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
Sumário
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
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
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
componentes
intersticial;
troca
com
dos
seus
o
líquido
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
circulatório;
ao
longo
do
sistema
-
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
Glóbulo Vermelho (GV)
Parede de Baixo (PB)
2. Materiais e Métodos
Materiais utilizados:
–
–
–
–
–
Sangue com diferentes hematócritos (35%, 24%, 15%, 9% e 2%);
Capilares de vidro borosilicato aprox. 100m;
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 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., Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell
suspension flow in a square microchannel;, MST
2. 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., 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;
Imagem Inicial
Intensidade Máxima
Intensidade Mínima
Image J
• “Find Edges”
• “Binary”
Intensidade Máxima
Intensidade Máxima
“Find Edges”
“Binary”
Image J
• “MTrackJ”
• Trajectória Glóbulos
Vermelhos
• Imagens do “Z-Project”
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
35% Hematócrito
“Tracking”
PC
7,0714
---------
7,0714
PB
6,4552
9,5192
7,9872
Média ECP
6,7633
9,5192
8,1412
(m)
Parede de Cima (PC)
Espessura da Camada
de Plasma na PC
Média
Intensidade Máxima
Total
Parede de Baixo (PB)
Glóbulo Vermelho (GV)
Espessura da Camada de Plasma
(m)
35% Hct
10
8
6
4
2
0
Média Máximos
Média Tracking
Média Total
5. Resultados Experimentais
24% Hematócrito
(m)
Intensida
de
Máxima
Intensidade
“Tracking
Média
Mínima
”
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
15% Hematócrito
Intensidade
Intensidade
“Tracki
Média
(m)
Máxima
Mínima
ng”
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
15% Hct
14
12
10
8
6
4
2
0
Média Máximo Média Mínimo Média Tracking
Média Total
Espessura da Camada de Plasma
(m)
Espessura da Camada de Plasma
(m)
24% Hct
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Média Máximo Media Mínimo Média Tracking
Média total
5. Resultados Experimentais
9% Hematócrito
Intensidade
Intensidade
“Trackin
Média
(m)
Máxima
Mínima
g”
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
2% Hematócrito
Intensidade
Intensidade
“Tracki
Média
(m)
Máxima
Mínima
ng”
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
2% Hct
25
20
15
10
5
0
Média Máximo Média Mínimo Média Tracking
Média Total
Espessura da Camada de Plasma
(m)
Espessura da Camada de Plasma
(m)
9% Hct
30
25
20
15
10
5
0
Média Máximo Média Mínimo Média Tracking
Média Total
6. Análise e
Resultados
Discussão
dos
30
Espessura da Camada de Plasma (m)
25
20
Z-Project (Máximo)
15
Z-Project (Mínimo)
Tracking
10
5
0
35% Hct
24% Hct
15% Hct
9% Hct
2% Hct
A espessura da camada de plasma aumenta com a diminuição do hematócrito.
6. Análise e
Resultados
Discussão
dos
Maeda, Nobuji; Erythrocyte Rheology in Microcirculation;
Japanese Journal of Physiology, 1996.
Microcanais
37%
23%
13%
3%
de PDMS
Hematócrito
Hematócrito
Hematócrito
Hematócrito
Média (m)
7,561
9,283
11,190
22,80
Espessura da Camada de Plasma (m)
30
25
20
Tracking
15
Média PDMS
Resultados in vivo
10
5
0
Hct 35%
Hct 24%
Hct 15%
Hct 9%
Hct 2%
Resultados in vitro (100m e 75m)
Com o aumento do diâmetro do
microcanal, verifica-se o aumento da
espessura da camada de plasma.
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 semiautomáticos 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
Obrigada pela atenção!!
Porto, Dezembro 2010