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Comment les globules rouges s’empilent-ils lors de la circulation dans les vaisseaux capillaires  ?

26 mai 2014

LIPhy - UMR 5588 , biophysique , hydrodynamique , écoulement , cellule

Contrairement à ce que l’on pensait jusqu’à présent, les contraintes hydrodynamiques importantes dans les vaisseaux capillaires ne détruisent pas les empilements de globules rouges. C’est la géométrie particulière de l’écoulement dans ces vaisseaux qui favorise ces empilements.

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Dans les vaisseaux sanguins, à faible vitesse d’écoulement, les globules rouges ont tendance à s’agréger entre eux. On pensait jusqu’à présent que l’extrême finesse des vaisseaux capillaires induisait des contraintes hydrodynamiques qui disloquaient ces fragiles agrégats. Des physiciens du Laboratoire Interdisciplinaire de Physique - LIPhy (CNRS / Univ. Joseph Fourier Grenoble) et de l’Université de Sarrebrück viennent de montrer à l’aide de travaux expérimentaux et théoriques qu’il n’en est rien. Ainsi, bien que les contraintes hydrodynamiques moyennes liées à l’écoulement dans la microcirculation dans les capillaires soient importantes devant les forces attractives entre globules, la configuration particulière de cet écoulement confiné favorise la stabilisation des agrégats. Ce résultat suggère que des variations de la concentration en protéines responsables de l’interaction attractive entre globules peuvent profondément modifier la répartition des globules dans la microcirculation et jouer un rôle dans les phénomènes d’occlusion capillaire. Ce travail est publié dans la revue Nature - Scientific Reports.

Les protéines du plasma, notamment le fibrinogène, sont responsables d’une interaction attractive entre les globules rouges, qui conduit au repos à une agrégation sous forme d’empilements semblables aux « rouleaux » de pièces de monnaie. Après avoir mesuré l’énergie d’interaction entre deux globules rouges en fonction de la concentration en macromolécules du plasma, les physiciens ont observé la structuration en piles des globules rouges dans des microcapillaires, et montré que leur taille moyenne est d’autant plus grande que l’énergie d’interaction est importante. Ils ont notamment remarqué que des agrégats robustes de quelques globules rouges se forment pour des concentrations de fibrinogène correspondant aux conditions physiologiques d’un humain en bonne santé. Des simulations numériques confirment ces mesures de manière qualitative et quantitative. C’est l’alignement des empilements de rouleaux au centre du capillaire qui favorise l’agrégation, et cela malgré les contraintes de cisaillement très importantes dans le fluide. Le résultat est que bien que relativement faible l’attraction entre globules rouges a des conséquences majeures sur la microcirculation. Ce travail apporte une meilleure compréhension des causes et conséquences de la formation d’agrégats robustes de globules rouges et devrait permettre de proposer des marqueurs prédictifs du risque et des stratégies de traitement de troubles circulatoires.

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(a) : Rouleaux de globules rouges en l’absence d’écoulement
(b) : Observation de trains de globules rouges dans des canaux microfluidiques
(c) et (d) : Simulation numérique de l’agrégation de globules rouges en écoulement dans un capillaire, en faisant varier l’énergie d’interaction (croissante de haut en bas) et la largeur du capillaire.

En savoir plus

The plasma protein fibrinogen stabilizes clusters of red blood cells in microcapillary flows
M. Brust1,2, O. Aouane1,2,7, M. Thiebaud2, D. Flormann1, C. Verdier2, L. Kaestner3, M. W. Laschke4, H. Selmi5,6, A. Benyoussef7, T. Podgorski2, G. Coupier2, C. Misbah2 et C. Wagner1, Nature - Scientific reports (2014)

Contact chercheur

Thomas Podgorski, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires

1 Experimental Physics, Saarland University, Germany

2 Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy)

3 Institute for Molecular Cell Biology and Research Centre for Molecular Imaging and Screening, School of Medicine, Saarland University, Germany

4 Institute for Clinical & Experimental Surgery, Saarland University, Germany

5 Laboratoire d’Ingénierie Mathématique, Ecole Polytechnique de Tunisie

6 Riyadh College of Technology, Technical and Vocational Training Corporation, Saudi Arabia

7 LMPHE, Faculté des Sciences, Université Mohammed V-Agdal, Rabat, Morocco

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr