Video de alta velocidad resuelve uno de los grandes misterios del flujo sanguíneo humano

Los glóbulos rojos son discos bicóncavos flexibles que pasan su vida suspendidos en el plasma sanguíneo. Son, con mucho, el componente más grande de la sangre ordinaria y, en consecuencia, juegan un papel muy importante en la forma en que fluye por el cuerpo.

En condiciones ordinarias, los glóbulos rojos se apilan para formar estructuras llamadas rouleaux como paquetes cilíndricos de monedas. Estos se forman y se rompen constantemente, pero también pueden enredarse. Cuando esto sucede, la sangre se vuelve más espesa y eventualmente se coagula.

Pero es fácil imaginar que estas estructuras de rouleaux pueden causar problemas a medida que los vasos sanguíneos se hacen más pequeños; los vasos más pequeños son un poco más grandes que los propios glóbulos rojos.

Pero los hematólogos saben desde hace mucho tiempo que esto no sucede. Resulta que la sangre tiene una propiedad única que evita este tipo de enredos: se vuelve más delgada y más líquida cuando pasa por canales más pequeños. Por qué sucede esto es algo misterioso.

Pero hoy, Manouk Abkarian y en la Universidad de Montpellier en Francia y algunos amigos dicen que han descubierto lo que está pasando. Estos chicos han usado cámaras de video de alta velocidad para registrar el comportamiento de los glóbulos rojos en las mismas condiciones que experimentan las células en el cuerpo humano. Y dicen que sus resultados anulan el pensamiento convencional sobre el papel de los glóbulos rojos en la sangre.

Primero algunos antecedentes. La propiedad que hace que la sangre se diluya cuando fluye a través de vasos más pequeños se conoce como adelgazamiento por cizallamiento. Se produce cuando las fuerzas en una parte de un líquido difieren de las de otra, provocando un esfuerzo cortante. Los físicos llaman fluidos no newtonianos a los líquidos que se comportan así.

Los esfuerzos cortantes ocurren naturalmente en el flujo a través de cualquier recipiente. Esto se debe a que el fluido más cercano a la superficie del recipiente se mueve más lentamente que el fluido en el medio y esto genera un esfuerzo cortante. Pero, ¿cómo es que el esfuerzo cortante hace que la sangre fluya más?

Parte del rompecabezas es que los biólogos saben desde hace mucho tiempo que el plasma sanguíneo es un fluido newtoniano: su viscosidad no se ve afectada por el esfuerzo cortante. Entonces, cualquier comportamiento no newtoniano debe ser causado por los glóbulos rojos, que están suspendidos en el plasma sanguíneo y constituyen hasta el 45 por ciento de la sangre.

En la década de 1970, los hematólogos comenzaron a estudiar el comportamiento de estas células suspendidas en soluciones acuosas de polisacáridos de dextrano, que se pensaba que imitaban las condiciones del cuerpo. Descubrieron que los glóbulos rojos saltan como monedas cuando el esfuerzo cortante es bajo. Pero a medida que aumenta el esfuerzo cortante, las células se orientan con el flujo y se vuelven estables. De hecho, las células se alargan en la dirección del flujo formando elipsoides achatados.

Esto condujo a una influyente teoría del flujo sanguíneo. Esta teoría sugería que en estas circunstancias los glóbulos rojos se comportan como gotas líquidas. En otras palabras, la sangre se comporta como una emulsión.

Pero una célula solo puede comportarse como una gota si su membrana también se comporta como un fluido. Y eso tiene algunas consecuencias importantes.

Cuando las células forman elipsoides achatados, las fuerzas de cizallamiento hacen que giren. El citoplasma dentro de la célula es más viscoso que el líquido exterior, por lo que la membrana debe rotar más rápidamente que el citoplasma interior. Desde un lado, esto parecería el movimiento de una vía de tanque.

