Influence de l’agrégation érythrocytaire sur la migration axiale de microparticules simulant des plaquettes sanguines

Lors du phénomène d’hémostase primaire ou de thrombose vasculaire, les plaquettes sanguines doivent adhérer aux parois afin de remplir leur fonction réparatrice ou pathologique. Pour ce faire, certains facteurs rhéologiques et hémodynamiques tels que l’hématocrite, le taux de cisaillement local et les contraintes de cisaillement pariétal, entrent en jeu afin d’exclure les plaquettes sanguines de l’écoulement principal et de les transporter vers le site endommagé ou enflammé. Cette exclusion pourrait aussi être influencée par l’agrégation de globules rouges qui est un phénomène naturel présent dans tout le système cardiovasculaire selon les conditions d’écoulement. La dérive de ces agrégats de globules rouges vers le centre des vaisseaux provoque la formation de réseaux d’agrégats dont la taille et la complexité varient en fonction de l’hématocrite et des conditions de cisaillement présentes. Il en résulte un écoulement bi-phasique avec un écoulement central composé d’agrégats de globules rouges avoisinés par une région moins dense en particules où l’on peut trouver des globules rouges singuliers, des petits rouleaux de globules rouges et une importante concentration en plaquettes et globules blancs. De ce fait, il est raisonnable de penser que plus la taille des agrégats qui occupent le centre du vaisseau augmente, plus il y aura de plaquettes expulsées vers les parois vasculaires. L'objectif du projet est de quantifier, in vitro, la migration des plaquettes sanguines en fonction du niveau d’agrégation érythrocytaire présent, en faisant varier l’hématocrite, le taux de cisaillement et en promouvant l’agrégation par l’ajout d’agents tels que le dextran à poids moléculaire élevé. Cependant, le comportement non Newtonien du sang dans un écoulement tubulaire peut être vu comme un facteur confondant à cause de son impact sur l’organisation spatiale des agrégats de globules rouges. De ce fait, les études ont été réalisées dans un appareil permettant de moduler, de façon homogène, la taille et la structure de ces agrégats et de quantifier ainsi leur effet sur la migration axiale des plaquettes. Du sang de porc anti coagulé a été ajusté à différents taux d’hématocrite et insérer dans un appareil à écoulement de Couette, à température ambiante. Les plaquettes sanguines, difficilement isolables in vitro sans en activer certains ligands membranaires, ont été remplacées par des fantômes en polystyrène ayant un revêtement de biotine. La quantification de la migration de ces fantômes de plaquettes a été réalisée grâce à l’utilisation de membranes biologiques fixées sur les parois internes de l’entrefer du rhéomètre de Couette. Ces membranes ont un revêtement de streptavidine assurant une très forte affinité d’adhésion avec les microparticules biotynilées. À 40% d’hématocrite, à un cisaillement de 2 s-1, 566 ± 53 microparticules ont été comptées pour un protocole préétabli avec du sang non agrégeant, comparativement à 1077 ± 229 pour du sang normal et 1568 ± 131 pour du sang hyper agrégeant. Les résultats obtenus suggèrent une nette participation de l’agrégation érythrocytaire sur le transport des fantômes de plaquettes puisque l’adhésion de ces derniers à la paroi du rhéomètre de Couette augmente de façon quasi exponentielle selon le niveau d’agrégation présent.

Paramétrisation de la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire haute fréquence et pertinence comme facteur de risque de la thrombose veineuse

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique.

