血液流变学实验室技术的国际指南与血液流变学研究新进展

廖福龙 陈然 孙京昇 左大鹏 张曼

国际临床血液流变学界重视方法学的规范化和标准化，国际血液学标准化委员会（ICSH）血液流变学专家组曾于1986年发表对临床血液流变学研究方法的指导意见[1]。该文献包括血液黏度及红细胞变形性的测定，指导性意见涉及临床研究对照组、采血方法的标准化、血样在实验室中的处置、样品的血液学指标测定、流变学仪器的评价以及具有血液流变学活性的药物评价。多年来，该指导性意见增强了流变学测定的可靠性,并改善了不同流变学实验室结果的可比性。

国际临床血液流变学会（ISCH）和欧洲临床血液流变学与微循环学会（ESCHM）一起重新修订了1986年国际血液学标准化委员会所制定的有关血液黏度与血细胞变形性测定的指导意见。新指南包括的技术有血液流变学的血样采集技术、血样储存、血液与血浆黏度测量以及血液黏弹性测量、红细胞聚集性测量、红细胞可变形性测量、白细胞流变性测量、研究设计与统计学处理等。本文概述并解析新指南有关血液黏度测量技术的内容。

血液黏度计的分类与工作原理

为了正确地检测血液和血浆黏度，有必要澄清黏度和与血液黏度相关的基本概念。这是做好仪器设计和正确使用恰当的仪器完成检测工作的前提和基础。

牛顿黏性定律与旋转式黏度计。η=τ/ D，其中，η为表观黏度，简称黏度。在国际单位制中，η以Pa·s（帕斯卡·秒）为单位，对于血液黏度，常用mPa·s 为黏度单位。τ为剪应力，单位是mPa。D为剪切率，单位是s-1。旋转黏度计可以通过控制旋转速度测量剪切应力；也可以通过控制剪切应力测量旋转速度。总之，是控制一个参数来测量另一个参数，再计算出该控制条件下的黏度。η=K·剪应力/旋转速度，等式中的K是仪器的系数，对于一种产品的某一个传感器（锥-板或同心圆筒），K是一个固定的系数。这个K可用标准油标定得出。

血液黏度有关参数的含义

泊肃叶公式与毛细管黏度计。泊肃叶（Poiseuille）采用玻璃毛细管,并以水代替血液（当时没有抗凝剂），在体外研究了水流过毛细管的规律，经后人进一步整理，形成 Poiseuille 公式，即在直、长、圆毛细管中，流体的流量 Q 与管半径 R、管长 L、流体黏度η以及毛细管两端压力差P 的关系：Q=π R4P/8 ηL。

毛细管中的液体流动时，剪切率和剪应力在管径的不同位置是不一样的，管子中心处剪切率为零，管壁处的剪切率最高。剪应力的情况与此对应。对于牛顿流体，壁面处的剪切率为4Q/π R3；壁面处的剪应力为 PR/2L 。

血液不是牛顿流体，在不同的D下，η的大小不同。一般而言，正常血液在越低的D下，η越大；然而在较高的D下，η逐渐趋于一个平稳数值。血液黏度与血细胞压积关系密切，压积升高，黏度升高。

血液黏度和血浆黏度测量的进一步规范化。2009年新指南有关血液黏度的规范与1986年的基本精神一致，但有几点新的认识与提法：在强调旋转黏度计应包括1-200（s-1）剪切率的同时，提出高剪切最好可以测量到300-400 （s-1），又如，提出仪器的高灵敏度是测量低剪切血液黏度的必要条件，为此有必要确定仪器的可测量的最低剪应力与（血液黏度相似的标准牛顿油时的变异系数（小于5%）可以反映）。此外，不再推荐用黏度相关参数测量红细胞可变形性与聚集性，建议用专用仪器测量。

由于血液黏度是宏观血液流变学的基本指标，黏度计的质量成为血液流变学临床应用的重要保障。2007年出版的《血液流变学与血流动力学手册》说得好：旋转式黏度计的敏感度与精确度主要依赖于它的力矩测量系统（敏感度与动态过程）以及精确的旋转速度。在考察血液黏度计质量的时候，需要遵循这一重要原则。众所周知，Contraves LS-30是国际临床血液流变学界公认的好黏度计。之所以好是因为具有超群的测量敏感度。荷兰血液流变学家Matrai A.曾说：LS-30有无与伦比的测量敏感度，这是其他黏度计都比不上的。

