Глава Vl РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ, СПОСОБЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЗНАЧЕНИЕ В ОЦЕНКЕ КРОВООБРАЩЕНИЯ

Характер кровотока в различных отделах сосудистого русла определяется не только гемодинамическими (гидродинамическими) факторами, подробно описанными в предшествующих главах, но и свойствами текущей в сосудах жидкости — крови.

Реологические свойства крови редко рассматриваются при оценке кровообращения, особенно в условиях патологии. Это объясняется тем, что они могут заметно меняться в различных участках сосудистого русла, и тем, что эти изменения во многом определяются гидродинамическими факторами и геометрией сосудистого русла, которые для разных его участков неодинаковы.

В то же время определение основных реологических свойств крови in vivo практически невозможно. Оно обычно производится в модельных опытах или на образцах крови, полученных из тех или иных сосудов.

Конкретные приложения данных о реологических свойствах крови к ее течению в разных отделах сосудистого русла пока еще

Схема 1. Взаимосвязь между основными реологическими свойствами и гемодинамическими показателями.

трудно осуществимы, однако это вовсе не значит, что изучение свойств крови, определяющих ее текучесть, мало полезно. Даже общие представления о реологических свойствах крови, направленности их изменений в условиях патологии и применения терапевтических мероприятий могут дать немало для трактовки расстройств кровообращения и оценки механизмов их коррекции:

Основным свойством крови, определяющим ее текучесть, является динамическая вязкость, которая в свою очередь зависит от ряда других свойств крови, что может быть проиллюстрировано схемой 1.

Динамическая вязкость крови. Кровь, представляющая собой концентрированную взвесь анизомерных, эластичных частиц (эритроцитов), обладает свойствами неньютоновской жидкости. В этом отношении она близка к суспензиям небиологической природы и многие закономерности, полученные для последних, вполне приложимы к крови и используются для характеристики ее поведения.

Неньютоновское поведение крови особенно четко выявляется при малых скоростях течения — в емкостных сосудах и в сосудах малого диаметра.

Изучение закономерностей поведения неньютоновских и вязко-эластических веществ, как уже отмечалось, составляет предмет реологии, выделившейся в самостоятельную область знаний и являющейся по своему существу специальным разделом гидромеханики.

Основы реологии были заложены работами Пуазейля, Рейнольдса, Quett, Ф. Н. Шведова и др.

Ф. Н. Шведов (цит. по М. П. Воларович, 1954), изучая поведение растворов желатины и один из первых используя сконструированный им же ротационный вискозиметр, показал непропорциональность измененией скорости течения растворов изменениям вязкости. Им же было выведено уравнение течения вязко-эластического вещества.

Как известно, вязкость — это свойство жидкостей или газов оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого, определяющееся внутренним трением. Если поместить две пластины одна на другую, а между ними расположить слой какого-либо вещества (жидкости), можно наглядно иллюстрировать величины, характеризующие вязкость (рис. 41).

Если толщину слоя вещества обозначить через А у {см), а расстояние, на которое произошло смещение одной пластины относительно другой, определяемое силой F₉ через Ал:, то смещение должно составить:

о

Обозначив скорость смещения X (см/с), получим скорость сдвига (U) (Shearrate):

В этих условиях отношение силы (F) на единицу смещения поверхности (А) обозначается как напряжение сдвига (т):

Рис.

Объяснения в тексте.

Коэффициент вязкости (г|) в этих условиях определяется следующим соотношением:

У ньютоновских жидкостей, однородных по своей структуре, величина вязкости (т|) не зависит от условий течения — напряжения сдвига (т) или скорости сдвига. У так называемых неньютоновских жидкостей, к которым могут быть отнесены различного рода суспензии, в том числе и кровь, величина вязкости зависит от указанных параметров (ти U).

