A rede microcirculatória sanguínea é o local privilegiado das trocas entre o sangue e os órgãos: nutrientes, gases da respiração e resíduos da atividade metabólica são transferidos desde ou para as células vizinhas.
Nesse emaranhado denso e redundante de vasos, cujo diâmetro é próximo ao tamanho das células circulantes, como os glóbulos vermelhos e brancos, as interações físico-químicas são múltiplas. Observam-se importantes flutuações na velocidade de fluxo e no tempo de residência dos elementos circulantes in vivo, sem que os mecanismos pelos quais essas flutuações ocorrem sejam ainda totalmente compreendidos.
Devido à sua distribuição heterogênea nos vasos, os glóbulos vermelhos induzem leis de escoamento particulares, seja em termos de dissipação dentro dos vasos, seja na separação entre glóbulos e plasma nos pontos de ramificação.
Esses comportamentos têm sido estudados teoricamente há muitos anos e servem como base para os modelos atuais, cujo objetivo é prever a distribuição dos glóbulos vermelhos e das moléculas dissolvidas no plasma dentro da rede. Por analogia com o fluxo de fluidos simples, frequentemente é assumido que o fluxo resultante de uma condição constante ao longo do tempo na entrada da rede seria único e estacionário.
No entanto, estudos teóricos mais detalhados mostraram nos últimos anos a possibilidade de uma realidade mais complexa, resultante da forte não-linearidade dos modelos, onde vários regimes de escoamento podem coexistir (e se alternar aleatoriamente) sob as mesmas condições constantes de entrada na rede.
Exemplo de desvio seguido por uma porção dos glóbulos vermelhos para atravessar a rede. Este fluxo quebra a simetria em relação à linha horizontal do sistema.
© M. Alonzo e G. Coupier.
Em um trabalho recente, pesquisadores do Laboratório Interdisciplinar de Física (LIPhy, CNRS/Universidade Grenoble Alpes) e do Laboratório de Reologia e Processos (LRP, CNRS/Universidade Grenoble Alpes) desenvolveram uma experiência in vitro que evidencia essas soluções de múltiplos fluxos entre as quais o sistema oscila espontaneamente.
Nessas configurações de escoamento, uma parte significativa dos glóbulos e do fluido é desviada para canais transversais à direção principal do fluxo, prolongando consideravelmente seu tempo de permanência na rede.
Essas observações, corroboradas por uma modelagem desenvolvida por seus colaboradores americanos J. Geddes (Olin College) e N. Karst (Babson College), mostram que é necessário incluir em futuras modelagens essa instabilidade intrínseca ao fluxo sanguíneo na rede capilar, mesmo em situações não patológicas, pois essa alternância entre diferentes fluxos hidrodinâmicos pode acoplar-se aos múltiplos fenômenos perturbadores inerentes a esse meio: oclusões, passagem de glóbulos brancos, vasodilatação, etc. Esses resultados foram publicados na revista Physical Review Fluids.
Referência
Instabilidades espaço-temporais do fluxo sanguíneo em uma rede capilar modelo.
Mathieu Alonzo, Nathaniel J. Karst, Thomas Podgorski, John B. Geddes, and Gwennou Coupier.
Physical Review Fluids, publicado em 22 de outubro de 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevFluids.9.104401
Arquivo aberto: arXiv