Fisiologia e biofisica - alveoli e surfactant

Il meccanismo che impedisce lo svuotamento

Ci deve essere qualcosa altro meccanismo che impedisce questo svuotamento. Guardando la diapositiva, vedete il disegnino con le palline nere (molecole con attività di superficie). Ad esempio i detersivi che sciolgono i grassi, la stessa cosa accade per la digestione ma lo tratteremo in seguito. Questo ci interessa anche nell'alveolo. In linea generale, se quelle molecole che stanno in superficie, in base alla loro forza di coesione, esercitano una certa tensione superficiale, se però io metto in superficie 4 o 5 molecole di quelle nere (diverse da quelle dell'acqua), la forza di coesione cambia. È evidente che se in superficie ci sono 10 molecole e 4 sono diverse, che non esercitano la stessa forza, ma una minore, io ho ridotto la tensione superficiale. Se c'è né una sola diversa, l'ho ridotta di poco. Questo è quello che accade con i detersivi, che sono capaci di intromettersi tra le altre molecole diminuendo la tensione superficiale.

specialmente per quanto riguarda i grassi. Questo accade anche per la nostra digestione. Nell'alveolo analogamente abbiamo un sistema a due viscosità: l'aria e il liquido che è molto più viscoso. In base alla variazione di volume, la tensione superficiale del liquido alveolare è variabile, ritorniamo quindi al problema della variazione. Quando noi respiriamo, entra l'aria, che entra per un fatto meccanico, aumentando il volume dei polmoni, cioè abbiamo creato una depressione, ridotto la pressione alveolare e l'aria viene aspirata, a differenza della rana che fa tutto il contrario. Il problema è che questo liquido particolare che contiene queste sostanze ha la capacità di fare quello che fanno le palline nere (Leggi di Laplace) se aumenta la pressione dall'interno, quindi dall'alveolo, è evidente che è capace di distendersi, quindi si ha un aumento di diametro, cioè un aumento della superficie dell'alveolo.poiché è diventato più grande. Se c'è un aumento di pressione dall'interno aumenta il diametro. Poiché stiamo nel polmone che ha una forza elastica di ritorno, più si estende, più tende a tornare indietro. Questo è vero, però è chiaro che il limite è dato dalla forza elastica (x = forza elastica di ritorno). Però, se cambia la superficie, lo strato di surfactant avrà uno spessore diverso a secondo del diametro perché se è piccolo sarà più doppio quindi ci saranno meno molecole in superficie. Se l'alveolo si espande come fa almeno 16-18 volte al minuto (frequenza respiratoria), quindi quello strato di liquido nell'aumentare il diametro diventa più sottile: più cellule tendono a determinare tensione superficiale quindi tutte le cellule si dispongono a livello superficiale, quindi se la superficie è maggiore più molecole sono in.superficie e la tensione superficiale. All'aumento della pressione aumenta anche la "controforza" quindi è un meccanismo che però1dovrebbe stabilizzare il sistema perché premo da dentro aumento il diametro più molecole in superficiepiù tensione superficiale che tende a chiudere. Quindi se aumenta la pressione c'è una controforza cheautomaticamente essendo poste più molecole in superficie tendono ad aumentare la controforza inrapporto al diametro. Così quando si diminuisce, meno molecole in superficie riduzione della forza. Perònon è molto stabile questo sistema perché se aumento molto la pressione dall'interno l'alveolo potrebbescoppiare, se invece diminuiamo d molto la controforza tenderebbe a schiacciare. Questo è un sistemache entro certi limiti è abbastanza equilibrato, oltre diventa molto instabile. Il punto è che il surfactant dà unamaggiore stabilità, questo liquido con queste molecole diverse, fa quello che fanno le palline nere, c'è una certa quantità di liquido sulla parete dell'alveolo con un certo numero abbastanza costante di queste palline nere, per intenderci. Quando aumenta la superficie le molecole che sono in numero fisso sono relativamente minori e questo favorisce l'abbassamento della tensione superficiale perché ognuna di queste palline nere riducono la forza, quindi se ce n'è solo una la ridurranno poco. Quindi se la superficie aumenta la tensione tende a diminuire perché ci sono più molecole. Nella diminuzione della superficie quindi del volume dell'alveolo, sono sempre quelle di numero, quando in rapporto alla superficie hanno un maggiore effetto. Queste servono in sostanza a determinare una certa stabilità del sistema che oscilla perché altrimenti senza questo sistema all'aumento della pressione quelle.

