FR2463927A1 - Appareil et procede pour la determination des proprietes rheologiques des fluides biologiques - Google Patents

Abstract

APPAREIL ET PROCEDE POUR LA DETERMINATION DES PROPRIETES RHEOLOGIQUES DES FLUIDES BIOLOGIQUES. L'APPAREIL EST CONSTITUE: D'UN PREMIER BLOC TRANSPARENT SUPERIEUR CONTENANT EN SON CENTRE UN CAPILLAIRE DE DIAMETRE INTERIEUR COMPRIS ENTRE 1 ET 10 MM, LEQUEL BLOC EST MUNI DE DEUX DETECTEURS DE NIVEAUX; D'UN DEUXIEME BLOC TRANSPARENT INFERIEUR, POURVU D'UN CONDUIT CENTRAL - FAISANT FACE AU CAPILLAIRE DU BLOC SUPERIEUR - A L'INTERIEUR DUQUEL CONDUIT EST LOGE UN DISPOSITIF TIRE-GOUTTES, LEDIT CONDUIT ETANT RELIE D'UNE PART A UN CIRCUIT DE VIDANGE, ET D'AUTRE PART A UN CIRCUIT DE REGULARISATION DE PRESSION; D'UNE MEMBRANE FILTRANTE LOGEE ENTRE LES DEUX BLOCS ET D'UN CHASSIS DE MAINTIEN DE L'APPAREIL. APPLICATION A LA DETERMINATION DE LA DEFORMABILITE DES GLOBULES ROUGES DU SANG.

Description

La présente invention est relative à un appareil et à un procédé pour la

détermination des propriétés Théologiques des fluides biologiques, et notamment pour la détermination de la filtrabilité des cellules en suspension et de la viscosité des liquides biologiques. Elle est plus particulièrement rela- tive à un appareil et à un procédé pour la détermination de la déformabilité des globules rouges du sang. La forme de lentille biconcave et discorde du globule rouge assure à ce dernier (qui a un diamètre d'environ 7,5 p.), l'élasticité ou la déformabilité

nécessaire pour lui permettre de parcourir les conduits circula-

toires de l'organisme dont certains ne dépassent guère 2 à 3 p de diamètre. Le rôle de la déformabilité des globules rouges en physiologie circulatoire et plus précisément microcirculatoire,

est maintenant bien connu (parfois, c'est le seul moyen de dé-

celer certaines anomalies du sang qui sont à l'origine de di-

verses maladies) et il est donc très important de pouvoir mesu-

rer cette déformabilité. Encore faut-il que cette mesure (faite nécessairement in vitro) reflète avec précision et traduise exactement cette qualité importante du globule rouge, qu'elle soit précise, fiable et reproductible, et qu'elle soit aussi simple et économique que possible, de manière à pouvoir être utilisée à grande échelle aussi bien dans les laboratoires

d'analyse biologique que dans les laboratoires de recherche.

De nombreuses méthodes ont été proposées pour déter-

miner et mesurer la déformabilité du globule rouge. Ainsi, on a fait appel: - à des mesures d'aspiration et d'écoulement dans des tubes capillaires et des micropipettes; - à des techniques

viscosimétriques; - à des examens microscopiques, après trans-

formation des érythrocytes par des agents chimiques; - à des

mesures par diffraction de la lumière; - à des études de com-

pression du culot de centrifugation; - à des mesures de sédi-

mentation et de tassement par centrifugation; - à des études de l'allongement des globules fixés, sur un microfil; - et à la

filtration ou plus exactement à la filtrabilité des hématies.

Par exemple, on a préconisé: - la mesure de la déformabilité par la technique d'aspiration à travers une micropipette IRAND et BURTON (Bioph. J. 4, 115 1964)7, à l'aide de laquelle on mesure la longueur du "doigt" de la membrane du globule aspiré. Si sur le plan du principe et des résultats, cette technique donne satisfaction, cette mesure est toujours pratiquée de manière exceptionnelle en raison de sa difficulté et de sa durée qui est assez longue; - les mesures viscosimétriques (à l'aide d'un viscosimètre ca- pillaire ou rotatif) D'une façon générale, toutes les mesures préconisées

L cf. en particulier les travaux de CHIEN et Collab., Biorheolo-

gy 12, 341, 1975; de THURSTON (Biophys. J. 12, 1205, 1972) et de USAMI et Collab. (Biorheology 10, 425, 1973)7 se fondent sur le concept selon lequel la viscosité de suspensions mesurée à

gradient de vitesse élevé est plus faible lorsque les particu-

les sont déformables. Cependant, de telles déterminations sont

peu sensibles et nécessitent le plus souvent des appareils co-

teux et de maniement peu commode.

- les techniques d'examen microscopique des globules; ces tech-

niques concernent l'examen microscopique des cellules dans un écoulement de type Poiseuille (par exemple dans un capillaire ou dans un viscosimètre transparent cône-plan). C'est une - 20 technique très délicate qui nécessite un appareillage complexe et dont les résultats peuvent être parfois sujets à caution les cellules doivent en effet être mises en suspension dans un milieu très visqueux non physiologique (cf. le "Rhéoscope"

de SCHMID-SCHÈNBEIN).

Les résultats sont également difficiles à interpréter, même après avoir fixé la forme des cellules à l'aide d'agents

chimiques tels que le glutaraldéhyde ou l'acétaldéhyde.

- les techniques de visualisation indirecte de la déformation

par l'étude des images de la diffraction de la lumière.

Cette technique, étudiée plus particulièrement par BESSIS et MOHANDAS JBlood Cells. 3 229-239 (1977) et Blood Cells 1 307-313 (1975)7 mesure également l'allongement des cellules

soumises à des contraintes de cisaillement, en utilisant la dif-

fraction de la lumière (et notamment la diffraction d'un rayon

laser traversant l'échantillon sanguin).

