人體血液、人體精液、含羞草勻漿液力學滯后環(huán)與屈服應力各自特點

施永德

（復旦大學上海醫(yī)學院生物物理學教研室，上海 200032）

1 前言：力學滯后環(huán)

給某一個系統(tǒng)施加力時，這系統(tǒng)就會給出相應的反應力。前者是作用力，后者是反作用力。這一對力之間存在著某種依賴性，也存在著某種差異性。通過這一對力的分析，可知該系統(tǒng)的物質結構在受力過程中的變化，從而推知這一系統(tǒng)物質所具有的功能。舉一個最簡單的例子，如用手把一把榔頭對某塊大巖石用力一敲，巖石的反作用力會把手上“虎口”振的非常疼痛，說明巖石的結構非常堅硬；如用手把同一榔頭對于某塊棉花毯一敲，棉花毯的反作用力很弱，不會把手上“虎口”振痛，說明棉花毯的結構非常柔軟。從這一個簡單的例子，可說明對于某一系統(tǒng)給以作用力與其反作用力的分析，可以知道物質的結構及其與功能的關系。巖石也好、棉花毯也好，這是大型的、人們所熟悉的東西與常識而已，不舉這個例子普通人們也知道其原理和常識。然而對于人體的細胞、血液、精液、植物的勻漿液、蛋白質、核酸等生物物質的力學滯后環(huán)與屈服應力而言，就有不同研究的價值了。所謂力學滯后環(huán)，是不僅觀察作用力與反作用力之間的力量數(shù)值上的差異，而且還要觀察作用力與反作用力之間在時間上、數(shù)值上存在著互相滯后與衰減的差異。把所給的作用力由小至大、反作用力發(fā)生數(shù)值與時間的關系，同時將其逆向過程也連續(xù)地記錄下來，根據這一記錄結果可以畫出該系統(tǒng)的力學滯后環(huán)的圖形，又根據滯后環(huán)的形狀和曲線走向，可以推知系統(tǒng)內物質的結構和能量變化的關系。力學滯后環(huán)技術是一項高技術，它涉及到所給作用力數(shù)值自動控制與記錄、反作用力產生數(shù)值系列的自動記錄、以及與時間、溫度等多維數(shù)據實時采集，有計算機與信息技術發(fā)展的今天，就能更妥善精密實現(xiàn)。此外醫(yī)學生物學所研究的對象，往往是所取樣品十分寶貴、索取樣品量又少、所給樣品系統(tǒng)的作用力是非常微小的（大了就把樣品本身搞壞了），力小難以精確定量化、相應地其反作用力的數(shù)值也微量化，因此這項技術在醫(yī)學生物學中的研究，與工程學上相比，增加了難度，往往被傳統(tǒng)醫(yī)學生物學工作者所忽略。本文擬將血液、精液、含羞草勻漿液此三種力學滯后環(huán)的特點做比較，說明該技術在醫(yī)學生物學中有利用與普及的價值。

2 實現(xiàn)力學滯后環(huán)測定的技術條件

需給一個樣品系統(tǒng)施加應力（或切變率）與時間呈三角波的伺服系統(tǒng)（如圖1），也即給測定系統(tǒng)施加由零應力（或切變率）開始，按照一定時間間隔，逐步上升到一個最大值；然后按同一時間間隔，由此應力（或切變率）最大值退回至零。在此過程中，記錄下給測定系統(tǒng)施加力數(shù)值、系統(tǒng)內部對此作反應的力、系統(tǒng)的溫度與時間的對應記錄。這些數(shù)據的采集若有計算機控制下自動實現(xiàn)，就更加容易些。本文部分實驗結果是采用上海航天局矯樹魁高級工程師為首所研制的空氣軸承HT流變儀和美國Brookfield所提供的計算機程序型DVⅡ流變儀而實現(xiàn)的。上海、國內和國際的行家，有足夠能力達到以上水平。

圖1 切變率（或應力）時控三角波伺服系統(tǒng)示意圖

3 力學滯后環(huán)的方法、分類及理論基礎

3.1 方法 將施加切變率的順序為橫坐標、將記錄下的系統(tǒng)內部給出反作用應力作為縱坐標，進行作圖，看這些圖中的曲線的走向與數(shù)值，就可以用滯后環(huán)的理論推測被測物質在力作用下結構的變化以及推測其所具有的功能。