molecole poiché la superficie èmaggiore hanno minore effetto nel diminuirla e quindi aumenta la controforza. Al contrario quindi siriduce il volume si riduce la superficie già si riduce la tensione superficiale ma ci stanno quelle molecoleche in % saranno meno perchè la superficie è minore e determineranno 1sistema di equilibrio delsistema. Andiamo a vedere questo grafico, il problema è sempre quello se vario la pressione comeaumenta il volume.. varia sempre nello stesso modo o in modo diverso? Perchè non è detto, all’inizio puòessere direttamente proporzionale poi non più, sempre perchè questi non sono corpi ideali, ma deveessere adattato al nostro sistema, il polmone non è ideale, ha attrito, segue la legge fino a un certo punto.Se in condizioni normali io respiro e c’è il surfactant, se io vario la press, la aumento, ci sarà una datavariazione di volume che segue una linea

più o meno ondulata. Non è direttamente proporzionale (non èideale) fino a un certo punto corrisponde un aumento di volume abbastanza proporzionale. Per una certafase iniziale è abbastanza proporzionale, anche se non è proprio ideale, ci si avvicina. Dopo d che questacosa non è più possibile per esempio passando da 12 a 16 la variazione è minore rispetto al passaggiotipo da 4 a 8 questo significa che la variazione di espansione dell’alveolo non è sempre uguale, in seguitodevo applicare una forza maggiore per ottenere una stessa variazione di volume. Facciamo unesperimento se prendiamo a qualcuno e gli svuotiamo i polmoni aria e ci mettiamo dell’acqua. Quandoriempio tutto il sistema con acqua ho abolito l’interfaccia o almeno l’ho spostata all’est ma a livelloalveolare non c’è più perchè è acqua-acqua, la tensione superficiale non c’è più.

Se vado a fare la stessa cosa variando la pressione e vedendo il volume, quando c'è l'assenza di tensione superficiale, a pressione normale il volume qui è 70, senza tensione superficiale il volume è molto di più come la stessa pressione. Prima c'era una controforza che tendeva a chiudere che era la tensione superficiale (le molecole in superficie che tendono a chiudere) noi abbiamo dimostrato in questo modo che se io tolgo l'interfaccia vuole meno forza per avere un volume maggiore o per avere con la stessa pressione prima avevo 70-80 di volume di variazione io ora ho 170 di volume di variazione. Quindi con l'interfaccia ho una maggiore capacità di aumentare il volume. Il sistema non è equilibrato. Se aumento la tensione superficiale con la stessa pressione il volume è ancora minore. Questo è un esperimento che serve a capire che la tensione superficiale c'è normalmente, se l'abolisco una X forza mi può dare.una variazione di volume magg. Questo è un concetto statico però. Poi c'è il problema dell'inspirazione e espirazione io devo andare a vedere che cosa stabilizza ad ogni variazione di pressione interna che ad ogni espirazione si deprime, si riduce la pressione intralveolare che dovrebbe portare a un collabimento dell'alveolo. Quando aumenta il volume o diminuisce, dovrebbe scoppiare o si riduce, perché la pressione interna se aumenta quando si riduce il volume, invece non arriva a fare questo, viene stabilizzata dalla presenza di quelle molecole nere che sono capaci di bilanciare la variazione di volume. Quando andiamo a vedere su quest'altro schema che c'è sempre la tensione superficiale in rapporto alla superficie in % della superficie massima possibile. Il sistema sarà un alveolo, questa è la condizione normale. Se io vario la superficie dal 20% la porto al massimo possibile, voglio sapere come varia la tensione superficie, man mano.che aumenta la superficie, la tensione superficie tende a aumentare fino a un max. Questo è stato fatto su un estratto di polmone. Normalmente succede che all'aumento della superficie c'è l'aumento non proporzionale come vedete dall'andamento perché ricordate che non è una cosa ideale, quindi le variazioni vanno secondo un andamento diverso, che non è una linea direttamente proporzionale perché c'è l'attrito, l'allungamento (isteresi polmonare). Se raddoppio la pressione dovrei avere un raddoppio della lunghezza, ma non è così, all'inizio abbastanza, sarà così, ma successivamente avremo un andamento diverso e dovremmo applicare una forza maggiore. Quindi durante l'espirazione e l'inspirazione avremmo questa oscillazione continua della tensione superficiale da un valore minimo ad un valore massimo, stabilizzato dal fatto che ci sono quelle cose celesti (surfactant) (checome il detersivo) si intromettono per diminuire la tensione superficiale. Come accade nella digestione: i sali biliari fanno lo stesso lavoro: non digeriscono i grassi. I trigliceridi non digeriscono i grassi. Questi sono composti da glicerolo e 3 acidi grassi, quando nell'acqua non si sciolgono. Allora come fanno a stare nell'ambiente acquoso come dello stomaco e dell'intestino? Poi ci sono gli enzimi, per scindere i trigliceridi (lipasi). Poiché i grassi hanno un'alta tensione superficiale ed hanno una buona forza di coesione, cioè le molecole tendono a stare una vicino all'altra più della molecola d'acqua, quando arriva l'enzima come fa a digerire tutto il grasso? Digerisce solo quello più in superficie, e totalmente ci metterà 4-5 ore per digerirlo tutto. Se non c'è la bile ci vogliono 15 ore per digerire. L'enzima scinde il trigliceride, ma il trigliceride deve essere esposto. Quando la bile si inserisce tra.i trigliceridi rendono galleggiante i grassi in un ambiente acquoso, disperdendosi in modo stabile, permettendo all'enzima di agire più efficientemente. Allora vediamo se questo è la normalità, ci sono dei neonati che nascono con una scarsa quantità di surfactant ed appena nasci