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法-林效应机理详释

2011年11月中国医学物理学杂志Nov .,2011

第28卷第6期

Chinese Journal of Medical Physics

Vol.28.No.6

法-林效应机理详释

张盛华1,秦任甲2(1.桂林医学院数理教研室,广西桂林541004;2.河池学院物理与电子工程系,广西宜州546300)

摘要:研究目的是揭示其根本机理,并通俗阐明,以适应医学群体的需要。论文在阐明何谓法-林效应、红细胞向轴集中等概念基础上揭示出:法-林效应的根本机理有两个:其一,红细胞向轴集中,从而产生管壁血浆层。因为血浆层的存在,导致在侧支管口有较多的血浆成分流入支管。即所谓血浆撇取效应。又因为侧支管存在血浆层导致血液二相流的形成。侧支管越小血浆撇取效用越明显,二相流导致的血液表观黏度越低。其二,管口效应。简而言之就是流到分支管的红细胞长轴与侧支管管口段轴的夹角越小就越容易流入支管。当然侧支管越小红细胞越难流入。论文还阐明了逆法-林效应的机理。

关键词:法-林效应;法-林效应的逆转;血浆撇取效应;二相流模型;管口效应

DOI 编码:doi :10.3969/j.issn.1005-202X.2011.06.034

中图分类号:R331

文献标识码:A

文章编号:1005-202X (2011)06-3082-03

Fahraeus-Lindqvist Effect Mechanism Explained in Eetail

ZHANG Sheng-hua 1,QIN Ren-jia 2

(1.Physical Stuff Room,Guilin Medical College,Guilin Guangxi 541004,China;2.The Physical Department of Hechi College,Yizhou Guangxi 546300,China)

Abstract:This paper aims to reveal and clarify the fundamental mechanism of Fahraeus-Lindgvist effect so as to adapt to the need of the medical group.On the basis of expounding the definitions of the concept of fundamental mechanism of Fahraeus-Lindgvist effect and the red cells ’concentrating to shaft,it reveals that Fahraeus-Lindgvist effect contains two fundamental mechanisms.One is the producing of plasma layer of venous wall resulting from the red cells ’concentrating to shaft.The existence of plasma layers results in many plasma components in the sides of the branch pipe orifices flowing to the branch pipes,that is the so-called blood plasma skim effect.Also due to the formation of the two-phase flow resulting from the plasma layer in the side branch pipes,the blood plasma skim effect in the branch pipes becomes more evident and the blood viscosity caused by two-phase flow turns even lower.The other is the orifice effect of pipe.In brief,the smaller of the angle between the axis of the red cells flowing into the the branch pipe and the opening section of shaft in the side branch pipe,the easier the red cells will flow into the the branch pipes.It is certain that the smaller the side branch pipes are,the more difficult the red cells will flow into them.In addition,the paper also expounds the converse Fahraeus-Lindgvist effect mechanism.Key words:Fahraeus-Lindqvist Effect;the converse of Fahraeus-Lindqvist Effect;blood plasma skim effect;two-phase flow model;orifice effect of pipe

前言

法-林效应是Fahraeus 和Lindqvist 于1931年通过实验发现的。随着血液流变学研究和临床应用深入发展,此问题才引起人们注意。尽管有些文献述及此

问题,笔者也曾就此问题发表过多篇文章[1,2],但尚未从根本上把问题说清楚。本世纪初人们已经把法-林效应编入大学生理学规划教材,就必然会产生广泛而深远的影响。也曾有相关教师问及笔者“其机理如何阐明?”下面将通俗易懂地阐明法-林效应及其逆转的根本成因。

1法-林效应的机理

1.1何谓法-林效应

所谓法-林效应[3]是指让血液从母管流入半径小

收稿日期:2011-08-16

基金项目:广西教育科学课题资助(No.2004C61)

作者简介:张盛华(1965-),女,讲师,广西合浦县人,主要研究方向:医

学物理学、血液流变学。E-mail :zsh@http://www.wendangku.net/doc/f807d8f5b8d528ea81c758f5f61fb7360b4c2bec.html 。

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于1mm的侧支管流动时,所测得其表观黏度随管径变小而降低的现象。正常人血,当管半径大于1mm 和小于红细胞双凹圆盘形平均半径(约4μm)时不呈现法-林效应。在细小玻璃管、在体细小血管中,都会发生法-林效应。

