Por primera vez se determina la viscosidad de la sangre mediante simulaciones en superordenadores

La viscosidad de la sangre es un indicador clave para el tratamiento de ciertas enfermedades. En la práctica clínica se determina mediante viscosímetros. Un estudio por ordenador de la microrreología de la sangre ha permitido predecir el valor teórico de esta viscosidad y permitirá entender la fluidodinámica no newtoniana de la sangre como una suspensión de glóbulos rojos (eritrocitos o hematíes). Las simulaciones han tenido en cuenta dos tipos de glóbulos rojos y la dinámica molecular de ciertas biomoléculas del plasma sanguíneo (como los fibrinógenos). Una vez demostrada la viabilidad del concepto, los autores del estudio pretenden analizar cómo afectan diferentes enfermedades a la microrreología de la sangre, como la malaria, el SIDA y la diabetes mellitus. También pretenden estudiar cómo afectan medicamentos anticoagulantes, como el famoso Sintrom, a la reología sanguínea, y como afecta ésta a la absorción y distribución de fármacos y medicamentos inyectados por vía sanguínea. El artículo técnico es Dmitry A. Fedosov et al., “Predicting human blood viscosity in silico,” PNAS Early Edition, 5 July 2010.

Las técnicas reométricas modernas permiten medir en laboratorio las propiedades macroscópicas de la sangre in vitro. Para la medida in vivo, se extrae la sangre y se inyecta de forma inmediata en un viscosímetro, pero hay que añadir estabilizadores y anticoagulantes, lo que falsea la medida en detalle de la viscosidad. Por ello, conocer la dinámica reológica de la sangre mientras fluye es muy difícil, aunque sería muy conveniente para el cardiólogo. Los glóbulos rojos son muy “pegajosos” y se agregan en conglomerados llamados “rouleaux” (similares a una pila de monedas). Las simulaciones por ordenador permiten estudiar cómo afectan estos agregados a la viscosidad de la sangre y cómo afectan diferentes biomoléculas a la formación de estos agregados. Las nuevas simulaciones consideran un flujo de Couette plano con condiciones de contorno de Lees-Edwards. Las simulaciones han sido validadas comparando sus resultados con los obtenidos in vitro por Chien et al. (como muestra la figura de arriba) y se ha verificado que es necesario incluir la formación de agregados de glóbulos rojos (RBC) para obtener un buen acuerdo entre teoría y experimento.

Las simulaciones por ordenador han utilizado dos modelos diferentes de los glóbulos rojos, un modelo multiescala tridimensional (MS-RBC) y un modelo simplificado de baja dimensión (LD-RBC). La figura de arriba muestra que los agregados pueden llegar a ser muy diferentes en ambos modelos (arriba MS-RBC y abajo LD-RBC). Esta figura también ilustra la amplia tipología de dichos agregados (“rouleaux”), que se forman y deshacen durante el flujo sanguíneo y las simulaciones por ordenador. La magnitud de las fuerzas entre glóbulos rojos involucradas en la formación y separación de los agregados ha sido estudiada con detalle. Estas fuerzas son muy pequeñas entre 3 y 7 pN (piconewton) para interacciones frontales, y entre 1,5 y 3 pN para interacciones tangenciales. Pero estas fuerzas deforman la pared celular elástica de los glóbulos rojos y dicha deformación es importante en la formación de agregados.

En resumen, un interesante artículo que muestra los avances en las simulaciones por ordenador de la microrreología de suspensiones. Aunque el artículo técnico no ofrece muchos detalles informáticos sobre las simulaciones, indica que se ha utilizado el superordenador Kraken del Instituto Nacional de Computación Científica de la NSF situado en la Universidad de Tennessee, EE.UU. Se trata de un Cray XT5 que alcanza un pico de 1,17 petaflops, constituido por 9.408 nodos (opterones Istanbul de AMD con seis núcleos a 2,6 GHz), cada uno con 16 GB de memoria RAM (en total son 147 TB) y con 2,4 PB de disco duro. También se han utilizado facilidades de supercomputación en Alemania.

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