【血液流变学的基本原理与休克】
健康人从幼到老的一生中，生化与血液流变学参数的变化是很小的，仅在发生病变时才出现明显的改变，通常在发生疾病可以用经典的方法鉴别之前，存在着一个孕育阶段，亦即从量变到质变的变化过程。疾病的历程始于孤立的症状与体征，随后在某些器官或特定的解剖部位出现一群症状与体征，此时仍不能按经典命名法给其以命名，最后则进入特定的疾病状态。血液粘滞诸因素的升高，则是很早出现的先兆，它的出现足以使医生采取进一步的诊断及／或预防的措施。 流变学是研究物质流动与变形的科学。专门涉及血液与血管的流变学分支则称为血液流变学。它又分为分子血液流变学和临床血液流变学。前者研究血液或血管中分子结构、胶体结构或细胞结构与变形之间的关系，后者主要涉及患者与疾病的流变学问题。从整体水平或细胞水平来看，休克基本上是一种流变学变化现象。因感染、创伤或出血导致的红细胞聚集、淤血、血小板聚集、酸中毒、缺氧等，均能通过控制流变学诸因素而得到成功的治疗。血液流变学变化与休克的发生与发展具有密切的关系。有关血液流变学的几个基本概念(1)片流或层流：实际液体能相对压缩并有内摩擦力，故实际液体是有粘性的。当液体在管内平行流动时，液流可以分为许多层，称为片流或层流，而紧靠管壁一层液体分子与管壁分子之间有吸着力，故流速为零，液层与液层之间产生一种相对运动，即流速小的一层给流速大的一层以阻力，流速大的一层给流速小的一层的以拉力，结果使各层流速不一致，其剖面呈抛物线。在流速快慢不同的两液层的接触面上出现的力叫内摩擦力。液体只有在克服了内摩擦力后才能流动，克服内摩擦的力称为切变应力。液体在这种大小相等、方向相反的平行力作用下所产生的形变叫切变。液体形变的速度称切变率，即指两液层间流动速度；变化的快慢又称速度梯度，单位为cm／s．om。切变应力的大小取决于两液层接触面积的大小和液层间流速度变化的快慢。牛顿粘度定律为：
F=切变应力(即内摩擦力)ΔV 为速度η=粘度系数 ΔX为两液之间的距离 ΔS为两液层接触的面积(2)粘度：液体具有内摩擦力的这种性质，称为粘度或粘滞性，粘度的标准单位为0．1Pa·s，0．1Pa·s的粘度指：切变应力为0．1Pa时，引起切变率为1〔秒〕－1的粘度，单位为0．1Pa·s。临床测定液体的粘度，多采用测定与水的流速相对的粘度，就是与20℃水的粘度0．01泊相比，而不是其绝对粘度。血液内含有不对称高分子，其粘度随切变率的变化而变化，称为非牛顿液体。尽管毛细血管网是由小血管串联和并联组成，同时血管壁有弹性，血流有搏动，血管口径经常变化，血液处在复杂的生物学环境，但总体说来血流量与压力差呈正变关系，与粘度和长度呈反变关系，因而常用泊肃叶公式来说明机体控制毛细血管血流的诸因素。(3)聚集：系指包含若干粒子的可逆性结构，如红细胞聚集。血小板集聚多为若干血小板构成的不可逆集合体。(4)红细胞刚化：由于多种生物化学变化如渗透压改变、酸中毒、血钾过高及磷酸盐过多而引起红细胞的皱缩、肿胀、球形变而损害红细胞的流动性曰红细胞刚化。血流流变学现象概述 血液中的含铁大分子血红蛋白是携氧的载体，它增加了血液携氧能力，但对其流动有不利的影响。无核而又具有高度可变形性的红细胞，既是氧运载系统进化史上的最佳产物，又使血液流度的受损程度降到最低点。机体内的毛细血管总是环绕着红细胞生长的，由于红细胞良好的可变形性，人类的毛细血管细小得多。红细胞内高浓度的血红蛋白，纤细的毛细血管，以及密布的毛细血管网，使组织内的氧从毛细血管至需氧细胞的供应大大改善。纤细的毛细血管同时也给血管的阻塞带来了固有的危险性。当血流减慢、血管内皮肿胀或者红细胞刚化时，有可能导致血管的阻塞，最终有可能造成不可逆的血管完全阻塞。