Trabajo 39

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Carrera: Medicina 
Área: Trabajo y tiempo libre.
Unidad: 4. Materia: Física
Leyes de Poiseuille y Laplace aplicadas al sistema pulmonar
Resistencia de la via aérea
La ventilación ocurre en el pulmón por un gradiente de presión entre la abertura de la via aérea y los alveolos. La diferencia de presión de estos dos extremos depende de la resistencia.
El tracto respiratorio superior es un sitio importante de resistencia al flujo aéreo. En las vías nasales la resistencia al flujo aéreo es significativa, constituyendo un 50% de la resistencia total. De acuerdo con la ecuación de Poiseuille, como el radio esta elevado a la cuarta potencia, se anticiparía que el sitio principal de resistencia debe estar en las vías aéreas estrechas, sin embargo estas constituyen solo el 10 a 20% de la resistencia total y se debe a que a medida que las vías aéreas se van estrechando, se tornan mas numerosas, ramificándose con mayor rapidez de lo que sus diámetros disminuyen y por consiguiente aumentando el área transversal total por las ramificaciones en paralelo.
Patrones de flujo aéreo
Al igual que en el flujo sanguíneo, existen en el pulmón dos tipos de flujo. El flujo laminar, aparece a velocidades muy bajas, siendo la resistencia directamente proporcional a la longitud del tubo y a la viscosidad del fluido e inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio. El segundo tipo es el flujo turbulento y ocurre cuando la corriente es rápida. El flujo tiende a ser turbulento cuando el tubo tiene gran diámetro, es decir en una via aérea mayor.
En las vías aéreas mayores, sobre todo en las ramificaciones y estrechamientos, suele presentarse una mezcla de estos dos tipos de flujo, denominado flujo transicional, caracterizado por un flujo laminar en el que aparecen pequeños remolinos.
Distensibilidad pulmonar
Es importante tener claro que significan los valores negativos de presión, para lo que debemos tener en cuenta que esos valores de presión se determinan respecto a la presión atmosférica. Es decir, se considera presión cero a la presión atmosférica.
El cambio de volumen relativo por unidad de presión se conoce como distensibilidad. El valor fisiológico de la distensibilidad pulmonar es de aproximadamente 200 ml/cm H2O, es decir que para inspirar un volumen corriente normal de aproximadamente 500 ml, la presión intrapleural debe caer 2 a 3 cm H2O por debajo de la atmosférica. El pulmón además de tener la característica de ser distensible es elástico, la cual se debe a sus componentes elásticos del tejido y a la tensión superficial de la película liquida que reviste los alveolos.
Tension superficial
En un recipiente de agua abierto, las moléculas situadas en el interior de la masa liquida están rodeadas uniformemente por moléculas de la misma naturaleza, y en consecuencia están atraídas en todas las direcciones y la fuerza resultante es nula. En cambio, las moléculas situadas en la superficie libre del liquido experimentan una atracción hacia el seno del liquido, por lo que la superficie libre del liquido tiende a reducirse al minimo y se puede decir que se comporta como una membrana tensa. Por esto para desplazar las moléculas del interior del liquido hacia la superficie se debe realizar un trabajo que depende de la fuerza con que se atraen las moléculas de la superficie. Se define a la tensión superficial como la fuerza por unidad de longitud que ejerce la superficie libre de un liquido o el trabajo que debe realizarse para aumentar en un cm2 la superficie libre de un liquido.
Considerando una burbuja, la presión en el interior es mayor que la presión exterior. La diferencia de presión entre ambas caras de la burbuja se denomina presión transmural, la cual da lugar a una fuerza hacia afuera que iguala a la fuerza hacia adentro de la tensión superficial. Esta relación establecida por la ley de Laplace se expresa:
Ptm = 2 T / r
Hay dos puntos a señalar:
1- La presión transmural es proporcional a la tensión superficial, por lo que se necesita mayor presión interior para formar una burbuja en un liquido de tensión superficial grande que en uno de tensión superficial pequeña.
2- La presión transmural es inversamente proporcional al radio de la burbuja, por lo que la presión interior es mayor en una burbuja pequeña y cuando dos burbujas de distinto radio se ponen en contacto la mas pequeña se vuelca a la mas grande.
Las sustancias que disminuyen la tensión superficial se denominan tensioactivas, cuyas moléculas tienen poca afinidad por las moléculas de agua y las reemplazan en la superficie.
Tension superficial en los pulmones
La película liquida que recubre las paredes alveolares se encuentra en contacto con el aire alveolar, constituyéndose una interfase aire-liquido que tiene una tensión superficial que tiende a reducir la superficie de la película liquida y por lo tanto el volumen
alveolar. Pero como esto no ocurre debe existir una fuerza que compensa esa tendencia a la reducción del volumen alveolar.
A partir de la ley de Laplace si tomamos un alveolo surgen algunas conclusiones que no coinciden con los hechos. Si la tensión es constante, la presión transpulmonar debería disminuir al aumentar el radio alveolar y además si dos alveolos tuviesen volúmenes distintos, el alveolo de menor tamaño tendría mayor presión interior, derivando en inestabilidad alveolar. Por el contrario este análisis sugiere que la tensión aumenta con el volumen alveolar y par aun volumen determinado, el valor de la tensión es superior durante la inflación que durante la deflación. Estas características pueden explicarse por la presencia de una sustancia tensioactiva.
Esta sustancia es el surfactante pulmonar, secretado por las células alveolares tipo II, que reduce la tensión superficial de la película liquida que recubre las paredes alveolares. La interaccion entre las moléculas de agua es mas intensa que la que establecen las moléculas de surfactante entre si y las moléculas de agua y las de surfactante. Esto provoca que se reduzca la tensión superficial de la interfase gas-liquido. A medida que aumenta el área de la interfase disminuye la densidad de moléculas de surfactante y crece la tensión superficial. Es decir que el surfactante ejerce distinta tensión superficial según el radio de los alveolos y esto permite igualar la presión interior en alveolos de distinto tamaño. Asi que si damos por supuesto que todos los alveolos secretan igual cantidad de sustancia tensioactiva, es presumible que los alveolos mas pequeños tendrán menor tensión superficial que los mas grandes.
Entonces el surfactante pulmonar provoca una reducción de las fuerzas superficiales y, por lo tanto, de la presión de retracción elástica de los pulmones. Entonces las fuerzas ejercidas por los musculos inspiratorios para distender los pulmones son menores y menor el trabajo mecanico necesario para la inspiración.
El surfactante comienza a ser sintetizado en una fase tardia del desarrollo fetal (30 semanas). Cuando el recién nacido no dispone de la cantidad suficiente de surfactante, los alveolos son muy inestables y se produce el síndrome de distres respiratorio o síndrome de la membrana hialina, en el que existe gran dificultad para expandir los pulmones.
Alan Altamirano
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