生物流变学biorheology

研究生物材料的形变及流动的一门生物物理学的分支学科。将流体力学原理应用于生物学系统，主要研究内容是生物过程中流变学现象及其流变条件下的生物过程或反应。农业生物学研究中对绿色植物生理流动方面的研究诸如水的输运（蒸腾流）和糖的传输（易位流），叶的呼吸和蒸发以及激素对植物体内水、糖、营养物的传流影响等领域研究具有广阔的发展前景。

生物流变学biorheology

系研究生物生命活动中具有各种流变现象的科学。流变学在自然界中主要指气体和液体在外力作用下发生流动与形体变化而言。经实验证实生物体中存在着复杂的流变学现象，如植物吸收水分、在体内运转、参与合成与分解、蒸发等均具有流变学特性。动物体细胞内外有液体进、出现象；血液循环系统、淋巴系统、脑脊液系统、眼房水循环系统、消化系统、内分泌系统及生命活动的各种现象中均有流变现象。生物的生命活动、新陈代谢、物质交换等，离不开生物的流变现象，故研究生物流变学具有重要意义。

生物流变学

研究生物体及其各组成系统，器官、细胞和生物大分子的流变性以及它们所表现的生命活动中的流变现象的科学。参见“流变性”。

生物流变学biorheology

物体在适当外力作用下发生流动和变形的特性称流变性，流变学是研究物体流变性的科学。专门研究生物体及其各组成系统、器官、细胞和生物大分子的流变性，以及在生命活动过程中可表现出的流变现象和过程的流变学，称生物流变学。

