Viskosimetrie
Viskosimetrie
Englischer Begriff
viscosimetry
Definition
In der Medizin wird die Viskosimetrie zur Messung der inneren Reibung und des Fließens (Fluidität, ein reziproker Parameter der Viskosität) von Plasma, Vollblut (Hämorheologie) und Synovialflüssigkeit verwendet. Experimentell wurde die Abhängigkeit des Flussvolumens in dünnen Kapillaren von der Viskosität von Jean Léonard Marie Poiseuille (1797–1869) und Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen (1797–1884) untersucht (Gesetz von Hagen-Poiseuille).
Physikalisch-chemisches Prinzip
Auf das Blut wirkt durch die Pumpkraft des Herzens eine Schubkraft oder Schubspannung ein, es kommt zu einer „viskösen Deformation“, die zu einer Scherung führt (Verschiebung der Ebenen in einem Flussprofil). Plasma ist annähernd eine Newtonsche Flüssigkeit, in der die Schergeschwindigkeit proportional zur Schubspannung ist, der Proportionalitätsfaktor ist die dynamische Viskosität η, gemessen in mPa·s (SI-Einheit) bzw. in cP (centipoise). Blut verhält sich rheologisch anders als Plasma, im Wesentlichen als Nicht-Newtonsche Flüssigkeit. In den verschiedenen Gefäßregionen strukturiert sich das Blut in unterschiedlicher Weise, bei höherer Schubkraft sinkt die Blutviskosität unter Verminderung der Erythrozytenaggregation. Bei gegebener Schergeschwindigkeit wird die dynamische Viskosität vorwiegend durch die Zellzahl (Hämatokrit) bestimmt. Auch Strukturveränderungen und geänderte Oberflächeneigenschaften der Erythrozyten steigern die Viskosität (Sphärozyten, Sichelzellenkrankheit, intrazelluläre Dehydration).
Einsatzgebiet
Plasmaviskosität:
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Hyper- und Dysproteinämien bei akuten und chronischen Infektionskrankheiten sowie bei Tumoren. Besonders Plasmozytome, M. Waldenström Kryoglobuline und Hyperfibrinogenämien können zu einem Hyperviskositätssyndrom führen (Blutdrucksteigerung, Seh- und neurologische Störungen, Schleimhautblutungen, Durchblutungsstörungen). Aus den Konzentrationswerten der Plasmaproteine kann man die Viskosität nicht quantifizieren, dazu bedarf es der Messung.
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Erfolgskontrolle der Plasmapherese
Blutviskosität:
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Einsatz bei Mikrozirkulationsstörungen, Venenthrombosen, Durchblutungsstörungen bei Plasmozytom und M. Waldenström (s. oben).
Synovialflüssigkeit:
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Nachweis der Viskositätsminderung bei entzündlichen Prozessen (Abnahme von Hyaluronan), Viskosität der Synovialflüssigkeit.
Abschätzung der Achsenverhältnisse von Molekülen: Die spezifische Viskosität ηsp = η–1 = 2,5 φ (φ = Volumenanteil in der Lösung) hat bei kugelförmigen Teilchen einen Viskositätsfaktor von 2,5; bei einem Achsenverhältnis 1:30 (Fibrinogen) steigt der Faktor auf 75 an.
Instrumentierung
Plasmaviskosität:
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Kugelfallmethode (kaum verwendet)
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Ubbelohde-Viskosimeter (umständliche Reinigung)
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Kapillarschlauchviskosimeter (Passagezeitmessung, Einwegmaterial, übliche Labormethode). Referenzbereich: 1,14–1,38 mPa·s; relativ (bezogen auf Wasser) 2,01 ± 0,17
Blutviskosität (Hämorheologie):
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Rotationsviskosimeter (Platte/Kegel oder Zylinder/Zylinder oder Kapillarviskosimeter) mit variablen Scherkräften (abhängig von Hämatokrit, Erythrozyten-Aggregation und -deformierbarkeit). Die Messung kann bei nativem oder standardisiertem Hämatokrit erfolgen. Die Referenzbereiche sind abhängig von Schergeschwindigkeit und Methode. Der Anstieg des Hämatokrits um eine Einheit erhöht die Viskosität um 4 %. Temperaturerhöhung senkt die Blutviskosität, was umgekehrt bei Hypothermie zu beachten ist. Referenzbereich: ca. 3–4 mPa.s.
Fehlermöglichkeit
Einhaltung von standardisierten Bedingungen bei der Blutentnahme: keine Stauung, Nüchternbedingungen. Konstante Temperatur 25 oder 37 °C bei der Messung. Intraassay-VK <2 %.
Praktikabilität – Automatisierung – Kosten
Mechanisierte bzw. automatisierte computergestützte Geräte stehen zur Verfügung. Die Anwendung und Interpretationsqualität ist vom Spezialisierungsgrad der klinischen Einrichtung abhängig.
Bewertung – Methodenhierarchie (allg.)
Eine Berechnung der Viskosität aus anderen klinisch-chemischen und physiologischen Kenngrößen ist nicht oder nur angenähert möglich. Die Plasmaviskosität ist ein gut reproduzierbarer globaler Parameter mit geringer intraindividueller Variabilität (VKi <2 %) und ist für Therapieentscheidungen und Verlaufskontrollen gut geeignet. Außerdem ist sie ein unabhängiger Risikoindikator für die koronare Herzkrankheit.
Ähnliche Aussagen zur Dysproteinämie, besonders zu Erhöhungen von Fibrinogen und α2-Makroglobulin, und bei einer Akute-Phase-Reaktion, liefert die Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit (s. Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit nach Westergren). Bedeutung für die Synovialflüssigkeit s. Viskosität der Synovialflüssigkeit.
Literatur
Alexy T, Pais E, Wenby RB et al (2005) Measurement of whole blood viscosity profiles via an automated viscosimeter: technical details and clinical relevance. Clin Lab 51:523–529PubMed
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Schuff-Werner P (1996) Methoden zur Messung rheologischer Kenngrößen und ihre klinische Bewertung. DG Klin Chem Mitteil 27:133–137 und (1997) 28:83–86