Исследование крови на галактоземию
Содержание галактозы в крови детей в норме — до 0,56 ммоль/л.
Исследование крови на галактоземию используется для диагностики нарушений углеводного обмена — идиопатических врожденных аномалий обмена веществ, к которым относится отсутствие превращения галактозы в глюкозу. Это врожденный метаболический порок грудного возраста, когда особенно важна утилизация галактозы, являющейся составной частью лактозы. В крови при этой патологии отмечаются гипергалактоземия и гипогликемия. Галактоза выводится с мочой. Постоянным осложнением данного заболевания вследствие высокого содержания галактозы в крови является отложение галактитола в хрусталике глаза. Он образуется в хрусталике из галактозы под влиянием фермента альдоредуктазы. В дальнейшем галактитол не вступает в обменные процессы и не вымывается из ткани, поэтому в
месте его накопления образуется катаракта.
Уровень галактозы в крови повышается при заболеваниях печени, гипертиреозе, нарушении пищеварения, галактоземии, галактозном диабете, идиопатической галактозурии.
Г л а в а 10
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
Еще лет 20 назад понятие «реологические свойства крови» было известно лишь немногим отечественным клиницистам. В настоящее время трудно найти пример патологического процесса, в патогенезе которого не нашлось бы места характеристике реологических нарушений. С одной стороны, это может свидетельствовать о важной роли изменений реологических свойств крови в расстройствах гемодинамики, с другой — о несколько поверхностном суждении в оценке этих изменений. Творческое общение с клиницистами самых разных специальностей — хирургами, терапевтами, реаниматологами, анестезиологами, уделяющими пристальное внимание проблемам микрогемоциркуляции и гемореологии, свидетельствует о том, что нередко возникают затруднения при ответе на такой вопрос: «Почему, употребляя слово «свойства» во множественном числе, подразумевают только одну вязкость?!» Целый набор всевозможных вязкостей, таких как кажущаяся, сдвиговая, кессоновская, кинематическая, динамическая и др., ставит в тупик даже исследователей, достаточно искушенных в терминологической путанице, к сожалению, пока еще встречающейся в медицинской литературе.
Вероятно, клиницистам не всегда просто преодолеть определенный математический барьер, лежащий на пути к изучению глубинных механизмов гемореологических сдвигов. Вместе с тем важность знания реологических нарушений обусловливает конкретную задачу, стоящую перед врачом, — уметь правильно истолковать результаты вискозиметрии и принять соответствующее решение о проведении лечебных мероприятий. Это невозможно сделать без понимания основ классической реологии. Поэтому целесообразно, несмотря на наличие большого количества литературы, изложить основные понятия реологии и гемореологии. При этом полезно сделать уклон в сторону феноменологического толкования понятий реологии, но так, чтобы сущность обсуждаемых явлений не стала жертвой простоты изложения.
Искренне желая быть понятыми, авторы считают важным уже в самом начале огово - рить, какой смысл вкладывается в то или иное понятие или термин. В то же время выбор фактов и идей, освещаемых в данной главе, обусловлен в большей степени стремлением увязать описываемые явления с приводимой в последующих разделах практической оценкой конкретных гемореологических параметров, чем стремлением возможно полнее охватить существующие теоретические положения.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЙ И ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ
Течение — это необратимая и постоянно нарастающая деформация среды. Под средой при этом понимается совокупность материальных частиц любой природы. Применительно к гемореологии под средой понимают цельную кровь, ее плазму и сыворотку. Деформация (формоизменение) — это обусловленное действием внешних сил смещение частиц материального тела относительно друг друга, при котором среда, испытывающая эту деформацию, не утрачивает своей непрерывности. Способность деформироваться под воздействием внешних сил является свойством, присущим всем средам. Принято различать упругие (или обратимые) деформации, остаточные (или необратимые — пластические), деформации растяжения, сжатия, сдвига, кручения и изгиба. Примером упругой деформации является восстановление первоначальной формы резинового мяча после его сжатия. Иллюстрацией пластической деформации может служить изменение формы пластилинового шарика после воздейст - вия на него нагрузки. Для того чтобы лучше пояснить сущность понятия деформации, рас - смотрим так называемый простой сдвиг (рис. 10.1).