在大血管中，血流减缓可以明显降低血液原有的流度，红细胞可形成初级聚集体，最后可生成三维网状聚集体。血液流变受血管平滑肌舒缩的控制，即使在没有神经的支配下，平滑肌仍可以处于一种收缩状态，钙离子可以激活平滑肌中的收缩装置，血管平滑肌的紧张度可以在力学激活(如血管内压力升高，平滑肌缩短)或化学失活(如乳酸、钾离子、磷酸根离子积累使血管平滑肌处于舒张状态)等多种状态下改变。这些改变受到局部的及机体的激素以至植物性神经的调节。此外，血细胞的流变性质，如白细胞对流动较大的障碍和带有危险的催化酶，使它在流变学中的作用大于红细胞。血管外机械因素的影响如器官实质肿胀或胞间隙水肿，心肌、骨骼肌收缩使毛细血管压缩导致灌注紊乱。影响血液流变学的因素(1)红细胞压积(HCT)：在影响血液粘度的众多因素中，红细胞压积是重要因素。其正常值为40%～50%。在40%以下对血液粘度影响不大。当大于50%同时出现切变率低时，血液粘度明显增加；当HCT达80%时，红细胞聚集，血液几乎完全丧失流动性。(2)红细胞的变形性：红细胞呈双凹盘形，除与营养物质和气体弥散有关外，还使其具有表面积大和容量小的特点。表面积与容量比例大，则变形能力大。红细胞的变形与细胞膜的结构和细胞内能量代谢亦有关，这种膜的结构和功能维持需要ATP。ATP缺乏，K+－Na+泵失灵，钠与水进入细胞红细胞肿胀、变圆甚至破裂。ATP降低，也影响Ca++Mg++－ATP酶的作用，使Ca++在细胞内大量蓄积。Ca++促使膜蛋白溶胶变成凝胶，细胞膜增厚、变硬，红细胞变形能力降低。此外，红细胞的变形还与其内部的粘度有关，诸如血红蛋白的理化性质、温度、H+浓度及渗透压的改变，尤其是H+的改变，导致Cl－进入细胞，水也随之入内，使细胞肿胀变圆甚至破裂。更重要的是红细胞形变决定于血浆粘度与红细胞内部粘度之比。当H+浓度恒定时，红细胞的变形随血浆粘度增加而增加，血浆中加入右旋糖酐巨球蛋白或纤蛋白原时，均可使红细胞变形能力加强。但如有H+浓度及渗透压改变时，则可通过红细胞内部粘度增加而使变形能力减弱。红细胞的可变形性，对于细小的营养性毛细血管灌流是极其重要的。(3)血浆粘度：血液粘度包括全血粘度和血浆粘度，是血液流变学的重要参数。近年来的研究资料表明，降低血液粘度或血浆粘度已成为改善和纠正微循环障碍和DIC的重要途径。血浆粘度主要取决于某些高分子量的不对称蛋白质分子的含量，包括白蛋白、球蛋白、纤维蛋白原、α2－巨球蛋白、免疫球蛋白M及G。这些蛋白质的浓度往往随机体特定的免疫状态而有相当大的变化。血浆粘度在很大程度上取决于机体内水的含量。当脱水症状发生时，血浆粘度可有大幅度升高。正常血浆于37℃时的粘度约为同样温度下水粘度的1．5～1．8倍，也可以说血浆的流度为水的55%～66%。由于血液是众多血细胞在血浆中的一种悬浮液，这些细胞对于层流具有干扰作用，因此血液粘度高于血浆粘度。在大血管中，血细胞数或血细胞压积是血液粘度的最主要因素。用国产SDZ－3自动电子计时粘度计或无创性AZN型血流循环功能检测仪，均可实时测得血液粘度，其正常值为：全血还原粘度(ηb－1／H)∶0．40±0．75全血比粘度(ηb)∶4．25±0．41血浆比粘度(ηp)∶1．65±0．09(4)灌注区：在一定的灌注压范围内，血液为非牛顿液，也就是说其粘度随外加压力和速度的变化而异，压力降低时，粘度大，流量小。当压强逐渐增强时，血液粘度随压强增高而降低，因此血流增加。但当切变率高于20Pa·s时，血液粘度及流量不遵循上述规律。(5)血管口径：按照泊肃叶公式，粘度与血管半径的四次方成反比，即管径愈大，粘度愈小；管径愈小，粘度愈大。但正常微循环的血液流变学中有两个特殊现象，即红细胞轴向集中和倒置现象。