的确，敏感度是黏度计的一个核心技术指标。Contraves LS-30的高敏感度是如何获得的？就在于它的剪应力检测结构：一条30厘米长的细应力悬丝。其他国际知名黏度计多采用轴承作为传感器的支撑结构，而轴承是有自身摩擦阻力的，而且轴承的摩擦阻力还随使用时间有所变化。高级的黏度计采用空气轴承，使自身摩擦阻力减小到一个不随时间变化的恒定值。然而，应力悬丝的优点恰恰是没有自身摩擦阻力。采用空气轴承的国际知名流变仪HAAKE RV100/CV100的敏感度仍然低于采用悬丝结构的Contraves LS-30。因此，采用细长悬丝检测剪应力的黏度计容易显示测量敏感度上的优势。Contraves LS-30已经停产了，它的后继者proRheo LS-300问世了，其剪应力测量下限远优于ICSH关于血液黏度测定指南（1986）所要求的10 mPa的下限。

最小可测到的剪应力是旋转黏度计敏感度的标志。了解一台旋转黏度计剪应力测定范围与最小可测剪应力，可以采用两个5%的判断标准，即黏度的测量误差和测量的变异系数都小于5%时才属于可测量到的剪应力。对于一台国产悬丝结构的旋转黏度计试用了这个方法，用一系列不同黏度的标准牛顿油以及水作为黏度已知的标准液，在37℃下对该黏度计进行实测。结果表明，该黏度计的剪应力测量范围是10-2000mPa，最小可测量到的剪应力在7-9 mPa 。实测说明这个双5%的判据对于评价旋转黏度计剪应力测定范围与最小可测剪应力有实用价值。

黏度计产品的评价。北京市药品监督管理局医疗器械技术审评中心最近进行了有关“血液流变仪/血液黏度计产品技术审评规范”的课题研究，包括北京、外省市旋转黏度计生产企业以及北京市医疗器械检测中心在内的十家单位参加了此次测试工作。各单位每天用黏度计分别对5种标准油进行两组（上下午）检测，共连续测试5天；每组检测各加样1次标准油；每次加样后连续检测6组数据。测试温度条件为37℃，剪切率选1，5，10，50，100和200 s-1。审评中心对检测结果分析后认为，今后对旋转黏度计产品的评价可以采用4种标准油分别在3个剪切率（1，10，200 s-1）下进行，各测定值的黏度偏差和变异系数以同时小于5%为合格。这种评价方式符合2009年国际血液流变学实验室技术新指南，并可以大致分析出产品可测量的最小剪应力。结果分析还表明，对于黏度计产品的旋转速度和温度的控制也需要进行检测。

黏度计用户需要做的工作。用户需了解所使用黏度计的工作原理、性能指标与灵敏度。一台黏度计的质量由它的工作原理和结构决定。国际有关指南提到两种工作原理，对于旋转黏度计强调了稳态测定方式，这些都是需要遵循的原则。用户也可以采用课题研究中的方法对所使用的黏度计加以测评。

血液黏度与血浆黏度的正确测定涉及多方面的影响因素，包括采血、抗凝、血样的保存等注意事项，以保证在测定前血样的经历是标准化的。在测定血液黏度时，基于牛顿黏性定律的旋转式黏度计和基于泊肃叶公式的毛细管黏度计都可以使用；而血浆黏度测定时，毛细管黏度计比较适合。由于血液的复杂非牛顿流体特点，测量中需要根据有关国际指南进行。

血液流变学的新进展

血液流变学的发展趋势。回顾血液流变学的发展历史与现状，不难发现，这个学科在发展过程中经历了两个阶段：上世纪80年代之前的第一阶段侧重血液流变性质（尤其是血液黏度）；90年代之后的第二阶段关注血流与血管相互作用及其生物学效应（尤其是剪应力的生物效应）。从第五届国际生物流变学与国际临床血液流变学联合会议（2008年）的内容分析，会议显示了当前血液流变学的发展特点，即从原来侧重血液黏度与血浆黏度的观点转向重视血液、血流与血管的相互作用，尤其重视这种相互作用所行使的功能。大会报告提出增加血液黏度的临床益处就是一个明证。这方面的临床证据至少包括：失血性休克时采用黏度较高的血浆扩容剂效果较好。II型糖尿病患者的平均动脉压与血细胞容积的关系呈现“U”型分布，治疗中血细胞压积和血液黏度在一定范围增加时，出现降压和降糖疗效。适应海拔高度引起的红细胞增多（血黏度增加），对于氧的携带能力提高有限，所引起的明显改变是血管舒张。贫血倾向（血液黏度降低）尚未影响氧的携带能力时，患者出现高血压倾向。血细胞压积轻度急性增高时，血液黏度的改变可以明显地降低血压并增加心输出量，此现象与氧携带能力的提高无关。事实上，当前血液流变学界正在重新认识血液黏度的生物学意义，人们倾向于认为血液黏度升高可能是机体对于内环境失衡的一种调整，即血液黏度的增加可以增加血流剪应力，从而调整血管内皮细胞分泌，进而影响血管紧张度、凝血倾向、血栓形成、溶栓活性和血管新生等的活性物质。因此，在一定条件下和范围内，血液黏度的升高是有益的。

