已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成,细胞是生物体结构和功能的基本单位。细胞是一个独立有序的、能够进行自我调控的结构与功能体系。每一个细胞都具有一整套完整的装置以满足自身代谢的需要。在人体这个多细胞生物中,尽管每一个细胞的功能受到整体的协调与控制,但每一个细胞都是一个独立的、自我控制的、高度有序的代谢系统,有相对独立的生命活动,各种组织都是以细胞为基本单位来执行特定的功能,整个机体的新陈代谢活动都是以细胞为单位协调地进行的。细胞需要能量,需要呼吸,需要物质的转移,这些都需要血液和循环系统的良好运行来支撑,尤其是贴近细胞的微循环,是细胞健康生存的保证。
微循环的特点
微循环是指微动脉和微静脉之间的微血管中的血液循环,由微动脉毛细血管前括约肌、毛细血管、微动脉及微静脉通路组成。微循环的正常血流灌注是保证物质交换的必要条件,进而才能保证物质代谢和组织器官功能正常。正常的血液灌注要有正常的血液流态来维持。因此,微循环中血液流动性和变形性的研究是认识微循环的必要环节。
高度发展的哺乳动物所以能适应复杂的环境变化,先与其有效的循环和呼吸功能相联系。机体内的实质细胞要从细胞周围摄取氧气和营养物质维持其生存,细胞对氧的需求尤为敏感。
血液向组织运送的氧量与微血管、组织间氧的浓度梯度成正比,与交换面积成正比,与微血管到组织细胞间的距离成反比。
Burton描述了在37℃时哺乳动物在不断的活动状态下对能量的要求,如果氧分压、弥散能力是一定的,其进行气体和物质弥散的大的距离为10~50μm,那么,在一定容积的组织中,毛细血管越细,其数量越多,交换系统功能越有效,但此时液体流动时的阻力亦越大。例如毛细管的管径为20μm时,则组织空间的70%被毛细管所占,如果毛细管的管径为10μm,则40%的空间被毛细管所占,但此时毛细管中的流体阻力将增加16倍(2倍的4次方),如果毛细管的管径为5μm,则17%的空间被毛细管所占,此时流体的阻力将增加256倍(4倍的4次方)。但在机体内,由于红细胞有明显的变形能力,这样可大大降低血液在毛细血管中的流动阻力,红细胞也只有在变形以后,才能通过直径比它小的毛细血管,完成血液运送氧的功能。
Nielsem等(1968年)在不考虑法-林氏效应(Flhraeus-Lindqvist effect)的情况下,比较了全血和溶血时的血液粘度,发现同样量的血红蛋白,如果以溶解在血浆中的形式存在,则其血浆粘度为不溶解的形式时的250%。因此,血红蛋白含于红细胞之中,以红细胞的形式来携带氧,是较为有效的运送氧的方式,这是种系发生自然选择的结果。这一例子说明,微循环要完成其生理功能,与血管中的血液流变是分不开的。
微血管的结构功能特征使其灌注具有如下特点:管径很细,毛细血管管径可以小于红细胞直径,这样血细胞(红细胞、白细胞)需通过变形才能得以通过;微血管中压力低,这样对微血管血流灌注影响较少且血流缓慢,血液流动的雷诺数很小,约为10-4~10-2,其粘性力明显大于惯性力;切变力低,血细胞易于聚集。这些特点使血液的流变性对微循环灌注有重要影响。生理状态下,微血管的自律运动对循环灌注也有调节能力。在微循环中,随着动脉分支,在100~1000μm范围内有Fahraeus-Lindgvist效应和毛细血管逆转现象。血液粘度增高时,临界半径增大,血流阻力增加,血流减慢,组织中灌流量降低。此外,红细胞变形性降低,红细胞和血小板聚集性增高,以及白细胞增高时,血细胞通过微循环障碍,进一步减小微循环血流灌注,造成组织缺血缺氧,一方面使红细胞内粘度增高,聚集性加剧。另一方面由于局部pH值的变化,使毛细血管通透性增加,血浆渗出,微血管中血液浓缩,血细胞比积增加,进一步使血液粘度增高,形成恶性循环,另外,缺氧、酸中毒时又使毛细血管括约肌的自律运动减弱以致消失,微循环灌注进一步减少。
目前,人们越来越认识到,红细胞生物学可能对于临床医学事关重大。一门新的学科——血液流变学——已经成长起来,其中就包括红细胞流动行为的研究。
血液流变学与微循环学的关系
血液流变学与微循环应密切相结合,因为微循环学与血液流变学研究的主要课题是一致的。血液流变学研究的目的之一,是为微循环的生理和病理变化提供定量资料,来阐明血流的调节及血液灌注和微循坏的功能状态,因此,血液流变的研究是微循环研究中重要的部分。
血液流变学是研究微循环的基础,研究微循环就是研究血液与它的组成及血管的一般流变性质及其变化规律在微循环这个特定环境中的具体表现,如在微循环中,存在红细胞的径向迁移,血浆层与二相流、∑效应、管壁效应、红细胞栓塞效应、法-林氏效应及其逆转。血液流态呈高速流、快速流、摆流、滞流、停顿、倒流、停止、出血等,都是血液流变性在微循环系统中所处的特殊表现。临床微循环观测,就是观测血细胞在毛细管中所处的流变学状态,如血细胞数量,运动状态,聚集,变形,粘附情况,以及血液、血细胞与毛细管的相互作用情况等,无一不是观测血管——血液器官的流变状态,正因如此,有人把微循环的这些内容称为微循环流变学,血液流变学成为研究微循环的基础,微循环流变学是血液流变学的重要组成部分,不少疾病是由微循环障碍引起的,这可能与来自红细胞聚集性增强,或来自红细胞变形性减弱,或来自血液粘度增高,可由于红细胞数量过多,还可能是体内自由基反应增强所造成。血液流变学是因,微循环是果,有了血液流变性异常,才导致微循环障碍,形成恶性循环。这种因果关系,将两门学科有机联系在一起,所以,不少医院同时进行血液流变学与微循环学检查。
微循环不良与劳损
影响微血管中血液流态的因素很多,如心脏的功能状态、微血管的舒缩状态、微血管壁的状态、血液中各种有形成分的形态,以及它们与血管壁之间的相互作用等都与血液流态密切相关。
微血管灌注不足是许多疾病发生的中心环节。恒怡团队经过长期深入研究确定:劳损的起因主要是微循环不良,而劳损各种诱因所导致的结果都是组织的微循环阻滞,进而引起的细胞加速老化及损伤,招致功能下降。只有先改善微循环,才是保障健康、消除疾患的根本。