اللزوجة الديناميكية: كيف نفهم مقاومة السوائل للجريان؟

اللزوجة الديناميكية مقياس للمقاومة الداخلية التي يبديها السائل عندما تنزلق طبقاته بعضها فوق بعض. تخيل سائلًا بين سطحين، أحدهما ثابت والآخر يتحرك؛ تتحرك الطبقة القريبة من السطح المتحرك أسرع من الطبقات الأبعد، وتنشأ مقاومة لهذا الاختلاف في السرعة. كلما زادت اللزوجة، احتجنا إلى قوة أكبر للحفاظ على الحركة نفسها في الظروف ذاتها.

يُستخدم الرمزان μ أو η عادةً للتعبير عنها. وفي السوائل التي تتبع السلوك النيوتوني، تساوي اللزوجة الديناميكية نسبة إجهاد القص إلى معدل القص. والمقصود بإجهاد القص القوة الموازية المؤثرة على وحدة المساحة، بينما يصف معدل القص اختلاف سرعة الطبقات بالنسبة إلى المسافة بينها.

قد يُوصف السائل اللزج في الحديث اليومي بأنه ثقيل، لكن هذا التعبير لا يوضح الخاصية المقصودة علميًا. فهناك فروق أساسية بين ثلاثة مصطلحات شائعة:

• اللزوجة الديناميكية: تصف مقاومة السائل للتشوه والجريان تحت تأثير قوى القص.
• الكثافة: تصف كتلة المادة الموجودة في حجم معين، ولا تحدد وحدها مدى سهولة انسيابها.
• اللزوجة الحركية: تساوي اللزوجة الديناميكية مقسومة على كثافة السائل، وتُستخدم في تطبيقات هندسية وفيزيائية مختلفة.

لذلك قد يتقارب سائلان في الكثافة ويختلفان كثيرًا في اللزوجة. كما لا يصح استخدام قيم اللزوجة الحركية والديناميكية بالتبادل دون مراعاة الكثافة ووحدات القياس.

وحدة اللزوجة الديناميكية في النظام الدولي هي باسكال·ثانية، وتُكتب Pa·s. وتُستخدم أيضًا وحدة ميلي باسكال·ثانية، التي تساوي سنتيبواز واحدًا. أما اللزوجة الحركية فلها وحدات مختلفة، مثل المتر المربع لكل ثانية. ولهذا ينبغي قراءة اسم الخاصية والوحدة معًا قبل مقارنة أي قيمتين.

تُقاس اللزوجة بأجهزة تعتمد على مبادئ مختلفة؛ فقد يُقاس زمن مرور السائل خلال أنبوب شعري، أو مقاومته لدوران جزء داخل العينة. وتسمح أجهزة قياس السلوك الانسيابي بدراسة تغير اللزوجة عند معدلات قص مختلفة، بدلًا من الاكتفاء بقيمة واحدة.

لا يكون الرقم مفيدًا دون معرفة ظروف القياس. وتشمل هذه الظروف درجة الحرارة، ونوع العينة، وطريقة تحضيرها، والجهاز المستخدم، ومعدل القص عند الحاجة. ولا توجد قيمة طبيعية واحدة تصلح لجميع السوائل أو لجميع الفحوص الطبية.

درجة الحرارة

تنخفض لزوجة معظم السوائل عند ارتفاع حرارتها؛ فالعسل الدافئ ينساب عادةً بسهولة أكبر من العسل البارد. لكن لا يجوز تعميم هذا السلوك على كل المواد، فالغازات تتصرف بصورة مختلفة، وبعض التركيبات المعقدة قد تتغير بنيتها مع التسخين.

التركيب والتركيز

تؤثر الجزيئات الذائبة والجسيمات المعلقة والتفاعلات بينها في مقاومة الجريان. وقد تزداد اللزوجة مع ارتفاع تركيز بعض البروتينات أو البوليمرات، لكن مقدار التغير يعتمد على نوع المادة وليس على تركيزها وحده. وفي السوائل الحيوية، تتداخل عدة مكونات لتحديد النتيجة النهائية.

معدل القص والزمن

تظل لزوجة السوائل النيوتونية، مثل الماء في الظروف المعتادة، ثابتة تقريبًا عند تغيير معدل القص مع ثبات الحرارة والضغط. أما السوائل غير النيوتونية فقد تصبح أقل أو أكثر لزوجة عند التحريك أو التدفق. وقد يعتمد سلوك بعض المواد أيضًا على مدة تعرضها للقص، كما يحدث في بعض أنواع الهلام والمعلقات.