Ces méthodes de mesure, outre qu'elles sont lentes et peu adaptées aux mesures industrielles, nécessitent de plus, un appareillage très coûteux et des manipulations délicates: les

cellules doivent toujours être placées dans un milieu très vis-

queux, fort différent des conditions physiologiques.

- les méthodes basées sur la filtration.

Parmi les très nombreuses méthodes utilisées pour évaluer la déformabilité érythrocytaire, la filtration est peut-

être la seule qui, à ce jour, connaît une grande extension, pro-

bablement en raison de sa simplicité.

Le principe général de la détermination de la filtra-

bilité érythrocytaire est la mesure du débit d'une suspension

plus ou moins concentrée de globules rouges à travers une mem-

brane dont le diamètre moyen des pores est inférieur à celui des hématies. Pour une membrane et une pression motrice données, le débit de filtration sera d'autant plus faible que les hématies

se déformeront difficilement.

Le débit de filtration est donné par D--dV (1) dt o dV est le volume de liquide traversant le filtre pendant la durée dt. Si celle-ci n'est pas assez faible pour que le débit soit constant, le débit mesuré est un débit moyen donné par

D V (2)

At D'une façon générale, le débit moyen mesuré entre deux instants t2 et t1 (tels que t2 - t1 = At) sera exprimé par la relation (3) ci-après =- t Ddt (3) t1 L'examen de la relation (3) montre que les débits

moyens et instantanés ne sont identiques que lorsque D est in-

dépendant du temps (écoulement à débit constant). Pour une mem-

brane, le débit de filtration est la somme des débits élémentai-

res à travers chaque pore de la membrane.

Si d représente la valeur du débit d'écoulement d'un fluide homogène de viscosité n0 à travers un pore d'une membrane poreuse de surface unité, et 1 la longueur de l'axe du pore (supposé perpendiculaire à la surface de la membrane filtrante) qui constitue l'épaisseur de cette membrane, et si r est le rayon du pore, on a (relation de Poiseuille) d __4 AP d 8n r sn0 1 AP représentant la différence de pression entre l'entrée et la sortie du pore. Si N représente le nombre de pores de la membrane à o l'instant to, on a alors:

__4 AP

D = Nod = No 8 r 1(4) O O 8n0 Par exemple, pour une membrane de Marque "NUCLEPORE" typique (fabriquée par la GENERAL ELECTRIC COMPANY) (o r = 2, 5 p 1 = 12 p N = 4.105/cm o et pour un liquide comme l'eau à 25 C (no = 0, 01 poise),

3 2

on a D = 1 cm3/sec. pour 1 cm de membrane.

Basés sur ces données, un nombre important de méthodes et d'appareils ont été décrits pour mesurer la filtration ou

plus exactement la filtrabilité des globules rouges. En particu-

lier: - S. CHIEN et Collab. jBiorheology 8, 163 (1971)7 mesurent le pourcentage de cellules qui passent en appliquant un gradient de pression;

- L.S. LESSIN et Collab. ZBlood Cells 3, 241-262 (1977)7 utili-

sent également une pression positive à travers la membrane "NUCLEPORE" en utilisant un appareil très compliqué; - SCHMID-SCHONBEIN et Collab. jBlut (1973) 26, 369-3797, ainsi que REID H.L. et Collab. ZJ. Clin. Pathol. (1976) 29(9), 855-858/ utilisent par contre un dispositif simple permettant d'assurer un vide (20 cm d'eau environ), auquel est relié un support-filtre pouvant recevoir une membrane filtrante "NUCLEPORE" en polycarbonate de 13 mm de diamètre, dont les pores cylindriques ont un diamètre de 5 p. Une seringue de 1 ml peut être adaptée au support-filtre. La filtrabilité des hématies en suspension à 40 % dans du sérum physiologique est

évaluée en chronométrant le temps de passage de 1 ml de sus-

pension; - P. TEITEL ZNature (Lond.) 184, 1808 (1959), Sangre (Barcelone)

9, 282 (1964), Blood Cells 3, 55-70 (197717 préconise tout sim-

simplement un filtre en papier (les diamètres de pores oscil-

lent entre 20 et 40 p), la seule pression exercée étant gravi-

métrique, la mesure s'effectuant par la détermination du dé-

bit du liquide (une suspension d'hématies lavées, dont l'héma-

tocrite est supérieur à 90 %) à travers le filtre.

Il est à noter que l'utilisation du filtre "NUCLEPORE" en tant que modèle du capillaire a déjà été préconisé en 1966

ZGREGERSEN et Collab. "Hemorheology" (Copley Ed.) Pergamon Press.

Oxford7.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède, toutes les techniques proposées dans l'Art antérieur ne répondent pas aux critères qui requièrent d'une analyse qu'elle soit à la fois simple à exécuter, économique, précise, reproductible et fiable, et qu'elle "mesure" parfaitement les propriétés des globules rouges représentées par leur flexibilité, leur élasticité et

leur déformabilité.

Il est clair, en examinant la relation (4) ci-dessus, que pour avoir des mesures précises, fiables, reproductibles et surtout pour avoir des mesures qui correspondent à la réalité des faits, c'est-à-dire qui sont bien reliées à cette qualité

mécanique essentielle des hématies que constitue la déformabi-

lité, un certain nombre des paramètres doit être reconsidéré et reprécisé. 1) Facteurs géométriques Dans un filtre bien conçu, et ce n'est pas toujours le cas, on peut supposer que le nombre total de pores accessible au fluide à l'instant to est constant d'une membrane à l'autre. De même, on peut négliger des variations éventuelles de l'épaisseur de la membrane entre deux mesures. Par contre, il faut discuter

davantage le rôle des fluctuations du diamètre moyen des pores.

De telles fluctuations pourraient survenir-pour des raisons

thermiques ou mécaniques (dilatation des pores par tension ex-

cessive de la membrane), ou pour des raisons dues à la fabrica-

tion elle-même (filtres en papier par exemple). L'examen de la

loi de Poiseuille montre que r intervient à la puissance 4ème.