血液流变学与预防医学。知名临床血液流变学家Dintenfass认为，血液流变学的医学应用有两个主要目的：其一，在心血管病、肿瘤、血液病和其他疾病的诊断中利用血液黏滞诸因素，并在这些疾病的治疗中对其严重程度与治疗进程做出判断；其二，在预防医学中采用血液黏滞诸因素。对于后者，可能会出现这样的情况：在大面积人群的过筛普查中，可能检查出一些表面上健康但伴有血浆黏度、白血栓黏度或其他血液黏滞因素升高的人。这种情况的出现促使内科医生去探索并发现这类无外部表现的血液高黏滞的成因，从而对癌症、心脏病、外周动脉疾患、异常血红蛋白病以及某些免疫性疾病做出早期防治。但是，这并不是说血液流变学检测可作为诊断疾病的直接判据。然而，对于医生判断心血管病或肿瘤转移的危险性，以及预计器官移植的成败而言，血液流变学测定则是有帮助的。

预防医学应该包括血液流变学。血液流变学检测对亚健康状态有提示意义，血液流变学至今仍有用武之地。同时也要把近年血液流变学本身的发展纳入亚健康的研究与检测内容，例如上面提到的对有关高黏血症的新认识。亚健康是偏离健康的一种机体状态，在这种状态下，人的生活质量和工作效率都会受到影响。现代医学应对亚健康人群进行干预，防止亚健康状态发展为疾病。这就是中医的所谓“治未病”。“黄帝内经”对机体心身健康定义的描述中可看出，中医所认为的健康是一种心身健康的理想状态，偏离“阴平阳秘”的状态都可视为“亚健康”。现代医学对待亚健康状态的理论基础是精神、神经、内分泌、免疫相互作用学说，承认心理、社会、环境在造成亚健康中的主导作用。

当前的血液流变学检测重在了解机体总体血流状态。回顾中医古代实践，调控血液流动（血行）采用了多手段干预，包括活血化瘀药与保健运动等。尽管古人并不了解药物与运动和血管内皮细胞功能的关系，但血流诱导内皮细胞生物学效应已不期而至，血行已具有对机体的调控功能。

药物与运动定量结合，调整血管内皮细胞功能，是关于中医血瘀与血行的一个研究新领域。这类研究属于新边缘学科——生物力药理学的领域，因为运动引起体内生物力学因素的改变，而生物力学因素（包括血流剪应力）与药物因素的联合作用与单纯的药物作用是不一样的。华佗认为运动使“血脉流通,病不得生”，并发展出五禽戏；这无疑是运动具有促进血行和活血化瘀功效的一个经典注释。这也使后人认识到，运动之效可与药物相当。因此，从中医保健运动与中药长期并存的历史来看，朴素的生物力药理学实践古已有之。展望未来，采用生物力药理学途径研究活血化瘀机理和本质，在缺血性心脑血管疾病、糖尿病和肿瘤等重大疾病的防治中，是值得关注和实践的新途径，而且符合中医“上工治未病”的预防医学主张。

权威医学刊物《新英格兰医学杂志》曾发表哈佛大学16936名男毕业生的长期追踪调查，结果发现，在校期间喜欢参加体育活动学生的死亡率显著低于不参加体力活动的学生。人们在30岁以后，身体的各项生理机能以每年0.75%～l%的速率下降，不运动的人和长期坐着工作的人，生理机能退化的速率是经常锻炼者的两倍。医学专家指出，适度、适量的运动都能起到锻炼效果，大约是每周消耗2000千卡热量的运动量，分摊到每天，约相当于半小时温和的运动。