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Guillermo Sammartino
Respiramos gracias a miles de millones de alvéolos que se inflan y desinflan como pequeñas pompas. Para que no colapsen, la superficie interna del pulmón está recubierta por un capa mezcla de lípidos y proteínas que reduce la tensión superficial. Cuando esa tensión baja, el tejido se vuelve más fácil de deformar. Si sube y cuesta expandir el pulmón respirar cuesta.
Más de la mitad de los bebés extremadamente prematuros, nacidos antes de la semana 28, desarrollan síndrome de dificultad respiratoria. Sus pulmones no están listos. Producen poco de ese fluido que reduce la tensión superficial en los alvéolos. Como resultado, parte de los alvéolos se colapsa. Los pulmones no consiguen oxígeno suficiente. El cuadro se agrava rápido.
Hasta hace unos cuarenta años, esto era mortal. A finales de la década de 1980, los pediatras desarrollaron un procedimiento salvador. Extrajeron la capa superficial de pulmones de animales y la administraron en los pulmones de los recién nacidos.
Este sistema «funciona muy bien en los recién nacidos», explica Jan Vermant, profesor de Materiales Blandos en ETH Zurich. «El fluido recubre toda la superficie, lo que vuelve los pulmones más deformables o, con una palabra más técnica, más felxibles».
En adultos también pueden fallar los pulmones. Durante la pandemia de coronavirus, unas 3.000 personas en Suiza desarrollaron síndrome de dificultad respiratoria aguda. Sin embargo, inyectar surfactante de origen animal en pulmones adultos no ayuda.
«Esto muestra que no se trata solo de reducir la tensión superficial», señala Vermant. «Creemos que las tensiones mecánicas dentro del fluido también desempeñan un papel importante».
Su grupo colaboró con científicos de España, Bélgica y Estados Unidos. Juntos usaron técnicas de medición sofisticadas para estudiar cómo se comporta el fluido pulmonar cuando se estira y se recomprime en el laboratorio. En nuestro cuerpo, el fluido sufre movimientos similares. Los pulmones se expanden al inspirar y se contraen al espirar.
Los investigadores acaban de publicar sus resultados en la revista Science Advances. El estudio detalla la relación entre la mecánica del film y la facilidad para respirar. En sus experimentos, simularon respiraciones normales y respiraciones particularmente profundas. Midieron en cada caso la tensión superficial del fluido. «Esta tensión superficial influye en cuán flexibles son los pulmones», explica Vermant.
El poder del suspiro
Con sus instrumentos, hallaron que la tensión superficial disminuye de forma notable tras respiraciones profundas. Parece haber una explicación física para esa sensación de alivio en el pecho que a menudo llega después de un suspiro. El punto de partida es la estructura del film del surfactante.
Ese film del surfactante en realidad tiene varias capas. «Directamente en el límite con el aire hay una capa superficial algo más rígida. Debajo, hay varias capas que deberían ser más blandas que la capa superficial», explica Maria Novaes-Silva, doctoranda del grupo de Vermant y primera autora del estudio. En sus experimentos demostró que este apilamiento retorna a su configuración de equilibrio con el tiempo cuando el fluido no se mueve o se mueve poco durante respiraciones superficiales.
Hace falta, de vez en cuando, una respiración profunda para restaurar ese apilamiento ideal. Con sus análisis, los investigadores descubrieron que los estiramientos y compresiones marcados del fluido pulmonar hacen que cambie la composición de la capa externa. «Hay un enriquecimiento de lípidos saturados, esto resulta en una interfaz más densamente empaquetada», afirma Novaes-Silva.
Vermant añade una clave termodinámica. «Este es un estado fuera de los límites del equilibrio termodinámico que solo puede mantenerse mediante trabajo mecánico». La práctica clínica ya había observado algo similar. La flexibilidad pulmonar cambia de forma gradual con el tiempo. Con respiraciones superficiales, respirar se hace cada vez más difícil. Las mediciones de laboratorio reflejan esas observaciones.
«Estas similitudes son indicios de que hemos capturado propiedades reales con nuestro montaje experimental», concluye Novaes-Silva.
¿Pueden estas ideas de ciencia de materiales guiar terapias para el fallo pulmonar en adultos? El artículo señala una vía. «Un enfoque prometedor es identificar componentes que puedan reconstruir de forma artificial estructuras multicapa», escriben los investigadores. La idea es emular el film bien organizado que deja un suspiro.
En conversación, Vermant apunta a terapias con espuma que otros grupos ya desarrollan con mayor profundidad. La espuma podría distribuir mejor los componentes y sostener las capas. Sería un apoyo mecánico y químico.
El equipo ve espacio para combinar mecánica de interfaz y formulación de surfactantes. No basta con bajar la tensión superficial de cualquier manera. Hace falta modular cómo responde la película cuando el pulmón se estira y se encoge.
También subrayan el papel de los lípidos saturados, que compacta la capa externa y vuelven el film más resistente a deformaciones. El suspiro también favorece esa composición.
No es una invitación a suspirar a todas horas. Es la constatación de que, de tanto en tanto, un suspiro bien dado reordena la maquinaria. El cuerpo lo nota, el aire fluye y el pecho lo agradece.
