A Viscosidade

The Viscosity

To understand what a fluid’s viscosity is, let’s imagine a liquid flowing through a funnel. Different liquids flow at distinct velocities. If we use the same funnel, the water will pass faster than the olive oil. What determines the velocity of the flow of water or olive oil is their viscosity. The more viscous a liquid is, the slower it flows than other less viscous under the same conditions. Therefore, the viscosity of a fluid is its resistance to flow. Water causes much less resistance to flow than olive oil, so the viscosity of the water is smaller than that of olive oil.

A água ou o azeite sofrem atrito ao fluir pelas paredes do funil. As camadas do líquido que fluem mais próximas da parede sofrem mais atrito, em relação às camadas mais distantes, gerando lâminas de líquido com velocidades diferentes (figura abaixo). Esta tensão entre as camadas de líquido com velocidades diferentes, parecida com a tensão entre as lâminas de uma tesoura, chama-se Tensão de Cisalhamento. Este conjunto de tensões interferem no fluxo do líquido. Nos caso da água e do azeite, a viscosidade é sempre constante durante o escoamento. Líquidos como a água ou o azeite, cujas viscosidades não variam conforme o gradiente de velocidade (taxa de cisalhamento), recebem a denominação de “Fluidos Newtonianos“, porque obedecem a lei de Newton da viscosidade.

The water or olive oil suffers friction as it flows through the walls of the funnel. The layers of liquid that flow closer to the wall suffer more friction, compared to the more distant layers, generating layers of liquid with different velocities (figure below). The tension between the layers of liquid with different velocities, similar to the tension between the blades of scissors, is called Shear Stress. This set of stresses interferes with the flow of the liquid. In the case of water and olive oil, the viscosity is always constant during the flow. Liquids such as water or olive oil, whose viscosities do not vary according to the velocity gradient (shear rate), are called “Newtonian Fluids”, because they obey Newton’s law of viscosity.

O Sangue

The Blood

O sangue, por outro lado, é um fluido mais complexo. Antes de explicar a viscosidade do sangue, vale a pena ver o que acontece quando o sangue flui. No vídeo abaixo, é possível ver o fluxo do sangue quando pressionado por uma lamínula de microscopia.

Blood, on the other hand, is a more complex fluid. Before explaining blood’s viscosity, it’s worth seeing what happens when the blood flows. In the video below, it is possible to see the flow of blood as pressed by a microscopic coverslip.

Como foi possível ver no vídeo, o sangue quando olhado no microscópio, contém duas partes distintas (ou fases). Há uma fase líquida, chamada de plasma, e a outra fase são os elementos figurados que ficam em suspensão no plasma, como os eritrócitos (glóbulos vermelhos), os leucócitos (glóbulos brancos) e as plaquetas. No vídeo, o plasma aparece escuro (devido ao tipo de microscópio), as eritrócitos são os círculos brancos e o leucócito (glóbulo branco) é a célula grande branco e preta. As plaquetas não estão visíveis neste vídeo. Todos estes elementos do sangue podem ser vistos na figura abaixo. Também é possível ver neste vídeo duas características muito importantes dos eritrócitos: A agregação (que aparece como uma “cola” entre os eritrócitos) e a deformabilidade (o eritrócito é maleável).

As you can see in the video, the blood, when looked at under a microscope, contains two distinct parts (or phases). There is a liquid phase, called plasma, and the other phase is the formed elements that are suspended in the plasma, such as erythrocytes (red blood cells), leukocytes (white blood cells), and platelets. In the video, the plasma appears dark (due to the type of microscope), the erythrocytes are the white circles, and the leukocyte (white blood cell) is the large white and black cell. The platelets are not visible in this video. All of blood elements can be seen in the figure below. It is also possible to see in this video two very important characteristics of erythrocytes: Aggregation (which appears as a “glue” between erythrocytes) and deformability (erythrocyte is malleable).

A Viscosidade do Sangue

The Blood Viscosity

O sangue quando flui pelos vasos sanguíneos, também está sujeito às tensões de cisalhamento. Mas a viscosidade do sangue varia conforme a taxa de cisalhamento, portanto o sangue não obedece a lei de Newton da viscosidade, e por isso é um “Fluido não Newtoniano“.

Blood, as it flows through blood vessels, is also subject to shear stresses. But the blood viscosity varies according to the shear rate, so the blood does not obey Newton’s law of viscosity, and therefore it is a “non-Newtonian fluid“.

O plasma, a fase líquida do sangue, comporta-se como um fluido Newtoniano, cuja viscosidade não varia conforme a taxa de cisalhamento. A viscosidade do plasma é importante para a viscosidade do sangue, e aumenta principalmente nos processos inflamatórios.

The plasma, the liquid phase of the blood, behaves like a Newtonian fluid, whose viscosity does not vary according to the shear rate. Plasma viscosity is relevant for blood viscosity and increases mainly in inflammatory processes.

Os glóbulos brancos não são numerosos e não interferem significativamente na viscosidade nos grandes vasos sanguíneos. Por outro lado, na microcirculação, devido ao seu tamanho e a maior rigidez quando ativados, podem bloquear a circulação em alguns capilares. Isto pode acontecer, por exemplo, nos processos infecciosos.

White blood cells are outnumbered and do not significantly interfere with viscosity in large blood vessels. On the other hand, in microcirculation, due to their size and greater rigidity when activated, they can block circulation in some capillaries. This fact can happen, for example, in infectious processes.

Por outro lado, os eritrócitos são muito importantes para a viscosidade do sangue, pois ocupam por volta de 40-50% do seu volume. Esta proporção de volume dos eritrócitos em relação ao volume total de sangue é chamada de Hematócrito. Um aumento do hematócrito causa um aumento significativo na viscosidade do sangue.

On the other hand, erythrocytes are very relevant for blood viscosity, as they occupy about 40-50% of blood volume. This ratio of erythrocyte volume to total blood volume is called Hematocrit. An increase in hematocrit causes a significant increase in blood viscosity.

Duas características dos eritrócitos influenciam na viscosidade do sangue. Como os eritrócitos são deformáveis, se eles ficarem mais rígidos podem aumentar a viscosidade do sangue. Esta característica é chamada de deformabilidade eritrocitária. A outra característica é a tendência a se agregar, de ficarem “grudados”, chamada de agregação eritrocitária. Estes comportamentos dos eritrócitos e sua influência na viscosidade do sangue serão o assunto do próximo post.

Two characteristics of erythrocytes influence blood viscosity. Because erythrocytes are deformable, if they become more rigid they can increase blood viscosity. This characteristic is called erythrocyte deformability. The other characteristic is the tendency to aggregate, to “stick together”, called erythrocyte aggregation. These behaviors of erythrocytes and their influence on blood viscosity will be the subject of the next post.

Doutor Paulo Luiz Farber
Secretário-Geral da Sociedade Portuguesa de Hemorreologia e Microcirculação
Médico do Hospital da Luz de Aveiro

Paulo Luiz Farber MD, PhD
General-Secretary of the Portuguese Society of Hemorheology and Microcirculation
Medical doctor at the Hospital da Luz de Aveiro