482
Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по физиологии человека сайта https://meduniver.com/
Рис. 10.1. Простой сдвиг (пояснение понятия «деформация»).
а— угол перекоса; остальные пояснения — в тексте.
Вданном случае мерой изменения начальной формы жидкого параллелепипеда, изображенного на рисунке, служит степень его перекоса, возникающего под действием внешней сдвигающей силы F. Перекос происходит с определенной скоростью смещения верхней грани параллелепипеда по отношению к нижней. Эта скорость (V) равна
где V — скорость смещения (сдвига) верхней грани; Дп — абсолютная величина.
Скорость сдвига при неизменной сдвигающей силе F прямо пропорциональна высоте параллелепипеда h и обратно пропорциональна площади его грани S, т.е.
~ h F |
(2) |
Разделив обе части уравнения (2) на h и введя коэффициент пропорциональности, по- |
лучим: |
|
h=ffl'S' |
(3) |
где со — текучесть (величина, обратная сдвиговой вязкости).
Эта простая выкладка совпадает с гипотезой, изложенной И. Ньютоном еще в 1687 г. Суть ее заключается в том, что силы внутреннего трения между частицами жидкости прямо пропорциональны относительной скорости движения слоев жидкости и площади поверхнос-
ти их соприкосновения. В математической форме гипотеза Ньютона имеет следующий вид:
где F — сила внутреннего трения; ц — коэффициент внутреннего трения, или динамический коэффициент вязкости; S — площадь поверхности соприкосновения слоев; ДУ/Дг — градиент скорости (ДУ — разность скоростей соседних слоев, Дг — расстояние между этими слоями).
Нетрудно заметить, что определение сдвиговая перед словом «вязкость» в первом случае подчеркивает то, что речь идет о сдвиге в жидком параллелепипеде, а во втором случае прилагательное динамическая характеризует условие проявления вязкости: динамику — движение. Важно подчеркнуть, что именно внешние силы являются причиной движения, а деформация — результатом движения. Отсюда следует, что вязкость как свойство, присущее всем жидкостям, проявляется лишь в движущейся жидкости и только тогда, когда имеется относительное перемещение соседних слоев жидкости.
Подставив значение коэффициента сдвиговой вязкости ц = 1/ю в уравнение (3) и обозначив величину AV/Дг как у, получим:
(5)
1 F
Т = - • "с-
n s
Заметим, что величина AV/Дг в уравнении (4) соответствует величине V/h в уравнении (3). Разделив обе части уравнения (4) на S, получим соотношение, тождественное уравнению (5):
Величина F/S, характеризующая силу, отнесенную к площади, на которую она действует, называется напряжением сдвига (или сдвигающим напряжением) и обозначается т.
Отметим также, что точка в обозначении у в соответствии с принятыми в реологии обозначениями указывает на то, что этот параметр отнесен ко времени. Таким образом, мы рассмотрели понятие «динамический коэффициент вязкости» (коэффициент сдвиговой вязкости, коэффициент внутреннего трения, ньютоновский коэффициент вязкости или просто вязкость). Он определяется по формуле:
и численно равен силе трения, возникающей на единичной площадке при единичном градиенте скорости.
