4. A Viscosidade do Sangue na Microcirculação

4. Blood Viscosity in
Microcirculation

A importância dos eritrócitos na viscosidade do sangue na microcirculação

A saúde dos nossos órgãos e tecidos depende de como estes são nutridos e oxigenados. Como a nutrição e oxigenação dos tecidos é feita na microcirculação, e a viscosidade do sangue pode interferir na nutrição e oxigenação dos tecidos, alguns comportamentos dos glóbulos vermelhos são muito importantes para que os tecidos e orgãos sejam nutridos e oxigenados adequadamente.


The rule of erythrocytes on blood viscosity in the microcirculation

The health of our organs and tissues depends on how they are nourished and oxygenated. Since tissue nutrition and oxygenation are done in microcirculation, and blood viscosity can interfere with tissue nutrition and oxygenation, some behaviors of red blood cells are very important for tissues and organs to be properly nourished and oxygenated.

Como já vimos no post anterior (O Sangue e sua Viscosidade), a viscosidade do sangue depende da viscosidade do plasma (a fase líquida do sangue), do hematócrito (a proporção dos glóbulos vermelhos) e de duas características dos glóbulos vermelhos, a agregação eritrocitária (quando os eritrócitos ficam “grudados”) e a deformabilidade eritrocitária (a capacidade do eritrócito de se deformarem).

As seen in the previous post (The Blood and its Viscosity), the viscosity of the blood depends on the viscosity of plasma (the liquid phase of the blood), the hematocrit (the percentage of red blood cells), and two characteristics of red blood cells, the aggregation erythrocyte (when erythrocytes become “stuck”) and erythrocyte deformability (the ability of the erythrocyte to deform).

Na microcirculação (já detalhada no post A Microcirculação), conforme o calibre das artérias diminui, a importância dos glóbulos vermelhos na viscosidade sanguínea aumenta. Alguns capilares são até mais finos que o diâmetro de um eritrócito.


In the microcirculation (already detailed in the post The Microcirculation), as the caliber of the arteries decreases, the importance of red blood cells in blood viscosity increases. Some capillaries are even thinner than the diameter of one erythrocyte.

A figura abaixo mostra o que acontece com os eritrócitos conforme o diâmetro dos vasos sanguineos diminui. Nos vasos menores, a distância entre os eritrócitos fica maior, ou seja, a proporção entre glóbulos vermelhos e plasma (o hematócrito) diminui (este fenômeno é conhecido como efeito Fåhræus). A viscosidade do sangue nos vasos mais finos também diminui (efeito Fåhræus e Lindqvist). Enquanto os capilares sanguíneos forem de diâmetro maiores que os eritrócitos, a viscosidade do sangue nestes vasos muito pequenos vai ficar próxima da viscosidade do plasma. Já nos vasos menores em diâmetro que os glóbulos vermelhos, os eritrócitos serão os grandes responsáveis pela fluidez do sangue.


The figure below shows what happens to the erythrocytes as the blood vessel diameter decreases. In the smaller vessels, the distance between erythrocytes increases, that is, the proportion between red blood cells and plasma (the hematocrit) decreases (this phenomenon is known as the Fåhræus effect). Blood viscosity in thinner vessels also decreases (Fåhræus and Lindqvist effect). As long as the blood capillaries are larger in diameter than the erythrocytes, the blood viscosity in these very small vessels will be close to the plasma viscosity. In the vessels smaller in diameter than red blood cells, erythrocytes will be largely responsible for the fluidity of blood.

A figura acima representa as proporções entre o plasma e eritrócitos na microcirculação. Conforme o calibre do vaso diminui, a proporção entre eritrócitos e plasma (o hematócrito) também diminui. Acima é possível ver o fenômeno nos capilares da microcirculação sublingual (setas) . (figura modificada a partir de figuras disponibilizadas pela Servier neste website . A fotografia da microcirculação sublingual veio do nosso arquivo).

The figure above represents the proportions between plasma and erythrocytes in the microcirculation. As the diameter of de blood vessel decrease, the proportion between erythrocytes and plasma (the hematocrit) also decreases. The phenomenon can be seen above in the sublingual microcirculation capillaries  (image modified from figures provided by Servier on this website. The sublingual microcirculation photography came from our archive).

A influência dos eritrócitos na viscosidade sanguínea na microcirculação é maior nos vasos sanguíneos cujo diâmetro é menor que 300 µm. Duas características dos eritrócitos influenciam a viscosidade do sangue na microcirculação: A agregação eritrocitária (quando os glóbulos vermelhos ficam “grudados”) e a deformabilidade eritrocitárias (o quanto os glóbulos se deformam).

The rule of erythrocytes on blood viscosity in the microcirculation increases when blood vessel diameter drops below 300 µm. Two characteristics of erythrocytes influence the viscosity of blood in the microcirculation: Erythrocyte aggregation (when red blood cells are “stuck”) and erythrocyte deformability (how much the red blood cells can be deformed).

A Agregação Eritrocitária


The Erythrocyte Aggregation

A figura abaixo à direita mostra como os eritrócitos tendem a se agregar. Estes agregados, como pilhas de moedas são conhecidos como rouleau (singular) ou rouleaux (plural).

The figure below on the right shows how erythrocytes tend to aggregate. These aggregates, like stacks of coins, are known as rouleau (singular) or rouleaux (plural).

Eritrócitos não agregados (imagem da esquerda) e agregação eritrocitária (imagem da direita). (imagens do nosso arquivo)
Non-aggregated erythrocytes (image on the left) and erythrocyte aggregation(image on the right). (images from our archive)

As forças que impedem a agregação eritrocitária são a tensão de cisalhamento, a energia elástica da membrana dos eritrócitos e a repulsão eletrostática entre os glóbulos vermelhos. Na microcirculação, conforme a tensão de cizalhamento diminui, os glóbulos vermelhos tendem a se agregar.

