Vědci z Japonska rozluštili mikroskopické tajemství: Jak červené krvinky chytře dodávají kyslík do tkání a udržují rovnováhu

Vědci z Kjúšúské univerzity a Tokijského institutu vědy vyvinuli nový počítačový model, který dokáže simulovat transport kyslíku červenými krvinkami (RBC) skrze drobné krevní cévy – kapiláry – a jeho dodávku do okolních tkání. Studie, publikovaná 27.

Vědci z Kjúšúské univerzity a Tokijského institutu vědy vyvinuli nový počítačový model, který dokáže simulovat transport kyslíku červenými krvinkami (RBC) skrze drobné krevní cévy – kapiláry – a jeho dodávku do okolních tkání. Studie, publikovaná 27. dubna 2026 v časopise _International Journal of Heat and Mass Transfer_, odhaluje, že červené krvinky dokážou přirozeně regulovat množství uvolněného kyslíku na základě lokálních potřeb a pomáhají udržovat stabilní hladinu kyslíku v celém těle.

Transport kyslíku je jedním z nejdůležitějších procesů pro život. Každou sekundu červené krvinky v krvi přenášejí kyslík z plic sítí mikroskopických kanálů a uvolňují jej do tkání, kde je využíván k výrobě energie. Tento proces se skládá z mnoha překrývajících se kroků, včetně průtoku krve, difúze kyslíku, chemických reakcí uvnitř buněk a příjmu kyslíku tkáněmi. Jelikož tyto procesy probíhají současně a na mikroskopické úrovni, bylo obtížné porozumět regulaci dodávky kyslíku v těle. Docent Naoki Takeishi z Fakulty inženýrství Kjúšúské univerzity spolu s kolegy z Tokijského institutu vědy a Ósacké univerzity se této výzvy chopili a vyvinuli nový matematický model, který tyto procesy spojuje do jednoho rámce.

Vědci aplikovali rovnice popisující pohyb, reakce a spotřebu kyslíku, přičemž zohlednili i pohyb a deformaci jednotlivých červených krvinek v krevním řečišti. Díky tomuto přístupu dokázali simulovat transport kyslíku v komplexní síti kapilár a zachytit pohyb kyslíku uvnitř červených krvinek, okolní tekutiny i do tkání v rámci jednoho systému. Zjištění ukázala, že i při nerovnoměrném rozložení červených krvinek v kapilárách dokážou tyto buňky regulovat dodávku kyslíku tak, aby udržely vyváženou hladinu kyslíku v tkáních. K tomu dochází, protože uvolňování kyslíku závisí na lokální koncentraci: v oblastech s nízkou koncentrací kyslíku se uvolní větší množství, zatímco v oblastech s vyšší koncentrací je uvolněné množství nižší. Toto samoregulační chování pomáhá zajistit rovnoměrné okysličení tkání. Model také pomohl pochopit variace v chování krevního toku, které se měnily i za podobných podmínek. Variace, jako je pohyb a deformace červených krvinek v rozvětvených kapilárních sítích, mohou ovlivnit odpor toku, což naznačuje, že vlastnosti krevního toku nejsou vždy předvídatelné z jednoduchých předpokladů.

Aplikace tohoto vyvinutého modelu jsou rozsáhlé a mohou přesahovat procesy transportu kyslíku. Může pomoci výzkumníkům lépe porozumět fungování různých orgánů a podpořit návrh umělých systémů pro dodávání kyslíku nebo léků v těle. Jelikož lze modelovací přístup rozšířit na obecné problémy přenosu hmoty, může se ukázat jako užitečný i v inženýrských oborech zahrnujících transport komplexních materiálů. Vědci se nyní zaměřují na ověření své práce experimentálními pozorováními a na aplikaci modelu na další komplexní biologické procesy, jako je transport a odstraňování metabolického odpadu v mozku.