El llamado paso de tanque se ha convertido en un fenómeno aparentemente bien conocido para los glóbulos rojos que se mueven dentro de los vasos sanguíneos pequeños.

Pero Abkarian y compañía ahora dicen que esta teoría del comportamiento de los glóbulos rojos es incorrecta. Para empezar, señalan que las primeras soluciones de polisacáridos de dextrano no reproducían con precisión las condiciones dentro del cuerpo. También dicen que las membranas de los glóbulos rojos no pueden comportarse como un líquido y que, por lo tanto, es imposible pisar un tanque.

En cambio, utilizan cámaras de video de alta velocidad para registrar el comportamiento de los glóbulos rojos en microcanales a temperatura corporal en soluciones de dextrano que imitan la viscosidad, la osmolaridad y el pH de la sangre. Luego variaron la tensión de cizallamiento experimentada por los glóbulos rojos al controlar la tasa de flujo.

Los resultados hacen una lectura interesante. Abkarian y sus colegas dicen que la viscosidad de la sangre sufre una serie de transformaciones notables a medida que aumentan las tensiones de cizallamiento y que éstas son el resultado de cambios complejos en el comportamiento de los glóbulos rojos.

Al principio, los glóbulos rojos caen como monedas en la sangre. Pero a medida que aumentan los esfuerzos cortantes, esta caída cambia a un movimiento de balanceo. Las celdas parecen rodar sobre sus costados, como llantas fuera de control. Y a medida que aumenta la proporción de células que hacen esto, la viscosidad del fluido cae.

Pero rodar es muy diferente a pisar un tanque, que requiere que la membrana actúe como un fluido. De hecho, Abkarian y compañía dicen que la característica clave del comportamiento es que las membranas de los glóbulos rojos no actúan como fluidos.

A medida que las tensiones de cizallamiento aumentan aún más, las celdas comienzan a aplastarse, lo que presenta un área de superficie más pequeña para el flujo. Esto conduce a un mayor adelgazamiento por cizallamiento, dicen Abkarian y compañía.

Y a medida que la tensión de cizallamiento aumenta aún más, los glóbulos rojos se distorsionan y desarrollan tres o seis lóbulos. No está claro exactamente cómo sucede esto, pero contribuye al adelgazamiento por cizallamiento al permitir que las células se plieguen y, por lo tanto, reduzcan aún más su área de superficie.

El equipo respalda sus observaciones creando un modelo informático de las celdas, que reproduce este comportamiento cuando se aplican las mismas tensiones de cizallamiento.

Ese es un resultado interesante. Significa que la teoría de las gotas líquidas de los glóbulos rojos es incorrecta y que la sangre no se comporta como una emulsión. De hecho, el comportamiento observado solo es posible si la membrana de los glóbulos rojos no se vuelve fluida y, por lo tanto, separa el plasma de manera más efectiva del citoplasma dentro de la célula. La falta de fluidez de la membrana para el contraste de alta viscosidad entre los fluidos internos y externos es la característica clave que controla el comportamiento de los glóbulos rojos, dicen Abkarian y compañía.

El nuevo pensamiento tiene algunas implicaciones importantes. Los hematólogos han usado la idea de la sangre como una emulsión para explicar varios fenómenos fisiológicos. Por ejemplo, pisar un tanque es una parte clave de una teoría que explica cómo los glóbulos rojos liberan ATP. Nuestro estudio cuestiona la relevancia de una analogía similar a una gota para la dinámica de los glóbulos rojos para explicar estos fenómenos, dicen los investigadores.

Los fluidos vivos como la sangre son muy importantes. Entonces, una mejor comprensión de su comportamiento inevitablemente ayudará a los investigadores a manejarlo de manera más efectiva. Será interesante ver cómo el derrocamiento de este pensamiento convencional impactará en este campo.

Ref: arxiv.org/abs/1608.03730 : Una nueva mirada al adelgazamiento de la sangre

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