The forces that prevent erythrocyte aggregation are shear stress, the elastic energy of the erythrocyte membrane, and the electrostatic repulsion between red blood cells. In the microcirculation, as shear stress decreases, the red blood cells tend to aggregate.

A força elétrica de repulsão entre as hemácias é um fator que vai ser detalhado em um post posterior, devido a sua complexidade. A elasticidade da membrana dos glóbulos vermelhos também está relacionada ao outro comportamento dos eritrócitos que interfere com a viscosidade do sangue na microcirculação: A deformabilidade eritrocitária.

The electrical force of repulsion between the red blood cells is a factor that will be detailed in a later post, due to its complexity. The elasticity of the red blood cell membrane is also related to the other behavior of erythrocytes that interferes with blood viscosity in the microcirculation: Erythrocyte deformability.

A Deformabilidade Eritrocitária

The Erythrocyte Deformability

Como vimos no vídeo no post anterior (para quem quiser ver novamente o link é https://youtu.be/n8Xv70JlRu4 ) os glóbulos vermelhos são deformáveis. Quando submetidos a uma pressão, como a tensão de cizalhamento ou o contato com as paredes dos vasos sanguíneos, os eritrócitos se deformam, retornando na sua forma original bicôncova quando a pressão diminui. Na microcirculação, principalmente nos capilares mais finos, os eritrócitos se “espremem”, se deformam, para que possam passar por estes vasos sanguíneos.

As we saw in the video of the previous post (for those who want to see again the link is https://youtu.be/n8Xv70JlRu4) red blood cells are deformable. Under a pressure such as shear stress or contact with blood vessel walls, erythrocytes deform, returning to their original biconcave form when pressure decreases. In microcirculation, especially in the thinnest capillaries, erythrocytes “squeeze”, deform, so that they can pass through these blood vessels.

A capacidade dos glóbulos vermelhos de se deformarem depende de vários fatores, como a elasticidade da membrana celular e a viscosidade interna do eritrócito. Glóbulos vermelhos de forma alterada, diferentes do formato de disco bicôncavo original, não se deformam adequadamente. Eritrócitos muito alterados, como na anemia falciforme, deformam muito pouco, prejudicando a microcirculação (figura abaixo).

The capacity of red blood cells to deform depends on several factors, such as the elasticity of the cell membrane and the internal viscosity of the erythrocyte. Altered red blood cells, distinct from the original biconcave disc shape, do not deform properly. Very altered erythrocytes, as in sickle cell anemia, deform very little, impairing the microcirculation (figure below).

Eritrócitos normais (A) e células falciformes (B). As células falciformes não se deformam e prejudicam a microcirculação, principalmente nas bifurcações (C) (figura modificada a partir de figuras disponibilizadas pela Servier neste website)
Normal erythrocytes (A) and sickle cells (B). Sickle cells do not deform and impair microcirculation, particularly at bifurcations (C) (image modified from figures provided by Servier on this website)

Doenças como diabetes, obesidade e doenças cardiovasculares entre outras, cursam com piora na agregação eritrocitária e deformabilidade eritrocitária. Essas doenças também apresentam alterações da microcirculação. Portanto tratamentos com o objetivo de melhorar a saúde destes pacientes devem melhorar também a microcirculação e a nutrição e oxigenação dos tecidos e órgãos. E neste sentido, o comportamento dos glóbulos vermelhos, como a agregação e a deformabilidade podem ser a chave para uma saúde melhor.

Diseases such as diabetes, obesity, and cardiovascular diseases, among others, are associated with erythrocyte aggregation and erythrocyte deformability impairment. These diseases also manifest alterations in microcirculation. Therefore, treatments aiming to improve the health of these patients should also improve microcirculation and the nutrition and oxygenation of tissues and organs. And in this sense, the behavior of red blood cells, such as aggregation and deformability, may be the key to better health.

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

3. O Sangue e sua viscosidade

3. The Blood and its viscosity

Como o assunto é muito técnico, vou simplificar o máximo para que este post seja acessível para todos.


As the subject is very technical, I will simplify it as much as possible so that this post is accessible to everyone.

A Viscosidade


The Viscosity

Para entendermos o que é viscosidade de de um fluido, vamos imaginar um líquido fluindo por um funil. Líquidos diferentes fluem com velocidades distintas. Se usarmos um mesmo funil, a água passará mais rápido do que o azeite. O que determina a velocidade com que a água ou o azeite fluem é a viscosidade. Quanto mais viscoso é um líquido, menor é a velocidade que ele flui nas mesmas condições que um outro menos viscoso. Portanto a viscosidade de um fluido é a resistência deste para escoar. A água provoca muito menos resistência à passagem do que o azeite, portanto a viscosidade da água é menor do que a do azeite.

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.

Quando a água flui por um tubo, as camadas mais próximas da parede sofrem maior atrito, gerando fluxos com velocidade diferentes. As camadas mais próximas da parede da mangueira fluem com velocidade menor das mais próximas ao centro.
When water flows through a pipe, the layers closest to the wall suffer greater friction, generating flows with different speeds. The layers closest to the wall flow at a slower velocity than those closest to the center.

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).

Figura representando o sangue que flui por uma artéria, onde se pode visualizar a importância dos eritrócitos (glóbulos vermelhos) . Na ampliação evidencia-se os elementos figurados do sangue. (imagem modificada a partir de figuras disponibilizadas pela Servier neste website).

Figure representing the blood flowing through an artery, where you can see the importance of erythrocytes (red blood cells). In the enlargement, the formed elements of the blood are highlighted.  (image modified from figures provided by Servier on this website).

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