TENSION SUPERFICIAL Y SURFACTANTES EN RELACION A LOS ALVEOLOS ALVEOLOS PULMONARES PULMONA RES
Las fuerzas cohesivas cohesivas ent entre re las moléc moléculas ulas de un líquido, son las responsables del fenómeno
conocido
supe su perf rfic icia ial. l.
como
Lass moléculas La
tensión de
la
superficie no tie tienen nen otr otras as igu iguale aless sob sobre re todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas asoc iadas directamente directamente en la supe superficie rficie.. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un obeto a través de la superfi ficcie, que cuando está completamente sumergido. !"arris, #$%&'
La tensión superficial, se mide normalmente en dinas(cm., la fuerza que se requiere !en dinas' para romper una película de % cm. de longitud. )e puede establecer de forma equivalente la energía superficial en ergios por centímetro cuad cu adra rado do.. El ag agua ua a #$ #$*+ *+ ti tien enee un unaa te tens nsió iónn su supe perf rfic icia iall de # #..- di dina nas( s(cm cm comparada con ##.& para el alcohol etílico y /0 para el mercurio. Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté 1cohesionado1. +uando hay una superficie, las moléculas que están usto debao de la superficie sienten fuerzas hacia los lados, horizontalmente, y hacia abao, pero no hacia arriba, porque no hay moléculas encima de la superficie. El resultado es que las moléculas que se encuentran en la superficie son atraídas haci ha ciaa el in inte terio riorr de és éste te.. 2a 2ara ra al algu guno noss ef efec ecto tos, s, es esta ta pe pelíc lícul ulaa de mo molé lécu cula lass superficiales se comporta en forma similar a una membrana elástica tirante !la goma de un globo, por eemplo'. 3e este modo, es la tensión superficial la que cierra una gota y es capaz de sostenerla contra la gravedad mientras cuelga desde un gotario. Ella e4plica también la formación de burbuas.
Las fuerzas intermoleculares5 Las moléculas de un fluido !líquido o gas' eercen, entre ellas, fuerzas de atracción o de repulsión !como para la fuerza electrostática'. "ay que suponer que un cuerpo líquido puro es constado por un solo tipo de moléculas. Es muy evidente que estas moléculas eerzan entre ellas una fuerza de atracción porque de otro modo no formarían un solo y 6nico líquido !una sola fase'. Las tensiones de superficie no son siempre fáciles a comprender. 2ara ser simple, tomaremos el eemplo del agua siempre tomada en referencia porque simple de empleo con una energía molecular muy elevada !la más elevada después del mercurio'. Las moléculas de agua son atraídas entre ellas por la energía molecular y las moléculas periféricas lo están pues solamente en dirección del interior, lo que en algunos casos forman una gota de agua !la esfera que es la forma de superficie más peque7a posible'. )i se coloca esta gota redonda en un soporte a escasa energía de superficie, las fuerzas de atracciones internas de la gota serán preponderantes y la gota tendrá un mínimo de contacto con el material !e. película plástica'. )i al contrario, el material !e. vidrio' desarrolla una energía molecular de superficie que se acerca de la del agua, esta energía tenderá a contrapesar las fuerzas dentro de la gota y ésta tenderá a aumentar su superficie interfacial con el material, llanura de la gota, absorbencia. )i en vez de utilizar agua, se utiliza un líquido mucho más escaso en energía !e. hidrocarburo, alcohol' sobre una película plástica, aunque de escasa energía, pero suficiente, esta película causará por atracción interfacial el escalonamiento de la gota de alcohol !el material conseguirá ser preponderante sobre las fuerzas internas en la gota de alcohol, esta gota se e4tenderá a6n meor sobre el vidrio h6medo al agua, por lo tanto de energía a6n más elevada que el plástico'. El gas eerce una presión sobre el líquido porque sus moléculas !del gas' eercen una atracción o una repulsión sobre las moléculas en la superficie del líquido. 2ero es muy pequeno porque el gas tiene una densidad muy débil con relación al