3.2 分類與理論基礎 以理論和作者結合實驗室的測定結果，力學滯后環(huán)可分為5類。5個類型的理論上曲線走向說明，以及力作用下系統(tǒng)內物質結構的變化的預測和系統(tǒng)內能量變化：Ⅰ.順時針走向的單環(huán)：系統(tǒng)耗散外加作用力的能量（即所圍面積為能量密度速度的和），系統(tǒng)內物質結構由聚集變?yōu)榉稚?，體系內部發(fā)生柔化和稀化（圖2A）；Ⅱ.逆時針走向的單環(huán)：系統(tǒng)內增加的能量，系統(tǒng)內物質結構由分散變?yōu)榫奂?，由顆粒形成三維網絡結構，體系內部發(fā)生稠化或固化（圖2B）；Ⅲ.“8”字形走向的雙環(huán)，中間有一個臨界交點，近零處為逆時針走向（解釋與Ⅱ相一致），遠零處為順時針走向（解釋與Ⅰ相一致）（圖2C）；Ⅳ.“8”字形走向的雙環(huán)，近零處為順時針走向，遠零處為逆時針走向（雖然可如此推論，但作者尚未測定到過如此情景的材料）（圖2D）；Ⅴ.無環(huán)型，即上升線與下降線為完全重合的直線，如純水測定結果就是如此，說明在力的作用下，系統(tǒng)結構和理化性質沒任何改變（圖2E）。

圖2 力學滯后環(huán)的分類及理論基礎示意圖

5個類型中，作者的實驗室，除了Ⅳ類型以外，其他幾種類型已有過實驗記錄，從下文的血液、精液、含羞草勻漿液的力學滯后環(huán)記錄，可知道其各自的特點。

4 滯后環(huán)技術中的屈服應力測定

滯后環(huán)技術與被測定系統(tǒng)的屈服應力測定是結合在一起的。當切變率三角波由零逐步增大至最大設計值，然后由最大設計值切變率回歸到0 s-1時，如果此時被測系統(tǒng)還存在著應力的話，就與縱坐標大于零處相交。其交點的應力值這就是屈服應力值。對于流體而言屈服應力可以定義為：切變率回歸為0 s-1時的所具有剪切應力（也可以說系統(tǒng)發(fā)生變形與流動的最小應力）。圖3示如何用滯后環(huán)的三角波終點回歸法，獲得屈服應力的直接測定的示意圖。當滯后環(huán)的下降線回歸終點時與縱坐標發(fā)生相交，其交點的縱坐標應力值，就是直接讀到的屈服應力值，圖中300 mPa就是被測樣本的屈服應力值，箭頭示滯后環(huán)的走向，為了說明該法的原理，該圖的數(shù)字是人工模擬數(shù)值。

圖3 滯后環(huán)三角波終點法獲得屈服應力值直接測定的示意圖

5 血液滯后環(huán)

