Эффект Фареуса – Линдквиста

Не путать с эффектом Фареуса .

Эффект Фареуса-Линдквиста ( / f ɑː ˈ r eɪ . ə s ˈ l ɪ n d k v ɪ s t / ) или сигма-эффект описывает, как вязкость жидкости, в данном случае крови , меняется в зависимости от диаметра трубки, через которую она проходит. В частности, наблюдается « уменьшение вязкости по мере уменьшения диаметра трубки » (хотя только при диаметре трубки от 10 до 300 микрометров). Это происходит потому, что эритроциты перемещаются к центру сосуда, оставляя только плазму у стенки сосуда .

История

Эффект был впервые задокументирован немецкой группой в 1930 году. Вскоре после этого, в 1931 году, об этом независимо сообщили шведские ученые Робин Фореус и Торстен Линдквист, в честь которых этот эффект обычно называют. Роберт (Робин) Санно Фореус — шведский патологоанатом и гематолог , родился 15 октября 1888 года в Стокгольме . Умер 18 сентября 1968 года в Уппсале , Швеция . Йохан Торстен Линдквист — шведский врач , родившийся в 1906 году и умерший в 2007 году. Фореус и Линдквист опубликовали свою статью в Американском журнале физиологии в 1931 году, описывающую этот эффект. Их исследование представляло собой важный прогресс в понимании гемодинамики , который имел широкое значение для изучения физиологии человека . Они пропускали кровь через тонкие стеклянные капилляры , соединяющие два резервуара. капилляров Диаметр был менее 250 мкм, а эксперименты проводились при достаточно высоких скоростях сдвига (≥100 1/с), так что аналогичный поток в большой трубке был бы эффективно ньютоновским . После поправки на входные эффекты они представили свои данные в терминах эффективной вязкости , полученной путем подгонки измеренного перепада давления и объемного расхода к уравнению Хагена – Пуазейля для трубы радиуса R.

$\ Q={\frac {\pi R^{4}\Delta P}{8\mu _{e}L}}$

где:

$Q$ объемный расход

$\Delta P$ это перепад давления в капилляре

$L$ длина капилляра

$\mu _{e}$ эффективная вязкость

$R$ это радиус

$\pi$ математическая константа

Хотя уравнение Хагена-Пуазейля справедливо только для ньютоновской жидкости , подгонка экспериментальных данных к этому уравнению обеспечивает удобный метод характеристики сопротивления потоку одним числом, а именно: $\mu _{e}$. В общем, $\mu _{e}$ будет зависеть от жидкости испытуемой , диаметра капилляра и скорости потока (или перепада давления). Однако для данной жидкости и фиксированного перепада давления данные можно сравнивать для капилляров различного диаметра . Фареус и Линдквист заметили две необычные особенности своих данных. Первый, $\mu _{e}$ уменьшалась с уменьшением радиуса капилляра R . Это снижение было наиболее выраженным для диаметров капилляров <0,5 мм. трубки Во-вторых, гематокрит (т.е. средний гематокрит в капилляре) всегда был меньше гематокрита в питательном резервуаре. Соотношение этих двух гематокритов, относительный гематокрит трубки , $H_{R}$, определяется как

$\mathrm {H_{R}} ={{\mbox{tube hematocrit}} \over {\mbox{feed reservoir hematocrit}}}$

Объяснение явлений

Эти первоначально сбивающие с толку результаты можно объяснить концепцией слоя, свободного от плазматических клеток , тонкого слоя, прилегающего к стенке капилляра , который обеднен эритроцитами . Поскольку бесклеточный слой беден эритроцитами, его эффективная вязкость ниже, чем у цельной крови . Таким образом, этот слой снижает сопротивление потоку внутри капилляра. В результате эффективная вязкость становится меньше, чем у цельной крови. Поскольку бесклеточный слой очень тонкий (около 3 мкм), в капиллярах большого диаметра этот эффект незначителен. Это объяснение, хотя и точное, в конечном итоге неудовлетворительно, поскольку оно не отвечает на фундаментальный вопрос о том, почему существует слой плазмы, свободный от клеток. На самом деле есть два фактора, которые способствуют образованию бесклеточного слоя.

1. Для частиц, текущих в трубке, существует результирующая гидродинамическая сила, которая стремится подтолкнуть частицы к центру капилляра. Это было названо эффектом Сегре-Зильберберга , хотя названный эффект относится к разбавленным суспензиям и может не действовать в случае концентрированных смесей. Существуют также эффекты, связанные с деформируемостью эритроцитов, которые могут увеличить эту силу.
2. Понятно, что эритроциты не могут пройти через стенку капилляра, а это означает, что центры эритроцитов должны находиться по крайней мере на полтолщины одного эритроцита от стенки. Это означает, что в среднем около центра капилляра будет больше эритроцитов, чем у стенки.

Модель бесклеточного маргинального слоя - это математическая модель , которая пытается математически объяснить эффект Фареуса-Линдквиста.

См. также

• Модель бесклеточного маргинального слоя
• Эффект Фареуса
• Гемореология
• гемодинамика

Дальнейшее чтение

• Шмидт Л., изд. Физиология человека: с патофизиологией (на немецком языке) (30-е изд.). Берлин: Шпрингер. п. 623. ИСБН  978-3-540-32908-4 .