Основным фактором, определяющим вязкость жидкости, является ее природа. Другими словами, вязкость — фундаментальное свойство жидкости, такое же, как ее плотность. Кстати, в инженерной практике часто используется так называемый кинематический коэффициент вязкости:
где р — плотность жидкости. Размерность кинематического коэффициента вязкости в системе |
СИ: |
м2 |
|
|
V = ---- . |
|
с |
Вторым реологическим свойством является упругость, которая характеризует упругую деформацию тел. Исследуя упругие свойства различных материалов, английский физик Гук установил закон идеальной упругости, который отражает линейную связь между напряжением и упругой деформацией вещества и описывается зависимостью вида:
где Е — модуль упругости, или модуль Юнга; у — величина, характеризующая перекос в случае, если параллелепипед (см. рис. 10.1) упругий, численно равная
Сравнение формул (7) и (9) позволяет заметить принципиальную разницу между жидкостью, подчиняющейся закону Ньютона, и упругим телом, подчиняющимся закону Гука. В жидкости приложенное к ней неизменное во времени напряжение вызывает постоянную скорость деформации у, деформация при этом может увеличиваться до бесконечности. В упругом же теле нарастание напряжения ведет к увеличению абсолютной величины деформации (у), а при устранении напряжения тело восстанавливает первоначальную форму. В жидкости деформация остается такой, какой она стала к моменту прекращения действия напряжений. Пользуясь этими отличиями, нетрудно сформулировать понятие «течение» как деформацию, которая под действием напряжения возрастает непрерывно и необратимо.
Третьим реологическим свойством является пластичность. Если представить, что параллелепипед (см. рис. 10.1) состоит из пластичного материала, то при увеличении сдвигающего
484
Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по физиологии человека сайта https://meduniver.com/
Т| (ВЯЗКОСТЬ)
Рис.10.2. Трехмерная модель реологических свойств реального тела.
напряжения т до определенного значения параллелепипед будет деформироваться прямо пропорционально нагрузке, однако с определенного значения т = т0, называемого пределом текучести, нарастание деформации будет происходить без увеличения напряжения сдвига — начнется пластическое течение.
Описанные три реологических свойства (вязкость, упругость, пластичность) являются основными. В соответствии с ними существуют и теории — упругости, вязкости и пластичности.
Прежде чем перейти к формулировке понятия реологии как науки, представляется методически оправданным привести две ее основные аксиомы в соответствии с классическими представлениями, приведенными М. Reiner (1963).
Первая аксиома реологии. Под действием всестороннего, равномерного (изотропного) давления все материалы ведут себя одинаково — как идеально упругие тела. При этом плотность вещества увеличивается без изменения формы. Так, равномерно сдавливая предмет в форме шара, мы получим в результате тот же шар с той лишь разницей, что линейные размеры его уменьшатся, а плотность увеличится. При прекращении давления диаметр и плот ность шара полностью восстановятся. Отсюда следует важнейшее положение реологии: различия в реологических свойствах проявляются только при деформации, изменяющей форму тела, — деформации формоизменения.
Вторая аксиома реологии. Любой существующий в природе материал обладает всеми реологическими свойствами, хотя и в различной степени. Таким образом, с точки зрения реологии, — все течет. Между тем верно и то, что все — твердое.
Степень выраженности отдельных реологических свойств конкретного материала зависит от условий, при которых возникают деформации, и от особенностей деформирующего воздействия. Например, резина, эластичная при комнатной температуре, становится хрупкой при низкой температуре. Очевидно, что абсолютно упругие, абсолютно вязкие и абсолютно пластичные тела (вещества, среды) не имеют соответствующих аналогов в природе. Эти идеальные тела наделены лишь одним реологическим параметром — коэффициентом вязкости, модулем упругости или пределом текучести. Реальное же вещество всегда обладает спектром свойств и должно отображаться по меньшей мере трехмерной моделью (рис. 10.2).
Теперь можно дать определение реологии. Реология — это наука о течении и деформациях, рассматривающая механическое поведение различных материалов, проявляющих в процессе деформации (течения) не менее двух основных реологических свойств.
Одним из наиболее распространенных способов наглядного изображения идеальных и реальных материалов (тел, сред) являются реологические диаграммы. Реологические диаграммы идеальных и сложных тел представлены на рис. 10.3. Идеальные тела наделены лишь одним реологическим свойством, при этом идеальная жидкость представлена поршнем, идеальная упругость — пружиной, идеальная пластичность — элементом трения. Комбинируя вязкие, упругие и пластичные элементы, соединяя их параллельно и последовательно, можно получить реологические диаграммы сред с разнообразными свойствами. Безусловно, такие диаграммы являются лишь упрощенными моделями реальных материалов. Следует
485
иметь в виду, что последовательное соединение условных элементов (поршня, пружины и т.д.) ведет к суммированию деформаций, а параллельное — к сложению напряжений, при этом деформация остается постоянной.