血液滯后環(huán)屬于圖2中的Ⅲ型, 即“8”字形走向的雙環(huán)，中間有一個臨界交點，近零處為逆時針走向，遠零處為順時針走向。在上世紀70年代Huang和Fabisiak[1]測定了血液滯后環(huán)，由于技術條件的限制，他們只測定到遠零處為順時針走向環(huán)，根據實驗結果建立Huang氏全血流變學方程。到了上世紀80年代陳叔奇和梁子鈞[2]報道，他們不僅遠零處測定到順時針走向環(huán)，也測定到近零處的逆時針走向環(huán)，兩個環(huán)之間的臨界點切變率為1～2 s-1，并對以上方程提出了修正意見。在上世紀90年代，本文作者實驗室對一系列健康人和缺血性中風病人進行了測定和比較，與陳叔奇和梁子鈞的報道基本上是一致的，同時方波和江體乾[3]用動力學方法擬合出4參數(shù)的全血流變學方程來表達整個滯后環(huán)的走向。本文將作者實驗室的測定結果與臨床應用做過如下工作大致描述如下[4]。測定正常男性30 名、女性14 名；缺血性中風病人男性25 例、女性17 例。實驗采用的儀器是上海航天局矯樹魁高級工程師為首所研制的空氣軸承HT流變儀（該技術曾獲上海市科學技術一等獎，榮獲國家科學技術二等獎）。圖4為女性缺血性中風病人與女性正常人血液滯后環(huán)形態(tài)平均值的比較，由于男性情況也相近，故在本文中不再列入。從其“8”字形滯后環(huán)的形態(tài)可以提取出有價值數(shù)據。如“8”字形滯后環(huán)的中間交叉點，將之分為兩個環(huán)，近零處是一個逆時針環(huán)（這代表著物體吸收了能量或增加了能量，實際上就是紅細胞在切變率或剪切力為零時形成緡錢體結構，使血液具有黏彈性體的反應性），而遠零處是一個順時針環(huán)（這代表著物體耗散了外加的能量，該能量來自流變儀轉動馬達，實際上就是紅細胞緡錢體在切變率或剪切力較大時把緡錢體結構打散的作用，而形成較小的緡錢體或單個的紅細胞的反映），中間的臨界交叉點對于正常男女來說切變率約為1 s-1，而缺血性中風病人則為1.4 s-1，增加了40%。對于滯后環(huán)所圍面積而言，它代表著所涉及的能量密度速度的大小。對于近零處的逆時針滯后環(huán)而言，正常人男性為0.17 erg·cm-3·s-1，而男性缺血性中風病人為0.39 erg·cm-3·s-1，后者增加了130%；正常人女性為0.09 erg·cm-3·s-1，而女性缺血性中風病人為0.19 erg·cm-3·s-1，后者增加了111%。以上結果表明缺血性中風患者的紅細胞形成巨大緡錢體的能力很強（形成緡錢體體積大、形成速度快、吸收能量多）。對于遠零處的順時針滯后環(huán)而言，正常人男性為0.15 erg·cm-3·s-1，而男性缺血性中風病人為0.40 erg·cm-3·s-1，后者增加了167%；正常人女性為0.15 erg·cm-3·s-1，而女性缺血性中風病人為0.28 erg·cm-3·s-1，后者增加了87%。以上結果表明缺血性中風患者的紅細胞緡錢體要分散為小個的緡錢體或單個紅細胞所需要的能量，要比正常人大得多（因為紅細胞在通過微小血管時必須以單個紅細胞才能夠通過）。至于個別病例，以上兩個參數(shù)可以比正常人高出幾倍、幾十倍、幾百倍。如此的情況如果發(fā)生在未發(fā)生缺血性中風之前，這種對象預先處理好，這就避免發(fā)生缺血性中風。

此外，缺血性中風患者的血液滯后環(huán)的位置明顯往高上升的，這說明血液在流動的過程中，所消耗的能量明顯增加，其消耗的能量可以分為兩部分，一部分為維持血液由黏彈性物體變?yōu)榭闪鲃拥牧黧w所消耗的能量，另一部分為消耗于流體流動過程中克服內摩擦力所消耗的能量。

對于前者而言，就是與血液的屈服應力有關。滯后環(huán)技術的另一特別之處，可以直接測定被測液體的屈服應力。血液也有屈服應力，在各人之間是有差別的。我們應用上文已經提到的滯后環(huán)三角波終點回歸法，獲得屈服應力直接測定。當滯后環(huán)的下降線回歸終點時與縱坐標發(fā)生相交，其交點的縱坐標應力值，就是直接讀到的屈服應力值。如此從圖4的滯后環(huán)曲線與縱坐標相交的交點可以讀出該值，即正常女性的屈服應力是12 mPa，而缺血性中風患者的屈服應力是20.7 mPa，后者比前者增加了73%。同樣根據作者實驗室的研究資料示，男性正常人屈服應力平均值為16 mPa，缺血性中風病人的平均值為26.4 mPa，后者增加了65%。也就是說缺血性中風患者要維持自己的血液具有流動性，要比正常人多付出60%～70%的能量。圖4中可見，以縱坐標0～屈服應力值這一段為一邊，與橫坐標為另一邊，所構成的矩形面積，就是心臟付出要讓血液具有流動性的能量密度速度的總和，這些能量均來自于自己心臟的搏動，并維持至生命的終結。因此腦血管病、任何血管病不能不與心功能連在一起的。圖5示正常人與缺血性中風病人的屈服應力值的比較，可以看出病人組的屈服應力值明顯高于正常人60%～70%，說明病人的心臟要比正常人多負擔60%～70%的能量消耗。