Si par exemple, r passe de 2,5 à 2,6 p, le débit augmentera

de 17 %.

2) Pression motrice de l'écoulement Au début de la filtration (effectuée par exemple sous

vide pour une pression P inférieure à la pression atmosphéri-

que P0), la pression au niveau de la surface supérieure de la membrane sera égale à P + AP,et la force motrice qui détermine

l'écoulement du liquide à travers chaque pore sera AP x ur.

En supposant tous les autres facteurs constants, on peut écrire la loi de Poiseuille sous la forme suivante dV

D =- = X AP (5)

la constante K étant: K =N Â r o 8TI Si à un instant t la hauteur du liquide à filtrer est égale à h, le AP est obtenu en appliquant la loi de Pascal LP = pg (h + h') o p = la masse spécifique du liquide à filtrer g = l'accélération de la pesanteur et h' = la dépression exprimée en cm d'eau Or, AP diminue constamment au cours de la filtration,

en raison de la-chute du niveau. Si le tube contenant la sus-

pension à filtrer dont le niveau est h à l'instant initial, t0,a une section S; et si on désigne par VO le volume initial de la solution à filtrer et par V le volume du liquide qui a filtré à l'instant t, la pression motrice sera alors

V -V

AP = P g = + h' Si on porte cette expression de AP dans la relation (5), on obtient une expression qui donne le volume écoulé V à chaque instant:

K

V = S (h' + ho) (1 - e g (6) Cette expression indique que le volume écoulé augmente

de moins en moins vite, c'est-à-dire que le débit décroît régu-

lièrement, tout au long de la filtration.

3) Problèmes liés à la tension superficielle Il est bien connu que, lorsqu'on plonge un capillaire

vide de rayon interne r dans un liquide, le niveau sera dif-

férent de celui du liquide à l'extérieur du tube. Si le liquide mouille la paroi, le liquide s'élèvera dans le capillaire, il

descendra dans le cas contraire. La dénivellation finale h at-

teinte est donnée par la loi de JURIN hs =2A cos O (7) o S pg r p: masse spécifique du liquide A: tension superficielle du liquide

O: angle de raccordement entre le liquide et la paroi in-

terne du capillaire. Si O = 0, le liquide mouille par-

faitement le solide; si O = 1800, le mouillement est nul. L'angle O dépend de la nature du liquide et du capillaire; pour les matières plastiques (tel le

polycarbonate) et l'eau, O est supérieur à 90 .

Si l'on plonge un tube en matière plastique de 1 mm de diamètre intérieur dans de l'eau, on constate que hS est de l'ordre de 1 cm, et négatif. Cela signifie qu'il faudrait

exercer une dépression de 1 cm d'eau pour supprimer la dénivel-

lation. Si on applique la loi de JURIN pour un pore élémentaire de la membrane, et en admettant les chiffres précédents, on

déduit que la différence de pression nécessaire pour faire écou-

ler le liquide à travers ce pore devrait être d'environ 200 cm d'eau. En réalité, différents facteurs viennent réduire cette valeur extrême; ce chiffre indique néanmoins le rôle très important que les phénomènes interfaciaux peuvent avoir dans la filtration. Ce résultat explique pourquoi il est parfois

nécessaire d'appliquer une brève surpression pour faire démar-

rer l'écoulement. Celui-ci étant commencé, le liquide se répand sur l'autre face de la membrane et la loi de JURIN ne s'applique plus à des capillaires de 5 p de diamètre, mais à une conduite de section mal déterminée, représentée par les interstices entre la membrane et le support de membrane, ainsi que par la section des orifices du support de membrane. Certains écarts importants observés en filtrant à plusieurs reprises le même échantillon peuvent être expliqués par des différences de position de la

membrane par rapport à son support d'une analyse à l'autre.

Une autre conséquence des phénomènes de surface est le blocage de l'écoulement par des microbulles à l'intérieur

des pores ou entre la face inférieure de la membrane et son sup-

port. En effet, si une bulle gazeuse remplit une portion du ca-

pillaire, il faudra là aussi exercer une pression supplémentaire

égale à 2 pour faire écouler ce liquide. Ceci explique pour-

quoi certains auteurs préconisent de faire les mesures de fil-

tration en plongeant le dispositif dans un grand volume d'eau dégazée. Il est à remarquer également que le phénomène de capillarité peut s'introduire dans la relation (5) sous forme d'une diminution de pg h': AP = pg h + (h' 2A cose) Si l'on se reporte à la relation (6), on constate alors que les erreurs faites en confondant t1 et t'l1 (t1 étant le temps réel de vidange du tube contenant le liquide et t'1 étant le temps de vidange du tube si AP était constant) peuvent devenir importantes. De plus, ces erreurs seront aléatoires, car le terme de capillarité dépend de-facteurs peu contrôlables, comme l'état de surface des membranes, des pores, du support de membrane, de la position de la membrane par rapport au support, etc... 4) Nombre de pores efficaces

Dans la relation de Poiseuille (relation 4), No repré-

sente le nombre de pores par unité de surface de la membrane.

Ce facteur n'est pas constant au cours de la filtra-

tion, et il convient d'étudier l'origine et la conséquence de

ces variations.

a) Problèmes liés au support de filtre D'une façon générale, la membrane est placée sur un support. Celui-ci obture une fraction a des pores, de

sorte que le nombre de pores réellement utiles à l'ins-

tant t0 est (1-a) N. Il est possible, dans certains

cas, que a diffère d'une expérience à l'autre (par exem-

ple par suite de plissements de la membrane, ou de dé-

formations du support, ou de la qualité de ce dernier).

Il en résultera alors des variations sur les temps de

filtration, toutes choses étant égales par ailleurs.

b) Problèmes liés au colmatage du filtre Certaines cellules de la suspension peuvent colmater

les pores du filtre. Ceci revient à diminuer progres-

sivement (1-a) N Autrement dit, le débit est une fonction décroissante

du temps.

