La modélisation mathématique du corps humain
Les méthodes informatisées servent de plus en plus pour simuler des systèmes biologiques complexes, en générant des modèles de simulation à partir de données médicales sur des sections de vaisseaux sanguins et de voies respiratoires. Ces modèles mathématiques promettent d'apporter des informations très utiles en approchant les problèmes d'une façon différente. Reste que la simulation exacte de la physiologie de l'homme nécessite une approche à plusieurs échelles. Des chercheurs financés par l'UE ont récemment mis au point des modèles intégrés permettant de simuler les problèmes d'écoulement, en utilisant une large gamme de ressources allant des clusters aux superordinateurs. Les chercheurs du projet MATCOMPHYS (Mathematical models and high performance computing for deposition and absorption in physiological flows), financé par l'UE, ont développé des outils numériques pour simuler l'écoulement de l'air inspiré via le tractus respiratoire pour atteindre les poumons, ainsi que la microcirculation du sang. Les chercheurs ont bâti un modèle 3D des voies respiratoires, à partir de données médicales réelles. Ils ont utilisé ce modèle détaillé pour conduire des simulations à grande échelle, avec deux des plus puissants superordinateurs d'Europe, FERMI en Italie et MareNostrum en Espagne. La résolution élevée du modèle a révélé des détails très fins de la circulation de l'air inspiré dans les voies respiratoires supérieures et inférieures. Dans le nez, l'écoulement est d'abord contraint. Dès que l'air atteint la gorge, la vitesse augmente et l'écoulement devient turbulent. Les chercheurs ont aussi conduit des simulations numériques pour étudier l'écoulement du sang dans le réseau complexe de capillaires, longs de quelques micromètres, qui apporte les nutriments, l'oxygène et même des cellules dans le corps. Ces travaux ont révélé les mouvements complexes des cellules sanguines lorsqu'elles entrent en collision sous l'effet de l'écoulement. L'application de la dynamique des fluides à la médecine, comme celle de toute autre forme d'ingénierie, est relativement nouvelle. Les travaux de l'équipe du projet MATCOMPHYS, au carrefour entre l'ingénierie, la biologie et la médecine, montrent l'importance de ce travail interdisciplinaire. L'ingénierie peut apporter encore bien plus d'avantages pour comprendre comment fonctionne le corps humain.
Mots‑clés
Corps humain, tractus respiratoire, modèles mathématiques, MATCOMPHYS, microcirculation