Некоторые факторы, влияющие на вязкость крови.

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 13Следующая ⇒

В широких кровеносных сосудах и при низких скоростях кровотока эритроциты объединяются в конгломераты, разделенные плазмой. Пример таких конгломератов – «монетные столбики», возникающие при оседании эритроцитов. Конгломераты, объединяясь, могут укрупняться, образуя достаточно жесткие структуры и становясь все более ощутимой помехой свободному движению крови. Вязкость крови при этом возрастает.

С ростом скорости кровотока растут и градиенты скорости, конгломераты распадаются на малые протяженные части, которые способны изгибаться, продвигаясь в своем слое течения. Вязкость крови уменьшается.

Эритроциты протискиваются через капиллярные кровеносные сосуды, преодолевая их «гуськом». В этих условиях вязкость крови наибольшая.

Вязкость плазмы крови очень сильно зависит от ее биохимического состава. Любому патологическому состоянию организма соответствует специфическая реакция иммунной системы, приводящая к появлению в составе плазмы многочисленных белков, адекватных данной патологии. Эти биохимические потрясения оказывают значительное влияние и на вязкость крови, и на СОЭ. Исполнительным механизмом этого влияния является электрическое взаимодействие белковых молекул с мембранами эритроцитов. Результат может быть разным: одни белки работают на уменьшение потенциала поверхности эритроцитов, другие – противодействуют этому уменьшению. Исход этой конфронтации сильно зависит и от самих эритроцитов. Потрепанные жизнью эритроциты имеют пониженный потенциал поверхности, слабее взаимно отталкиваются, легче слипаются в конгломераты. У слипшихся эритроцитов резко уменьшается эффективная площадь поверхности, а это – путь к анемии.

Эритроциты, не справляющиеся с выполнением своего предназначения, подлежат выводу из обращения: «некто» в этой системе, оценив поверхностный потенциал таких эритроцитов как недостаточный, отправит их на переработку. Система сама решает вопросы очередности замен. Но в некоторых случаях желательна помощь медицины.

Применение в медицине капиллярных вискозиметров способствовало появлению и широкому применению внесистемной единицы вязкости крови. Относительная вязкость крови – это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз вязкость крови превосходит вязкость воды при той же температуре.

Вязкость крови в норме и при патологии.

Относительная вязкость крови – это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз вязкость крови превосходит вязкость воды при той же температуре. Этой внесистемной единицей воспользуемся для сопоставления различных состояний крови.

Вязкость крови в норме составляет 4 – 6 относительных единиц. При патологиях наблюдаются отклонения как в большую, так и в меньшую сторону.

Кровь повышенной вязкости, 7 - 20 единиц, называют густой кровью. Не трудно представить себе, насколько тяжелее сердцу перекачивать кровь, вязкость которой по тем или иным причинам возросла в четыре раза и стала в 20 раз больше, чем вязкость воды! Полноценное снабжение тканей и органов кислородом резко усложняется. Сердце вынуждено работать в форсированном режиме. Артериальное давление повышается. Дефицит кислорода ощущает и сердечная мышца. Возникает ощущение общей слабости, работоспособность падает, в частности, ухудшается работа мозга: рассеянное внимание, головокружение, возможно депрессивное состояние.

При повышении вязкости возрастает опасность образования тромбов в кровеносных сосудах, а это может привести к сердечной недостаточности, инфаркту, инсульту.

Кровь пониженной вязкости, 1 – 3 единицы, характерна пониженным содержанием форменных элементов, а объем плазмы возрастает - кровь становится более жидкой. Нарушается свертываемость крови. Даже пустяковая ранка может привести к большим кровопотерям. Возможны кровотечения из носа, десен, внутренних органов.

Формула Стокса.

В предстоящей лабораторной работе вязкость жидкости определяется по скорости погружения шарика (метод Стокса). Плотность материала шарика должна быть больше, чем плотность жидкости, иначе он тонуть не станет. Случай равенства плотностей здесь не обсуждаем.

Тонущие шарики заявлены в названии работы как модель оседающих в плазме крови эритроцитов. Насколько хороша эта модель, вам предстоит оценить.