Avaluació del procés de desintegració de papers recuperats

La desintegració és una etapa important en la recuperació de paper vell, ja que té importants conseqüències en consum d'energia i en el comportament de les etapes posteriors. Per això els objectius es centren en analitzar la desintegració des del punt de vista del temps de desintegració, els aspectes energètics, modelització de la màquina de desintegració utilitzada i anàlisi dels factors de cisallament calculats com a mesura global de les forces implicades en la desintegració. Els autors que hi han treballat donen diferents explicacions a aquestes forces. Fins avui només s'ha pogut avaluar qualitativament la influència que tenen cada un dels mecanismes en el temps necessari per a desintegrar i en el consum energètic. Les característiques reològiques de les suspensions papereres, i el seu comportament no newtonià tenen una clara influència en el consum energètic i les forces de desfibrat en el desintegrador. Els experiments de desintegració s'han realitzat en un púlper convencional, amb tres tipus de paper recuperat: paper estucat d'alta qualitat imprès offset (PQ), paper revista estucat imprès en color (PR), paper blanc imprès en impresora làsser (PF). Anàlisi del temps de desintegració Per cada un del papers estudiats (PQ, PR i PF), les fraccions màssiques des de 0.06 fins a la màxima que estat possible per cada paper (de 0.14 a 0.18), i a dues velocitats d'agitació diferents, s'ha determinat el temps de desintegració (tD) fins a aconseguir un índex de Sommerville de 0.01%. S'obté que en augmentar la fracció màssica disminueix potencialment el temps de desintegració. S'ha estudiat la velocitat de desintegració, la producció teòrica del púlper en cada cas, i la seva relació amb les forces d'impacte i de fregament que produeixen la desintegració. Aspectes energètics El consum específic d'energia (SEC), definit com l'energia consumida per a desintegrar 1 kg de paper recuperat, disminueix molt en augmentar Xm, ja que a més de disminuir l'energia consumida en cada desintegració, el contingut en paper és més elevat. Pel disseny de desintegradors, cal tenir en compte que en augmentar Xm i en augmentar la velocitat, sempre augmenta la potència consumida. Però així com els beneficis de treballar a Xm alt són de 10 vegades en termes de SEC i de producció, l'augment de potència és només de l'ordre de 2 vegades la necessària respecte de la Xm baixa. Viscositat aparent i energia de fluidització S'estudia la relació entre el temps de desintegració, les forces de fregament i els valors de viscositat aparent de la bibliografia. Per cada paper i velocitat s'ha observat que el consum específic d'energia disminueix en funció de la viscositat aparent. Reologia del púlper Utilitzant el mètode de Metzner i Otto (1957) per determinar la viscositat aparent mitjana de les suspensions papereres, modificat per Roustan, s'ha caracteritzat el pulper mitjançant el model: Np= K· Rex·Fry S'han utilitzat dissolucions de glicerina com a fluid newtonià per a calcular les constants d'ajust, i a partir d'aquí, aïllar la viscositat aparent en funció de la potència neta i els paràmetres d'agitació. La viscositat aparent, d'acord amb Fabry (1999) es substitueix pel concepte de factor de cisallament. Factor de cisallament Calculat el factor de cisallament per a cada paperot i condicions d'agitació, s'ha relacionat amb Xm, SEC, tD, consum de potència, potència instal·lada i fracció cel·lulòsica. El factor de cisallament és un paràmetre útil per a quantificar les forces globals implicades en la desintegració.

The physics of baking: rheological and polymer molecular structure-function relationships in breadmaking

Molecular size and structure of the gluten polymers that make up the major structural components of wheat are related to their rheological properties via modem polymer rheology concepts. Interactions between polymer chain entanglements and branching are seen to be the key mechanisms determining the rheology of HMW polymers. Recent work confirms the observation that dynamic shear plateau modulus is essentially independent of variations in MW amongst wheat varieties of varying baking performance and is not related to variations in baking performance, and that it is not the size of the soluble glutenin polymers, but the structural and rheological properties of the insoluble polymer fraction that are mainly responsible for variations in baking performance. The rheological properties of gas cell walls in bread doughs are considered to be important in relation to their stability and gas retention during proof and baking, in particular their extensional strain hardening properties. Large deformation rheological properties of gas cell walls were measured using biaxial extension for a number of doughs of varying breadmaking quality at constant strain rate and elevated temperatures in the range 25-60 degrees C. Strain hardening and failure strain of cell walls were both seen to decrease with temperature, with cell walls in good breadmaking doughs remaining stable and retaining their strain hardening properties to higher temperatures (60 degrees C), whilst the cell walls of poor breadmaking doughs became unstable at lower temperatures (45-50 degrees C) and had lower strain hardening. Strain hardening measured at 50 degrees C gave good correlations with baking volume, with the best correlations achieved between those rheological measurements and baking tests which used similar mixing conditions. As predicted by the Considere failure criterion, a strain hardening value of I defines a region below which gas cell walls become unstable, and discriminates well between the baking quality of a range of commercial flour blends of varying quality. This indicates that the stability of gas cell walls during baking is strongly related to their strain hardening properties, and that extensional rheological measurements can be used as predictors of baking quality. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Whither tube theory: From believing to measuring