الدم ليس سائلًا متجانسًا بسيطًا؛ فهو يحتوي على خلايا معلقة في البلازما. لذلك يتأثر جريانه بنسبة حجم كريات الدم الحمراء، وقدرتها على التشكل والتجمع، وبروتينات البلازما، ودرجة الحرارة، ومعدل القص. ويُعد الدم الكامل سائلًا غير نيوتوني، إذ تقل لزوجته الظاهرية عادةً مع زيادة معدل القص.

تختلف لزوجة البلازما عن لزوجة الدم الكامل، لأنها تُقاس دون الخلايا. ولهذا لا تعني نتيجة فحص لزوجة البلازما أنها تصف جميع العوامل المؤثرة في جريان الدم داخل الأوعية. كما أن الدورة الدموية تعتمد على عوامل أخرى، مثل قطر الأوعية وضغط الدم ووظيفة القلب.

قد تؤدي زيادة شديدة في بعض بروتينات الدم، كما في بعض أمراض خلايا الدم، إلى متلازمة فرط اللزوجة. وقد ترتفع لزوجة الدم أيضًا مع زيادة كبيرة في عدد خلايا معينة. لكن وجود سبب محتمل أو نتيجة مرتفعة لا يكفي وحده لتحديد شدة الحالة أو الحاجة إلى علاج عاجل.

لا. اللزوجة خاصية تتعلق بمقاومة الجريان، أما التجلط فهو عملية تشارك فيها الصفائح الدموية وعوامل التخثر لتكوين خثرة. وقد تتداخل بعض الحالات المرضية مع العمليتين، لكنهما ليستا مترادفتين، ولا تكشف اختبارات التخثر المعتادة عن لزوجة الدم مباشرةً.

كذلك لا يمكن تشخيص فرط اللزوجة من لون الدم الداكن، أو مظهره أثناء السحب، أو بطء امتلاء أنبوب العينة. فقد تتأثر هذه الملاحظات بعوامل تقنية متعددة. ولا ينبغي تناول الأسبرين أو مضادات التخثر بهدف تقليل اللزوجة دون تقييم طبي؛ فقد تسبب نزيفًا ولا تعالج السبب المقصود.

تساعد دراسة اللزوجة في ضبط جودة الشراب الدوائي والمعلقات والكريمات والقطرات والمستحضرات القابلة للحقن. فهي تؤثر في سهولة الصب والانتشار والمرور عبر الإبرة، وقد تؤثر في ثبات المستحضر ومدة بقائه على سطح التطبيق. لكن اللزوجة الأعلى لا تعني أن المنتج أقوى أو أفضل علاجيًا.

• اتبع تعليمات التخزين، لأن الحرارة غير المناسبة قد تؤثر في قوام بعض المستحضرات وثباتها.
• لا تُخفف دواءً بالماء أو تسخنه لتسهيل استعماله إلا وفق تعليمات واضحة من المختص.
• رُجّ المعلقات إذا نصت النشرة على ذلك، واستخدم أداة القياس المخصصة.
• اسأل الصيدلي عند حدوث تغير غير معتاد في القوام أو ظهور تكتلات لا تزول بالطريقة الموصى بها.

اطلب رعاية عاجلة عند حدوث اضطراب مفاجئ في الرؤية، أو صداع شديد غير معتاد، أو تشوش الوعي، أو ضعف بأحد جانبي الجسم، أو نزيف شديد. لهذه الأعراض أسباب متعددة، وبعضها طارئ، ولا ينبغي افتراض أنها ناتجة عن اللزوجة أو انتظار إجراء فحص خاص بها.

راجع الطبيب أيضًا إذا تكرر نزيف الأنف أو اللثة، أو استمر الصداع وتشوش الرؤية، خصوصًا عند وجود اضطراب معروف في بروتينات الدم أو خلاياه. وقد يطلب الطبيب تعداد الدم وفحوص البروتينات وقياس اللزوجة بحسب الحالة. العلاج موجّه إلى السبب؛ وقد تحتاج متلازمة فرط اللزوجة المصحوبة بأعراض إلى علاج بالمستشفى، بينما لا تُعد زيادة شرب الماء أو مميعات الدم بديلًا عن التقييم المناسب.