В аппарате искусственного кровообращения кровь течёт через узкие трубки и быстро вращающиеся лопасти насоса. Иногда красные клетки не выдерживают: их оболочка лопается, и гемоглобин вытекает в плазму. Для пациента это как если бы в топливную систему автомобиля подсыпали песок — мелкие повреждения накапливаются и портят весь механизм.
Чтобы заранее узнать, насколько опасен новый насос, инженеры строят компьютерные модели. Но старые модели часто ошибаются в сотни раз — они предсказывают либо почти полное разрушение крови, либо нулевое, а в реальности всё иначе. Авторы работы попробовали другой путь: вместо того чтобы смотреть только на силу сдвига, они описали красную клетку как вязкоупругий шарик, который сначала растягивается, а потом медленно возвращает форму. Когда растяжение слишком сильное, в оболочке открываются поры — как трещины в пересохшей глине — и через них вытекает гемоглобин.
Эту модель проверили на двух стандартных тестах: насосе и сопле, разработанных американским управлением по контролю лекарств (FDA). Результат совпал с экспериментальными измерениями с точностью до разброса данных. Старые модели отклонялись на несколько порядков. Значит, теперь можно быстрее и дешевле проверять безопасность аппаратов для диализа, искусственного сердца и переливания крови.
Новая модель — как точный прогноз погоды для крови: она учитывает не только «ветер» (напряжение сдвига), но и «влажность почвы» (свойства мембраны). Благодаря этому врачи получают инструмент, который предсказывает разрушение клеток до того, как устройство попадёт к пациенту.
Красная клетка за жизнь проходит через узкие капилляры около 200 000 раз, и её мембрана каждый раз деформируется, как воздушный шарик, который сжимают в кулаке, — но не лопается.