líquido. 2odemos, pues, decir que la presión del gas, la atracción por el interior del líquido, y el peso directamente influyen en la forma de la superficie del líquido. La pompa de abón es al principio un pelleo líquido sometido a la presión del gas a los dos lados del pelleo y este líquido debe tener fuerzas de atracción suffisament fuertes para no estallar. En una interfaz líquido ( líquido, hablamos de líquidos miscibles o de líquidos no miscibles. )i dos líquidos son miscibles se mezclan para formar sólo una fase, si son no miscibles formarán dos fases muy distintas como el aceite y el agua por eemplo. Las moléculas de líquidos no miscibles sufren de dos fuerzas5 una atracción al interior 1 de ellas mismas 1 y una repulsión con relación a las moléculas del otro líquido La forma de la interfaz líquido ( líquido es engendrada, pues, por las fuerzas de atracción intra8líquida, la fuerza de repulsión interlíquida y, desde luego, la gravedad. Es el mismo principio. 9res eemplos5 la gota de agua puesta sobre un sólido, el agua en un vaso y el agua suspendida de una barrera. En caso de repulsión entre el líquido y el sólido5 la gota sobre el sólido va a consolidarse y no a e4tenderse, el agua en el vaso va a encorvarse y el agua sobre la barrera va a caer. En caso de atracción5 La gota sobre el sólido va a e4tenderse, el agua en el vaso va a subir a lo largo de las paredes y el agua suspendida de la barrera no caerá.
La unidad de medida de la tensión superficial es el ne:ton por metro !;.m 8%' que es equivalente a los ulios por metro cuadrado !<.m 8#' que es la unidad de energía de superficie !o dina ( por cm'. La tensión superficial es la fuerza que hay que aplicar sobre un líquido para provocar la e4tensión de su superficie. 2odemos definir la energía de interfaz como una demasía de energía química cuando las moléculas de superficie se encuentran dentro del líquido.
!=alboni > ?odino, #$%&'
La capilaridad engendra el efecto abombado del agua en un vaso. 2ara e4plicar este fenómeno simplemente, podemos decir que el vaso eerce una atracción sobre las moléculas de agua, y es para esto que éstas moléculas suben y forman un menisco. 3e un punto de vista técnico, hay que saber que la energía de interfaz vaso ( aire es más fuerte que la energía de interfaz vaso ( agua y, pues, la superficie aire ( agua aumenta !y el agua se pandea' a depende de la superficie vaso
(
aire
que,
ella,
disminuye.
La capilaridad se nota todavía más en un tubo de ensayo, el agua es abombada !sacada' hacia abao porque el agua sube a lo largo de las paredes. Los agentes surfactantes son sustancias que disminuyen la tensión superficial. Estas se colocan entre dos sistemas, permitiendo su continuidad y disminuyendo la tensión superficial. En el cuerpo humano, se define como surfactante a la sustancia que recubre las paredes internas del epitelio pulmonar y presenta sustancias tensioactivas vitales para mantener estable al alveolo y evitar su colapso !atelectsia' después de la espiración. )i e4iste un déficit de esta sustancia se presentará deficiencia respiratoria y la falta de la misma es incompatible con la vida debido a que sin esta no se podría realizar el intercambio gaseoso alveolo8 capilar. La propiedad de ser anfipaticos hace que los fosfolípidos como los fosfogliceridos y la esfingomielina sean parte de las membranas y de las lipoproteinas. La fosfatidil colina es el fosfolípido más abundante en el líquido e4tracelular que cubre los alveolos pulmonares y es el responsable de disminuir la tensión superficial evitando la atelectasia después de la espiración. El síndrome de distresia respiratoria se suele presentar en recién nacidos, aumentando el riesgo en ni7os prematuros que tienen una deficiencia de surfactantes pulmonares. 