La red microcirculatoria sanguínea es el lugar privilegiado de intercambios entre la sangre y los órganos: nutrientes, gases de la respiración y desechos de la actividad metabólica son transferidos hacia o desde las células vecinas.
En esta densa y redundante malla de vasos, cuyo diámetro es cercano al tamaño de las células circulantes como los glóbulos rojos y blancos, las interacciones físico-químicas son múltiples. Se observan importantes fluctuaciones en la velocidad del flujo y el tiempo de residencia de los elementos circulantes in vivo, sin que aún se comprenda mediante qué mecanismos ocurren estas fluctuaciones.
Debido a su distribución heterogénea dentro de los vasos, los glóbulos rojos generan leyes de flujo particulares, en términos de disipación dentro de los vasos o de separación entre glóbulos y plasma en los puntos de ramificación.
Estos comportamientos han sido estudiados teóricamente durante muchos años y constituyen la base de los modelos actuales, cuyo objetivo es prever la distribución de los glóbulos rojos y de las moléculas disueltas en el plasma dentro de la red. Por analogía con el flujo de fluidos simples, a menudo se asume que el flujo resultante de una condición constante en el tiempo en la entrada de la red sería único y estacionario.
Sin embargo, estudios teóricos más detallados han mostrado en los últimos años la posibilidad de una realidad más compleja, resultante de la fuerte no linealidad de los modelos, donde pueden coexistir (y alternar de forma aleatoria) múltiples regímenes de flujo bajo las mismas condiciones de forzamiento constante en la entrada de la red.
Ejemplo de desvío seguido por una porción de los glóbulos rojos para atravesar la red. Este flujo rompe la simetría de espejo respecto a la horizontal del sistema.
© M. Alonzo y G. Coupier.
En un trabajo reciente, investigadores del Laboratorio Interdisciplinario de Física (LIPhy, CNRS / Universidad Grenoble Alpes) y del Laboratorio de Reología y Procesos (LRP, CNRS / Universidad Grenoble Alpes) desarrollaron un experimento in vitro que pone en evidencia estas soluciones múltiples de flujo, entre las cuales el sistema oscila espontáneamente.
En estas configuraciones de flujo, una parte significativa de los glóbulos y del fluido es desviada hacia canales transversales a la dirección principal del flujo, lo que aumenta considerablemente su tiempo de residencia en la red.
Estas observaciones, respaldadas por un modelo desarrollado por sus colaboradores estadounidenses J. Geddes (Olin College) y N. Karst (Babson College), muestran que es necesario incluir en las futuras modelizaciones esta inestabilidad intrínseca al flujo de sangre en la red capilar, incluso en situaciones no patológicas, ya que esta alternancia entre diferentes regímenes hidrodinámicos puede acoplarse con múltiples fenómenos perturbadores inherentes a este medio: obstrucciones, paso de glóbulos blancos, vasodilatación, etc. Estos resultados han sido publicados en la revista Physical Review Fluids.
Referencia
Spatio-temporal instabilities of blood flow in a model capillary network.
Mathieu Alonzo, Nathaniel J. Karst, Thomas Podgorski, John B. Geddes, and Gwennou Coupier.
Physical Review Fluids, publicado el 22 de octubre de 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevFluids.9.104401
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