1.2何谓红细胞向轴集中

所谓红细胞向轴集中[4]是指血液在诸如血管、玻璃管等管道中流动时,红细胞趋向管轴区域集中的现象。这种现象的成因涉及多种因素,至今尚未完全弄清楚。当红细胞向轴集中明显时,红细胞集中于管轴区域,此区域之外是白细胞分布层,此层之外分布着血小板,管壁附近形成几乎没有血细胞的血浆层。人们已经知道,红细胞变形性越好,血流速度越快,管径在一定范围内越小,红细胞压积越低,红细胞向轴迁移的速度越快,向轴集中的程度越高,壁面血浆层占据管半径的比例越大,即相对厚度越大[5]。Thoma1927年指出,血浆层的厚度随管中剪变率(管径向单位距离上流速改变量)增大而增大。科学家研究表明,红细胞压积正常,即40%~50%,血流量正常,直径大于100μm的血管里,壁面血浆层厚度不会超过4μm。

1.3根本机理揭示

根本机理有三:其一,血浆撇取效应。由于红细胞向轴集中使母管壁面是血浆层,当血液从母管流入支管时,血浆层势必更易于流入支管。这种现象被形象地称为血浆撇取效应。显然,这种效应会使支管中单位体积的血浆比例要比母管中的高。其他条件相同时,母管越小,其血浆层相对越厚,血浆撇取效应越明显。在体血液循环中,血管一再分支,管径一再变小,血浆层相对厚度一再增加,故血浆撇取效应会使血液表观黏度随血管半径变小而降低。其二,二相流效应。由于红细胞向轴集中使血液存在二相流且管径越小血浆层相对越厚,二相流效应越明显。由二相流模型(效应)导出的表观黏度公式[5]可知,血液表观黏度随分支管半径变小而血浆层相对厚度增加而降低。其三,管口效应。红细胞能否流入支管取决于红细胞的方向角和支管分支角的大小。在流动中红细胞或多或少要被作用在其上的内摩擦力拉成长形。红细胞长轴与分支管轴沿血流方向的夹角称为红细胞方向角,记作α。支管与母管轴朝血流方向之间的夹角称为分支角,记作β。从理论上讲α、β都可以在0°与180°之间变化。显然,当红细胞流到分支管口时,其长轴与支管轴同向即α=0时,最容易流入支管,而与支管轴的夹角α越大越难流入,往往只从支管口掠过而不进入支管。大量红细胞长轴是倾向于母管中血流(管轴)方向的,只是流经支管口附近的红细胞长轴会有不同程度倾向支管轴方向。一般β角越大,α角也越大,越不利于红细胞流入支管。由于分支管口的因素而影响红细胞流入分支管的现象统称为管口效应[6]。由这些分析可知,管口效应会造成流入支管的单位体积血液中的红细胞数要比母管中的少,而导致分支管中血液表观黏度比母管中的低。

由上分析可知,上述三种效应协同作用造成管径越小,血液表观黏度越低。从根本上解释了法-林效应的成因。显然,前两种效应都源于红细胞向轴集中而形成的血浆层。若忽略管口效应而粗略解释法-林效应,那可以认为它是由于红细胞向轴集中所引起的。2法-林效应逆转的机理

2.1何谓法-林效应的逆转

血液流经的管径越小其表观黏度越低的变化是有一定限度的。当管半径小到一定程度,如某一数值r c,管径再变小血液表观黏度就会随管径变小而急剧增大。这种现象称为法-林效应的逆转或逆法-林效应[4]。法-林效应发生逆转时的管半径称为法-林效应逆转的临界半径。那r c就是临界半径。人正常血液的临界半径大致是红细胞双凹圆盘形平均半径,甚至有报道临界可以小到2μm~3μm。从血液流变学角度讲,临界半径是个重要参数。法-林效应的逆转半径过大将会引发微循环障碍。

2.2逆转机理揭示

正常血液的临界半径那么小,当血液在等于或小于临界半径的血管中流动时,只能是单个红细胞成串流动。红细胞必然受管壁挤压变成长形。尽管管壁处仍然有血浆层存在,但已经变成很薄,红细胞所受内摩擦力明显增大。随着管半径越小,红细胞变形越大,流动阻力急剧增大,表观黏度也必然急剧增大。这称为红细胞栓塞效应。依照栓塞效应模型推出的公式也表明表观黏度随管径变小而急剧增大[6]。

当人处于高黏滞状态时,或者红细胞压积增高,使成串流动的红细胞密度增大;或者红细胞刚性增强,难以变形;或者红细胞、血小板聚集性增高,形成有一定强度的聚集体。这些均能导致在比正常血液临界半径大的管道中血液流动已经困难,表观黏度呈现急剧增大,即呈现法-林效应逆转。这时的临界半径可大大超过正常血液的临界半径,甚至大到300μm到400μm,导致微循环障碍[2]。