This short contribution examines the difficulties that have not yet been fully overcome in the many developments made from the simplest (and original) tube model for entangled polymers. It is concluded that many more length scales have to be considered sequentially when deriving a continuum rheological model from molecular considerations than have been considered in the past. In particular, most unresolved issues of the tube theory are related to the length scales of tube diameter, and molecular dynamics simulations is the perfect route to resolve them. The power of molecular simulations is illustrated by two examples: stress contributions from bonded and non-bonded interaction, and the inter-chain coupling, which is usually neglected in the tube theory.

A novel X-ray rheometer for in situ studies of polymer melts and solutions during shear flow

A novel X-ray rheometer based on a parallel plate geometry is described. This system allows time-resolved X-ray scattering intensity data to be obtained from polymeric samples subjected to shear flow. The range of quantitative structural parameters, such as molecular orientation and inter chain correlations, which can be obtained from the data is highlighted. Examples of the utility of X-ray scattering in examining optically opaque samples and the extraction of 〈P2〉 and 〈P4〉 orientation parameters are given using anisotropic hydroxypropylcellulose solutions as the sample.

Emulsifying, rheological and physicochemical properties of exopolysaccharide produced by Bifidobacterium longum subsp. infantis CCUG 52486 and Bifidobacterium infantis NCIMB 702205

The rheological, emulsification and certain physicochemical properties of purified exopolysaccharides (EPS) of Bifidobacterium longum subsp. infantis CCUG 52486 and Bifidobacterium infantis NCIMB 702205 were studied and compared with those of guar gum and xanthan gum. The two strains were grown in skim milk supplemented with 1.5% (w/v) casein hydrolysate at 37 ◦C for 24 h; they both produced heteropolysaccharides with different molecular mass and composition. The carbohydrate content of both polymers was more than 92% and no protein was detected. The EPS of B. longum subsp. infantis CCUG 52486 showed highly branched entangled porous structure under scanning electron microscopy. Higher intrinsic viscosity was observed for the EPS of B. longum subsp. infantis CCUG 52486 compared to the EPS of B. infantis NCIMB 702205 and guar gum. Both polymers showed pseudoplastic non-Newtonian fluid behaviour in an aqueous solution. The EPS of B. infantis NCIMB 702205 and B. longum subsp. infantis CCUG 52486 produced more stable emulsions with orange oil, sunflower seed oil, coconut oil and xylene compared to guar and xanthan gum. The EPS of B. longum subsp. infantis CCUG 52486 is the most promising one for applications in the food industry, as it had higher intrinsic viscosity, higher apparent viscosity in aqueous solution, porous dense entangled structure and good emulsification activity.

Modelling the rheology of sea ice as a collection of diamond-shaped floes

In polar oceans, seawater freezes to form a layer of sea ice of several metres thickness that can cover up to 8% of the Earth’s surface. The modelled sea ice cover state is described by thickness and orientational distribution of interlocking, anisotropic diamond-shaped ice floes delineated by slip lines, as supported by observation. The purpose of this study is to develop a set of equations describing the mean-field sea ice stresses that result from interactions between the ice floes and the evolution of the ice floe orientation, which are simple enough to be incorporated into a climate model. The sea ice stress caused by a deformation of the ice cover is determined by employing an existing kinematic model of ice floe motion, which enables us to calculate the forces acting on the ice floes due to crushing into and sliding past each other, and then by averaging over all possible floe orientations. We describe the orientational floe distribution with a structure tensor and propose an evolution equation for this tensor that accounts for rigid body rotation of the floes, their apparent re-orientation due to new slip line formation, and change of shape of the floes due to freezing and melting. The form of the evolution equation proposed is motivated by laboratory observations of sea ice failure under controlled conditions. Finally, we present simulations of the evolution of sea ice stress and floe orientation for several imposed flow types. Although evidence to test the simulations against is lacking, the simulations seem physically reasonable.