3urante el desarrollo intrauterino, la sustancia surfactante es producido por los neumocitos o células alveolares tipo @@ a partir de la semana #$, pero sólo se presenta en peque7as cantidades en ni7os prematuros pues no alcanza niveles adecuados hasta finales del periodo fetal. Entre las
semanas #/ y #- después de la fecundación, el feto presenta suficientes sáculos terminales y surfactante para su supervivencia. El aspecto crítico para la supervivencia y el desarrollo neurológico normal de un neonato prematuro es el desarrollo de un sistema vascular pulmonar adecuado y de suficiente sustancia surfactante. Surfactante de los pulmones
El surfactante reduce en forma significativa la tensión superficial dentro del alvéolo pulmonar, previniendo el colapso durante la espiración. La clase predominante de fosfolípidos es la dipalmitoilfosfatidilcolina !322+' además de fosfatidilcolina insaturada, fosfatidilglicerol y fosfatidilinositol. 3e todos éstos, la 322+, por sí sola, tiene las propiedades de reducir la tensión superficial alveolar, pero requiere de las proteínas de surfactante y otros lípidos para facilitar su adsorción en la interfase aire8líquido. !ABanual Cashington de Especialidades +linicas. ;eumologia 8 Ddrian )hifren 8 oogle Libros,F n.d.' Las apoproteínas de surfactante son cuatro5 )28D, )28=, )28+ y )283. )28D y )283 son hidrofílicas y )28= y )28+ son hidrofóbicas. )28D y )283 uegan un rol en la defensa contra patógenos inhalados y )28D además tendría una función regulatoria en la formación de la monocapa que reduce la tensión de superficie. Las proteínas hidrofóbicas son necesarias para meorar la e4tensión de los fosfolípidos en los espacios aéreos. )28= promueve la adsorción de los fosfolípidos e induce la inserción de ellos dentro de la monocapa. )28+ estimula la inserción de los fosfolípidos y puede incrementar la resistencia del surfactante a la
inhibición
por
proteínas
séricas
y
líquido
pulmonar.
El surfactante es producido en los neumocitos tipo @@ del alvéolo. Es ensamblado y almacenado en los cuerpos lamelares y éstos son transportados por e4ocitosis a la capa líquida del alvéolo y forma la estructura llamada mielina tubular, que es la principal fuente de la monocapa, que permite que los grupos acil8grasos hidrofóbicos de los fosfolípidos se e4tiendan hacia el aire mientras que las cabezas polares hidrofílicas lo hagan hacia el agua. Esta monocapa de surfactante disminuye la tensión superficial en la interfaz aire8líquido reemplazando el agua en la superficie. Los fosfolípidos desde la monocapa pueden reentrar al neumocito
tipo
@@
por
endocitosis formar
y cuerpos
multivesiculares, los
que
son
reciclados por la incorporación rápida a los cuerpos lamelares o degradados en los lisosomas.
=@=L@G?DH@D5 =alboni, I., > ?odino, 3. !#$%&'. Biotest: la biologia per le prove di ammissione all’università. Dlpha 9est.
+uidados @ntensivos de =olsillo 8 yorgy Hrendl, ?ichard 3. Jrman 8 oogle Libros. !n.d.'. ?etrieved
dqMneumologiaNmedicaN#$%&>hlMes>saMO>redi rPescMy "arris, ?. <. +. !#$%&'. Biological Organization at the Cellular and Supercellular Level: A Symposium Held at arenna! "#$"% September! &'("! under the Auspices o) *+,SCO. Elsevier.
Banual Cashington de Especialidades +linicas. ;eumologia 8 Ddrian )hifren 8 oogle Libros. !n.d.'. ?etrieved dqMneumologia>hlMes>saMO>redirPescMy 2E3@D9?RD 3E =GL)@LLG, #a E3@+@S; 8 2aritosh 2rasad 8 oogle Libros. !n.d.'. ?etrieved
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