Cerebral micro-vascular networks

DOI: 10.1051/meca/2009061

Le réseau micro-vasculaire structure la distribution de la pression sanguine

Romain Guibert1, 2, 3, 4, Caroline Fonta3, 4 et Franck Plouraboué1, 2

1 Université de Toulouse, INPT, UPS, IMFT (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse), Allée Camille Soula, 31400 Toulouse, France
2 CNRS, IMFT, 31400 Toulouse, France
3 Université de Toulouse, UPS, Centre de Recherche Cerveau et Cognition, 31400 Toulouse, France
4 CNRS, CerCo, 31400 Toulouse, France


Reçu le 20 avril 2009 / Publié en ligne 5 août 2009

Abstract – Cerebral micro-vascular networks control the blood pressure distribution when considering in vitro blood rheology models. Blood rheology is complex and non-linear. In small vessels, the effective viscosity variations are important due to red blood cells packing in capillaries, the so-called Fåhræus-Lindquist effect, whilst concomitantly phase segregation appears in bifurcations. Direct numerical simulations of different non-linear rheological models of the blood are performed on realistic three-dimensional micro-vascular networks. These simulations exhibit two significant results. First, various rheological models lead to very similar pressure distribution over the whole range of physiologically relevant hematocrits. Secondly, different models for phase segregation lead to very distinct hematocrit distributions in the micro-vacular network. Nevertheless, the hematocrit distribution very weakly affects the pressure distribution. Hence, our results suggest that the micro-vacular network structure mainly controls the pressure distribution in micro-circulation, whilst the effect of hematocrit distribution is weak.

Résumé – La rhéologie sanguine est complexe et non-linéaire. Elle présente, dans les plus petits vaisseaux, des variations de viscosité effective importantes liées au confinement des globules rouges dans les capillaires et des dissymétries de répartition des globules rouges aux bifurcations. Ces deux effets, appelés effet Fåhræus-Lindquist et ségrégation de phase, conduisent à une modélisation non-linéaire du flux sanguin en réponse à une différence de pression imposée. Le calcul numérique complet de différents modèles non-linéaires de rhéologie sanguine, dans des géométries réelles tridimensionnelles de micro-réseaux vasculaires, permet d’exhiber certaines propriétés remarquables de ces écoulements et de ces modèles. D’une part, nous constatons que différents modèles conduisent à des répartitions de la pression sanguine très proches, pour une gamme d’hématocrite systémique imposée physiologique. D’autre part, différents modèles de ségrégation de phase conduisent à des répartitions d’hématocrite très différentes. Toutefois, la répartition de l’hématocrite n’affecte que très faiblement la répartition de la pression. Ce constat nous montre que c’est la micro-structure vasculaire qui impose la distribution de pression, alors que les variations de viscosité sanguine avec l’hématocrite impactent finalement faiblement sur cette distribution.

Key words: Micro-circulation / blood rheology / Fåhræus-Lindquist effect / cortex / apparent viscosity / phase separation / micro-tomography

Mots clés : Micro-circulation / rhéologie sanguine / effet Fåhræus-Lindquist / cortex / viscosité apparente  / séparation de phase / micro-tomographie

Corresponding author: Romain.Guibert@imft.fr

© AFM, EDP Sciences 2009 //

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