Каждое вещество описывается реологическим уравнением, назначением которого является возможно более полная характеристика зависимости между напряжением (т) и скоростью деформации. Обычно эта зависимость выражается одной из следующих формул:
т « fi (г), у = fa (т), ц = f3 (т), п = £, (у).
Графическое изображение функций f, и f2 называется кривыми течения, а функций f, и f4 — кривыми вязкости. Таким образом, вещество при оценке его реологических свойств может быть охарактеризовано тремя способами: 1) реологической диаграммой, 2) реологическим уравнением, 3) кривой течения или вязкости.
Из наиболее часто используемых моделей материалов (см. рис. 10.3) наибольшего внимания заслуживают так называемые сложные (составные) тела 4—6. Попытаемся показать, что простая комбинация идеальных тел приводит к «непростому» изменению реологических свойств сложных сред.
Комбинация вязкого и пластичного элементов дает вязкопластичное тело, свойства которого впервые были изучены в 1889 г. русским ученым Ф.Н. Шведовым, исследовавшим реологические характеристики растворов желатина. Через 27 лет после Ф.Н. Шведова такое же реологическое уравнение было предложено Bingham. Линейно-вязкопластичное тело при напряжениях свыше х0 начинает течь, подчиняясь закону Ньютона, а при меньших напряжениях течение отсутствует (у = 0). Таким образом, подобный материал обладает двумя реологическими характеристиками: пределом текучести т0, характеризующим пластичность, и коэффициентом вязкости г), характеризующим текучесть. Напряжения, возникающие в текущей вязкопластичной среде, складываются из пластической т0 и вязкой цпл ■ у составляющих:
r^ — пластическая вязкость. Коэффициент вязкости, по определению, вычисляется (10) |
гдекак частное от деления суммарного напряжения сдвига на градиент скорости: |
|
X ТО + Цпл ■ У |
ТО |
(11) |
П = т =------- : -----= — + Цпл |
У |
У |
У |
|
Из приведенного соотношения следует важный вывод: коэффициент вязкости становит- |
ся переменной величиной, зависящей от скорости сдвига, так как первое слагаемое то/у содер- |
жит в знаменателе величину у. Очевидно, с увеличением у оно, а вместе с ним и вся сумма |
будут уменьшаться, а при уменьшении у сумма двух слагаемых, т.е. вязкость |
х\, наоборот, |
возрастает. Таким образом, |
коэффициент вязкости вязкопластичного вещества является функ- |
цией градиента скорости. |
Нетрудно заметить, что пластическая вязкость г|пл имеет лишь одно |
сходство с вязкостью т| — размерность. Это обуславливает необходимость определения ново- |
го смысла для понятия ц в уравнении (11) — эффективного коэффициента вязкости, или эф- |
фективной вязкости. Эффективная вязкость — это вязкость, найденная отнесением напря- |
жения сдвига к среднему градиенту скорости уср: |
|
|
„ .'.-« - - Х . |
(12) |
гДе ЛЭф ~~ эффективная вязкость; Q — расход исследуемого материала через трубу, R — радиус трубы.