Si c' est la concentration des cellules en question, et en supposant dans la relation de Poiseuille (4), tous les facteurs autres que N constants, on écrira alors

D = K1 N.

Si l'on admet qu'un pore se colmate à chaque fois qu'une cellule s'y engage, le nombre de pores qui se colmatent pendant l'intervalle dt sera dN = c' dV ou dN = c' dt On en déduit la-variation de débit dD = - K1 c' D dt Le débit sera donc une fonction du temps. Si D0 est la valeur initiale, le débit à l'instant t sera donné par une loi du type: Dt = Do e- K1 c t (8) o K1 = 8- (1-ca) A - P

L'origine du colmatage peut être variable. Les globu-

les blancs traversent très difficilement les pores habi-

tuellement utilisés, et il est essentiel de les éliminer de façon à ce que les temps de filtration mesurés soient

caractéristiques des seules hématies.

En dehors des agrégats plaquettaires éliminés avec les

globules blancs, les rouleaux et agrégats érythrocytai-

res peuvent aussi, en principe, obturer des pores. Dans ce cas, un allongement du temps de filtration provient des interactions entre cellules et non des modifications

de leurs propriétés rhéologiques. L'importance de ce mé-

canisme de colmatage est cependant très difficile à es-

timer, car les contraintes de cisaillement à l'entrée

du pore peuvent être suffisantes pour rompre ces agré-

gats.

Enfin, le colmatage peut provenir d'une rigidité éle-

vée des hématies. Dans ce cas seulement, la diminution progressive du débit est une grandeur intéressante à

mesurer, significative de la rhéologie érythrocytaire.

Mais il faut encore souligner que ce phénomène n'a d'in-

térêt que si l'on a bien pris soin d'éliminer les autres

causes de colmatage.

5) Rôle de la viscosité

Dans la relation de Poiseuille (4), le débit est in-

versement proportionnel à la viscosité du fluide. Pour les li-

quides usuels, en particulier l'eau, le sérum physiologique, ainsi que pour le plasma, la viscosité dépend fortement de la température T: la viscosité diminue d'environ 2 % lorsque la

température augmente de 10C. Il convient donc d'éviter des dif-

férences de températures supérieures à 50C d'une opération à

l'autre, si l'on veut que l'erreur de température reste infé-

rieure à 10 %.

Lorsqu'on considère macroscopiquement une opération

de filtration, la présence des hématies dans ce fluide à fil-

trer diminue le débit global.

On peut traduire ceci par une augmentation de la ré-

sistance à l'écoulement due à une viscosité accrue du milieu.

6) Rôle de la sédimentation Le débit de filtration dépend de la concentration effective au voisinage des pores (c). On peut la confondre avec la concentration moyenne de la suspension uniquement au moment

du remplissage du tube de filtration, ou bien encore s'il exis-

te une agitation efficace tout au long de la filtration, ce qui

pratiquement n'est jamais le cas.

Cet effet est encore plus important lorsqu'on étudie le sang total à vitesse de sédimentation (VS) élevée. Pour le sang dilué, l'augmentation de la VS du sang entraîne moins de

variations sur le temps de filtration, car les hématies sédimen-

tent beaucoup plus indépendamment les unes des autres sans for-

mer de rouleaux et d'agrégats. Néanmoins, et même dans ce dernier

cas, la sédimentation va entraîner une accumulation des héma-

ties sur la face supérieure de la membrane en un temps court (de l'ordre de quelques dizaines de secondes, typiquement). Il en résulte que toutes les mesures basées sur la filtration d'un volume important de sang (donc longues) seront affectées dans

des proportions variables et incontrôlables par ce phénomène.

La présente invention s'est en conséquence donné pour but de pourvoir à un appareil de mesure de la filtrabilité des globules rouges, qui répond mieux aux nécessités de la pratique

que les appareils visant au même but antérieurement connus, no-

tamment en ce qu'il rend la mesure reproductible et parfaite-

ment fiable, insensible au colmatage progressif du filtre, in-

sensible à la sédimentation qui peut avoir lieu sur la surface du filtre; en ce qu'il permet d'effectuer les mesures avec une

bonne précision; en ce qu'il est d'un accès et d'une manipula-

tion faciles; en ce qu'il évite l'obturation d'une partie de la membrane, laquelle n'est plus en contact avec un support rigide, comme c'est le cas dans les appareils de l'Art antérieur; en ce qu'il évite le phénomène de micro-bulles qui se produit dans la

plupart des appareils de l'Art antérieur entre la face inférieu-

re de la membrane filtrante et la face supérieure du support;

en ce qu'il favorise l'écoulement du liquide et réduit considéra-

blement l'influence des variations de la température et de la

viscosité du solvant; en ce qu'il permet la réutilisation mul-

tiple des membranes filtrantes en réduisant de ce fait le coût

de la mesure et en ce qu'il permet de mesurer - outre la défor-

mabilité -, d'autres propriétés rhéologiques comme par exemple

la viscosité.

La présente invention a pour objet un appareil de dé-

termination des propriétés rhéologiques des fluides biologiques,

et notamment la déformabilité des globules rouges du sang, ca-

ractérisé en ce qu'il est constitué, en combinaison - d'un premier bloc transparent supérieur contenant en son centre un

capillaire de diamètre intérieur compris entre 1 et 10 mm, le-

quel bloc est muni de deux détecteurs de niveaux; - d'un deu-

xième bloc transparent inférieur pourvu d'un conduit central -

faisant face au capillaire du bloc supérieur - à l'intérieur du-

quel conduit est logé un dispositif tire-gouttes, ledit conduit étant relié d'une part à un circuit de vidange, et d'autre part à un circuit de régularisation de pression; - d'une membrane filtrante logée entre les deux blocs, et - d'un châssis de

maintien de l'appareil.

Suivant un mode de réalisation avantageux de l'appareil objet de la présente invention, la membrane filtrante repose sur un papier-filtre, dont le diamètre est légèrement supérieur à

celui de la membrane.

Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'appareil objet de la présente invention, les deux détecteurs de niveaux sont logés l'un audessous de l'autre et distants

l'un de l'autre de 1 à 20 mm environ.

Suivant une modalité particulière de ce mode de réali-

sation, lesdits détecteurs de niveaux sont des détecteurs opti-

ques constitués d'un émetteur lumineux et d'une photodiode (ou

phototransistor) de réception.

Suivant une autre modalité, le détecteur optique est constitué d'une fibre optique reliée à une source lumineuse et d'une fibre optique reliée à une photodiode (ou phototransistor)

de réception.

Conformément à l'invention, les deux détecteurs de ni-

veaux sont reliés électroniquement à un chronomètre de mesure du temps de la filtration: le détecteur supérieur pour la mise en

marche, le détecteur de niveau inférieur pour l'arrêt du chrono-

mètre.

Conformément à l'invention, le bloc inférieur est mo-

bile et coulisse le long de deux tiges de guidage situées de part et d'autre de la cavité centrale, lesdites tiges de guidage

étant maintenues d'une part sur la partie basse du bloc supé-

rieur qui est rendu solidaire du chàssis, ladite partie basse étant évasée par rapport au corps du bloc supérieur, et d'autre

part par leur extrémité inférieure, sur le châssis de l'appareil.

Les tiges de guidage étant retenues simplement dans deux orifices de la base du ch&ssis, on peut les retirer très facilement pour libérer aisément le bloc inférieur si on veut

le nettoyer.

Suivant un mode de réalisation avantageux de l'objet de l'invention, la partie basse du capillaire est évasée et a un diamètre sensiblement égal à celui de la cavité centrale du

bloc inférieur, et légèrement inférieur au diamètre de la mem-

brane filtrante.

Suivant une modalité particulièrement avantageuse, la

partie évasée du capillaire ou la face supérieure du bloc infé-

rieur sont munies de joints pour le maintien de la membrane filtrante. Conformément à l'invention, deux ressorts sont fixés par une de leurs extrémités au bloc inférieur, l'autre extrémité de ces deux ressorts se terminant par un crochet qui vient se loger dans deux petites encoches ou évidements (une par ressort)

prévus à cet effet dans la partie basse, évasée du bloc supé-

rieur. Les deux ressorts tendus pendant les opérations de

filtration assurent l'étanchéité du système, ainsi que la stabi-

lité de l'appareil et facilitent ainsi les opérations de filtra-

* tion. L'association des tiges de guidage avec les ressorts, fa-

ciles à mettre en place et à enlever, permet un fonctionnement rapide et sûr de l'appareil de filtration, et permet d'éviter de faire supporter par la membrane de filtration des contraintes

de cisaillement ou des risques de déplacement lors du rapproche-

ment des deux blocs (inférieur et supérieur).

Suivant un mode de réalisation avantageux de l'appa-

reil objet de la présente invention, le dispositif tire-gouttes

est constitué d'une tige en verre, en matière plastique, en mé-

tal ou analogue, solidaire du bloc inférieur et fixée sur le fond dudit bloc inférieur à l'aide d'un joint et/ou d'une bague

en matériau élastique et étanche.

Cette tige peut prendre toutes formes voulues: elle peut se terminer par une pointe, une sphère, une voûte ayant la

forme d'un champignon, etc...

Suivant une modalité particulièrement avantageuse, la tige tire-gouttes est recouverte sur sa partie supérieure qui est en contact avec la membrane filtrante, d'une languette de

papier-filtre à cheval sur l'extrémité de ladite tige.

Suivant une autre modalité particulière, la tige tire-

gouttes est constituée par un cylindre percé latéralement de

nombreux trous qui sont remplis d'une matière hydrophile.

Le dispositif conforme aux dispositions qui précèdent

a pour but de faciliter la filtration, de rendre le temps ini-

tial de filtration aussi court que possible, et de ne faire dé-

pendre la filtration que de la faculté de déformabilité des

globules rouges examinés.

Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'objet de l'invention, .le circuit de contrôle de pression se compose: - d'un robinet à trois voies mettant en communication le conduit central du bloc inférieur soitavec un récipient-ballast de surpression, soit avec un circuit "mesure";

- d'un récipient-ballast de capacité comprise entre 0,1 et 5 li-

tres, muni d'un dispositif permettant de créer une faible sur-

pression (O à 50 cm d'eau) qui peut être une seringue ou une poire équipée d'une soupape, d'un récipient rempli de liquide que l'on soulève, ou analogue; - d'un circuit "mesure" constitué: soit d'un simple tube ouvert à l'atmosphère, si l'on désire

filtrer avec la seule pression hydrostatique du liquide rem-

plissant le capillaire du bloc supérieur, soit d'un tube relié à un deuxième récipient-ballast de 0,1 à litres, muni d'une conduite d'arrivée du vide si l'on désire filtrer avec une dépression. Là aussi, le vide partiel peut être obtenu à l'aide d'une seringue ou une poire équipée d'une soupape, d'un récipient rempli de liquide que l'on baisse, ou

analogue.

Conformémenit à l'invention,-la mise vers le circuit "mesure" du robinet à trois voies, est reliée électroniquement avec le chronomètre de décompte du temps de filtration pour le

mettre automatiquement à zéro.

Suivant un mode de réalisation avantageux de l'objet de l'invention, le capillaire situé au centre du bloc supérieur fait partie intégrante de la masse dudit bloc supérieur et est

venu de fabrication.

Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'objet de l'invention, le capillaire situé au centre du bloc supérieur est introduit dans un conduit plus large prévu à cet

effet et collé contre la paroi dudit conduit.

