Septembre 2013
Le e-mag mensuel du Technion France

MEDECINE

La mécanique des fluides appliquée... aux poumons

Source : http://www.bulletins-electroniques.com

Depuis une trentaine d'années, un certain nombre de nouvelles niches scientifiques fleurissent aux interfaces de domaines considérés autrefois comme totalement déconnectés. Il en est ainsi de la mécanique des fluides et de la médecine pulmonaire, associées par un laboratoire du Technion (Haïfa).

 

La mécanique des fluides au service de la médecine

Le groupe du professeur Josué Sznitman du Department of Biomedical Engineering au Technion - Israel Institute of Technology s'est en effet intéressé aux écoulements gazeux dans les poumons humains. Il s'agit de regarder comment la respiration se propage afin d'identifier les lieux de dépôt des particules inhalées et des points de surpression, autant de questions de mécanique des fluides qui sont aussi d'un grand intérêt pour le médecin. L'élucidation de ces questions permettrait par exemple de maximiser l'efficacité des médicaments aérosols (par exemple, les inhalateurs de Ventoline pour les asthmatiques). Par ailleurs, l'approfondissement des connaissances sur le mode de dépôt de particules nocives (goudrons, silice, fragments de pollen, etc.), par étalement ou par concentration, permettrait d'envisager des opérations chirurgicales ciblées en vue de traiter les infections qui y sont liées.

 

Différents modes de diffusion des particules

Les poumons ont une structure arborescente. Organisés autour d'un axe central, la trachée, des bronches se scindent à plusieurs reprises en deux, jusqu'à atteindre les alvéoles, sacs d'air en forme de grappe où se font les échanges gazeux entre l'atmosphère pulmonaire et le sang. La densité des zones d'échange augmente avec la profondeur dans les poumons, d'où la nécessité de s'assurer qu'un médicament atteint le fond des alvéoles pour une efficacité optimale. Les études de mécanique des fluides ont permis d'identifier les différents comportements des particules présentes dans les poumons :

  • les fumées organiques (cigarette, la pollution industrielle, ...) généralement diffusent, à l'exception des particules les plus grosses qui elles, se sédimentent ;
  • la poussière de charbon se sédimente et touche les côtés des poumons ;
  • en ce qui concerne les particules biologiques, le mode de dépôt dépendrait de leur nature : tandis que les virus tendent à diffuser et donc à se retrouver jusqu'au fond des poumons, les bactéries se sédimentent et se concentrent donc plutôt vers la trachée ;
  • enfin, les pollens touchent les parois en s'y collant.

Combler un manque d'informations empiriques

D'autres études ont montré que l'écoulement au sein des alvéoles menait parfois à des zones de stagnation en vitesse, ce qui signifie qu'une particule s'y trouvant pourrait y rester indéfiniment. Ces études permettent sans conteste de combler un manque d'informations empiriques sur les écoulements gazeux dans les poumons. Alors que l'écoulement sanguin peut être étudié grâce à des marqueurs de scintillation ou radioactifs, il n'en est pas de même pour les écoulements gazeux pulmonaires, les marqueurs étant trop diffus pour une observation précise. Les travaux du professeur Josué Sznitman ont donc une importance capitale pour l'élaboration ou l'amélioration de traitements des pathologies liées aux poumons.

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