Сразу же оговоримся, что эффективную вязкость следует отличать от эквивалентной. |
Эквивалентная (кажущаяся) вязкость |
— это вязкость ньютоновской жидкости, текущей в |
одинаковых условиях и с тем же расходом, что и исследуемая жидкость с переменной вяз- |
костью, тогда |
Пид_аТ;_" X |
(13) |
|
|
Уэкв |
TRR |
гДе Лэкв — эквивалентная вязкость; уэкв — эквивалентный градиент скорости. 486
Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по физиологии человека сайта https://meduniver.com/
№ |
|
Общие свойства |
|
Реологическая |
|
Реологическое |
|
Реологическая |
|
|
|
|
п/п |
|
и название модели |
|
диаграмма |
|
уравнение |
|
кривая |
|
|
I. Идеальные тела |
|
|
|
|
Идеально вязкая |
|
|
= г\ -у |
жидкость Ньютона |
|
|
|
|
|
(ньютоновская |
|
|
|
жидкость) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Поршень в воде, |
|
масле и т.п. |
Идеально упругое тело |
|
|
|
(твердое тело Гука) |
|
|
|
Пружина
Идеально пластичное тело (тело Сен-Венана)
V//////////, to
Внешнее трение
II. Сложные тела (составные)
Линейно-вязко- |
|
|
|
|
n • у |
пластичная среда |
|
|
|
|
(тело Шведова— |
|
|
|
- |
hn— пластическая |
Бингама) |
|
|
|
|
|
|
|
вязкость |
|
LJ |
|
|
|
Упруговязкая жид- |
|
|
|
|
у - r= + — д t Е |
|
|
|
|
кость (тело Максвела) |
|
|
|
|
ц |
Вязкоупругое твердое |
х =Е • у +T^γ |
Y |
|
|
|
тело (тело Кельвина) |
|
|
|
|
|
|
Г |
/ |
С |
|
|
|
|
|
|
о |
|
Yi/E |
|
|
|
|
Л |
|
|
F |
- |
\ |
|
|
|
|
|
- t i . |
t |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 10.3. Реологические диаграммы различных сред.
Рис. 10.4. Кривые течения и вязкости вязкоиластичного материала.
Пояснение феномена зависимости вязкости от скорости деформации: Пэф — эффективная вязкость; г)Пл — пластическая вязкость.
Сравнивая соотношения (12) и (13), заметим, что величина эквивалентной вязкости численно в 4 раза меньше эффективной вязкости.
Таким образом, мы пришли к важному выводу: комбинация двух идеальных тел дает принципиально новое явление — переменный коэффициент вязкости, т.е. реологический параметр, не являющийся (в отличие от ньютоновской вязкости) материальной характеристикой вещества, так как он зависит от условий течения (скорости деформации у). Возникно - вение переменного коэффициента вязкости может быть также проиллюстрировано графика-
ми (рис. 10.4).
Из верхнего графика видно, что каждая точка на кривой течения у = f(t) при соединении с началом координат (пунктирные линии) дает разный угол а и, следовательно, разный коэффициент г|эф, равный частному отделения суммарного сдвигающего напряжения на градиент скорости, т.е. тангенсам углов а. Проекция точек с кривой течения на координаты г)эф~7 дает нелинейную зависимость, представленную нижним графиком.
Таким образом, можно получить модели с очень сложными свойствами. Важно отме - тить, что, комбинируя элементы, эквивалентные идеальным телам, обладающим линейными реологическими кривыми, мы сталкиваемся с явлением реологической нелинейности в моделях составных тел.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
Реологическая нелинейность (кривая течения или вязкости не является прямой линией) может возникнуть не только в результате комбинации линейных реологических элементов. Отклонения от линейного закона могут возникнуть даже в пределах одного фундаментального реологического свойства. Так, если речь идет о текучих средах, существует целый класс жидкостей, для которых неприменим закон Ньютона, в том числе и в случае, когда нелинейность реологической кривой обусловлена только переменной вязкостью. Жидкости, принадлежащие к этому классу, называются неньютоновскими. Для неньютоновских жидкостей характерно наличие переменной вязкости, зависящей от скорости деформации. Для этого класса жидкостей коэффициент вязкости уже не является фундаментальной характеристикой вещества.
Наиболее полной и вместе с тем удобной для практического исследования является классификация неньютоновских жидкостей, преложенная J. Wilkinson (1964).
488
Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по физиологии человека сайта https://meduniver.com/
Классификация неньютоновских жидкостей[Wilkinson J., 1964, с дополнениями]
1.Жидкости, для которых характерна определенная зависимость между скоростью де формации и напряжением в определенном месте потока.
1.1.Пластичные жидкости (вязкопластичные).
1.1.1.Линейно-вязкопластичные жидкости.
1.1.2.Нелинейно-вязкопластичные жидкости.
1.2.Псевдопластичные жидкости.
1.3.Дилансные жидкости.
