Les alvéoles sont les unités fonctionnelles de base du système respiratoire humain, agissant comme de minuscules sacs d’air qui échangent des gaz. L’air inhalé par la bouche et le nez pénètre dans les poumons par la structure ramifiée des bronches, et les alvéoles apparaissent dans les sections profondes de ce réseau.
Pour bien comprendre et traiter les maladies respiratoires, il est important de déterminer le schéma d’écoulement de l’air et des particules à travers les alvéoles. Dans Bio-microfluidics, publié par AIP Publishing, des scientifiques de l’Institut de technologie de Harbin, en Chine, ont créé un système alvéolaire modèle qui imite l’action respiratoire du poumon humain et permet de visualiser les schémas d’écoulement dans les alvéoles.
Les chercheurs ont conçu une puce qui comprend des tubes disposés comme la structure d’un point de bifurcation dans le réseau bronchique. La couche supérieure de la puce est constituée d’un polymère flexible moulé en petits tubes qui imitent la structure alvéolaire. La couche inférieure est en verre, ce qui permet aux auteurs de visualiser l’écoulement du fluide dans les tubes.
Pour imiter la respiration, les scientifiques ont conçu un système dans lequel le gaz est pressurisé de manière sinusoïdale et pompé autour des tubes flexibles. Cela crée un cycle d’inspiration et d’expiration semblable à celui de la respiration. Pour étudier les schémas d’écoulement dans le système, le groupe a ajouté de petites sphères rouges en polystyrène au fluide circulant dans les tubes. Ces sphères leur ont permis de photographier le mouvement du fluide lorsqu’il était poussé dans les tubes par l’appareil de respiration artificielle.
Les branches suivantes du réseau bronchique sont appelées générations, et l’équipe a constaté que les schémas d’écoulement différaient selon les générations. Dans le poumon humain, les alvéoles apparaissent à la 15e génération et restent présentes jusqu’à la 23e génération. Les chercheurs ont constaté un changement dans le schéma d’écoulement entre les 19e-20e et les 21e-22e générations.
“Le schéma de flux alvéolaire de la 19e génération est dominé par le flux tourbillonnaire. Les schémas d’écoulement alvéolaire de la 20e génération sont similaires à ceux de la 19e, mais quelque peu comprimés.” A déclaré Yonggang Zhu, Auteur.
Les enquêteurs ont observé un changement dans la génération suivante.
“Le schéma de flux alvéolaire de la 21e génération présente à la fois un flux tourbillonnaire et un flux radial. La région de vortex est beaucoup plus petite que la région d’écoulement radial. Lorsque le flux atteint la 22e génération, le flux tourbillonnaire disparaît complètement, et nous n’observons qu’un flux radial“, a déclaré Zhu.
Les auteurs ont également trouvé des preuves de comportement chaotique près du centre du tourbillon. Ils ont déclaré que des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour comprendre pleinement ce phénomène, mais ils estiment que l’étude actuelle fournit une bonne base de référence pour des recherches plus approfondies.
Grâce à ce modèle, les chercheurs seront en mesure d’étudier les modifications des schémas d’écoulement dans les alvéoles dues à des maladies telles que l’emphysème et la BPCO.
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