Højhastighedsvideooptagelser løser et af de store mysterier ved menneskelig blodgennemstrømning

Røde blodlegemer er fleksible bikonkave skiver, der tilbringer deres liv suspenderet i blodplasma. De er langt den største bestanddel af almindeligt blod og spiller derfor en enormt vigtig rolle i den måde, det strømmer gennem kroppen på.

Under almindelige forhold stables røde blodlegemer sammen for at danne strukturer kaldet rouleaux som cylindriske pakker af mønter. Disse dannes konstant og går i stykker, men de kan også blive sammenfiltrede. Når dette sker, bliver blodet tykkere og størkner til sidst.

Men det er let at forestille sig, at disse rouleaux-strukturer kan forårsage problemer, da blodkar bliver mindre - de mindste kar er lidt større end de røde blodlegemer selv.

Men hæmatologer har længe vidst, at dette ikke sker. Det viser sig, at blod har en unik egenskab, der forhindrer denne form for snerren - det bliver tyndere og mere flydende, når det passerer gennem mindre kanaler. Præcis hvorfor dette sker er noget mysterium.

Men i dag siger Manouk Abkarian og ved universitetet i Montpellier i Frankrig og et par venner, at de har fundet ud af, hvad der foregår. Disse fyre har brugt højhastighedsvideokameraer til at optage røde blodlegemers adfærd under de samme forhold, som cellerne oplever i den menneskelige krop. Og de siger, at deres resultater vælter konventionel tænkning om røde blodlegemers rolle i blodet.

Først lidt baggrund. Den egenskab, der gør blodet tyndere, når det strømmer gennem mindre kar, er kendt som shear udtynding. Det sker, når kræfterne i en del af en væske adskiller sig fra dem i en anden, hvilket forårsager forskydningsspænding. Fysikere kalder væsker, der opfører sig sådan, for ikke-newtonske væsker.

Forskydningsspændinger forekommer naturligt i strømmen gennem ethvert kar. Det skyldes, at væsken nærmest overfladen af ​​karret bevæger sig langsommere end væsken i midten, og dette skaber en forskydningsspænding. Men hvordan gør forskydningsstress blodet mere flydende?

En del af puslespillet er, at biologer længe har vidst, at blodplasma er en newtonsk væske - dens viskositet er upåvirket af forskydningsspænding. Så enhver ikke-newtonsk adfærd skal være forårsaget af de røde blodlegemer, som er suspenderet i blodplasma og udgør op til 45 procent af blodet.

I 1970'erne begyndte hæmatologer at studere adfærden af ​​disse celler suspenderet i vandige opløsninger af dextranpolysaccharider, som man mente at efterligne betingelser i kroppen. De fandt ud af, at røde blodlegemer vender som mønter, når forskydningsspændingen er lav. Men efterhånden som forskydningsspændingen stiger, orienterer cellerne sig med strømmen og bliver stabile. Faktisk forlænges cellerne i strømningsretningen og danner oblate ellipsoider.

Dette førte til en indflydelsesrig teori om blodgennemstrømning. Denne teori antydede, at røde blodlegemer under disse omstændigheder opfører sig som væskedråber. Med andre ord opfører blod sig som en emulsion.

Men en celle kan kun opføre sig som en dråbe, hvis dens membran også opfører sig som en væske. Og det har nogle vigtige konsekvenser.

Når cellerne danner oblate ellipsoider, får forskydningskræfterne dem til at rotere. Cytoplasmaet inde i cellen er mere tyktflydende end væsken udenfor, så membranen skal rotere hurtigere end cytoplasmaet indeni. Fra siden ville dette ligne bevægelsen af ​​et tankspor.

Såkaldt tank-treading er blevet et tilsyneladende velkendt fænomen for røde blodlegemer, der bevæger sig inde i små blodkar.

Men Abkarian og co siger nu, at denne teori om røde blodlegemers adfærd er forkert. Til at begynde med påpeger de, at de tidlige opløsninger af dextranpolysaccharider ikke nøjagtigt reproducerede tilstande i kroppen. De siger også, at røde blodlegemers membraner ikke kan opføre sig som en væske, og at tank-tramping derfor er umulig.

I stedet bruger de højhastighedsvideokameraer til at registrere røde blodlegemers adfærd i mikrokanaler ved kropstemperatur i dextranopløsninger, der efterlignede blodets viskositet, osmolaritet og pH. De varierede derefter forskydningsspændingen, som de røde blodlegemer oplevede ved at kontrollere strømningshastigheden.

Resultaterne giver interessant læsning. Abkarian og co siger, at blodets viskositet gennemgår en række bemærkelsesværdige transformationer, efterhånden som forskydningsspændingerne øges, og at disse er resultatet af komplekse ændringer i røde blodlegemers adfærd.

Først vælter røde blodlegemer som vendte mønter i blodet. Men efterhånden som forskydningsspændingerne øges, ændres denne tumbling til en rullende bevægelse. Cellerne ser ud til at rulle på deres sider, som løbske dæk. Og efterhånden som andelen af ​​celler, der gør dette, stiger, falder væskens viskositet.

Men rulning er meget anderledes end tanktrin, hvilket kræver, at membranen fungerer som en væske. Faktisk siger Abkarian og co, at nøgletræk ved adfærden er, at røde blodlegememembraner ikke fungerer som væsker.

Efterhånden som forskydningsspændingerne øges yderligere, begynder cellerne at blive klemt, hvilket giver et mindre overfladeareal til strømmen. Dette fører til en yderligere forskydningsudtynding, siger Abkarian og co.

Og efterhånden som forskydningsspændingen stiger yderligere, bliver de røde blodlegemer forvrænget i form og udvikler tre eller seks lapper. Præcis hvordan dette sker er ikke klart, men det bidrager til forskydningsudtynding ved at tillade cellerne at folde sig og dermed reducere deres overfladeareal endnu mere.

Holdet understøtter deres observationer ved at skabe en computermodel af cellerne, som gengiver denne adfærd, når de samme forskydningsspændinger påføres.

Det er et interessant resultat. Det betyder, at væskedråbeteorien om røde blodlegemer er forkert, og at blod ikke opfører sig som en emulsion. Faktisk er den observerede adfærd kun mulig, hvis den røde blodlegememembran ikke bliver flydende og dermed adskiller plasmaet mere effektivt fra cytoplasmaet inde i cellen. Manglen på membranfluiditet for høj viskositetskontrast mellem indre og ydre væsker er nøgleegenskaben, som styrer røde blodlegemers adfærd, siger Abkarian og co.

Nytænkningen har nogle vigtige implikationer. Hæmatologer har brugt ideen om blod som en emulsion til at forklare forskellige fysiologiske fænomener. For eksempel er tanktræning en vigtig del af en teori, der forklarer, hvordan røde blodlegemer frigiver ATP. Vores undersøgelse stiller spørgsmålstegn ved relevansen af ​​en dråbelignende analogi for røde blodlegemers dynamik for at forklare disse fænomener, siger forskerne.

Levende væsker som blodet er enormt vigtige. Så en bedre forståelse af deres adfærd vil uundgåeligt hjælpe forskere med at håndtere den mere effektivt. Det bliver interessant at se, hvordan væltning af denne konventionelle tænkning vil påvirke dette felt.

Ref: arxiv.org/abs/1608.03730 : Et nyt kig på blodfortynding

skjule