2.Жидкости, для которых зависимость между скоростью деформации и напряжением определяется (в том числе) временем действия напряжения и (или) предысторией жидкости.
2.1.Тиксотропные жидкости.
2.2.Реонектические жидкости.
3.Жидкости, обладающие одновременно свойствами твердого тела и жидкости, частич но проявляющие упругое восстановление формы после ликвидации напряжения (вязкоупругие жидкости).
Жидкости, принадлежащие к 1-й и 3-й группам, могут быть отнесены к реостабильным жидкостям, т.е. таким, реологические характеристики которых не зависят от продолжитель-
ности сдвигового течения. Их называют также жидкостями со стационарной реологией. Реологические особенности линейно-вязкопластичных жидкостей уже рассматривались
на примере тела Шведова. Нелинейно-вязкопластичные среды, имеющие прямое отношение к реологии крови, будут рассмотрены на ее примере.
Упруговязкая жидкость является представителем 3-го типа неньютоновских жидкостей. Основными отличиями упруговязкой жидкости от ньютоновской являются следующие. Если в емкость с упруговязкой жидкостью опустить вращающийся стержень, то она как бы «наматывается» на него и поднимается вверх по стержню на определенную высоту (ньютоновская жидкость в такой ситуации просто отбрасывается в стороны под действием центробежных сил). Если такую жидкость поместить между двумя параллельными дисками, в ней возникают напряжения, нормальные (перпендикулярные) плоскостям дисков, которые под действием этих напряжений раздвигаются (ньютоновская жидкость в данном случае просто растекается). Таким образом, при течении упруговязкой жидкости по трубе создается большее по сравнению с ньютоновской жидкостью давление на стенку. И, наконец, ламинарная струя упруговязкой жидкости после выхода из капиллярной трубки утолщается. Сущность этих так называемых эффектов Вейссенберга состоит в возникновении в такой жидкости, помимо касательных, нормальных (перпендикулярных) напряжений. Физическая сущность возникновения нормальных напряжений в упруговязкой жидкости до конца не выяснена.
Из представленных на рис. 10.5 графиков следует, что главной особенностью дилансных и псевдопластичных жидкостей является зависимость вязкости от скорости деформации. Кривые течения этих текучих сред выходят из начала координат. Обычно жидкости с такой кривой течения хорошо описываются степенной функцией. Используя обозначения, принятые в реологии, ее можно записать:
где к — показатель консистенции, п — индекс течения.
Заметим, что при п = 1 степенной закон принимает вид закона Ньютона: т = к • у, где параметр к тождествен коэффициенту вязкости.
При 0<п<1 кривая течения соответствует псевдопластичной жидкости и обращена выпуклостью в сторону оси напряжения сдвига (см. рис. 10.5, 6, кривая 2). При перестройке кривой течения в кривую вязкости видно (см. рис. 10.5, а, кривая 2), что у такой жидкости вязкость уменьшается с возрастанием скорости деформации. В настоящее время существуют два классических толкования природы явления псевдопластичности: 1) уменьшение вязкости с ростом скорости деформации является следствием «ориентационного» эффекта; 2) явление переменной вязкости может быть обусловлено наличием сольватных оболочек вокруг отдельных частиц псевдопластичной среды. Оба толкования предполагают наличие у обсуждаемого класса текучих сред определенной структуры. Под структурой в данном случае под-
разумевается наличие в материалах (среде) агрегатов и флоккул коллоидных и микроскопических частиц. Таким образом, речь обычно идет о дисперсиях, т. е. текучих системах, состоящих по меньшей мере из двух фаз — дисперсной фазы (взвешенные частицы) и дисперсионной (несущей) фазы. Не останавливаясь подробно на особенностях различных видов дисперсий, охарактеризуем лишь те их параметры, которые наиболее существенны с точки зрения реологии. Дисперсии с размерами частиц дисперсной фазы 0,1 мкм и более принято считать грубодисперсными. К ним, в частности, относятся суспензии и эмульсии. Суспен - зия — это дисперсная система, в которой дисперсная фаза является твердым веществом, а дисперсионная среда — жидкостью; эмульсия представляет собой взвесь частиц жидкости в жидкой дисперсионной среде. Различают также коллоидные системы. Они имеют размеры частиц дисперсной фазы от 10~9 до 10~" м. Примером коллоидной системы может служить, например, раствор альбумина. Классификация дисперсий предусматривает также молеку- лярно-дисперсные и ионно-дисперсные системы, не имеющие существенного значения для реологических свойств исследуемой среды.
При анализе реологических свойств дисперсных систем важно учитывать, что существенным является лишь ограничение, налагаемое на размеры элементов дисперсной фазы «сверху», которое заключается в том, что они должны быть не больше характерных размеров трубки, по которой течет суспензия. Например, при движении эритроцита размером 10 мкм по сосуду диаметром 20 мкм будут иметь место различные пристеночные эффекты, например проскальзывание. Напротив, в сосуде диаметром 250 мкм этими эффектами уже можно пренебречь.
Наличие у псевдопластичного материала структуры в виде элементов дисперсной среды или ее возникновение в процессе течения приводит к большей кажущейся вязкости вследствие создания агрегатами дополнительного торможения смещению одного слоя среды по отношению к другому. Существенно, что кажущаяся вязкость псевдопластичной жидкости является функцией объема структуры, а не числа частиц, входящих в ее состав [Фукс Г.И., 1951], т.е. при прочих равных условиях рыхлые структуры вызывают более значительное увеличение вязкости, чем компактные с тем же абсолютным количеством частиц.
Элементы указанных сред в случае низких или нулевых скоростей деформации движутся беспорядочно вследствие тепловых броуновских движений. При увеличении градиента скорости у частиц появляется некоторый вращающий момент силы относительно их оси, стремящийся сориентировать эти частицы вдоль направления течения. Таким образом, значительная ньютоновская вязкость обусловлена преобладанием броуновского движения над слабым ориентирующим эффектом течения при малых скоростях деформации. По мере нарастания скорости деформации ориентирующий эффект начинает преобладать. В результате этого процесса наименьшая (ньютоновская) вязкость псевдопластической жидкости при больших скоростях деформации обусловлена максимальной ориентацией частиц и полным подавлением влияния броуновского взаимодействия. Б.М. Смольский и соавт. (1970) указывают, что в этих случаях с увеличением скорости деформации вязкость всегда убывает ввиду того, что движение дисперсионной среды относительно хаотично расположенной дисперсной фазы сопровождается гораздо большими потерями энергии, чем при прохождении через своего рода «решетку» упорядоченно ориентированных частиц.
Второй механизм возникновения псевдопластичности связан с наличием сольватных оболочек на элементах дисперсной фазы: всякая несущая заряд частица (ион, молекула) в растворе окружена сольватной оболочкой из молекул растворителя. Если растворитель — вода, то оболочка называется гидратной, а процесс — гидратацией. Для данного механизма определяющим фактором является прочность связи между сольватной оболочкой и поверхностью дисперсной фазы. До тех пор, пока эта связь настолько прочна, что с увеличением скорости деформации удерживает оболочку на поверхности частицы, вязкость не уменьшается. Однако с увеличением градиента скорости больше определенной величины происходит постепенный отрыв сначала верхних, а затем и более глубоких слоев сольватных оболочек. Частицы дисперсной фазы при этом как бы «освобождаются».
Если учесть, что кажущаяся вязкость псевдопластической среды является функцией объема структуры, то становится понятным, почему описанное явление сопровождается увеличением текучести — наступает уменьшение фактической объемной концентрации дисперсной фазы. Процесс снижения вязкости продолжается до тех пор, пока все сольватные оболочки не разрушатся. Согласно данным Б.М. Смольского и соавт. (1970), обязательное превышение кажущейся вязкости при относительно низких скоростях деформации над вязкостью при достаточно высоких градиентах скорости объясняется тем, что, во-первых, при малых скоростях деформации прохождение дисперсной среды через сольватированные час-
490
Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по физиологии человека сайта https://meduniver.com/
