血液流變學實驗室技術的國際指南與血液流變學研究新進展

廖福龍 陳然 孫京昇 左大鵬 張曼

國際臨床血液流變學界重視方法學的規范化和標準化，國際血液學標準化委員會（ICSH）血液流變學專家組曾于1986年發表對臨床血液流變學研究方法的指導意見[1]。該文獻包括血液黏度及紅細胞變形性的測定，指導性意見涉及臨床研究對照組、采血方法的標準化、血樣在實驗室中的處置、樣品的血液學指標測定、流變學儀器的評價以及具有血液流變學活性的藥物評價。多年來，該指導性意見增強了流變學測定的可靠性,并改善了不同流變學實驗室結果的可比性。

國際臨床血液流變學會（ISCH）和歐洲臨床血液流變學與微循環學會（ESCHM）一起重新修訂了1986年國際血液學標準化委員會所制定的有關血液黏度與血細胞變形性測定的指導意見。新指南包括的技術有血液流變學的血樣采集技術、血樣儲存、血液與血漿黏度測量以及血液黏彈性測量、紅細胞聚集性測量、紅細胞可變形性測量、白細胞流變性測量、研究設計與統計學處理等。本文概述并解析新指南有關血液黏度測量技術的內容。

血液黏度計的分類與工作原理

為了正確地檢測血液和血漿黏度，有必要澄清黏度和與血液黏度相關的基本概念。這是做好儀器設計和正確使用恰當的儀器完成檢測工作的前提和基礎。

牛頓黏性定律與旋轉式黏度計。η=τ/ D，其中，η為表觀黏度，簡稱黏度。在國際單位制中，η以Pa·s（帕斯卡·秒）為單位，對于血液黏度，常用mPa·s 為黏度單位。τ為剪應力，單位是mPa。D為剪切率，單位是s-1。旋轉黏度計可以通過控制旋轉速度測量剪切應力；也可以通過控制剪切應力測量旋轉速度。總之，是控制一個參數來測量另一個參數，再計算出該控制條件下的黏度。η=K·剪應力/旋轉速度，等式中的K是儀器的系數，對于一種產品的某一個傳感器（錐-板或同心圓筒），K是一個固定的系數。這個K可用標準油標定得出。

血液黏度有關參數的含義

泊肅葉公式與毛細管黏度計。泊肅葉（Poiseuille）采用玻璃毛細管,并以水代替血液（當時沒有抗凝劑），在體外研究了水流過毛細管的規律，經后人進一步整理，形成 Poiseuille 公式，即在直、長、圓毛細管中，流體的流量 Q 與管半徑 R、管長 L、流體黏度η以及毛細管兩端壓力差P 的關系：Q=π R4P/8 ηL。

毛細管中的液體流動時，剪切率和剪應力在管徑的不同位置是不一樣的，管子中心處剪切率為零，管壁處的剪切率最高。剪應力的情況與此對應。對于牛頓流體，壁面處的剪切率為4Q/π R3；壁面處的剪應力為 PR/2L 。

血液不是牛頓流體，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；然而在較高的D下，η逐漸趨于一個平穩數值。血液黏度與血細胞壓積關系密切，壓積升高，黏度升高。

血液黏度和血漿黏度測量的進一步規范化。2009年新指南有關血液黏度的規范與1986年的基本精神一致，但有幾點新的認識與提法：在強調旋轉黏度計應包括1-200（s-1）剪切率的同時，提出高剪切最好可以測量到300-400 （s-1），又如，提出儀器的高靈敏度是測量低剪切血液黏度的必要條件，為此有必要確定儀器的可測量的最低剪應力與（血液黏度相似的標準牛頓油時的變異系數（小于5%）可以反映）。此外，不再推薦用黏度相關參數測量紅細胞可變形性與聚集性，建議用專用儀器測量。

由于血液黏度是宏觀血液流變學的基本指標，黏度計的質量成為血液流變學臨床應用的重要保障。2007年出版的《血液流變學與血流動力學手冊》說得好：旋轉式黏度計的敏感度與精確度主要依賴于它的力矩測量系統（敏感度與動態過程）以及精確的旋轉速度。在考察血液黏度計質量的時候，需要遵循這一重要原則。眾所周知，Contraves LS-30是國際臨床血液流變學界公認的好黏度計。之所以好是因為具有超群的測量敏感度。荷蘭血液流變學家Matrai A.曾說：LS-30有無與倫比的測量敏感度，這是其他黏度計都比不上的。