生物流变学

生物流变学是研究生物体及其组成系统、器官、细胞和生物大分子的流变性以及在生命活动过程中所表现出的流变现象和过程的一门生物物理学的分支学科。
流变性是物体的流动性和变形性的简称，流动性是物理学中流体力学的主要研究对象，变形性为物理学中固体力学，尤其是弹性力学的主要研究对象。可见生物流变学又是生物力学的一个分支，它首先是应用流体力学和弹性力学的知识研究生物对象的流动性与变形性及其在生命过程中的意义。
生物流体的流变学 流动性是液体和气体，即流体的特性，借此可区别于固体。流体的流动性一般用粘度η的倒数定量表示，即流体粘度越小，其流动性就越大。粘度或称粘度系数，是牛顿粘度方程中的比例常数：τ=ηγ。其中τ为作用于单位面积层流液面之间的切变应力；γ为为两平行液面发生切变变形的速度梯度或切变速率。在经典的牛顿粘度方程中，粘度系数η不依赖于τ或γ，也就是说，切变应力与切变速率成正比。具有这种特点的流体，由于它们完全服从于经典的牛顿粘度定律，一般称为牛顿型流体。水、空气等简单流体均为此种类型的流体。但也有许多流体，主要是其中含有固体微粒的流体，如泥浆、明胶、水泥、油漆等胶体悬浮液和塑料泥等，它们的粘度系数η，依赖于τ或γ，也就是说，切变速率与切变应力不成正比。具有这种特点的流体，由于它们不服从于牛顿粘度定律，一般称为非牛顿型流体。在非牛顿型流体中，有一些在静止时可形成稳定的三维结构，只有当施加的切变应力超过一定值时才可引起流动，不超过此值，它们就象固体一样，只发生变形，不形成流动。这种为引起流动所需的应力，其最小值称为致流值。致流值的存在使物体具有塑性的表现，因此，具有这种特点的非牛顿型流体又称为塑性型流体。所有塑性型流体流动时，根据它们的粘度与切变应力或切变速率的不同依赖关系，又可分为多种类型。如果粘度与切变应力的变化无关，这种流体称为滨汗 (Bingham) 塑性型流体； 如果粘度随切变应力增大而降低，则称为拟塑性型流体；如果粘度随切变应力的增高而增高，则称为膨胀型流体。此外，尚有一些非牛顿型流体的粘度会随着切变应力所施加的时间长短而变化。如果粘度随时间而增高，这种流体称为增粘非牛顿型流体；反之，如果粘度随时间而减小，则称为减粘非牛顿型流体。
生物体中许多重要生命过程的进行都伴有流体的运动，例如血液和淋巴液的循环、呼吸系统中气体的运动、胃肠液、乳汁和胆汁的分泌等。在生物体中存在的流体有血液、血浆或血清、淋巴液、胃肠液、脑脊液、关节囊液、子宫分泌液、眼前房液、玻璃体液、精液、乳汁、表皮的分泌液、胆汁、痰和唾液以及细胞质等，其中有的属于非牛顿型流体，如血液、淋巴液等；有的属于牛顿型液体，如血清、血浆等；有些体液的性质还需进一步研究。研究生物体这些牛顿型和非牛顿型流体所具有的流变性及其在各种重要生命活动过程中的变化规律，是生物流变学的重要组成部分——生物流体流变学的主要内容。
生物固体的流变学 固体一般不具有流动性，但具有变形性。对于典型的固体，其变形为一有限量，而且在外加的力不太大的情况下，当力一旦消失，变形亦随之消失，固体就恢复其原形。流体就不同，在受到力的作用时，其变形是连续的，而且即使在力去掉后仍不恢复原状，也就是说，固体拥有弹性，而流体却没有弹性。固体的变形性一般用弹性率或弹性系数来定量表示。弹性系数是虎克方程中的比例常数： F=Kx。其中F为应力，x为应变量，K为比例常数。根据比例常数K不依赖于或依赖于F或x，可将所有固体或弹性体分为虎克型弹性体和非虎克型弹性体两大类。前者K不依赖于F和x，而后者K依赖于F和x。构成生物体的器官、组织和细胞，如红细胞、白细胞、精子、卵、细胞核、细胞膜、肌肉、神经、血管、肺泡、结缔组织、软骨和骨骼以及心脏、胃肠、胆囊、膀胱等中空器官都属于复合材料构成的非虎克型弹性体，其应力和应变曲线不仅不呈直线，而且应力增加时的加载曲线和应力减少时的卸载曲线不重合，形成所谓弹性滞迟环等。研究这些非虎克型生物弹性体组织所表现出的特异变形性和各向异性及其产生原因、条件和影响因素，是生物流变学的另一重要组成部分——生物固体（弹性体）流变学的主要内容。