A numerical method for solving the dynamic three-dimensional Ericksen-Leslie equations for nematic liquid crystals subject to a strong magnetic field

A finite difference technique, based on a projection method, is developed for solving the dynamic three-dimensional Ericksen-Leslie equations for nematic liquid crystals subject to a strong magnetic field. The governing equations in this situation are derived using primitive variables and are solved using the ideas behind the GENSMAC methodology (Tome and McKee [32]; Tome et al. [34]). The resulting numerical technique is then validated by comparing the numerical solution against an analytic solution for steady three-dimensional flow between two-parallel plates subject to a strong magnetic field. The validated code is then employed to solve channel flow for which there is no analytic solution. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Numerical solution of the PTT constitutive equation for unsteady three-dimensional free surface flows

This work deals with the development of a numerical technique for simulating three-dimensional viscoelastic free surface flows using the PTT (Phan-Thien-Tanner) nonlinear constitutive equation. In particular, we are interested in flows possessing moving free surfaces. The equations describing the numerical technique are solved by the finite difference method on a staggered grid. The fluid is modelled by a Marker-and-Cell type method and an accurate representation of the fluid surface is employed. The full free surface stress conditions are considered. The PTT equation is solved by a high order method, which requires the calculation of the extra-stress tensor on the mesh contours. To validate the numerical technique developed in this work flow predictions for fully developed pipe flow are compared with an analytic solution from the literature. Then, results of complex free surface flows using the FIT equation such as the transient extrudate swell problem and a jet flowing onto a rigid plate are presented. An investigation of the effects of the parameters epsilon and xi on the extrudate swell and jet buckling problems is reported. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of starch gelatinization and oxidation on the rheological behavior of chitosan/starch blends

Chitosan/starchblends represent an interesting alternative for the preparation of biocompatible drug delivery systems, packing materials and edible films. This paper reports on the effects of starch gelatinization and oxidation on the rheological behavior of chitosan/starch blends. The results show that the modifications in the starch structure cause changes in G` (storage modulus) and G `` (lossmodulus) as a function of frequency. For chitosan/starch, G `` is higher than G`, showing a viscous behavior. However, for chitosan/gelatinized starch and chitosan/oxidized starch, an increase in the angular frequency promotes a modulus crossover at omega = 0.02 and 0.04 rad s(-1), respectively. The viscosity curves as a function of shear rate show that both modifications cause an increase in viscosity, and all blends show a non-Newtonian behavior. (C) 2011 Society of Chemical Industry

Predição da viscosidade de emulsões para petróleos leves brasileiros

A formação de emulsão de água-em-óleo gera um significativo incremento na viscosidade, o que afeta diretamente a produção do poço, pois aumenta a perda de carga ao longo da linha de produção, dificultando o escoamento e diminuindo a produção de óleo. A presença e natureza da emulsão, e seu impacto na reologia do petróleo, podem determinar a viabilidade econômica e técnica dos processos envolvidos. A medida que a fração de água aumenta e a temperatura é reduzida, o comportamento das emulsões se torna cada vez mais não-Newtoniano. A decorrência disso, é que a temperatura e a taxa de cisalhamento passam a ter maior impacto na variação da viscosidade das emulsões. Nesse estudo são propostos novos métodos que levam em conta essas variáveis. Os dados reológicos experimentais de 15 petróleos leves foram utilizados para avaliar o desempenho dos modelos existentes na literatura e compará-los com os novos métodos propostos nesse estudo.

Development and In Vitro Evaluation of Surfactant Systems for Controlled Release of Zidovudine

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Propriedades reológicas e efeito da adição de sal na viscosidade de exopolissacarídeos produzidos por bactérias do gênero Rhizobium

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thermophysical and rheological properties of dulce de leche with and without coconut flakes as a function of temperature

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)