第二章 人体血液基本性质及其环形空间螺旋.doc

第二章 人体血液基本性质及其环形空间螺旋流动分析 在低剪变率条件下人体血液表现为非牛顿流体，而在高剪变率条件下趋向于牛顿流体。近年来，螺旋叶片血泵的研究和应用取得了很大的进展。本章介绍了血液及红细胞的组成及其理化性质，以及血液的本构方程，并运用非牛顿流体力学及血液流变学基本理论，对血液在低剪变率及高剪变率两种不同条件下的环形空间螺旋流动性能进行了研究，并推导出速度及流量表达式，分析了各参数对流动性能的影响，同时还对环形螺旋流动流场中，红细胞受到的离心力、径向力、斯托克斯阻力、剪切应力、马格纳斯力等进行了分析。 2. 1血液的组成及其理化性质 2.1.1血液的组成 血液是流体性状的结缔组织，充满于心血管系统(循环系统)中，在心脏的推动下不断循环流动。血液是血细胞( blood cell )和血浆(plasma)组成的悬浮体。血浆是牛顿流体，而血液是非牛顿流体。血液的非牛顿性来自其有形成分—血细胞。血液的流变性取决于组分的流变性。 血细胞包括红细胞(RBC)、白细胞(WBC)和血小板(PLT )，统称为有形成分。血细胞的形状、大小和含量见表2-1所示。正常状态下，有形成分中红细胞所占体积最大，白细胞和血小板所占体积甚微。血样中红细胞总容积(体积)在血样容积中所占百分比称为红细胞比容，亦称比积。图2-1为血液凝块构造图，图中红色的为红细胞，兰色的为血小板，黄色的为纤维蛋白。 血浆相当于结缔组织的细胞间质。是血液的重要组成分，呈淡黄色液体(因含有胆红素)。血浆的化学成分中，水分占90~92%，溶质以血浆蛋白为主。血浆蛋白是多种蛋白质的总称，用盐析法可将其分为白蛋白、球蛋白和纤维蛋白原三类。血浆的理化特性相对恒定是内环境稳态的首要表现[l78]。 2.1.2血液的理化特性 (一)血液的比重 红细胞的比重约为1.090 x 103 kg ·m-3，它取决于红细胞内血红蛋白的含量，血红蛋白含量愈多，红细胞比重愈大;血浆的比重约为1.025 x 103 kg ·m-3~1.030 x 103 kg·m-3，取决于血浆蛋白的含量，血浆蛋白愈多，血浆比重愈大;血液比重约为1.050 x 103 kg·m-3~1.060 x 103 kg ·m-3，显然取决于血浆比重、血细胞比重和血细胞比积，但主要取决于红细胞比积，红细胞比积愈大、血液比重愈大。其次，血浆蛋白含量愈多，血液比重也愈大。 (二)血液的粘滞性 通常是在体外测定血液或血浆与水相比的相对粘滞性，这时血液的相对粘滞性为4~5，血浆为1.6~2.4。全血的粘滞性主要决定于所含的红细胞数，血浆的粘滞性主要决定于血浆蛋白质的含量。水、酒精等在物理学上所谓“理想液体”的粘滞性是不随流速改变的，而血液在血流速度很快时类似理想液体(如在动脉内)，其粘滞性不随流速而变化;但当血流速度小于一定限度时，则粘滞性与流速成反比的关系。这主要是由于血流缓慢时，红细胞可叠连或聚集成其他形式的团粒，使血液的粘滞性增大。 (三)血浆渗透压 血浆渗透压约为7个大气压，即708.9kPa (5330mmHg)。血浆的渗透压主要来自溶解于其中的晶体物质，特别是电解质，称为晶体渗透压。由于血浆与组织液中晶体物质的浓度几乎相等，所以它们的晶体渗透压也基本相等。在临床或生理实验使用的各种溶液中，其渗透压与血浆渗透压相等的称为等渗溶液 (如0.85%NaCI溶液)，高于或低于血浆渗透压的则相应地称为高渗或低渗溶液。将正常红细胞悬浮于不同浓度的NaCI溶液中即可看到:在等渗溶液中的红细胞保持正常大小和双凹圆碟形;在渗透压递减的一系列溶液中，红细胞逐步胀大并双侧凸起，当体积增加30%时成为球形;体积增加45%~60%则细胞膜损伤而发生溶血，这时血红蛋白逸出细胞外，仅留下一个双凹圆碟形细胞膜空壳，称为影细胞(ghost cell )。正常人的红细胞一般在0.42%NaCI溶液中时开始出现溶血，在0.35%NaCI溶液中时完全溶血。 正常情况下血细胞内外渗透压是相等的、故血浆渗透压的恒定对于维持血液的有形成分，特别是红细胞的形态、理化性质及正常生理活动有重要意义。 (四)血浆的pH值 正常人的血浆的pH值约为7.35~7.45，静脉血含CO2较多、其酸碱度比动脉血的稍小，接近7.35，而动脉血则接近7.45。红细胞内血红蛋白溶液的pH值为7.396。血浆pH值低于7.35为酸中毒，高于7.45为碱中毒。血浆pH值主要决定于血浆中主要的缓冲对，即NaHCO3/H2CO3的比值，通常NaHCO3/H2CO3比值为20。一般酸性或碱性物质进入血液时，由于有这些缓冲系统的作用，对血浆pH值的影响已减至很小，特别是在肺和肾不断的排出体内过多的酸或碱的情况下，通常血浆pH值