Si presume generalmente che il flusso sanguigno nel corpo umano sia regolare a causa della sua bassa velocità e dell'elevata viscosità. L'instabilità del flusso sanguigno è collegata a varie malattie cardiovascolari e ha dimostrato di favorire la disfunzione e l'infiammazione nello strato interno dei vasi sanguigni, l'endotelio. A sua volta, questo può portare allo sviluppo dell'arteriosclerosi, una delle principali cause di morte in tutto il mondo, in cui i percorsi arteriosi nel corpo si restringono a causa dell'accumulo di placca. Però, la fonte di questa instabilità non è ben compresa. Ora, Professore IST Austria Björn Hof, insieme a un team internazionale di ricercatori, ha dimostrato che il sangue pulsante scorre, come quelli del nostro cuore, reagiscono fortemente alle irregolarità geometriche nei vasi (come l'accumulo di placca) e causano livelli molto più elevati di fluttuazioni di velocità rispetto a quanto previsto in precedenza. La ricerca potrebbe avere implicazioni sul modo in cui studiamo le malattie legate al flusso sanguigno in futuro.

"In questo progetto, volevamo esplorare se le intuizioni che abbiamo acquisito di recente sull'origine della turbolenza nel flusso dei tubi possono far luce sulle instabilità nei flussi pulsatili e sul flusso cardiovascolare nei vasi sanguigni, " afferma Hof. "I nostri risultati indicano che un meccanismo precedentemente sconosciuto può causare turbolenze nei flussi pulsanti all'interno del corpo umano a velocità di flusso inferiori a quanto si pensasse in precedenza".

Perché il flusso sanguigno turbolento è pericoloso per la salute?

La parete interna di un vaso sanguigno, l'endotelio, è molto sensibile a una forza nota come "sforzo di taglio" che, in questo caso, si riferisce all'attrito creato dal flusso sanguigno all'interno di un vaso sanguigno. Normalmente, le cellule all'interno dell'endotelio sono adattate a velocità di flusso relativamente costanti in una direzione. Però, se insorgono turbolenze nella nave (ad es. a causa di un'irregolarità geometrica), il flusso diventa multidirezionale e provoca il cambiamento delle forze di sollecitazione di taglio sull'endotelio. Tali fluttuazioni di stress possono innescare disfunzioni cellulari, infiammazione dell'endotelio e, a lungo termine, arteriosclerosi.

Modellazione della turbolenza nel flusso sanguigno

Il team ha dimostrato sia sperimentalmente che teoricamente, che i vasi sanguigni con irregolarità geometriche possono causare più turbolenze di quanto si pensasse in precedenza. Nei loro esperimenti, che sono stati condotti presso IST Austria, membro del team Dr. Atul Varshney è stato in grado di dimostrare che, quando il flusso sanguigno pulsante rallenta (ad es. tra i battiti del cuore), si è creata turbolenza, soprattutto nelle aree che presentavano irregolarità geometriche. Una volta che il flusso è stato nuovamente accelerato, come con il battito di un cuore, è diventato liscio e privo di turbolenze (altrimenti noto come flusso laminare). Ciò significa che se un vaso sanguigno non ha una forma ideale o presenta irregolarità geometriche, è probabile che si verifichi un flusso più turbolento ad ogni ciclo di impulsi o battito cardiaco. La ricerca potrebbe avere importanti ramificazioni sul modo in cui la comunità medica modella il flusso sanguigno, soprattutto nei grandi vasi sanguigni come l'aorta.

Hof conclude:"È sorprendente che questa instabilità sia stata trascurata negli studi precedenti. Sospettiamo, anche a causa della complessa composizione del sangue, che potrebbero esserci altri meccanismi che possono causare turbolenze nel flusso cardiovascolare a velocità ancora più basse. Come nel presente studio, anche il nostro lavoro futuro mirerà a identificare meccanismi fondamentali che sono rilevanti per altre aree come la medicina".