La présente invention a également pour objet un procé-

dé pour la détermination des propriétés rhéologiques de fluides

biologiques, et notamment un procédé de mesure de la filtrabi-

lité des globules rouges du sang à l'aide de l'appareil conforme à la présente invention, lequel procédé est caractérisé en ce

que l'on détermine tout d'abord le temps initial moyen d'écoule-

ment du solvant (sérum physiologique, plasma ou analogue), puis le temps initial moyen d'écoulement d'un volume de la suspension de concentration donnée à examiner, et en ce que l'on détermine l'indice de filtrabilité en appliquant la formule (9) ci-après I = tg -ts (9) o f ts x H If: indice de filtrabilité ts: temps initial moyen d'écoulement du solvant tg: temps initial moyen d'écoulement de la suspension des globules à examiner, et H: concentration volumique (V/V) des hématies dans la

suspension ou hématocrite.

Outre les dispositions qui précèdent, l'invention com-

prend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la des-

cription qui va suivre.

L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du

complément de description qui va suivre, qui se réfère à des

exemples de réalisation de l'appareil conforme à la présente invention, représentés dans les dessins annexés, ainsi qu'à un

exemple de mesure de la déformabilité des globules rouges.

Il doit être bien entendu toutefois, que les disposi-

tifs décrits dans ce qui va suivre et représentés aux dessins, ainsi que l'exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à la

présente invention, sont donnés uniquement à titre d'illustra-

tion de l'objet de l'invention, mais n'en constituent en aucune

manière une limitation.

L'appareil conforme à la présente invention qui réali-

se les déterminations des propriétés Théologiques des fluides

biologiques et notamment la mesure de la déformabilit-é des glo-

bules rouges par filtration, sera décrit à présent en se réfé-

rant aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures 1, 2 et 3 représentent schématiquement les trois parties de l'appareil: le bloc supérieur, le bloc inférieur et le dispositif de contrôle de pression; les figures 4 et 5 représentent l'appareil - vu de face - en

position ouverte, les deux blocs séparés (figure 4) et en po-

sition fermée, prêt-à-l'emploi (figure 5), et - la figure 6 représente trois différentes variantes-de tiges tire-gouttes. La figure 1 représente en coupe le bloc supérieur 1, en matière plastique transparente, au centre duquel se trouve le capillaire 2 dont la partie basse évasée 3 est pourvue d'un joint torique 4 qui vient appuyer contre la membrane filtrante et le bloc inférieur. Les tiges de guidage 6 coulissent dans

la partie inférieure évasée 5 du bloc supérieur 1, laquelle com-

porte deux encoches 7 o viennent se loger les crochets de l'ex-

trémité supérieure de ressorts de maintien. Les détecteurs de

niveaux 8 et 9 sont logés dans la partie supérieure du bloc su-

périeur 1; 8a et 9a représentent les émetteurs de lumière, 8b

et 9b les récepteurs de la lumière émise (diodes ou fibres op-

tiques). La distance entre le détecteur de lumière supérieur et le détecteur de lumière inférieur varie entre 1 et 20 mm, et

est fonction de la viscosité du liquide à filtrer, des dimen-

sions des détecteurs de niveaux et de la résolution du chrono-

mètre. La figure 2 représente en coupe le bloc inférieur en matière plastique transparente 10 avec son conduit central il relié d'une part à la vidange 12, et d'autre part au circuit de contrôle de pression 13. La tige tire-gouttes 14 est placée au centre du conduit et est fixée au bloc inférieur à l'aide d'un organe d'étanchéité 15. La membrane filtrante 16 et la rondelle de papier-filtre 17 disposée au-dessous de ladite membrane 16,

sont placées au-dessus du conduit Il qui présente un léger ré-

trécissement 18. Les deux ressorts de maintien 19 sont fixés à la partie inférieure du bloc inférieur 10 et ils sont pourvus à leur extrémité libre, de deux crochets: le crochet 20 qui vient se loger dans l'encoche 7 prévue à cet effet dans le bloc supérieur 1, et le crochet de préhension 21. Les deux tiges de

guidage ú placées de part et d'autre du conduit central 11 per-

mettent le coulissement longitudinal du bloc inférieur 10, pour

le rapprocher ou l'éloigner du bloc supérieur 1 fixe, rendu so-

lidaire du châssis.

La figure 3 représente schématiquement le dispositif de contrôle de pression 13. Il se compose essentiellement du robinet à trois voies 22 relié soit vers le circuit "mesure" 26,

soit vers la seringue 25 (de 2 à 50 ml de capacité), par l'in-

termédiaire du récipient-ballast 23 et de la soupape 24. A l'ai-

de de cette seringue 25, on crée une surpression dans l'appareil.

Il est bien évident que la seringue peut être remplacée par une poire par exemple, ou même simplement par un récipient rempli de liquide que l'on soulève. Le circuit électronique qui relie le chronomètre de

mesure à la sortie "mesure" 26 du robinet 22 et aux deux détec-

teurs de niveaux 8 et 9, n'est pas représenté sur les figures.

La figure 4 représente l'appareil conforme à l'inven-

tion, vu de face, ouvert, les deux ressorts 19 étant posés sur la base du châssis 31, et les deux blocs 1 et 10 séparés. Le bloc 1 est fixé et est rendu solidaire du châssis 31, tandis que le bloc 10 glisse le long des tiges de guidage 6, lesdites tiges étant retenues dans deux orifices pratiqués sur la base du châssis 31. Le bloc 10 repose en position ouverte de l'appareil sur deux ressorts de support 27. On a représenté sur la figure

4, un mode de mise en place de la membrane filtrante 16 au-

dessus du bloc inférieur 10. La partie évasée 3 du capillaire 2 vient appuyer contre la membrane filtrante 6 au moment de la

fermeture de l'appareil.

La figure 5 représente l'appareil conforme à l'inven-

tion fermé, prêt-à-l'emploi. Les deux ressorts 19 sont tendus, le crochet 20 logé dans l'encoche correspondante 7, les deux

blocs 1 et 10 sont adjacents l'un à l'autre.

La figure 6 représente d'une manière non limitative,

trois variantes de tiges tire-gouttes.