3半径大于1mm管道中不呈现法-林效应大于2mm的直径已经比红细胞双凹圆盘形直径大100倍以上。对于这样的支管,其母管更大,血浆层将很薄,血浆撇取效应不明显,使流入支管的单位体积血液血浆含量不会比母管中血浆含量明显增多。支管大了,管口效应也不明显,红细胞比较易于流入支管,使支管中单位体积血液红细胞含量不会比母管中的红细胞含量明显减少。这两种效应几乎消失,自然不会出现血液表观黏度随支管管径变化的现象。即在半径大于1mm的管中不再呈现法-林效应。还可以进一步理解:由于管径远大于红细胞自由状态时的直

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业的期限后对学员作业进行批改并给出建议。

(2)建立生物医学工程实验教学管理系统网站。通过该网站的建设,实现网上公布实验项目、网上申请、网上获批、网上预约、网络虚拟课堂等。同时,还对部分较难操作的实验项目进行实验过程演示。

(3)构建虚拟实验室[6]。要更好的实现PBL 的教学目标,对实践教学的内容、实验设备和实验场所的要求越来越高,实验设备、器材、场地、经费的保障相对滞后的矛盾越来越突出,在一定程度上影响了实践教学按预期开展。经过努力,我们构建了一个医学仪器虚拟实验室。学生可以通过网络虚拟实验室,实现了仿真实验仪器原理的演示和实时测量、控制与结果显示。借助网上虚拟实验系统开展实验教学,摆脱了时间和空间限制,使教师和学生都很受益。

4总结

根据新时期军队现代化建设和打赢信息化战争

的需要,要求军队生物医学工程专业的培养目标必须以此为出发点,为了达到培养目标,在军队生物医学工程专业进行PBL 教学法的应用探索研究是必须的,要实现良好效果必需多方面的努力和探索。参考文献:

[1]吕磊,张正厚,李永珍,等.PBL 与传统教学法在生物医学工程教学

中应用的问卷调查[J].中国医学物理学杂志,2006,23(6):467-469.[2]李瑞霞.论生物医学工程专业创新型人才的培养[J].长治学院学报,

2010,27(2):71-73.

[3]邹慧玲,董秀珍,王松俊,等.构建具有鲜明特色的军事生物医学工

程概念体系[J].第四军医大学学报,2004,25(12):1147-1149.

[4]邹慧玲,董秀珍,赵瑞刚,等.军队医院中生物医学工程学科建设模

式探讨[J].医疗卫生装备,2003,10:14-16.

[5]张日欣,吴元喜,邹昂,等.生物医学工程实践教学与管理模式探索

[J].实验科学与技术,2008,6(4):288-291.

[6]马春排,李天钢,李自毅,等.生物医学工程实践教学体系的建设[J].

实验室研究与探索,2010,29(4):21-22.

充实进来,是探究性医用物理实验能保持其趣味性、创新性的关键。只有使医用物理实验具有鲜明的医学院校特点,才能满足青年学生的好奇心,激发他们的研究欲望。

4结束语

进行探究式教学,授课的任务不是仅向学生传授知识,而是着力培养学生的能力,特别是在未来学习和工作中的研究能力和创造能力。我们的初步探索表明,在医用物理实验课堂里开展探究式教学,深受学生的欢迎。探究式教学从根本上确立了学生的主体地

位,有利于激发学生的学习兴趣,提高学生学习的主动性;有利于学生合作精神的养成;有利于提高学生的探究能力以及进行创新的能力。参考文献:

[1]夏锦文,程晓樵.研究性教学的理论内涵与实践要求[J].中国大学

教学,2009,(12):25-28.

[2]孙春玲.论教师在探究性学习中的作用[J].教育探索,2009,11:88-89.

[3]张艳亮.大学物理实验实施探究式教学的探索[J].大学物理实验,

2009,22(3):104-107

[4]施传柱.论物理教学中学生元认知能力的培养[J].教育探索,

2009,12:40-42

径,在一般流速下不会造成红细胞明显变形,近似酒精、血浆、水等均质流体,表现为牛顿流体的行为。其黏度是恒值,不会随支管管径变化而变化。参考文献:

[1]秦任甲.微循环的基本流变性[J].百色学院学报,2008,21(3):46-49.

[2]秦任甲.法-林效应与微循环灌注[J].中国微循环,2009,13(6):

608-609.

[3][美]冯元桢.生物力学[M].北京:科学出版社,1983:72-73.

[4]秦任甲主编.临床血液流变学(修订版)[M].北京:北京大学医学出

版社,2006.

[5]秦任甲.血液流变学及其医学应用(第2版)[M].桂林:广西师范大

学出版社,1999.

[6]秦任甲主编.血液流变学[M].北京:人民卫生出版社,1999.

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