的確，敏感度是黏度計的一個核心技術指標。Contraves LS-30的高敏感度是如何獲得的？就在于它的剪應力檢測結構：一條30厘米長的細應力懸絲。其他國際知名黏度計多采用軸承作為傳感器的支撐結構，而軸承是有自身摩擦阻力的，而且軸承的摩擦阻力還隨使用時間有所變化。高級的黏度計采用空氣軸承，使自身摩擦阻力減小到一個不隨時間變化的恒定值。然而，應力懸絲的優點恰恰是沒有自身摩擦阻力。采用空氣軸承的國際知名流變儀HAAKE RV100/CV100的敏感度仍然低于采用懸絲結構的Contraves LS-30。因此，采用細長懸絲檢測剪應力的黏度計容易顯示測量敏感度上的優勢。Contraves LS-30已經停產了，它的后繼者proRheo LS-300問世了，其剪應力測量下限遠優于ICSH關于血液黏度測定指南（1986）所要求的10 mPa的下限。

最小可測到的剪應力是旋轉黏度計敏感度的標志。了解一臺旋轉黏度計剪應力測定范圍與最小可測剪應力，可以采用兩個5%的判斷標準，即黏度的測量誤差和測量的變異系數都小于5%時才屬于可測量到的剪應力。對于一臺國產懸絲結構的旋轉黏度計試用了這個方法，用一系列不同黏度的標準牛頓油以及水作為黏度已知的標準液，在37℃下對該黏度計進行實測。結果表明，該黏度計的剪應力測量范圍是10-2000mPa，最小可測量到的剪應力在7-9 mPa 。實測說明這個雙5%的判據對于評價旋轉黏度計剪應力測定范圍與最小可測剪應力有實用價值。

黏度計產品的評價。北京市藥品監督管理局醫療器械技術審評中心最近進行了有關“血液流變儀/血液黏度計產品技術審評規范”的課題研究，包括北京、外省市旋轉黏度計生產企業以及北京市醫療器械檢測中心在內的十家單位參加了此次測試工作。各單位每天用黏度計分別對5種標準油進行兩組（上下午）檢測，共連續測試5天；每組檢測各加樣1次標準油；每次加樣后連續檢測6組數據。測試溫度條件為37℃，剪切率選1，5，10，50，100和200 s-1。審評中心對檢測結果分析后認為，今后對旋轉黏度計產品的評價可以采用4種標準油分別在3個剪切率（1，10，200 s-1）下進行，各測定值的黏度偏差和變異系數以同時小于5%為合格。這種評價方式符合2009年國際血液流變學實驗室技術新指南，并可以大致分析出產品可測量的最小剪應力。結果分析還表明，對于黏度計產品的旋轉速度和溫度的控制也需要進行檢測。

黏度計用戶需要做的工作。用戶需了解所使用黏度計的工作原理、性能指標與靈敏度。一臺黏度計的質量由它的工作原理和結構決定。國際有關指南提到兩種工作原理，對于旋轉黏度計強調了穩態測定方式，這些都是需要遵循的原則。用戶也可以采用課題研究中的方法對所使用的黏度計加以測評。

血液黏度與血漿黏度的正確測定涉及多方面的影響因素，包括采血、抗凝、血樣的保存等注意事項，以保證在測定前血樣的經歷是標準化的。在測定血液黏度時，基于牛頓黏性定律的旋轉式黏度計和基于泊肅葉公式的毛細管黏度計都可以使用；而血漿黏度測定時，毛細管黏度計比較適合。由于血液的復雜非牛頓流體特點，測量中需要根據有關國際指南進行。

血液流變學的新進展

血液流變學的發展趨勢。回顧血液流變學的發展歷史與現狀，不難發現，這個學科在發展過程中經歷了兩個階段：上世紀80年代之前的第一階段側重血液流變性質（尤其是血液黏度）；90年代之后的第二階段關注血流與血管相互作用及其生物學效應（尤其是剪應力的生物效應）。從第五屆國際生物流變學與國際臨床血液流變學聯合會議（2008年）的內容分析，會議顯示了當前血液流變學的發展特點，即從原來側重血液黏度與血漿黏度的觀點轉向重視血液、血流與血管的相互作用，尤其重視這種相互作用所行使的功能。大會報告提出增加血液黏度的臨床益處就是一個明證。這方面的臨床證據至少包括：失血性休克時采用黏度較高的血漿擴容劑效果較好。II型糖尿病患者的平均動脈壓與血細胞容積的關系呈現“U”型分布，治療中血細胞壓積和血液黏度在一定范圍增加時，出現降壓和降糖療效。適應海拔高度引起的紅細胞增多（血黏度增加），對于氧的攜帶能力提高有限，所引起的明顯改變是血管舒張。貧血傾向（血液黏度降低）尚未影響氧的攜帶能力時，患者出現高血壓傾向。血細胞壓積輕度急性增高時，血液黏度的改變可以明顯地降低血壓并增加心輸出量，此現象與氧攜帶能力的提高無關。事實上，當前血液流變學界正在重新認識血液黏度的生物學意義，人們傾向于認為血液黏度升高可能是機體對于內環境失衡的一種調整，即血液黏度的增加可以增加血流剪應力，從而調整血管內皮細胞分泌，進而影響血管緊張度、凝血傾向、血栓形成、溶栓活性和血管新生等的活性物質。因此，在一定條件下和范圍內，血液黏度的升高是有益的。