前者是指在一定范围内血液粘度随毛细血管口径变小而降低；后者是反映当毛细血管口径降低到一定限度时，血液粘度突然升高。泊肃叶公式为： V为流量；dV／dt为单位时间内流过的液体体积；ΔP为血管内压力差；n为血液的粘度；L为血管的长度。(6)红细胞与血浆蛋白之间的相互关系：血液粘度除与构成血液的各成分的粘度有关外，更重要的是取决于各成分之间的相互关系。在HCT正常时，红细胞与血浆蛋白之间的关系占有重要地位，如HCT超过90%，则红细胞之间的相互关系更为重要。一般认为血液呈非牛顿液与缗线形成有关，而缗线形成又与纤维蛋白原有关。除纤维蛋白原外，形成缗线状物的主要条件有三：①红细胞的变形性；②红细胞之间接触面积的大小；③促进红细胞聚合因素的存在。红细胞聚集及缗线状物形成，是休克重要的血液流变学变化，严重影响微循环灌注，可见于各种类型的休克。红细胞聚集首先发生在血流最慢、血压最低的器官如肝、肾、肺等。尸检死于严重烧伤或创伤患者时，发现其早期即可出现肝肾坏死。休克时血液浓缩、HCT及纤维蛋白原浓度增加，均可促使红细胞聚集及缗线状物形成。血液流变学在休克发生发展中的意义 休克时微循环的变化不仅与灌流量急剧减少有关，且与血液流变学有关。微循环紊乱的特征是毛细血管血流减缓、血管壁发生改变以及流经毛细血管液体交换的升高或降低。休克时血液流变学的变化主要表现为：(1)休克时交感－肾上腺髓质系统兴奋，血中自由脂肪酸增多，后者使红细胞变形能力降低，从而血液粘度增加。(2)血管内皮细胞从基底膜上剥落并且肿胀，由于内皮上出现较大的间隙，低分子血浆蛋白透过血管壁，而高分子量的粘附性大分子如血纤维蛋白原、α2巨球蛋白及免疫球蛋白IgM则留于血管腔内，使局部血粘度上升，红细胞粘附性增高，管腔内红细胞压积也升高，红细胞聚集体出现，使血液粘度增加，血流阻力变大。(3)休克时缺氧、酸中毒及ATP产生减少。缺氧是因为缓慢流动的血液－进入营养毛细血管，就向外周的实质细胞供应了氧，这些缺氧的血流经过毛细血管，只能阻碍新鲜氧合血液的及早到来。由于代谢产物乳酸又从实质细胞向缓慢灌注的毛细血管纷纷扩散而来，继而引起红细胞刚化，使血液粘度增大。同时，在较小的血管内(5～7μm以下)，由于红细胞变形能力降低，出现血液粘度不是随管径变小而降低，而是升高的倒置现象。(4)血液在一定切变率范围内为非牛顿液，休克时血压低，切变率低，如果小血管血流速度降至0．1～0．2mm／s以下时(正常毛细管平均血流速度为0．3～1．0mm／s。)容易导致红细胞聚集、钱串状物形成，甚至发生红细胞不可逆的聚集和凝聚的所谓泥化。(5)有人认为，休克时外周血管血流障碍的指标最好是以TPR／ηb来表示(TPR为总外周阻力)。若TPR与ηb均高则扩管、降粘可以改善血流状况；若TPR低，而ηb高，则宜降粘以防血液淤滞；假如ηb与ηb均低，则应适当缩管以保障合适的血流。对于休克时的微循环功能障碍，治疗的根本措施是调节血流量的。而血流量的调节主要取决于推动血流的压力(和心输出量、血容量、平均动脉压成正比)血流前进的阻力(和血管阻力、血液粘度成正比)。在休克发生时，根据血液力学和血液流变学变化，采取综合防治措施如正常容量血液稀积、去血纤蛋白原治疗，防治酸中毒等。近年来有人提出“低排高阻”型病人需提高其心输出量，降低外周血管阻力；“常排常阻”型病人宜维持其心输出量，维持外周阻力；而“高排低阻”型病人则应维持其心输出量，增加外周阻力，并开始试用高渗性的7．5%氯化钠溶液治疗失血性休克、严重低血容量休克、感染性休克、烧伤以及顽固性休克等获得良好效果，但高渗盐液的用量需予严格控制，以血清Na+不超过165mmol／L及血渗透压不大于340mmol／L为宜。(安徽医科大学第一附属医院陈柏钧教授撰) |