La figure 6a représente une tige 14 en acier inoxyda-

ble terminée par un biseau sur lequel on a placé - à cheval -

une languette de papier-filtre 28. La figure 6b représente une

3C) tige 14 sous forme. d'un tube cylindrique muni de trous 29, rem-

plis de fibres hydrophiles. La figure 6c représente une tige 14 elr verre, terminée par une partie évasée 30 ayant sensiblement

une forme ovoïde, qui vient appuyer contre la rondelle de papier-

filtre 17 placée au-dessous de la membrane filtrante 16. D'au-

tres formes sont évidemment encore possibles.

L'on trouvera à présent ci-après, un exemple non limi-

tatif cle mesure de filtrabilité des globules rouges du sang con-

formément-au procédé de la présente invention.

-N. X-s_- N

I - EXEMPLE DE DETERMINATION DE LA FILTRABILITE DES HEMATIES

L'appareil ouvert, les deux blocs 1 et 10 séparés, on met une petite languette de papier-filtre 28 (4 mm de largeur et 7 cm de longueur) à cheval sur l'extrémité supérieure de la tige tire-gouttes 14. Cette languette de papier-filtre est préalable- ment mouillée par le solvant (sérum physiologique par exemple de pH 7,4). On place ensuite une rondelle de papier-filtre 17 de 20 mm de diamètre (également humectée de sérum physiologique) au-dessus de la cavité centrale 11, puis au-dessus de cette rondelle 17 la membrane filtrante 16 (du type "NUCLEPORE" de 13 mm de diamètre et dont le diamètre des pores est de 5 p). On fait ensuite coulisser le bloc inférieur 10 le long des tiges de guidage 6, puis on réunit les deux blocs que l'on ferme à l'aide des ressorts 19. On remplit ensuite le capillaire 2 (de 2,5 mm de diamètre et d'une longueur de 6 cm) du même solvant de mesure (sérum physiologique de pH 7,4) qu'on laisse s'écouler

librement pour rincer les circuits et la membrane. On ferme en-

suite le robinet de vidange 12, on dirige le robinet à trois voies vers le récipient-ballast de surpression, et on établit

une surpression d'environ 8 cm d'eau à l'aide de la seringue 25.

On remplit ensuite le capillaire du même solvant de mesure, de

manière à ce que le niveau du solvant soit environ à 5 mm au-

dessus du détecteur de niveau supérieur 8. On dirige alors le

robinet à trois voies 22 vers le circuit "mesure" 26. Le chrono-

mètre de mesure (relié électroniquement) se met automatiquement en position 0. Le liquide commence à s'écouler: dès que le

niveau du liquide atteint le détecteur supérieur 8, le chrono-

mètre relié électroniquement au récepteur 8b se met en marche.

Le chronomètré de mesure s'arrête dès que le niveau du liquide atteint le détecteur inférieur 9, distant du détecteur 8 de huit

mm. On arrête dlors l'écoulement en dirigeant de nouveau le ro-

binet à trois voies 22 vers le récipient-ballast de surpression.

On note le temps indiqué par le chronomètre, on remplit le capillaire 2 du même solvant de mesure et on recommence la même opération 5 fois consécutives en notant chaque fois le temps d'écoulement. Les temps indiqués par le chronomètre sont les suivants:

lère mesure: 0,69 sec.

2ème mesure: 0,52 sec.

3ème mesure: 0,42 sec.

4ème mesure: 0,42 sec.

5ème mesure: 0,42 sec. Le temps initial d'écoulement du solvant ts est égal

à 0,42 seconde.

On vidange alors complètement le capillaire et le bloc inférieur, sans ouvrir l'appareil et sans changer la membrane ou le papier-filtre, et on recommence les mêmes opérations mais en remplaçant le solvant de mesure par une suspension de globules

rouges à 8 % (Vol/Vol) dans le même solvant (sérum physiologi-

que à pH 7,4). On filtre trois fois de suite et on note les

trois temps indiqués par le chronomètre.

lère mesure: 0,83 sec.

2ème mesure: 0,85 sec.

3ème mesure: 0,87 sec.

Le temps initial d'écoulement de la suspension de

globules rouges, tg, est égal à 0,85 sec.

L'indice de filtrabilité est égal à I = tg - ts x 100 = 12 ts. 8

La mesure terminée, on aspire le restant de la sus-

pension contenue dans le capillaire, à l'aide d'une seringue, on ouvre l'appareil que l'on rince soigneusement, tandis que la membrane filtrante est lavée dans un mélange sulfochromique

pour être réutilisée.

II - EXEMPLE DE MESURE DE LA FILTRABILITE DES HEMATIES D'UN

DIABETIQUE

On procède exactement comme décrit dans l'Exemple I. On trouve ts = 0,35 tg = 0,98 et If = 22,5

Il résulte de la description qui précède que, quels

que soient les modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'ap-

plication adoptés, l'on obtient un appareil et un procédé de

détermination des propriétés rhéologiques des fluides biologi-

ques qui présentent par rapport aux appareils et procédés vi-

sant au même but antérieurement connus, des avantages importants

et notamment l'avantage d'assurer une excellente reproductibi-

lité des mesures, l'avantage d'une grande simplicité de fonc-

tionnemernt et l'avantage de pourvoir à un appareil d'un coût relativement modique et de permettre de réaliser des mesures à

un prix de revient relativement bas.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite dans ce qui précède; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la

portée, de la présente invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1o- Appareil de détermination des propriétés rhéologi- ques des fluides biologiques et notamment la déformabilité des globules rouges du sang, caractérisé en ce qu'il est constitué, en combinaison: d'un premier bloc transparent supérieur con- tenant en son centre un capillaire de diamètre intérieur compris entre 1 et 10 mm, lequel bloc est muni de deux détecteurs de ni- veaux; - d'un deuxième bloc transparent inférieur, pourvu d'un conduit central - faisant face au capillaire du bloc supérieur - à l'intérieur duquel conduit est logé un dispositif tire-gouttes, ledit conduit étant relié d'une part à un circuit de vidange, et d'autre part à un circuit de régularisation de pression; - d'une membrane filtrante logée entre les deux blocs, et - d'un châssis de maintien de l'appareil.
1. 2 - Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en

   ce que la membrane filtrante repose sur un papier-filtre dont

   le diamètre est légèrement supérieur à celui de la membrane.

