Un sistema di respirazione artificiale rivela il funzionamento degli alveoli nei polmoni

Un sistema di respirazione artificiale rivela il funzionamento degli alveoli nei polmoni

Un sistema di respirazione artificiale rivela il funzionamento degli alveoli nei polmoni
Il modello – messo a punto da un gruppo di ricercatori dell’Harbin Institute of Technology, Cina -  mima  l'inspirazione e l'espirazione fisiologiche per permettere agli scienziati di studiare i modelli di flusso nella rete bronchiale.

Un team di ricercatori dell’Harbin Institute of Technology, Cina, ha messo a punto un modello di sistema alveolare che mima l’azione respiratoria del polmone umano e permette di visualizzare il flusso all’interno degli alveoli. Il chip progettato comprende tubi disposti come la struttura anatomica di un punto di biforcazione della rete bronchiale.

Lo strato superiore è stato realizzato con un polimero flessibile costituito da piccoli tubi che imitano la struttura alveolare, mentre lo strato inferiore è di vetro e consente agli autori di visualizzare il flusso attraverso i tubi.

Gli alveoli sono le unità funzionali di base del sistema respiratorio umano e agiscono come piccole sacche d’aria in grado di permettere lo scambio dei gas. L’aria inspirata attraverso la bocca e il naso arriva nei polmoni attraverso la struttura ramificata dei bronchi e gli alveoli costituiscono il punto terminale di questa rete.

Per comprendere e trattare appieno le malattie respiratorie è importante determinare il modello di flusso dell’aria e del particolato attraverso gli alveoli.

Per imitare la respirazione, gli scienziati hanno ideato un sistema in cui il gas è stato pressurizzato in modo sinusoidale e pompato nei tubi flessibili, producendo così un ciclo di inspirazione ed espirazione simile alla respirazione fisiologica.

Per studiare i modelli di flusso nel sistema, il gruppo ha aggiunto piccole sfere di polistirene rosso al fluido che scorre attraverso i tubi. Queste sfere hanno permesso di fotografare il movimento del fluido mentre veniva spinto attraverso i tubi dall’apparato respiratorio artificiale.

I rami successivi della rete bronchiale sono di calibro sempre più piccolo e prendono il nome di bronchioli; il team ha trovato modelli di flusso diversi per queste strutture. Nel polmone umano, gli alveoli compaiono alla 15a ramificazione dei bronchi e rimangono presenti fino alla 23a. I ricercatori hanno riscontrato un cambiamento nel modello di flusso tra la 19°-20° e la 21°-22° ramificazione.

“Il modello di flusso alveolare della 19a ramificazione bronchiale è dominato dal flusso vorticoso”, osserva l’autore Yonggang Zhu. “I modelli di flusso alveolare della 20a ramificazione sono simili a quelli della 19a ma sono leggermente compressi”.

I ricercatori hanno poi osservato un cambiamento nella ramificazione successiva.

“Il modello di flusso alveolare della 21a ramificazione presenta sia un flusso a vortice che un flusso radiale e la regione dei vortici è molto più piccola di quella del flusso radiale. Quando il flusso raggiunge la 22a ramificazione, i vortici scompaiono completamente e si osserva solo un flusso radiale”, ha detto Zhu.

Grazie a questo modello, i ricercatori potranno studiare i cambiamenti di flusso negli alveoli dovuti a malattie come l’enfisema e la BPCO.

Fonte: American Institute of Physics

07 Settembre 2022

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