Estudo da Formação da Camada de Plasma em Microcanais

1. Estudo da Formação da Camada de Plasma em Microcanais Bolsa de Integração na Investigação (BII) CEFT/BII/2009/01 Realizado por: Cátia Fidalgo Orientado por: Rui Lima Co-orientado por: Ricardo Dias Porto, Dezembro 2010

2. Sumário • O Sangue • Materiais e Métodos • Software para o Estudo da Camada de Plasma • Procedimento Experimental • Resultados Experimentais • Análise e Discussão dos Resultados • Conclusões • Trabalhos Futuros

3. O Sangue • Constituição: - Glóbulos Vermelhos - Glóbulos Brancos - Plaquetas Sanguíneas - Plasma Sanguíneo • Comportamento: - Fluido Newtoniano (plasma) - Fluido Não Newtoniano

4. Glóbulos Vermelhos • Hemácias ou Eritrócitos; • Forma de disco bicôncavo com 8 m de diâmetro; • Constituídos por globulina e hemoglobina; • Transportam o oxigénio e dióxido de carbono; • Capacidade de deformação; • Hematócrito : percentagem ocupada pelos glóbulos vermelhos no volume total de sangue.

5. Plasma Sanguíneo • Porção líquida ou não celular do sangue; • Constituído por 90% de água e o restante por diversas substâncias em suspensão; • Transporta substâncias dissolvidas como nutrientes, medicamentos e produtos sólidos; • Permite a troca dos seus componentes com o líquido intersticial;

6. Viscosidade Sanguínea • Depende da percentagem de hematócrito e das proteínas plasmáticas; • Quanto maior o hematócrito, maior a viscosidade; • Efeito Fahraeus-Lindqvist nos pequenos vasos a viscosidade tem muito menos efeitos em relação aos grandes vasos; Lima et al., Single and two-Phase Flows on Chemical and Biomedical Engineering, 2010.

7. Escoamento Sanguíneo • Varia bastante ao longo do sistema circulatório; • Durante o repouso o escoamento é pequeno mas aumenta com o trabalho; • Existem dois tipos: escoamento laminar e turbulento; • O sangue tem um comportamento laminar; Lima et al., Single and two-Phase Flows on Chemical and Biomedical Engineering, 2010.

8. Principal Objectivo Determinar a Espessura da Camada de Plasma (ECP) em microcanais invitropara diferentes hematócritos. Espessura da Camada de Plasma na PC Parede de Cima (PC) Glóbulo Vermelho (GV) Parede de Baixo (PB)

9. Materiais e Métodos Materiais utilizados: • Sangue com diferentes hematócritos (35%, 24%, 15%, 9% e 2%); • Capilares de vidro borosilicatoaprox. 100m; • Dextran 40 (Dx 40); • Etilenodiaminotetra-acético (EDTA); • Soro fisiológico; Lima et al., Confocalmicro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel;, MST

10. Materiais e Métodos Preparação do sangue: • Recolha de um paciente saudável e colocação de EDTA para não coagular; • Centrifugação para separar os componentes (glóbulos vermelhos e brancos e plasma); • Lavagem com soro fisiológico através da centrifugação e obtém-se as amostras com os hematócritos pretendidos; • Usar Dextran 40 para evitar a sedimentação das células e armazenar a 4ºC; Lima et al., Confocalmicro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel;, MST

11. Materiais e Métodos Aquisição de Imagens: • Microscópio invertido onde foi colocado o microcanal; • Com uma bomba seringa foi inserido o fluido com caudal constante; • Combinado um laser de forma a excitar os glóbulos vermelhos; • Obtenção das imagens para analisar. Lima et al., Confocalmicro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel;, MST

12. Software para o Estudo da Camada de Plasma • Phantom; • Image J: • “Z-Project”; • “Brightness/Contrast”; • “FindEdges”; • “Binary”; • “MTrackJ”;

13. Image J • “Z-Project” • Intensidade Média; • Intensidade Máxima; • Intensidade Mínima; • Soma; • Desvio-padrão; Imagem Inicial Intensidade Máxima Intensidade Mínima

14. Image J • “FindEdges” • “Binary” Intensidade Máxima Intensidade Máxima “FindEdges” “Binary”

15. Image J • Imagens do “Z-Project” • “MTrackJ” • Trajectória Glóbulos Vermelhos

16. Procedimento Experimental • Trajectória dos Glóbulos Vermelhos (GVs)

17. Procedimento Experimental • Trajectória dos Glóbulos Vermelhos (GVs)

18. Procedimento Experimental • Imagens do “Z-Project” Imagem Inicial (15% Hct) Intensidade Máxima “FindEdges” “MTrackJ”

19. Procedimento Experimental • Imagens do “Z-Project” Imagem Inicial (15% Hct) Intensidade Mínima “FindEdges” “MTrackJ”

20. Resultados Experimentais Espessura da Camada de Plasma na PC Parede de Cima (PC) Glóbulo Vermelho (GV) Parede de Baixo (PB)

21. Resultados Experimentais

22. Resultados Experimentais

23. Análise e Discussão dos Resultados A espessura da camada de plasma aumenta com a diminuição do hematócrito.

24. Análise e Discussão dos Resultados Maeda, Nobuji; Erythrocyte Rheology in Microcirculation; Japanese Journal of Physiology, 1996. Resultados in vivo Com o aumento do diâmetro do microcanal, verifica-se o aumento da espessura da camada de plasma. Resultados invitro(100m e 75m)

25. Conclusões • Os resultados experimentais sugerem que a trajectória dos GVs e a ECP são muito dependentes do hematócrito; • Um aumento do hematócrito leva a uma diminuição da ECP, verificando-se o mesmo na literatura; • Os resultados da ECP obtidos em microcanais de vidro são qualitativamente concordantes com os resultados de microcanais de PDMS e in vivo; • Quantitativamente, os resultados da ECP invitrosão sempre superiores à ECP in vivo; • Em relação aos métodos de análise de imagem usados, o que apresentou resultados mais satisfatórios foi o método de seguimento do GV ao longo das imagens (“Tracking”) e a opção de intensidade mínima no caso do método “Z-Project”;

26. Trabalhos Futuros • Melhorar a qualidade das imagens obtidas; • Utilização de métodos automáticos ou semi-automáticos para evitar erros humanos associados à análise de imagem; • Realização de ensaios com condições mais próximas do comportamento do sangue na microcirculaçãoin vivo.

27. Estudo da Formação da Camada de Plasma em Microcanais Obrigada pela atenção!! Porto, Dezembro 2010