   - Appareil selon l'une quelconque des Revendications

   1 et 2, caractérisé en ce que les deux détecteurs de niveaux sont logés l'un au-dessous de l'autre, et distants l'un de

   l'autre de 1 à 20 mm environ.

   - Appareil selon la Revendication 3, caractérisé en

   ce que lesdits détecteurs de niveaux sont des détecteurs opti-

   ques constitués d'un émetteur lumineux et d'une photodiode ou

   phototransistor de réception.

   - Appareil selon l'une quelconque des Revendications

   3 et 4, caractérisé en ce que le détecteur optique est constitué d'une fibre optique reliée à une source lumineuse et d'une fibre

   optique reliée à une photodiode ou phototransistor de réception.
2. 6 - Appareil selon l'une quelconque des Revendications

   1 à 5, caractérisé en ce que les deux détecteurs de niveaux sont reliés électroniquement à un chronomètre de mesure du temps de la filtration: le détecteur supérieur pour la mise en marche,

   le détecteur de niveau inférieur pour l'arrêt du chronomètre.
3. 7 - Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le bloc inférieur est mobile et coulisse le long de deux

   tiges de guidage situées de part et d'autre de la cavité centra-

   le, lesdites tiges de guidage étant maintenues d'une part sur la

   partie basse du bloc supérieur, qui est rendu solidaire du châs-

   sis, ladite partie basse étant évasée par rapport au corps du bloc supérieur, et d'autre part par leur extrémité inférieure,

   sur le châssis de l'appareil.
4. 8 - Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la partie basse du capillaire est évasée et a un diamètre

   sensiblement égal à celui de la cavité centrale du bloc infé-

   rieur, et légèrement inférieur au diamètre de la membrane fil-

   trante.
5. 9 - Appareil selon les Revendications 1 et 8, caracté-

   risé en ce que la partie évasée du capillaire est munie de joints

   pour le maintien de la membrane filtrante.

   o- Appareil selon les Revendications 1 et 8, carac-

   térisé en ce que la face supérieure du bloc inférieur est munie

   d'un joint pour le maintien de la membrane filtrante.
6. 11 - Appareil selon l'une quelconque des Revendica-

   tions 1 à 10, caractérisé en ce que les deux ressorts sont fixés par une de leurs extrémités au bloc inférieur, l'autre extrémité de ces deux ressorts se terminant par un crochet qui vient se loger dans deux petites encoches ou évidements (une par ressort) prévus à cet effet dans la partie basse, évasée, du

   bloc supérieur.
7. 12 - Appareil selon l'une quelconque des Revendica-

   tions 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif tire-gouttes

   est constitué d'une tige en verre, en matière plastique, en mé-

   tal ou analogue, solidaire du bloc inférieur et fixée sur le fond dudit bloc inférieur à l'aide d'un joint et/ou d'une bague

   en matériau élastique et étanche.

   _ 13 - Appareil selon la Revendication 12, caractérisé

   en ce que la tige tire-gouttes est recouverte sur sa partie su-

   périeure qui est en contact avec la membrane filtrante, d'une languette de papier-filtre à cheval sur l'extrémité de ladite tige. 14 - Appareil selon la Revendication 12, caractérisé en ce que la tige tire-gouttes est constituée par un cylindre

   percé latéralement de nombreux trous qui sont remplis d'une ma-

   tière hydrophile.

   - Appareil selon l'une quelconque des Revendica-

   tions 1 à 14, caractérisé en ce que le circuit de contrôle de

   pression se compose d'un robinet à trois voies, d'un récipient-

   ballast de capacité comprise entre 0,1 et 5 litres, et d'une

   seringue, poire ou analogue branchée sur le circuit pour procu-

   rer une surpression dans le récipient-ballast.
8. 16 - Appareil selon l'une quelconque des Revendica-

   tions 1 à 14, caractérisé en ce que le circuit de contrôle de

   pression se compose d'un circuit de surpression selon la Reven-

   dication 15 et d'un circuit de dépression comportant un réci-

   pient-ballast de 0,1 à 5 litres, d'une seringue, poire, pompe

   à vide ou analogue pour créer une dépression.
9. 17 - Appareil selon la Revendication 16, caractérisé en ce que le circuit de surpression est remplacé par un simple

   tube ouvert à l'atmosphère.
10. 18 - Appareil selon les Revendications 1, 15, 16 et 17,

    caractérisé en ce que la mise vers le circuit "mesure" du robi-

    net à trois voies est reliée électroniquement avec le chrono-

    mètre de décompte du temps de filtration pour le mettre automa-

    tiquement à zéro.
11. 19 - Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en

    ce que le capillaire situé au centre du bloc supérieur fait par-

    tie intégrante de la masse dudit bloc supérieur et est venu de fabrication. - Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le capillaire situé au centre du bloc supérieur est introduit dans un conduit plus large prévu à cet effet et collé

    contre la paroi dudit conduit.
12. 21 - Procédé pour la détermination des propriétés Théologiques de fluides biologiques et notamment procédé de mesure de la filtrabilité des globules rouges du sang à l'aide

    de l'appareil selon l'une quelconque des Revendications 1 à 20,

    lequel procédé est caractérisé en ce que l'on détermine tout d'abord le temps initial moyen d'écoulement du solvant (sérum physiologique, plasma ou analogue), puis le temps initial moyen

    d'écoulement d'un volume de la suspension de concentration don-

    née à examiner, et en ce que l'on détermine l'indice de la fil-

    trabilité en appliquant la formule (9) ci-après: i 9tg - ts) ts x H o If indice de filtrabilité ts temps initial moyen d'écoulement du solvant tg temps initial moyen d'écoulement de la suspension des globules à examiner, et H concentration volumique (V/V) des hématies dans la

    suspension ou hématocrite.