圖4 缺血性中風病人（系列2，17 例）與正常人（系列1，14 名）血液滯后環(huán)形態(tài)平均值的比較

圖5 正常人與缺血性中風病人的屈服應力值的比較

至于后者，即消耗于流體流動過程中克服內摩擦力所消耗的能量部分，就是圖3中曲線下的這一塊面積，除去前所述的屈服應力矩形面積以外的其他部分面積，就代表著其所消耗的能量密度速度。可以看出其面積缺血性中風患者要比對照組的大得多，這一結果也具有保健價值，因為偏離對照組過高，應該加以預防與治療。此外從理論上說，同樣對照組或疾病組自身而言，其上升線與下降線是有些區(qū)別的，上升線總體來說所圍面積要比下降線所圍面積大些，其原因在于切變率上升過程中，紅細胞緡錢體驅散成單個紅細胞或較小緡錢體的過程需要消耗能量，在下降過程中具有滯后作用與慣性作用，不能夠按時地復聚回到屆時的上升線狀態(tài)，因此消耗的能量比較小些。其原因是切變率歸零附近時，紅細胞群體突然地出現(xiàn)形成緡錢體的高潮，需要補償消耗能量，這就致使上升線與下降線所圍的面積差別。曲線下的面積又可以分為曲線下的非線性與線性的兩部分，施偉等[5]已經分別地進行了處理，并將非線性部分實現(xiàn)了連續(xù)反應動力學的數(shù)值解, 對這“8”字形的滯后環(huán)的理論物理意義作了理論與實際應用的解釋。

至于正常男女性別之間，存在著某種差異，原因是女性在具有生育年齡期間，紅細胞壓積低10%左右，因此女性要比男性下降一些，但是差別不是很大的。到了女性喪失生育能力后，紅細胞壓積幾乎男女均等，此時男女差別幾乎就沒有。

以上血液滯后環(huán)的圖形就是一個正常與異常的比較，掌握了滯后環(huán)的基本知識后，就可以知道其血液循環(huán)中的體液部分屬于正常還是異常，它是一個具有深厚物理學理論基礎的工具。就是物理學基礎不太好的，看看滯后環(huán)的圖形與正常人的比較，也可領會其中醫(yī)學生物學的價值，因此在科學發(fā)展的今天，該技術是可以推廣與普及的。

以上工作的完成要感謝華山醫(yī)院秦芝九、唐鎮(zhèn)生、呂傳真等教授與作者一起在上世紀90年代，向衛(wèi)生部申請關于“腦血管病的血液流變學研究”基金共同完成工作的一部分內容，同時得到上海航天局矯樹魁高級工程師在儀器上的支持，這儀器屬于上海市第九人民醫(yī)院血液科楊景文和樂忠慶醫(yī)務專家研究室的設備，病人來自華山醫(yī)院與中山醫(yī)院的急癥室，由如上單位和合作者共同完成的。

6 精液滯后環(huán)

人類精液是繁衍人類自己的最重要生命物質，如果人類精液的質量存在著問題，人類自己的繁衍肯定受到了影響。因此人類精液的質量研究是人類科學研究中的重要課題。以往研究精液的質量總是強調生物化學和細胞生物學的方法，而忽視應用物理學和力學的方法，其實后者是影響因素最小的條件下進行的。為此本文作者課題組采用力學滯后環(huán)技術來檢測健康父親的精液特點。測定儀器是采用美國Brookfield流變儀公司的電腦程序式DVⅡ型流變儀，切變率調節(jié)在0－1－0 s-1三角波，用該公司提供的軟件，在Windows下進一步自己編制自動采樣程序，實現(xiàn)應力、切變率、時間、溫度的多維自動采樣。精液采樣取自健康父親，采用手淫方法放精，精液直接射在流變儀的測量杯中，每1 分鐘測量1 個滯后環(huán)，一直測定20 min，實現(xiàn)了連續(xù)20 個滯后環(huán)的測定，結果如圖6所示[6]。

圖6 射精后1～20 min內，同一精液的滯后環(huán)的每分鐘所測定的圖像，由于5～20 min的滯后環(huán)互相重疊在一起，將在圖8、圖9、圖10分別加以表達

