oraz zmiany metabolizmu i kształtu erytrocytów.
Ze względu na zależność między lepkością a zdolnością agregacyjną erytrocytów w celu oceny właściwości reologicznych krwi oraz cech jej ruchu przez naczynia konieczne jest przeprowadzenie kompleksowej analizy tych wskaźników. Jedną z najczęstszych i dość dostępnych metod pomiaru agregacji jest ocena odsetka erytrocytówosadzanie. Jednak tradycyjna wersja tego testu nie jest zbyt pouczająca, ponieważ nie uwzględnia właściwości reologicznych.
Metody pomiarowe
Na podstawie badań cech reologicznych krwi i czynników, które na nie wpływają, można stwierdzić, że stan skupienia ma wpływ na ocenę właściwości reologicznych krwi. Obecnie naukowcy zwracają większą uwagę na badanie właściwości mikroreologicznych tej cieczy, jednak wiskozymetria również nie straciła na znaczeniu. Główne metody pomiaru właściwości krwi można podzielić na dwie grupy: z jednorodnym polem naprężeń i odkształceń - reometry stożkowo-płaszczyznowe, tarczowe, cylindryczne i inne o różnej geometrii części roboczych; o polu odkształceń i naprężeń stosunkowo niejednorodnych - zgodnie z zasadą rejestracji drgań akustycznych, elektrycznych, mechanicznych, urządzenia pracujące metodą Stokesa, wiskozymetry kapilarne. W ten sposób mierzone są właściwości reologiczne krwi, osocza i surowicy.
Dwa rodzaje lepkościomierzy
Najbardziej rozpowszechnione są obecnie dwa typy lepkościomierzy: rotacyjny i kapilarny. Stosowane są również wiskozymetry, których wewnętrzny cylinder unosi się w badanej cieczy. Teraz są aktywnie zaangażowani w różne modyfikacje reometrów rotacyjnych.
Wniosek
Warto również zauważyć, że zauważalny postęp w rozwoju technologii reologicznej umożliwia właśnie badanie biochemiczne i biofizycznewłaściwości krwi w celu kontrolowania mikroregulacji w zaburzeniach metabolicznych i hemodynamicznych. Niemniej jednak rozwój metod analizy hemoreologii, które obiektywnie odzwierciedlałyby właściwości agregacyjne i reologiczne płynu newtonowskiego, jest obecnie aktualny.
