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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.

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1 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 Lima Co-orientado por: Ricardo Dias

2 Sumário 1.O Sangue 2.Materiais e Métodos 3.Software para o Estudo da Camada de Plasma 4.Procedimento Experimental 5.Resultados Experimentais 6.Análise e Discussão dos Resultados 7.Conclusões 8.Trabalhos Futuros

3 1.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 in vitro para diferentes hematócritos. Parede de Cima (PC) Espessura da Camada de Plasma na PC Parede de Baixo (PB) Glóbulo Vermelho (GV)

9 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

10 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

11 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

12 3.Software para o Estudo da Camada de Plasma Phantom; Image J: Z-Project; Brightness/Contrast; Find Edges; Binary; MTrackJ;

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

14 Image J Find Edges Binary Intensidade Máxima Find Edges Intensidade Máxima Binary

15 Image J Imagens do Z-Project MTrackJ Trajectória Glóbulos Vermelhos

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

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

18 4.Procedimento Experimental Imagens do Z-Project Imagem Inicial (15% Hct) Intensidade Máxima Find EdgesMTrackJ

19 4.Procedimento Experimental Imagens do Z-Project Imagem Inicial (15% Hct) Intensidade Mínima Find EdgesMTrackJ

20 5.Resultados Experimentais 35% Hematócrito ( m) Intensidade MáximaTracking Média Total PC7, ,0714 PB6,45529,51927,9872 Média ECP6,76339,51928,1412 Parede de Cima (PC) Espessura da Camada de Plasma na PC Glóbulo Vermelho (GV) Parede de Baixo (PB)

21 5.Resultados Experimentais 24% Hematócrito ( m) Intensida de Máxima Intensidade Mínima Tracking Média Total PC5,593112,906112,246810,2486 PB5,238111,127111,31329,2262 Média ECP5,415612,016611,77999, % Hematócrito ( m) Intensidade Máxima Intensidade Mínima Tracki ng Média Total PC8,272319,098819,262215,5444 PB8,937914,324214,212,4873 Média ECP8,605116,711516,731114,0159

22 5.Resultados Experimentais 9% Hematócrito ( m) Intensidade Máxima Intensidade Mínima Trackin g Média Total PC10,082114, ,2635 PB10,594412,502520,9514,6823 Média ECP10,338213,473720,9514,9206 2% Hematócrito ( m) Intensidade Máxima Intensidade Mínima Tracki ng Média Total PC14,552613, ,7994 PB13,038212,242626,4517,2436 Média ECP13,795412,644426,4517,6299

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

24 6.Análise e Discussão dos Resultados Microcanais de PDMS 37% Hematócrito 23% Hematócrito 13% Hematócrito 3% Hematócrito Média ( m)7,5619,28311,19022,80 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, Resultados in vitro (100 m e 75 m) Resultados in vivo

25 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;

26 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.

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


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