從圖6可見：第1分鐘的滯后環(huán)屬于逆時針滯后環(huán)，由于應力超出儀器測量范圍，故測定半途中，儀器自動終止測定，但是可以計算出其屈服應力在3 000～4 000 mPa，滯后環(huán)所圍面積意味著液體流動過程中所需要的能量密度速度，第1分鐘的滯后環(huán)所圍的面積至少為20.90 erg·cm-3·s-1，意味著精液以此能量密度速度值吸收了能量，展示此時的精液明顯地屬于黏彈性體的；第2分鐘的滯后環(huán)可以完整測出，它是一個典型的逆時針滯后環(huán)，其屈服應力約為2 000 mPa，所圍的面積是13.89 erg·cm-3·s-1，故而是黏彈性體；第3分鐘，它也是一個典型的逆時針滯后環(huán)，其屈服應力約為843 mPa，所圍的面積是4.12 erg·cm-3·s-1，故而也是黏彈性體。但是到了第4分鐘時，其典型的逆時針滯后環(huán)大大消失，所圍的面積大大減少，其屈服應力大大變小，故而已屬于流體。第5分鐘及其以后，幾乎所有滯后環(huán)相差不太大，互相重疊一起。由此可以想象出以下情景：精液儲藏在男人精囊里時，其周圍的介質是屬于黏彈性體，它可以從介質里吸取營養(yǎng)，但是其行動是受到限制的，其實精子在積蓄力量，等待射精以后，當精液在4～5 min內液化后，精子開始游向卵細胞并與卵細胞結合受精，發(fā)育成為新的個體。也就是說男人的射精這一力學行為，立即啟動了精液由靜止過渡到精子發(fā)生強力活動的狀態(tài)，男人的射精力如同催化劑一樣，啟動了精液的生物學、物理學與化學性質的大改變，至少在我們的實驗結果里，展示出在5 min之內，由黏彈性體變?yōu)橐后w，有利于精子游動至卵細胞附近實現(xiàn)受精與人類繁殖的功能。圖7示精液射出后，滯后環(huán)試驗中讀出屈服應力值，由近4 000～5 000 mPa之大，在4～5 min下降為50 mPa左右的情景（由于其中0 min與1 min的屈服應力的數(shù)值已經超出儀器測定范圍，其值是根據直線類推出來的。

圖7 精液射出后滯后環(huán)試驗讀出屈服應力值由近4 000～6 000 mPa在4～5 min下降為50 mPa左右情景

由于圖6中的滯后環(huán)曲線互相重疊在一起，本文擬將其中某些滯后環(huán)圖形分別繪制，做些有價值的比較。如圖8示精液被男人射出后在20 min內的滯后環(huán)曾經有過三種類型的滯后環(huán)。1～3 min為逆時針環(huán)（圖中來自第3分鐘的滯后環(huán)數(shù)據）；3～4 min，遠零處有如此機會：滯后環(huán)合并為一條直線形狀，但是近零處仍保留有逆時針環(huán)（圖中數(shù)據是模擬的）；4～20 min后為“8”字形滯后環(huán)（切變率0.2～0.4 s-1時有一分界點。右邊為順時針環(huán)，左邊仍為逆時針環(huán)），此時液體在遠零處示觸變性流體，近零處示黏彈性流體，因為液體中有精子與精液的液化介質的蛋白質或蛋白質解體后的產物充分存在，使之不會完全地失去其觸變性與黏彈性這兩種共有的性質。

圖8 精液被男人射出后在20 min內的滯后環(huán)有三種類型的示意圖

由于圖6中的20 個滯后環(huán)曲線互相重疊一起，故圖9按照精液射出的時間，分別取2、3、4、5、10、20 min的滯后環(huán)畫圖，可見0～3 min是屬于逆時針環(huán)的，4 min以后則為“8”字形雙環(huán)。前者，呈現(xiàn)為精液屬于黏彈性體；后者，具有雙重性，遠零處屬于觸變性流體，近零處屬于黏彈性體。說明后者的精液已經更具有流動性了。由于4 min后的曲線仍然互相重疊，為此圖10再做一次改善。