[1] В системе СГС эта величина была названа по имени Пуазейля пуазом (П), т. е. такая вязкость жидкости, которая оказывает сопротивление в 1 дин, взаимному перемещению двух слоев площадью в 1 см² и передвигающихся со скоростью 1 см/с.

Применительно к крови и многим жидкостям в качестве величины измерения вязкости используется сантипуаз (0,01 пуаза), обозначаемый сокращенно — сП. Вязкость воды при 20° C равна приблизительно 1 сП.

Рис. 42 наглядно иллюстрирует зависимость вязкости от напряжения (скорости) сдвига для различного рода жидкостей. Так, для ньютоновских жидкостей не отмечено такой зависимости, а для неньютоновских жидкостей характерны две различные зоны поведения: одна из них (I)_y где жидкость характеризуется неньютоновским поведением — переменной вязкостью (область малых напряжений или скоростей сдвига); другая (2), в которой вязкость остается постоянной (область больших скоростей сдвига).

Рис. 42. Взаимоотношения между величинами вязкости и напряжения (скорости) сдвига для ньютоновской (а) и неньютоновской (б) жидкостей.

Остальные пояснения в тексте.

Кривая, характеризующая вязкость неньютоновских жидкостей в системе декартовых координат, является по своей форме асимптотой, поэтому вязкость этих жидкостей в области их ньютоновского поведения называют иногда асимптотической.

Из рисунка также видно, что течение неньютоновской жидкости возникает лишь тогда, когда сдвигающее усилие достигает некоторой величины (то), обозначаемой предельным напряжением сдвига (yield stress).

До достижения этой величины в жидкости возникает упругая деформация, однако течения не наблюдается, иными словами неньютоновская жидкость имеет определенный предел текучести.

Исследование вязкости неньютоновских жидкостей представляет собой сложную задачу, поскольку используемые для измерения вязкости жидкостей с ньютоновским поведением различного рода капиллярные вискозиметры просто не пригодны для этих целей без определенных приспособлений.

Еще в 1843 году Пуазейль, исследуя ламинарное течение жидкостей через прямолинейные капилляры и введя понятие о коэффициенте вязкости (ті), показал зависимость объемной скорости кровотока (Q) от радиуса капилляра (г), его длины (/) и величины давления, вызывающего движение жидкости

(АР):

Им было установлено, что при нарастании давления выше определенного скорость течения жидкости перестает соответствовать величинам, определяемым по формуле. Это явление наблюдалось и другими авторами. Позже в 1883 г. Рейнольдсом было показано, что в определенных условиях характер тока жидкости может меняться и переходить от ламинарного (слоистого) к турбулентному (вихревому). Им же была предложена формула, определяющая условия перехода ламинарного движения в турбулентное, а величина, характеризующая эти условия, получила наименование числа Рейнольдса (Re):

где: U — градиент скорости (в см/с); d — диаметр капилляра (в см); v — ки нематическая вязкость (в Ст).

Рис. 43. Зоны сосудистого русла с различным характером кровотока.

А — артерии; а — артериолы; ава — артерио-венозные ана* стомозы; ма — метаргериолы; к — капилляры; в — венулы;

В — вены.

Все дальнейшие рассуждения, приводимые нами, касаются ламинарного течения жидкости (крови), которое в нормальных условиях характерно для большинства отделов сердечно-сосудистой системы, исключая полости сердца, начальный отдел аорты и конечные отделы микроваскулярного русла.

Нельзя не обратить внимание на то, что исследование вязкости крови имеет более существенное значение для характеристики кровотока в сосудах определенных диаметров (рис. 43). Fahreus, Linquist (1931), исследуя закономерности тока крови в капиллярах, нашли, что гомогенность крови сохраняется лишь при ее течении через капиллярные трубки диаметром до 0,3 мм.

Текучесть крови при ее движении по капиллярным трубкам с диаметром, большим этого (>0,3), подчинялась закономерностям Пуазейля, а по трубкам меньшего диаметра (