Estudo da Formação da Camada de Plasma em Microcanais

Bolsa de Integração na Investigação (BII)CEFT/BII/2009/01

Porto, Dezembro 2010

Realizado por: Cátia Fidalgo Orientado por: Rui LimaCo-orientado por: Ricardo Dias

Sumário

1. O Sangue2. Materiais e Métodos3. Software para o Estudo da Camada de Plasma4. Procedimento Experimental5. Resultados Experimentais6. Análise e Discussão dos Resultados7. Conclusões 8. Trabalhos Futuros

1. O Sangue

• Constituição: - Glóbulos Vermelhos- Glóbulos Brancos- Plaquetas Sanguíneas- Plasma Sanguíneo

• Comportamento: - Fluido Newtoniano (plasma)

- Fluido Não Newtoniano

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.

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;

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.

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.

Principal Objectivo

Determinar a Espessura da Camada de Plasma (ECP) em microcanais in vitro para diferentes hematócritos.

Parede de Cima (PC) Espessura da Camada de Plasma na PC

Parede de Baixo (PB)Glóbulo Vermelho (GV)

2. Materiais e MétodosMateriais utilizados:

– Sangue com diferentes hematócritos (35%, 24%, 15%, 9% e 2%);– Capilares de vidro borosilicato aprox. 100m; – Dextran 40 (Dx 40);– Etilenodiamino tetra-acético (EDTA);– Soro fisiológico;

Lima et al., Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel;, MST

2. Materiais e MétodosPreparação 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., Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel;, MST

2. Materiais e MétodosAquisição 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., Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel;, MST

3. Software para o Estudo da Camada de Plasma

• Phantom;

• Image J:• “Z-Project”;• “Brightness/Contrast”;• “Find Edges”;• “Binary”;• “MTrackJ”;

Image J

• “Z-Project”

• Intensidade Média;• Intensidade Máxima;• Intensidade Mínima;• Soma;• Desvio-padrão; Intensidade Máxima

Intensidade Mínima

Imagem Inicial

Image J

• “Find Edges” • “Binary”

Intensidade Máxima

“Find Edges”

Intensidade Máxima

“Binary”

Image J

• Imagens do “Z-Project”• “MTrackJ”

• Trajectória Glóbulos Vermelhos

4. Procedimento Experimental

• Trajectória dos Glóbulos Vermelhos (GVs)

4. Procedimento Experimental

• Trajectória dos Glóbulos Vermelhos (GVs)

4. Procedimento Experimental

• Imagens do “Z-Project”

Imagem Inicial (15% Hct) Intensidade Máxima

“Find Edges” “MTrackJ”

4. Procedimento Experimental

• Imagens do “Z-Project”

Imagem Inicial (15% Hct) Intensidade Mínima

“Find Edges” “MTrackJ”

5. Resultados Experimentais

Média Máximos Média Tracking Média Total0123456789

10

35% Hct

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

35% Hematócrito

(m)Intensidade Máxima “Tracking”

Média

Total

PC 7,0714 --------- 7,0714

PB 6,4552 9,5192 7,9872

Média ECP 6,7633 9,5192 8,1412

Parede de Cima (PC) Espessura da Camada de Plasma na PC

Glóbulo Vermelho (GV)Parede de Baixo (PB)

5. Resultados Experimentais

24% Hematócrito

(m)

Intensida

de

Máxima

Intensidade

Mínima

“Tracking

”

Média

Total

PC 5,5931 12,9061 12,2468 10,2486

PB 5,2381 11,1271 11,3132 9,2262

Média ECP 5,4156 12,0166 11,7799 9,7374

Média Máximo Média Mínimo Média Tracking Média Total0

2

4

6

8

10

12

14

24% Hct

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

15% Hematócrito

(m)

Intensidade

Máxima

Intensidade

Mínima

“Tracki

ng”

Média

Total

PC 8,2723 19,0988 19,2622 15,5444

PB 8,9379 14,3242 14,2 12,4873

Média ECP 8,6051 16,7115 16,7311 14,0159

Média Máximo Media Mínimo Média Tracking Média total02468

1012141618

15% Hct

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

5. Resultados Experimentais

9% Hematócrito

(m)

Intensidade

Máxima

Intensidade

Mínima

“Trackin

g”

Média

Total

PC 10,0821 14,4449 -------- 12,2635

PB 10,5944 12,5025 20,95 14,6823

Média ECP 10,3382 13,4737 20,95 14,9206

Média Máximo Média Mínimo Média Tracking Média Total0

5

10

15

20

25

9% Hct

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

2% Hematócrito

(m)

Intensidade

Máxima

Intensidade

Mínima

“Tracki

ng”

Média

Total

PC 14,5526 13,0462 -------- 13,7994

PB 13,0382 12,2426 26,45 17,2436

Média ECP 13,7954 12,6444 26,45 17,6299

Média Máximo Média Mínimo Média Tracking Média Total0

5

10

15

20

25

30

2% Hct

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

6. Análise e Discussão dos Resultados

35% Hct 24% Hct 15% Hct 9% Hct 2% Hct0

5

10

15

20

25

30

Z-Project (Máximo)Z-Project (Mínimo)Tracking

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

A espessura da camada de plasma aumenta com a diminuição do hematócrito.

6. Análise e Discussão dos Resultados

Microcanais

de PDMS

37%

Hematócrito

23%

Hematócrito

13%

Hematócrito

3%

Hematócrito

Média (m) 7,561 9,283 11,190 22,80

Hct 35% Hct 24% Hct 15% Hct 9% Hct 2%0

5

10

15

20

25

30

TrackingMédia PDMS

Espe

ssur

a da

Cam

ada

de P

lasm

a (

m)

Com o aumento do diâmetro do microcanal, verifica-se o aumento da espessura da camada de plasma.

Maeda, Nobuji; Erythrocyte Rheology in Microcirculation; Japanese Journal of Physiology, 1996.

Resultados in vitro (100m e 75m)

Resultados in vivo

7. 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 in vitro são 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”;

8. 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 microcirculação in vivo.

Estudo da Formação da Camada de Plasma em Microcanais

Porto, Dezembro 2010

Obrigada pela atenção!!