Sommario Il sangue è un fluido a carattere reofluidificante. Per shear rate <1 s-1, la sua diminuzione di viscosità è stata interpretata principalmente alla luce della rottura dei cosiddetti “rouleaux”, composti da pile di globuli rossi (GR) di dimensione variabile. Per intensità di shear superiori, nell’intervallo tra 10 e 1500 s-1, dove i GR si muovono come elementi singoli, gli studi presenti in letteratura sono stati effettuati su globuli rossi sospesi in fluidi viscosi atti a simulare la viscosità del sangue in condizioni fisiologiche. In tali condizioni sperimentali, è stato osservato come i GR si deformino assumendo una forma ellissoidale allineata stabilmente nella direzione del flusso, mentre la loro membrana ruota attorno al centro di massa (tank-treading). Questo comportamento, simile a quello osservato nelle gocce, sembrava fornire una spiegazione plausibile allo shear-thinning del sangue. In questo lavoro, tramite un approccio reologico e microfluidico corroborato da simulazioni numeriche, mostriamo che la dinamica del globulo rosso in fluidi dalle caratteristiche simili al plasma è caratterizzata da una sequenza di deformazione ben differente per valori crescenti di shear rate, passando, nell’ordine, da discociti a stomatociti, trilobe e hexalobe. In nessun caso sono stati osservati degli ellissoidi. Risultati paragonabili sono stati ottenuti anche ad ematocriti fisiologici. Soprattutto, il nostro studio propone un collegamento tra la distribuzione statistica delle forme dei GR e i differenti regimi di flusso tipici della reologia sanguigna ad elevati shear rate, arrivando a fornire un’innovativa reinterpretazione del comportamente reofluidificante del sangue.

Parole chiave reologia, globuli rossi, dinamica dei globuli rossi, simulazione del sangue

Abstract Blood is a shear-thinning fluid. At shear rates <1 s-1, its drop of viscosity has been related primarily to the breaking-up of networks of “rouleaux” formed by stacked red blood cells (RBCs). For higher shear strength in the range 10-1500 s-1, where RBCs flow as single elements, studies demonstrated that RBCs suspended in a viscous fluid mimicking the viscosity of whole blood, deformed into ellipsoids aligned steadily in the direction of the flow, while their membrane rotated about their center of mass like a tank-tread. Such drop-like behavior seemed to explain shear-thinning. Here, using rheometers, microfluidics and simulations, we show that the dynamics of single RBCs in plasma-like fluids display a different sequence of deformation for increasing shear rates going from discocytes to successively, stomatocytes, folded stomatocytes, trilobes and hexalobes, but never ellipsoids. This result is also identical for physiological hematocrits. We correlate this shape diagram to the different regimes in blood rheology for high shear rates and propose a new-look at the interpretation of blood shear-thinning behavior. 

Keywords rheology, red blood cell, RBC dynamics, blood simulation