血液流變學與預防醫學。知名臨床血液流變學家Dintenfass認為，血液流變學的醫學應用有兩個主要目的：其一，在心血管病、腫瘤、血液病和其他疾病的診斷中利用血液黏滯諸因素，并在這些疾病的治療中對其嚴重程度與治療進程做出判斷；其二，在預防醫學中采用血液黏滯諸因素。對于后者，可能會出現這樣的情況：在大面積人群的過篩普查中，可能檢查出一些表面上健康但伴有血漿黏度、白血栓黏度或其他血液黏滯因素升高的人。這種情況的出現促使內科醫生去探索并發現這類無外部表現的血液高黏滯的成因，從而對癌癥、心臟病、外周動脈疾患、異常血紅蛋白病以及某些免疫性疾病做出早期防治。但是，這并不是說血液流變學檢測可作為診斷疾病的直接判據。然而，對于醫生判斷心血管病或腫瘤轉移的危險性，以及預計器官移植的成敗而言，血液流變學測定則是有幫助的。

預防醫學應該包括血液流變學。血液流變學檢測對亞健康狀態有提示意義，血液流變學至今仍有用武之地。同時也要把近年血液流變學本身的發展納入亞健康的研究與檢測內容，例如上面提到的對有關高黏血癥的新認識。亞健康是偏離健康的一種機體狀態，在這種狀態下，人的生活質量和工作效率都會受到影響。現代醫學應對亞健康人群進行干預，防止亞健康狀態發展為疾病。這就是中醫的所謂“治未病”。“黃帝內經”對機體心身健康定義的描述中可看出，中醫所認為的健康是一種心身健康的理想狀態，偏離“陰平陽秘”的狀態都可視為“亞健康”。現代醫學對待亞健康狀態的理論基礎是精神、神經、內分泌、免疫相互作用學說，承認心理、社會、環境在造成亞健康中的主導作用。

當前的血液流變學檢測重在了解機體總體血流狀態。回顧中醫古代實踐，調控血液流動（血行）采用了多手段干預，包括活血化瘀藥與保健運動等。盡管古人并不了解藥物與運動和血管內皮細胞功能的關系，但血流誘導內皮細胞生物學效應已不期而至，血行已具有對機體的調控功能。

藥物與運動定量結合，調整血管內皮細胞功能，是關于中醫血瘀與血行的一個研究新領域。這類研究屬于新邊緣學科——生物力藥理學的領域，因為運動引起體內生物力學因素的改變，而生物力學因素（包括血流剪應力）與藥物因素的聯合作用與單純的藥物作用是不一樣的。華佗認為運動使“血脈流通,病不得生”，并發展出五禽戲；這無疑是運動具有促進血行和活血化瘀功效的一個經典注釋。這也使后人認識到，運動之效可與藥物相當。因此，從中醫保健運動與中藥長期并存的歷史來看，樸素的生物力藥理學實踐古已有之。展望未來，采用生物力藥理學途徑研究活血化瘀機理和本質，在缺血性心腦血管疾病、糖尿病和腫瘤等重大疾病的防治中，是值得關注和實踐的新途徑，而且符合中醫“上工治未病”的預防醫學主張。

權威醫學刊物《新英格蘭醫學雜志》曾發表哈佛大學16936名男畢業生的長期追蹤調查，結果發現，在校期間喜歡參加體育活動學生的死亡率顯著低于不參加體力活動的學生。人們在30歲以后，身體的各項生理機能以每年0.75%～l%的速率下降，不運動的人和長期坐著工作的人，生理機能退化的速率是經常鍛煉者的兩倍。醫學專家指出，適度、適量的運動都能起到鍛煉效果，大約是每周消耗2000千卡熱量的運動量，分攤到每天，約相當于半小時溫和的運動。