Механика кровообращения - Каро К.
Скачать (прямая ссылка):
Механизм, лежащий в основе такого различия поведения частиц, чревычайно сложен. Однако очевидно, что это различие обусловлено разной деформируемостью капель и клеток. В концентрированных суспензиях эритроцитов сильная деформация их мембраны наблюдается уже при низких скоростях сдвига — порядка
3 с-1, тогда как деформация отдельных взвешенных в жидкости
эритроцитов происходит при значительно больших скоростях сдвига — около 100 с-1.
Необходимо подчеркнуть, что профили скорости движения частиц не обязательно отражают профиль скорости течения самой жидкости, особенно вблизи стенки. В случае суспензии жестких сфер, в которой профиль скорости движения частиц является плоским по всей трубке, это очевидно: вблизи стенки скорость жидкости должна быстро уменьшаться, а непосредственно у стенки сташвиться равной нулю в силу условия прилипания (разд. 4.3). Однако по крайней мере для суспензий жестких частиц профиль
и(г)
скорости жидкости определяется профилем скорости частиц и не зависит от средней скорости течения. Это следует из того факта, что «вязкость» суспензий жестких частиц не зависит от средней скорости течения и определяется только размером частиц и их концентрацией. Поскольку вязкость таких суспензий не зависит от скорости сдвига, их называют «квазиньютоновскими». Суспензии капель указанным постоянством вязкости ие обладают, так как в них профили скоростей движения капель зависят от средней скорости течения. Вероятно, последнее справедливо также и для профиля скорости течения жидкой фазы суспензии.
Относительно радиального перемещения частиц в концентрированных суспензиях имеются только качественные данные: сообщали о небольшом снижении концентрации частиц вблизи стенки и об эффекте Сегре — Зильберберга. В случае движения суспензий эритроцитов с нормальным гематокритом положение оказывается более сложным. В потоках с достаточно высокими скоростями сдвига эритроциты движутся как отдельные клетки, а вблизи стенки, по-видимому, существует тонкий слой жидкости, не содержащий клеток. Однако при более низких скоростях сдвига клетки стремятся собираться в монетные столбики и толщина свободного от клеток слоя значительно увеличивается. Такого увеличения следует ожидать, так как для более крупных частиц силы, вызывающие их радиальное перемещение, оказываются больше.
Вязкость цельной крови. Наблюдения за движением концентрированных суспензий искусственных частиц и эритроцитов позволяют качественно понять влияние скорости сдвига на вязкость цельной крови (гл. 10, рис. 10.16). При самых низких скоростях сдвига большая часть эритроцитов объединяется, образуя монетные столбики. Эти столбики длинные, обладают определенной*жесткостью и, переплетаясь друг с другом, образуют единую структуру, которая делает поведение крови похожим на поведение твердого тела. Когда напряжения сдвига превышают предел текучести такого «твердого тела» (разд. 10.7), монетные столбики изгибаются, частично разрушаются и связующая решетка распадается. При дальнейшем увеличении скорости сдвига длина монетных столбиков постепенно уменьшается, и в конце концов в суспензии остаются лишь несвязанные друг с другом эритроциты. Сопоставление изменений формы гибких палочек в концентрированных и разбавленных их суспензиях показывает, что даже при низких скоростях сдвига палочки, находящиеся в концентрированных суспензиях, искривляются гораздо сильнее. Таким образом, можно предположить, что в цельной крови разрушение монетных столбиков происходит при значительно более низких скоростях сдвига (1 с-1), чем в их разбавленных суспензиях. Поэтому быстрое уменьшение вязкости цельной крови при скоростях сдвига около
1 с-1 можно объяснить разрушением монетных столбиков и уменьшением их размеров.
Уменьшение вязкости цельной крови, наблюдаемое при скоростях сдвига примерно между 10 и 100 с-1, является, вероятно, результатом постепенного изменения формы отдельных эритроцитов. Как отмечено выше, обычные эритроциты, находящиеся в концентрированных суспензиях их теней, сильно деформируются при очень низких скоростях сдвига — около 3 с-1. Наконец, при очень высоких скоростях сдвига (порядка 5000 с-1) одиночные эритроциты начинают вести себя так, как если бы они были твердыми частицами (стр. 465). Однако на кривой зависимости вязкости цельной крови от скорости сдвига плато наблюдается уже при скоростях сдвига, превышающих примерно 150 с-1. Это позволяет думать, что в концентрированной суспензии эритроциты ведут себя подобно твердым частицам и при таких относительно низких скоростях сдвига.
Радиальные блуждания эритроцитов. Во время движения по трубке концентрированных суспензий эритроцитов клетки постоянно сталкиваются друг с другом и отдельные эритроциты хаотически перемещаются по весьма замысловатым траекториям. Такое поведение эритроцитов изучали, наблюдая за их движением в суспензиях теней. Оказалось, что величина радиальных хаотических смещений эритроцита зависит от его радиального положения в трубке (рис. 13.29).
Измеряя радиальные смещения эритроцитов, можно определить их коэффициент диффузии (разд. 9.1). Для примера, показанного на рис. 13.29, коэффициент диффузии изменяется от 3• 10~8 см2-с-1 вблизи оси трубки до 1,5-10-7 см2• с-1 при радиальном положении г = 0,7а. Это существенно больше значения коэффициента диффузии (порядка 4-10-10 см^с-1), которое можно было бы ожидать, если бы эритроциты смещались в результате броуновского движения, т. е. из-за столкновений с молекулами жидкости. Интересно отметить, что коэффициент диффузии эритроцитов близок к расчетному коэффициенту свободной диффузии макромолекул в плазме: при 37 °С типичное значение его для альбумина составляет 1 • 10~7 см2-с-1.
