Se leyó en la instalación representada en la fig. 52. Si se considera que cada alvéolo es una esfera hueca rodeada de membrana elástica, la presión...

Se leyó en la instalación representada en la fig. 52. Si se considera que cada alvéolo es una esfera hueca rodeada de membrana elástica, la presión del aire requerida para mantener esta esfera en estado inflado debe determinarse totalmente por el diámetro de la esfera, por el espesor de la membrana y por su módulo de Young, sin depender de aquello que llena esta esfera. La contradicción entre los datos experimentales obtenidos por von Nihirgard y la teoría de dilatación de las esferas elásticas fue eliminada cuando se descubrió que todos los alvéolos estaban cubiertos por dentro de una capa fina de líquido. La existencia de una capa fina de líquido que cubre por dentro la superficie del alvéolo modifica sustancialmente sus propiedades mecánicas, y he aquí la razón de ello. Examinemos la capa de líquido que se encuentra en el límite con el aire (fig. 53). Sobre la molécula M1 que se halla dentro del líquido actúan las fuerzas de atracción por parte de las moléculas vecinas dispuestas simétricamente alrededor de la primera. Por consiguiente, la resultante de todas estas fuerzas que actúan sobre M1 es igual a cero. En cambio, la resultante aplicada a la molécula M2 no es igual a cero y está dirigida hacia el interior del líquido perpendicularmente a su superficie, puesto que las fuerzas de atracción por parte de las moléculas que se encuentran debajo de M2 quedan no compensadas. Por esta causa, para desplazar las moléculas desde el seno del líquido hacia la superficie es necesario realizar el trabajo de superación de las fuerzas de cohesión entre las moléculas. De este modo, las moléculas que forman la capa superficial de líquido poseen, en comparación con otras moléculas dispuestas a mayor profundidad, energía potencial. Es evidente que el valor de esta energía potencial Upot para el caso de contacto de un líquido determinado y de gas por la superficie S debe ser proporcional a la magnitud de esta superficie: Upot = a·S donde a es el coeficiente de proporcionalidad cuya dimensión es N/m o J/m2 y que lleva el nombre de coeficiente de tensión superficial. El coeficiente de tensión superficial viene determinado, simultáneamente, por las propiedades del propio líquido y del gas que se encuentra sobre ésta, así como por la temperatura del medio ambiente. El término «tensión superficial» debe su origen al método más fácil y viejo de determinación del valor de a (véase la fig. 54). Sumerjamos en el líquido investigado un alambre en forma de P por el cual se desliza un tabique fino y, luego, saquemos dicho alambre. En el espacio limitado por todos los lados por los alambres se forma una película la cual, al esforzarse a disminuir su energía potencial (y, por consiguiente, también su superficie) comenzará a desplazar el tabique móvil. Con el fin de equilibrar la tensión de la película y fijar la posición del tabique se necesita la fuerza F la cual, como es posible demostrar, es igual a 2al, donde l es la longitud del tabique. De este modo, si F y l son conocidos, se puede calcular a. Para el agua a es igual a 7·10-2 N/m, y para el líquido intercelular, 5·10-2 N/m. Para apreciar el papel de la tensión superficial en la mecánica del alvéolo analicemos la película de líquido que tiene la forma de esfera. Al igual que en la película plana, las fuerzas de tensión superficial, en este caso, tienden a disminuir la superficie de la esfera comprimiendo el aire que se encuentra dentro de ésta. Como consecuencia, la presión del aire dentro de la esfera formada por una película líquida siempre resulta algo mayor que la presión atmosférica. El valor de este exceso puede determinarse utilizando la fórmula de Laplace: DP = 4a/R, donde R es el radio de la esfera. A partir de la fórmula de Laplace hallemos el valor de la presión excesiva necesaria para inflar el alvéolo durante la aspiración. Supongamos que el valor de a para el líquido que cubre la superficie interior del alvéolo es igual a 5·10-2 N/m, lo que corresponde al coeficiente de tensión superficial del líquido intercelular. Suponiendo que R = 5·10-5 m, obtenemos que DP = 4·103 Pa. En la realidad, el valor de DP que nos da la fórmula de Laplace es dos veces mayor que el verdadero, ya que la película de líquido alveolar está en contacto con el aire tan sólo por un lado, el interior. A raíz de ello, el verdadero valor de DP será próximo a 2·103 Pa. Al comparar este valor con el de la presión necesaria para inflar el pulmón resulta claro que si no toda, por lo menos una parte considerable de esta presión se gasta en superar las fuerzas de tensión superficial. Por consiguiente, precisamente la diferencia entre las dos curvas en la fig. 52 representa el aporte de las fuerzas de tensión superficial a la elasticidad del pulmón. Para una aspiración ordinaria el volumen de los pulmones del hombre aumenta, aproximadamente, hasta de 40 a 50% respecto a su volumen máximo. Como se infiere de la fig. 52, en este diapasón de la variación del volumen de los pulmones, la aportación de las fuerzas de tensión superficial constituye más de 30%. La cosa no es tan simple Así, pues, la elasticidad del pulmón depende, en una medida considerable, de las fuerzas de tensión superficial. Sin embargo, sigue siendo incomprensible por qué el aporte de la tensión superficial aumenta con el incremento del volumen del pulmón, aunque, como se desprende de la fórmula de Laplace, el valor de DP debe disminuir con el crecimiento de R. Además, la utilización de las fuerzas de tensión superficial para explicar las propiedades mecánicas del pulmón crea ciertas dificultades en la interpretación de la interacción entre los alvéolos vecinos. En la fig. 55 se da una representación esquemática de dos alvéolos vecinos de distinto tamaño. Supongamos, primeramente, que las cavidades aéreas de los alvéolos no tienen comunicación entre sí (véase la fig. 55, a). En este caso, de conformidad con la ley de Laplace, la presión del aire P1 en el alvéolo izquierdo será mayor que la presión P2 en el alvéolo derecho. Por esta razón, apenas dejemos abierta la llave que une las cavidades aéreas de los alvéolos el aire desde el alvéolo izquierdo comenzará a pasar al derecho, hasta que la presión en ambos se iguale (véase la fig. 55, b). Este equilibrio tendrá lugar cuando el radio del alvéolo derecho llegue a ser igual al radio de curvatura del alvéolo izquierdo reducido. De este modo, al unirse las cavidades aéreas de dos alvéolos desiguales, el mayor siempre se inflará, mientras que el menor se reducirá. Es evidente que semejante interacción entre los alvéolos vecinos conduciría a la reducción de todos los alvéolos de menor tamaño del pulmón y a la dilatación excesiva (y a la ruptura) de alvéolos más grandes, debido a lo cual el pulmón ya no podría cumplir sus funciones. Bueno, ¿de qué modo, entonces, respiramos nosotros? Al analizar la interacción entre los alvéolos vecinos considerábamos a priori que el coeficiente de tensión superficial de distintos alvéolos es idéntico y no depende del hecho de en qué estado: inflado o reducido, éstos se encuentran. En efecto, para