圖9 按照精液射出時間來分，0～3 min之前是屬于逆時針環(huán)的，4 min起則為“8”字形雙環(huán)。前者示全滯后環(huán)呈現(xiàn)為精液屬于黏彈性體。后者則不同，遠零處具有觸變性流體，近零處屬于黏彈性體。由于圖6中4～20 min的曲線滯后環(huán)互相疊在一起，故本圖選擇如上6 個曲線滯后環(huán)作展示，但是4 min后曲線仍然互相重疊，為此圖10再做一次改善。

圖10 在5 min以后出現(xiàn)“8”字形雙環(huán)滯后環(huán)作圖時，互相擁擠一起看不清其變化趨勢，為此在此圖選擇5、10、20 min時的同類“8”字形環(huán)列出，可看出其趨勢是：隨著分鐘數(shù)的延長，雙環(huán)間的分界點逐步向切變率零處靠攏，遠零處的順時針環(huán)所圍面積逐步減少，近零處的逆時針環(huán)所圍面積也逐步減少，意味著液體的觸變性與黏彈性隨時間的延長均逐步下降，但是并不完全地消失，因為液體中有精子與精液的液化介質的蛋白質與蛋白質解體的產物充分存在，使液體保持留存應有的觸變性與黏彈性。

由于在圖6中，5 min以后出現(xiàn)“8”字形雙環(huán)滯后環(huán)作圖時，互相擁擠看不清其變化趨勢，為此在圖10選擇了5、10、20 min時滯后環(huán)作比較，可看出其趨勢是：隨著分鐘數(shù)的延長，雙環(huán)間的分界點逐步向切變率零處靠攏，遠零處的順時針環(huán)所圍面積逐步減少，近零處的逆時針環(huán)所圍面積也逐步減少，意味著液體的觸變性與黏彈性隨時間的延長均逐步下降，但是并不完全地消失，因為液體中有精子與精液的液化介質中的蛋白質與解體蛋白質產物的充分存在，使液體保持著留存的應有的觸變性與黏彈性。

健康父親的精液必須具有如此的雙重性質：射精之前具有高屈服應力的黏彈性，射精后具有在4～5 min就液化成屈服應力只有30 mPa左右的流體。沒有這雙重性，就會失去生育能力。這一性質的雙重性表現(xiàn)在：精液在男人的精囊里，是安放在具有黏彈性網絡結構中，精子可以吸取營養(yǎng)，但是它的行動是受到限制的，因人類的繁殖需要精子積蓄力量，等到男人射出精液至女方陰道后、并精液液化后，方讓精子強烈地游動，實現(xiàn)其“兩萬五千里的長征”，達到卵細胞處，并鉆入卵細胞實現(xiàn)受精，需知參與這種“兩萬五千里的長征”的精子有上億個，只有其中第一個游動冠軍實現(xiàn)自然選擇，鉆進了卵細胞實現(xiàn)了繁衍生育下一代的功能，而其他的精子都被卵細胞發(fā)出蛋白質信號，通知他們均成為淘汰品。男人的射精的力作用，還觸動了精液內部的一系列蛋白酶的激活，將構成網絡體系的精液液體中的蛋白質長肽鏈結構，剪切為小肽鏈或氨基酸，此時盡快地拆掉保護精子的蛋白質網絡體系，放精子們充分地出游，盡快游動去尋找卵細胞實現(xiàn)受精。如果男人的精液在射精以前，在精囊里就已經很稀薄，其精子已經在精囊里自由活動著，其能量以及能量的來源已經消耗掉，射精后的“兩萬五千里的長征”就不能夠做到，如此就失去了生育能力；另一方面即使精液在精囊里也好、射出后也好都很厚，具有充分的黏彈性，如果沒有在約5 min實現(xiàn)液化，繼續(xù)保持具有網絡性的黏彈性體，那么精子也不能夠實現(xiàn)其“兩萬五千里的長征”的游動能力實現(xiàn)受精的。滯后環(huán)技術妥善地揭示了人類自生繁衍的力學條件，這種技術可以成為今后男性精液健康與否的標志。這種精液的功能和行為是人類和哺乳類動物長期進化的結果。本工作受到當時在上海博康生殖醫(yī)院工作的汪四七博士的合作與支持。

7 含羞草勻漿液滯后環(huán)

