El sistema alveolar modelo imita la acción respiratoria de los pulmones humanos

Los alvéolos son las unidades funcionales básicas del sistema respiratorio humano, actuando como pequeños sacos de aire que intercambian gases. El aire inhalado por la boca y la nariz fluye hacia los pulmones a través de la estructura de ramificación de los bronquios, y los alvéolos aparecen en las partes profundas de esta red.

Para comprender y tratar completamente las enfermedades respiratorias, es importante determinar el patrón de flujo de aire y partículas a través de los alvéolos. Dentro Biomicrofluídicapor AIP Publishing, los científicos del Instituto de Tecnología de Harbin en China han creado un modelo del sistema alveolar que imita la acción respiratoria del pulmón humano y ayuda a visualizar los patrones de flujo en los alvéolos.

Los investigadores diseñaron un chip que incluye tubos dispuestos como la estructura de un punto de bifurcación en la red bronquial. La capa superior del chip está hecha de un polímero flexible moldeado en pequeños tubos que imitan la estructura de panal. La capa inferior está hecha de vidrio, lo que permite a los autores visualizar el flujo de fluido a través de los tubos.

Para imitar la respiración, los científicos diseñaron un sistema en el que el gas se presuriza sinusoidalmente y se bombea alrededor de tubos flexibles. Esto crea un ciclo de inhalación y exhalación similar a una respiración. Para estudiar los patrones de flujo en el sistema, el grupo agregó pequeñas esferas rojas de poliestireno al fluido que fluye a través de los tubos. Estas esferas les permitieron fotografiar el movimiento del fluido a medida que el aparato de respiración artificial lo empujaba a través de los tubos.

Las siguientes ramas de la red bronquial se llaman generaciones, y el equipo encontró diferentes patrones de flujo para diferentes generaciones. En el pulmón humano, los alvéolos aparecen en la generación 15 y permanecen presentes durante generaciones hasta la 23. Los investigadores encontraron un cambio en el patrón de flujo entre las generaciones 19-20 y 21-22.

El patrón de flujo alveolar de la generación 19 está dominado por el flujo de vórtice. Los patrones de flujo alveolar de la 20ª generación son similares a los de la 19ª, pero algo comprimidos».

Yonggang Zhu, autor

Los investigadores observaron un cambio en la próxima generación.

«El modelo de flujo alveolar de 21.ª generación tiene tanto un flujo de vórtice como un flujo radial. La región de vórtice es mucho más pequeña que la región de flujo radial. Para cuando el flujo llega a la 22.ª generación, el flujo de vórtice desaparece por completo y solo observamos el flujo radial. «, dijo Zhu.

Los autores también encontraron evidencia de comportamiento caótico cerca del centro del vórtice. Dijeron que se necesitaba más investigación para comprender completamente esto, pero sintieron que el estudio actual proporciona una buena base para una mayor investigación.

Con el modelo, los investigadores podrán estudiar los cambios en los patrones de flujo en los alvéolos debido a enfermedades como el enfisema y la EPOC.