介于生物固体和流体间的流变学 有些生物材料表现为介乎固体所特有的弹性和流体所特有的粘性之间的性质或同时兼有两者的复合性质，如粘弹性和塑弹性等。这种特异的流变性最典型地表现在循环于血管中的血液。血液在正常人体内显然是属于流体，但其流体特征可随推动其流动的切变应力的变化而变化。在低切变应力下，只产生有限的变形，却不流动，象一个固体；如切变应力继续增大并超过一定限度时，就开始流动，显示出流体的特性。即使在这种情况下，随切变应力的变化，血液又表现出不同类型的流体特性，即在低切变应力下，表现出非牛顿型流体特性，其粘度随切变应力降低而增高；而在高切变应力下，表现出牛顿型流体的特性，其粘度与切变应力变化无关；而在更高的切变应力下，又重新表现出非牛顿型流体的特性，不过其粘度随着切变应力的增高而减小。血液的这种不同类型的流体特征在很大程度上取决于悬浮于血浆中的大量红细胞所具有的特异流变性。很久以来，红细胞一般被看作是悬浮于血浆介质中的固体颗粒。然而，最近的流变学研究表明，红细胞只是在接近其临界溶血体积的狭小范围内，才表现为一个弹性体。而在其它情况下，尤其是在相当高的切变应力的情况下，红细胞则完全象一颗液滴，显示出流体的特性。红细胞正是依赖于它拥有的流体液滴样的特异流变性，才能够在无弹性势能积蓄的情况下发生等体积和等曲率的变形而通过比自己的直径小的微血管，以保证微血管中的血流通畅。
细胞质的流变学 细胞质一般可以看作是一种多种蛋白质分散在流体水的介质中而形成的具有拟塑性的胶体悬浮液，它的特点是可显示出半固体的凝胶状流变性，也可显示出半流体的溶胶状流变性。一些细胞，如肌肉、骨细胞等之所以具有保持一定形状的能力，这是与细胞质具有半固体的凝胶流变性有关； 而另一些细胞，如变形虫、阿米巴原虫等之所以有改变自己形状的能力，这主要是与细胞质所具有的半流体的溶胶状流变性有关。此外，有些细胞质尚具有减粘流体的特性，也就是随着压力增大可由半固体的凝胶状变为半流体的溶胶状，然而也有相反的情况，也就是原为半流体的溶胶状，受到压力或切变应力作用时，则变为半固体的凝胶状，如蚕吐丝的过程就是蚕丝蛋白的流变性由液态变为固态的过程。此外，细胞质的流变性尚可随机体活动状态的不同而发生变化，例如，细胞处于静息状态时，细胞质的粘度比较低，而进入兴奋状态时细胞质的粘度明显增大。细胞质的这种增粘和减粘的流变性特点可使生物组织，尤其是肌肉一类软组织在安静时表现出极大的柔软性，即所谓“软如棉”，而在兴奋时又可显示出极大的刚性，即所谓“硬如石”。细胞膜的流变学 使细胞与细胞及其与外环境分隔的细胞膜也具有流动性。细胞膜的流动性取决于构成细胞膜的大分子成分脂质和蛋白质的流动性。正常生理状态下，细胞膜多呈液晶状，而当条件发生变化时，例如当温度降至某一点时，它们又可以从液晶态变为凝胶态。这种流动性是细胞膜结构的基本特性，而适度的流动性也是细胞膜的生理功能得以正常表现的必要前提。研究表明，细胞的分化、识别、通讯和细胞免疫等功能，物质运输、能量转换、激素和药物作用等过程以及整个生物体的一些特性和人体的一些疾病的发生都与细胞膜的流动性有密切关系。在细胞分化过程中，细胞膜的流动性也发生明显变化，细胞分裂期最高，核糖核酸合成期最低。很多药物以至激素的作用机理也与细胞膜的流动性有一定的关系，例如很多麻醉药都具有增加细胞膜流动性的作用，而很多激素作用都是通过与细胞膜上的受体结合，形成所谓“移动受体”，而“移动受体”的形成则完全依赖于细胞膜的流动性。人体的一些疾病，如β-脂蛋白缺乏症、遗传性球形红细胞型贫血症、进行性肌肉营养障碍症以及恶性淋巴瘤和白血病的发生也都与细胞膜能否保持适度的流动性有关。
组织和器官水平的流变学 组织和器官在活动过程中所分泌的各种粘液，如口腔唾液腺所分泌的唾液、肺脏支气管活动时所分泌的痰液、关节囊中的关节润滑液以及生殖器官、皮肤和粘膜等所分泌的粘液等，都属于流体，具有适度的流动性。鉴于这些液体的分泌是有关组织和器官功能活动的产物，因此，它们的流动性也随着组织和器官以至整个生物体的功能活动状态和进展的不同而发生规律性的变化。例如，在正常情况下，唾液腺分泌的唾液粘滞度较低；机体脱水时，随着唾液分泌量的减少，其粘滞度就明显增高。在正常情况下支气管所分泌的痰液粘滞度也较低，而当支气管感染或急性炎症时，痰液的粘滞度可明显增高。一些具有镇咳、消炎、尤其是化痰的药物多具有降低痰的粘滞度作用。因此，测定痰液的粘滞度，了解痰的流动性变化情况也是了解和判断肺脏的正常呼吸活动和病理变化以及药物疗效的一个重要指标。另外，测定动物和人生殖器官在其活动过程中所分泌的粘液的流动性及其变化的特点，对于了解性腺的分泌功能及其调节发情、受精、妊娠和分娩等的正常过程，都有重要意义。研究表明，人的子宫颈粘液在妊娠期，其粘滞性明显增高，这可归因于孕酮的激素作用。
整体水平的生物流变学 此领域包括生物体内与外环境间生物流体的交换（呼吸系统的吸气和呼气）及其生物学意义，还包括某些生物体在流体中运动规律的探讨，如人在水中游泳、鸟在空中飞翔等运动中生物体与流体间的相互关系和作用。