作者從事生物物理學教學時，課上當論及什么是物質的觸變性時說，物質在力的作用下發(fā)生了性質的改變，這就是觸變性。學生們不能理解如此解釋觸變性的定義。作者再補充說如同含羞草一樣，在小小的力的作用下，葉子就垂了下去；如果沒有力的作用，含羞草又恢復為原來樣子，這種因為力的作用而變化，撤去力的作用又恢復原樣的性質，就是觸變性。如此解釋后學生們就理解了什么是觸變性。然而含羞草為什么會受力而動，也在中國的科普著作“十萬個為什么”中解釋為，含羞草受力以后其葉柄的背側滲透壓提高，而其腹側滲透壓下降所致。但作者退休以后，親自種了含羞草，用含羞草葉漿做其滯后環(huán)試驗，其結果是與“十萬個為什么”中的解釋是不同的。實驗方法是將含羞草的葉子和葉柄用蒸餾水做成勻漿，采用美國Brookfield流變儀公司的電腦程序式DVⅡ型流變儀，切變率調節(jié)在0-1-0 s-1、0-2-0 s-1、0-4-0 s-1、0-6-0 s-1、0-10-0 s-1多種三角波，用該公司提供的軟件，在Windows下進一步自己編制自動采樣程序，實現(xiàn)應力、切變率、時間、溫度的多維自動采樣，以完成各種滯后環(huán)的測定。其中0-1-0 s-1的三角波作用下的滯后環(huán)如圖11，由于其他切變率三角波的圖像有雷同，本文就不再列出了[7]。

圖11 植物含羞草（A）、豬骨骼肌肉（B）、植物葉下珠（C）三種勻漿懸浮液（濃度均為壓實體積的15%）的滯后環(huán)的比較

圖12示在0-1-0 s-1三角波作用下三種勻漿液滯后環(huán)讀出的屈服應力值的比較，可以看出只有含羞草勻漿液明顯產生屈服應力值，而其他兩種不明顯。而且圖13示其屈服應力值隨著三角波切變率的峰值程度增加而增加著，說明含羞草勻漿液在如此三角波切變率條件下是屬于剪切硬化的流體。圖13橫坐標為6種切變率三角波的類型，如0-0.1-0示三角波由0 s-1逐步上升為0.1 s-1，然后又從0.1 s-1退回至0 s-1，其余即類推。

圖12 在0-1-0 s-1三角波作用下三種勻漿液滯后環(huán)讀出的屈服應力值的比較

圖13 含羞草在6種切變率三角波作用下讀出的屈服應力值

8 有關問題的討論

切變率范圍：本文研究滯后環(huán)，在血液用0-5-0 s-1的三角波，在精液為0-1-0 s-1三角波，含羞草勻漿液用的最低為0-0.1-0 s-1的三角波，最高用的0-4-0 s-1三角波，說明樣品切變率不宜太高。茅福成作為上海市衛(wèi)生局的官方檢測血液流變學指標標準化時列出的數(shù)據[8]，有的廠商與醫(yī)院采用切變率有高達200 s-1。在如此高的程度，估計有的紅細胞已被切碎。本文滯后環(huán)試驗沒有采用如此高的切變率，否則以上3種物質的結構也好，觸變性也好，聚集性也好，是測不出來了的。對生物樣品而言，太高不僅測不出原有的流變學行為，而且損壞樣品原有性質。流變學測定中，用什么切變率要看樣品，如工程學上的水泥與混凝土，用很高的切變率；但生物樣品，如用太高的切變率，恰恰起到相反的作用（而低切變率技術的實現(xiàn)，是流變學中更難的），本文的資料也有參考價值。

滯后環(huán)與屈服應力具有明確的物理意義，對之能否測定也是對儀器與技術的一種評價，優(yōu)質的流變儀可以測定。建議很多單位在用流變儀過程中，檢測樣品的滯后環(huán)與屈服應力是否也可以，進行這種嘗試是無害的。

不管是什么物質，只要在力的作用下，有物質結構的改變，即可以通過滯后環(huán)技術檢測出來，在此介紹給讀者參考，嘗試今后在醫(yī)學生物學中是否具有應用價值。但其分子結構水平上的變化，需要分子生物學、結構生物學、細胞生物學、生物化學、蛋白質或細胞骨架等技術加以配合，共同來確定。