При движении твердого шарика в жидкости (или при обтекании неподвижного шарика потоком жидкости) возникает сила сопротивления, обусловленная вязким трением между слоями жидкости, огибающими шарик. Стокс установил, что эта сила сопротивления равна:

F_c = 6ℼηrv (3)

Здесь: r – радиус шарика; v – скорость его движения; η - коэффициент динамической вязкости жидкости.

Этот результат известен как формула Стокса. В эту формулу входит вязкость жидкости, и она - в компании с величинами, сравнительно легко доступными для измерения. Благодаря этому формула Стокса - хорошая основа для метода измерения коэффициента вязкости η – метода Стокса.

Движение шарика в жидкости.

При выполнении работы Вы будете наблюдать погружение пластиковых шариков в воде. Это погружение имеет две стадии.

Первая стадия – ускоренное движение под действием преобладающей силы тяжести. Вертикально вниз направлена сила тяжести Р=mg шарика. Вертикально вверх на протяжении всего погружения шарика действует Архимедова сила F_А; но F_А ‹ mg, и шарик тонет, погружаясь все быстрее. Но чем быстрее он тонет, тем больше становится сила сопротивления F_c. Эта сила направлена в сторону, противоположную движению, т.е. вверх.

При достижении некоторой скорости равнодействующая всех трех сил, приложенных к шарику, становится равной нулю:

mg - F_А - F_c = 0. (4)

Рис. 3. К методу Стокса.

Вторая стадия – равномерное движение. Подчиняясь первому закону Ньютона, шарик движется равномерно и прямолинейно, с сохранением скорости, достигнутой на первом этапе.

Для уравнения (4) запишем в развернутом виде все три его слагаемых

1. mg = ρ_шVg

Здесь ρ_ш- плотность материала шарика,

g-ускорение свободного падения,

V-объем шарика. Из геометрии: V= πr³, где r - радиус шарика.

В итоге: mg = πr³ρ_шg

2. По закону Архимеда F_А=ρ_в Vg,

где ρ_В - плотность воды, окружающей шарик;

В итоге: F_А= πr³ρ_в g

3.Слагаемое F_c описывается формулой Стокса.

В окончательном итоге, уравнение (4) принимает следующий вид:

ℼr³ρ_шg - ℼr³ρ_вg - 6ℼηrv = 0 (5)

В этом уравнении радиус шарика и значения плотностей – величины известные, а множитель π и вовсе сокращается. Скорость равномерного погружения на втором этапе: v = s / t.

Единственной неизвестной в уравнении (5) стала вязкость воды η. Решение уравнения (5) относительно η дает нам расчетную формулу данной лабораторной работы:

η = (ρ_ш - ρ_в)‧t (6)

Порядок выполнения работы.

1. Измерить линейкой расстояние Н между двумя полосками А и В на сосуде с водой (см. рис. 3). В пределах перемещения Н происходит равномерное погружение шарика.

2. Наблюдать погружение шариков. Длительность t прохождения контрольного промежутка Н измерять с помощью секундомера мобильного телефона

3. Результаты измерений и вычислений заносить в таблицу 3.

Вычисления коэффициента вязкости выполнить по формуле (6). Будьте внимательны: все величины должны быть в основных единицах системы СИ. Необходимые справочные данные приведены в табл. 4.

Обратите внимание: в правой части формулы (6) всё, кроме времени t, можно вычислить однократно (заменить на постоянный множитель).

Таблица 3. Результаты измерений и вычислений.

№	Н, м	t , с	η, мПа·с	∆η	(∆η)²
1	2	3	5	6	7
1 2 3 4 5
		Σ		---------

Таблица 4. Некоторые данные к вычислениям коэффициента вязкости.

Плотность материала шарика	ρ_ш = 1,005 г/см³
Плотность воды	ρ_в = 1 г/см³
Радиус шарика	r =3 мм

4. Данные столбца 5 таблицы 3 - это выборка значений коэффициента вязкости объемом n = 5. Вычислить средневыборочное значение и границы доверительного интервала для коэффициента вязкости.

Средневыборочное значение коэффициента вязкости: