لزوجة الدم المطاطية

تأثير فاهروس

من جانب آخر، تصف ظاهرة فاهروس (Fåhræus effect) انخفاض الهيماتوكريت المتوسط داخل الوعاء الدقيق مقارنةً بالهيماتوكريت في الوعاء المغذي. ويرتبط ذلك بإعادة توزيع كريات الدم الحمراء أثناء الجريان، إذ تميل الكريات إلى التركز في الجزء المركزي من الوعاء، بينما تتكون منطقة فقيرة نسبيًا بالكريات قرب الجدار. وينتج عن ذلك اختلاف بين متوسط سرعة الكريات ومتوسط سرعة الدم أو البلازما.

اللزوجة الظاهرية ووحدات القياس

كذلك، ولذلك يجب، عند الإبلاغ عن قيمة لزوجة الدم، تحديد معدل القص ودرجة الحرارة وظروف القياس، لأن هذه العوامل تؤثر في القيمة المقاسة.

من جهة ثانية، حيث هي اللزوجة الظاهرية، و إجهاد القص، و معدل القص. وتُعبَّر اللزوجة الديناميكية عادةً بوحدة باسكال·ثانية (Pa·s) أو بالسنتي بواز (cP)، حيث يساوي 1 cP مقدار Pa·s.

ومن جهة أخرى، لأن الدم مائع لا نيوتني، لا توجد قيمة واحدة ثابتة تمثل لزوجته في جميع ظروف الجريان. ويمكن تعريف اللزوجة الظاهرية عند معدل قص معين بالعلاقة:

التاريخ

إضافةً إلى ذلك، وفي سبعينيات القرن العشرين نشر جورج ب. ثرستون أعمالًا مؤثرة حول اللزوجة واللزوجة-المرونة واعتماد خواص الدم على معدل القص والجريان المتذبذب، ومن بينها دراسة عام 1972 التي أظهرت أن الخواص المرنة للدم تجعل وصفه باللزوجة وحدها غير كافٍ في الجريان المتذبذب.

ومن جهة أخرى، ثم توسعت الدراسات لتشمل الخواص الريولوجية في الأوعية الصغيرة والنمذجة الرياضية والمحاكاة العددية، وأصبحت ريولوجيا الدم مجالًا يجمع بين الفيزياء والميكانيكا وعلم وظائف الأعضاء والهندسة الطبية الحيوية.

وفي هذا السياق، استُخدم مصطلح «هيموريولوجيا» (Hemorheology) لأول مرة عام 1951، ثم تطورت الدراسة المنظمة لريولوجيا الدم خلال العقود اللاحقة لتشمل لزوجة الدم ولزوجة البلازما، وتجمع كريات الدم الحمراء وقابليتها للتشوه، وتأثير هندسة الأوعية في الجريان.

• انظر كذلك
• علم الجريان
• ديناميكا دموية
• متلازمة فرط اللزوجة
• كريات الدم الحمراء المكدسة
• متلازمة فرط اللزوجة

تأثير فاهروس–ليندكفيست

من جهة ثانية، يرتبط تأثير فهراوس–ليندكفيست (Fåhræus–Lindqvist effect) بانخفاض اللزوجة الظاهرية للدم عند جريانه في الأوعية الصغيرة ضمن نطاقات معينة من أقطار الأوعية. ويرتبط هذا السلوك بإعادة توزيع كريات الدم الحمراء وتكوّن طبقة غنية بالبلازما نسبيًا بالقرب من الجدار، مما يخفض المقاومة الفعالة للجريان.

علاوةً على ذلك، وقد لوحظ هذا الانخفاض في اللزوجة الظاهرية عبر نطاق واسع من الأوعية الدقيقة، مع اعتماد مقداره على قطر الوعاء والهيماتوكريت ومعدل القص وخواص الكريات. وتصبح الظواهر الريولوجية داخل الأوعية الدقيقة أكثر تعقيدًا في الأقطار الصغيرة جدًا نتيجة تفاعل حركة الكريات وتوزيعها وتفرع الأوعية.

الهيماتوكريت وأثره في لزوجة الدم

إضافةً إلى ذلك، وعند الارتفاع المرضي الكبير للهيماتوكريت، كما في بعض حالات كثرة الحمر، يمكن أن تؤدي زيادة اللزوجة إلى ارتفاع مقاومة الجريان والتأثير في تدفق الدم ونقل الأكسجين. ولا تعتمد هذه التأثيرات على اللزوجة وحدها، بل تتداخل مع معدل الجريان، وخصائص الأوعية، والهيماتوكريت، واحتياجات الأنسجة من الأكسجين.

وفي هذا الصدد، يُعد الهيماتوكريت من أهم العوامل المحددة للزوجة الكلية للدم؛ فمع زيادة الكسر الحجمي لكريات الدم الحمراء تزداد اللزوجة، ولا تكون العلاقة بينهما خطية بصورة عامة، بل تعتمد كذلك على معدل القص وخواص الكريات ولزوجة البلازما وظروف القياس.

الخواص اللزجة-المرنة للدم

علاوةً على ذلك، ويكون تأثير البنية المجهرية للدم مهمًا بصورة خاصة في الجريان المتذبذب أو المتغير مع الزمن. وتعتمد الخواص اللزجة-المرنة المقاسة على معدل القص وتردده ودرجة الحرارة والهيماتوكريت وخصائص الكريات وظروف الجريان.

من جانب آخر، يمكن توصيف الاستجابة اللزجة-المرنة باستخدام معامل التخزين ومعامل الفقد . ويمثل معامل التخزين الجزء المرتبط بتخزين الطاقة المرنة، بينما يمثل معامل الفقد الجزء المرتبط بتبديد الطاقة اللزجة.

كذلك، وقد استُخدمت نماذج ريولوجية مبسطة، ومنها نموذج ماكسويل، لوصف بعض جوانب السلوك اللزج-المرن للدم. ويتكون نموذج ماكسويل من عنصر مرن وعنصر لزج مرتبين على التوالي، لكنه لا يمثل وحده جميع التعقيدات البنيوية واللاخطية الموجودة في الدم.

وفي السياق ذاته، يُظهر الدم، في ظروف معينة من الجريان، سلوكًا لزجًا-مرنًا (viscoelastic)، أي إن استجابته للإجهاد الميكانيكي تجمع بين مكوّن لزج يرتبط بتبديد الطاقة ومكوّن مرن يرتبط بتخزينها مؤقتًا. وينشأ هذا السلوك من تفاعل البلازما مع كريات الدم الحمراء وخواصها الميكانيكية وتجمعاتها وبنيتها أثناء الجريان.

المحددات الفيزيائية الحيوية للخواص الريولوجية

من جانب آخر، قابلية كريات الدم الحمراء للتشوه: تمكّن الكريات من تغيير شكلها استجابةً للإجهادات الميكانيكية، وهي خاصية مهمة بصفة خاصة عند مرورها في الأوعية الدقيقة.

من جهة ثانية، لزوجة البلازما: تتأثر بتركيز مكوّنات البلازما، ولا سيما البروتينات كبيرة الجزيئات مثل الفيبرينوجين والغلوبيولينات، وتسهم بذلك في تحديد اللزوجة الكلية للدم. وتكون البلازما في الظروف المعتادة مائعًا نيوتنيًا على وجه التقريب، ولذلك تختلف خواصها الريولوجية عن خواص الدم الكامل.

ومن ناحية أخرى، الهيماتوكريت: هو الكسر الحجمي لكريات الدم الحمراء من الحجم الكلي للدم، ويُعتبر من أهم محددات لزوجة الدم. وتزداد اللزوجة عمومًا مع ارتفاع الهيماتوكريت، مع اعتماد مقدار هذا التأثير على معدل القص وظروف الجريان والخواص الأخرى للدم.

وفي السياق ذاته، تتحدد الخواص الريولوجية للدم، ولا سيما لزوجته الظاهرية، بتفاعل عدة عوامل رئيسة، أهمها الهيماتوكريت، ولزوجة البلازما، والخواص الميكانيكية لكريات الدم الحمراء، ومعدل القص، ودرجة الحرارة، وهندسة الوعاء الدموي.

في هذا الإطار، وبسبب تفاعل هذه العوامل، يُظهر الدم سلوكًا لا نيوتني؛ إذ تنخفض لزوجته الظاهرية عمومًا مع زيادة معدل القص، أي إنه يُظهر سلوكًا مخففًا للقص (shear-thinning). ويكون تأثير تجمّع الكريات الحمراء أكثر أهمية عند معدلات القص المنخفضة، بينما تزداد أهمية تشوه الكريات وترتيبها أثناء الجريان عند معدلات القص الأعلى.

ومن ناحية أخرى، تجمّع كريات الدم الحمراء: تميل الكريات إلى التجمع، ولا سيما عند معدلات القص المنخفضة، وقد تتكون تراكيب مكدسة تُعرف باسم الرولو. ويؤثر هذا التجمّع في اللزوجة الظاهرية والسلوك المعتمد على الزمن.

الأهمية السريرية

كذلك، ويمكن أن يؤدي فقر الدم إلى انخفاض لزوجة الدم نتيجة انخفاض الهيماتوكريت، بينما قد يؤدي ارتفاع الهيماتوكريت في بعض حالات كثرة الحمر إلى زيادة ملحوظة في اللزوجة. إلا أن أثر هذه التغيرات في التروية لا تحدده اللزوجة وحدها، بل يتأثر كذلك بآليات التنظيم الوعائي ومعدل الجريان والقدرة على نقل الأكسجين.

في هذا الإطار، أما لزوجة البلازما فترتبط بتركيز مكوّناتها الجزيئية، ولا سيما البروتينات، وقد ترتفع في عدد من الحالات الالتهابية والوعائية. وقد استُخدمت لزوجة البلازما في بعض الدراسات كمؤشر ريولوجي مرتبط بالحالة الوعائية والالتهابية.

وفي هذا الصدد، يمكن أن تتغير الخواص الريولوجية للدم في عدد من الحالات المرضية، وقد ترتبط هذه التغيرات باضطرابات في الجريان الدقيق ووظيفة الأوعية. وقد دُرست العلاقة بين لزوجة الدم وبعض العوامل المرتبطة بخطر أمراض القلب والأوعية الدموية، ومنها ارتفاع ضغط الدم واضطرابات استقلاب الدهون وداء السكري ومتلازمة الأيض والسمنة والتدخين والتقدم في العمر.

قياس لزوجة الدم

وفي هذا الصدد، تُقاس لزوجة الدم باستخدام اللزّاجات (viscometers) والريومترات (rheometers) التي تسمح بقياس العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص في ظروف محددة. وتُستعمل تقنيات مختلفة، من بينها الأجهزة الدورانية وبعض الأجهزة الشعرية، ويعتمد اختيار الطريقة على نطاق معدلات القص والخاصية الريولوجية المراد قياسها.

من جانب آخر، وتُستعمل الأجهزة الدورانية على نطاق واسع في توصيف الدم، إذ تتيح التحكم في معدل القص أو إجهاد القص وقياس الاستجابة المقابلة للعينة، ومن ثم تحديد اللزوجة الظاهرية عند معدلات قص مختلفة.

في هذا الإطار، وتتأثر نتائج القياس بدرجة الحرارة، والهيماتوكريت، وخواص العينة، والزمن الفاصل بين سحب الدم والتحليل، وطريقة منع التخثر، وظروف تخزين العينة ونقلها. ولذلك ينبغي ضبط هذه العوامل والإبلاغ عنها عند إجراء القياسات أو مقارنة النتائج بين الدراسات.

التطبيقات الطبية والهندسية

ومن ناحية أخرى، كما تُستعمل النماذج الريولوجية والمحاكاة العددية في دراسة أثر اللزوجة ومعدل القص وهندسة الأوعية في توزيع الجريان، مما يربط ريولوجيا الدم بتطبيقات ميكانيكا الموائع والميكانيكا الحيوية وديناميكا الموائع الحسابية.

علاوةً على ذلك، تدخل ريولوجيا الدم في عدد من التطبيقات الطبية والهندسية التي تتطلب فهم الجريان وتفاعل الدم مع الأجهزة. وتشمل هذه التطبيقات نمذجة جريان الدم في الأوعية، ودراسة الدورة الدموية الدقيقة، وتصميم واختبار مضخات الدم وصمامات القلب الاصطناعية وغيرها من الأجهزة الداعمة للدورة الدموية.

من جهة ثانية، وتظهر أهمية الخواص الريولوجية بوضوح في بعض الاضطرابات التي تتغير فيها خواص كريات الدم الحمراء، مثل فقر الدم المنجلي، حيث يمكن لانخفاض قابلية الخلايا للتشوه وتغير اللزوجة والتجمع أن يؤثرا في الجريان داخل الأوعية الدقيقة.

من جانب آخر، كما تُستعمل موائع مماثلة للدم في التجارب المخبرية ودراسات النمذجة، ولا سيما عند دراسة الجريان في النماذج الهندسية للأوعية واختبار الأجهزة الطبية. وينبغي أن تحاكي هذه الموائع الخواص الريولوجية ذات الصلة بالمشكلة المدروسة، وليس الكثافة وحدها.

إضافةً إلى ذلك، وتؤخذ الخواص الريولوجية في الاعتبار عند دراسة التوافق الدموي للأجهزة التي تعرض الدم لإجهادات قص مختلفة، كما في مضخات الدم، لأن الخواص الميكانيكية للكريات الحمراء يمكن أن تؤثر في استجابتها لهذه الظروف.

تأثير الأوعية الدقيقة في ريولوجيا الدم

ومن ناحية أخرى، تتأثر ريولوجيا الدم في الأوعية الدقيقة بهندسة الوعاء وتوزيع كريات الدم الحمراء داخله، ولذلك تختلف الخواص الريولوجية الفعالة في الأوعية الصغيرة عن تلك المقاسة في الأوعية الأكبر. وتُعد ظاهرتا فهراوس وفهراوس–ليندكفيست من أهم الظواهر المرتبطة بذلك.

العوامل المؤثرة في اللزوجة

إضافةً إلى ذلك، وتتفاعل هذه العوامل معًا، ولذلك لا تمثل لزوجة الدم خاصية ثابتة مستقلة عن حالة العينة وظروف الجريان والقياس.

في هذا الإطار، درجة الحرارة: تؤثر درجة الحرارة في لزوجة الدم ومكوناته؛ إذ تؤدي زيادتها عمومًا إلى خفض اللزوجة، ولذلك تضبط درجة الحرارة عند إجراء القياسات الريولوجية وفق شروط محددة، وغالبًا عند 37°م عند دراسة السلوك الفسيولوجي للدم.

ومن جهة أخرى، معدل القص: تنخفض اللزوجة الظاهرية عمومًا مع زيادة معدل القص، ويرتبط ذلك بتفكك تجمعات كريات الدم الحمراء وتغير ترتيبها وتشوهها أثناء الجريان. وتصبح اللزوجة أقل اعتمادًا على معدل القص عند المعدلات المرتفعة مقارنةً بالمعدلات المنخفضة.

وفي هذا السياق، بروتينات البلازما: يمكن لزيادة تركيز بعض بروتينات البلازما أن ترفع لزوجة البلازما، كما يمكن أن تؤثر في تجمّع كريات الدم الحمراء، ومن ثم في لزوجة الدم الكلية.

من جهة ثانية، تتأثر اللزوجة الظاهرية للدم، إضافةً إلى الهيماتوكريت وخواص الكريات، بدرجة الحرارة ومعدل القص وتركيب البلازما.

الخواص الميكانيكية لكريات الدم الحمراء

من جهة ثانية، وقد استُخدمت تقنيات تجريبية مختلفة لدراسة الخواص الميكانيكية واللزجة-المرنة للكريات الحمراء، ومن بينها الشفط المجهري والقياسات المغناطيسية والتقنيات الضوئية وغيرها. وأظهرت القياسات أن الاستجابة الميكانيكية للكرية الحمراء تعتمد على التردد ومقدار التشوه وظروف الاختبار، وأنها لا تُختزل في ثابت مرونة واحد.

من جهة ثانية، تؤدي كريات الدم الحمراء دورًا رئيسًا في ريولوجيا الدم بسبب قدرتها على التشوه وتجمعها وتفاعلها مع جريان البلازما. وتزداد أهمية قابلية الكريات للتشوه في الأوعية الدقيقة، حيث قد يكون قطر الوعاء مقاربًا لأبعاد الكرية، فتحتاج إلى تغيير شكلها أثناء المرور عبره.