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Mecânica  Respiratória: Estudo Crítico da Tensão Superficial

Tensão Superficial em Membranas Respiratórias

O comportamento pressão-volume pulmonar é influenciado por forças de superfície no filme líquido que forra os alvéolos.

 

As forças químicas devidas aos dipolos H2O, com atração mútua das moléculas de H2O, são muito mais intensas no líquido que no ar, de modo que a interface ar-líquido tende a ser a menor possível.

As moléculas de água que estão na superfície líquida são atraídas fortemente para dentro do líquido; essa tendência cria a força conhecida como tensão superficial.

 

Uma molécula no interior do líquido não experimenta nenhuma força resultante da interação com as outras moléculas de água, desde que, em média, existe igual número de moléculas em todos os lados.

 

Cada molécula está dotada de uma certa quantidade de energia cinética translacional que depende apenas da temperatura T e é independente da pressão do vapor d’água. Por outro lado, uma molécula que se aproxima da superfície líquida experimenta uma enorme força de atração para dentro do líquido.

 

A existência dessa força é manifestada pelo fenômeno da tensão superficial. As moléculas da superfície são continuamente puxadas para dentro do líquido, sendo substituídas por outras novas, que ocupam seus lugares.

 

Uma molécula que esteja na superfície líquida pode então ser considerada como dotada de maior energia cinética que uma molécula mergulhada no interior do líquido, já que realiza um trabalho contra a força que tende a mantê-la no interior do líquido. Diz-se, então, que todo líquido possui uma energia potencial de superfície, a qual é proporcional à sua área de superfície.

 

Aumentar a área de superfície líquida requer trabalho igual ao aumento correspondente na energia potencial de superfície, já que maior número de moléculas serão deslocadas desde o interior do líquido até suas novas posições na superfície líquida.

 

É por esse motivo que as moléculas da superfície líquida tendem, como se esta fosse uma membrana elástica, a serem mais atraídas para dentro do líquido do que para o ar em torno; assim, tende a assumir a forma de menor área possível, porque este formato é o que tem menor energia potencial, a condição fundamental para um estado de equilíbrio.

Uma bolha de água assume a forma esférica, pois esfera é a figura geométrica que apresenta a menor área de superfície para um dado volume.

 

 

Papel da Tensão Superficial Alveolar na Mecânica Pulmonar

Como vimos, quando os pulmões são removidos do tórax, colapsam a um volume menor do que poderiam alcançar enquanto situados dentro do tórax. O colapso pulmonar não é total devido ao fato de que, conforme o pulmão diminui de volume, as vias aéreas estreitam-se até o ponto onde suas paredes úmidas se tocam ou se aproximam, aprisionando, desse modo, o ar contido nos alvéolos distais.

 

Em assim sendo, mesmo sucção aplicada à traquéia não esvaziará os pulmões. Entretanto é possível preparar pulmões completamente sem ar por outros métodos.

 

Um destes métodos é a insuflação com solução salina (soro fisiológico), conforme o diagrama de Neegard. Se as propriedades elásticas dos pulmões fossem determinadas inteiramente pelo tecido pulmonar, tanto o enchimento com líquido, como com ar resultados idênticos.

 

A significativa alteração demonstrada pelo enchimento com líquido, entretanto, não foi devida a uma alteração no tecido, mas à eliminação da interface ar-líquido nas superfícies aéreas. Assim, fica demonstrada que a mais importante força de retrocesso dos pulmões não é a do tecido, e sim da tensão superficial.

 

A tensão superficial, em uma interface ar-líquido, aparece devido ao fato de as moléculas do líquido serem mais atraídas para dentro do líquido do que para dentro da fase gasosa. O resultado imediato é equivalente a uma tensão (força de estiramento) na superfície que tenta diminuir a sua área.

 

Se a superfície é esférica, como uma bolha de sabão, a tensão superficial produz uma pressão elevada dentro da bolha. É que as moléculas da superfície se atraem tanto, as paredes encurtam tanto, que dão origem a uma esfera, gerando uma certa pressão em seu interior.

É fácil de ver (e difícil de acreditar) que a pressão é maior dentro das bolhas menores do que nas maiores.

Assim, se tentássemos adicionar um pequeno volume a uma pequena bolha, seria necessária para isso pressão mais elevada que para adicionar o mesmo volume a uma bolha menor. A magnitude dessa pressão de enchimento pode ser prevista pela relação de Laplace. Assim, se duas bolhas se tocarem, a bolha menor, por gerar maior pressão interna, esvazia-se na bolha maior.

 

Nos pulmões existem 300 milhões de bolhas alveolares, cada uma com cerca de 0,3 mm de diâmetro, forrada por uma fina película líquida. Essa estrutura é essencialmente instável.

 

Cada unidade está forrada por um filme líquido, que determina elevada tensão superficial, a qual resulta numa tendência ao colabamento alveolar.

O que impede que os alvéolos menos insuflados colapsem, esvaziando-se nos alvéolos menores, se ambos se intercomunicam pelos poros de Kohn e pelos canais de Lambert?

 

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