¿Por qué los suspiros profundos son realmente buenos para nosotros?

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La superficie de los pulmones está cubierta de un líquido que aumenta su deformabilidad. Este líquido tiene su mayor efecto al respirar profundamente de vez en cuando, como han descubierto investigadores de la ETH de Zúrich mediante sofisticadas técnicas de medición en el laboratorio.

Imagen de Midori Therapy Studio en Pixabay

En un artículo firmado por Ori Schipper se informa que más de la mitad de los bebés prematuros nacidos antes de la semana 28 de embarazo desarrollan síndrome de dificultad respiratoria poco después del nacimiento. Como sus pulmones aún no están completamente desarrollados, producen muy poco del fluido, aparentemente mágico, que reduce la tensión superficial pulmonar. Como resultado, algunos alvéolos colapsan y los pulmones no pueden obtener suficiente oxígeno.

Los pulmones se vuelven más maleables
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Cuatro décadas atrás Hasta hace 40 años, esto solía significar la muerte. Pero a finales de la década de 1980, los pediatras desarrollaron un procedimiento que salvó vidas: extrajeron el líquido de pulmones de animales y lo inyectaron en los pulmones de bebés prematuros. «Esto funciona muy bien en recién nacidos», afirmó Jan Vermant, profesor de Materiales Blandos en la ETH de Zúrich. «El líquido recubre toda la superficie, haciendo que los pulmones sean más deformables o, dicho de otro modo, más flexibles».

Pero incluso en adultos, los pulmones pueden fallar. Durante la pandemia de coronavirus, alrededor de 3000 personas en Suiza desarrollaron síndrome de dificultad respiratoria aguda. Sin embargo, inyectar fluido tensioactivo de pulmones de animales en pulmones de adultos no ayuda. «Esto demuestra que no se trata solo de reducir la tensión superficial», detalló Vermant. «Creemos que las tensiones mecánicas dentro del fluido también juegan un papel importante».

En colaboración con científicos de España, Bélgica y Estados Unidos, el grupo de investigación de Vermant aprovechó sofisticadas técnicas de medición para investigar con precisión cómo se comporta el líquido pulmonar al estirarse y recomprimirse en el laboratorio. El líquido de nuestro cuerpo también se somete a movimientos similares cuando los pulmones se expanden durante la inhalación y se contraen de nuevo durante la exhalación. Los investigadores acaban de publicar sus hallazgos en la revista Science Advances.

Explicación de la sensación de alivio en el pecho
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En sus experimentos -detalla el artículo en ETHZ-, los investigadores simularon los movimientos de respiraciones normales y particularmente profundas, midiendo la tensión superficial del fluido en cada caso. «Esta tensión superficial influye en la distensibilidad pulmonar», precisó Vermant. Cuanto más distensión pulmonar haya, menor será la resistencia a la expansión y la contracción, y más fácil será respirar.

Con la ayuda de sus instrumentos de medición, los investigadores descubrieron que la tensión superficial disminuye significativamente tras respiraciones profundas. Al parecer, existe una explicación física para la sensación de alivio en el pecho que suele producirse tras un suspiro profundo. Esta explicación parte de comprender que la fina película que forma el líquido pulmonar en la superficie de los pulmones consta de varias capas.

“Justo en la frontera con el aire, hay una capa superficial ligeramente más rígida. Debajo, hay varias capas que deberían ser más blandas que la capa superficial”, explicó Maria Novaes-Silva, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Vermant y primera autora del estudio. Como ha demostrado experimentalmente, esta estratificación vuelve a la configuración de equilibrio con el tiempo cuando el fluido no se mueve en absoluto o se mueve muy poco durante la respiración superficial.

Reconstrucción de estructuras multicapa
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Es necesario respirar profundamente de vez en cuando para restablecer esta estratificación ideal. Basándose en sus análisis, los investigadores han descubierto que el estiramiento y la compresión pronunciados del líquido pulmonar provocan cambios en la composición de la capa externa. «Hay un enriquecimiento de lípidos saturados, lo que resulta en una interfaz más densa», afirmó Novaes-Silva. Vermant añadió que «este es un estado fuera de los límites del equilibrio termodinámico que solo puede mantenerse mediante trabajo mecánico».

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También se sabe, a partir de la práctica clínica, que la distensibilidad pulmonar cambia gradualmente con el tiempo y que la respiración se vuelve cada vez más difícil debido a la respiración superficial constante. Por lo tanto, las mediciones de laboratorio parecen reflejar observaciones clínicas. Novaes-Silva concluyó que «estas similitudes indican que hemos captado propiedades reales con nuestro experimento».

¿Pueden los nuevos conocimientos adquiridos por los científicos de materiales utilizarse también para extraer conclusiones y conocimientos prácticos sobre la insuficiencia pulmonar en adultos? «Un enfoque prometedor consiste en identificar componentes que puedan reconstruir artificialmente estructuras multicapa», señalaron los investigadores en su artículo técnico. En la conversación, Vermant mencionó terapias con espuma que otros grupos están desarrollando e investigando a fondo.

Cita
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El estudio How sighing regulates pulmonary surfactant structure and its role in breathing mechanics (Cómo el suspiro regula la estructura del surfactante pulmonar y su papel en la mecánica respiratoria) fue publicado en Science Advances. Autores: Maria C. Novaes-Silva, Mariana Rodríguez-Hakim, Benjamin R. Thompson, Norman J. Wagner, Eline Hermans, Lieven J. Dupont & Jan Vermant.

Financiación
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J.V. and M.C.N.-S. thank ETH Zürich for support for this work. M.R.-H. was supported by the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades (MICIU) and NextGenerationEU under grant no. REGAGE21e00018555755; by the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades (MICIU) under grant no. BG22/00130; and by the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, the Agencia Estatal de Investigación (AEI, 10.13039/501100011033), and the European Social Fund Plus (FSE+) under grant no. PID2023-147948OB-C33. B.R.T. and N.J.W. acknowledge support from the NIST Center for Neutron Research under cooperative agreement no. 70NANB20H133. E.H. was supported by FWO Vlaanderen.