A Primeira Respiração do Bebê

Todo mundo sabe que é muito mais difícil encher um balão pela primeira vez. Por que é assim? Por causa de uma coisa, a pressão aplicada não cria muita tensão nas paredes de um pequeno balão para começar o processo de estiramento necessário para a inflação. De acordo com a lei de LaPlace, a tensão nas paredes será duas vezes maior para um balão cujo raio seja duas vezes maior. Necessita-se de uma certa pressão aplicada para vencer a elasticidade de um grande balão e fazê-lo expandir ainda mais, necessitaremos duas vezes mais pressão para começar a expandir um balão menor. Tudo isto torna difícil para o bebê fazer a sua primeira respiração - todos os balões são pequenos! Os alvéolos dos pulmões estão colapsados nos fetos e devem ser inflados no processo de inalação. Assim as tradicionais palmadas no bum-bum de um recém-nascido deixa ele/ela furioso o suficiente para fazer um esforço para a sua primeira respiração. Dificuldades adicionais são encontradas por bebês prematuros por causa do fluido surfactante que cobre o alvéolo e dá-lhe as tensões de parede associadas é formado nos estágios posteriores do nascimento. Até este ponto, os alvéolos são cobertos com fluido que tem essencialmente a tensão superficial da água, muito maior que aquela do surfactante normal.

Índices

Conceitos da lei de LaPlace

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Enfisema

A doença dos pulmões chamada enfisema ou doença pulmonar obstrutiva crônica (COPD - Chronic Obstrutive pulmonary disease) resulta no alargamento do alvéolo dos pulmões quando alguns são destruídos e outros alargados ou combinados. A doença é um dos efeitos destrutivos de fumantes de longo tempo, mas algumas vezes ocorre em não fumantes. Se o processo normal de inalação infla o alvéolo a um raio maior, as implicações da Lei de LaPlace são tais que as paredes devem ter perdido muito mais de sua elasticidade. Normalmente necessitaríamos duas vezes mais pressão para inflar uma membrana de tensão constante quando o raio é duas vezes maior. Tipicamente, a tensão nas paredes de um alvéolo saudável é determinada pela tensão superficial do líquido que o cobre, e com uma cobertura uniforme (chamada um surfactante), todos eles inflarão com um raio semelhante. Os alvéolos alargados no paciente com enfisema implicam em menos elasticidade no recolhimento durante o processo de exalação. A exalação requer esforço do diafragma e num estágio avançado da doença, um paciente não será capaz de soprar um palito de fósforo aceso.

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Tensão nas Paredes Arteriais

A tensão nas paredes das artérias e veias no corpo humano é um exemplo clássico da Lei de LaPlace. Esta lei geométrica aplicada a um tubo ou pipa diz que para uma dada pressão de fluido interna, a tensão nas paredes será proporcional ao raio do vaso.

A implicação desta lei para as grandes artérias, que tem pressão sangüínea razoavelmente grande, é que as artérias maiores devem ter paredes mais fortes pois uma artéria com o dobro do raio deve ser capaz de resistir duas vezes mais a tensão nas paredes. As artérias são reforçadas por bandas fibrosas para fortalecê-las contra os riscos de um aneurisma. Os capilares tênues contam com seus pequenos tamanhos.

Demonstração com balão

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Paredes dos Capilares

As paredes dos capilares do sistema circulatório humano são tão finas que parecem transparentes sob um microscópio, embora elas resistam uma pressão de até metade da pressão sangüínea total. A lei de LaPlace dá conhecimento de como elas são capazes de resistirem tais pressões: seu pequeno tamanho implica que a tensão nas paredes para uma dada pressão interna é muito menor do que aquela das grandes artérias. Dada uma pressão de pico de cerca de 120 mmHg no ventrículo esquerdo, a pressão no início do sistema capilar pode ser da ordem de 50 mmHg. Quanto maior o raio das grandes artérias implica que para pressões naquele intervalo elas devem ter paredes fortes para resistirem a grande tensão de parede resultante. As artérias maiores fornecem muito menos resistência ao fluxo do que os vasos menores de acordo com a lei de Poiseuille, e assim a queda na pressão através delas é somente cerca de metade da queda total. Os capilares oferecem grandes resistências ao fluxo, mas não requer muita robustez nas suas paredes.

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Perigo de Aneurisma

As artérias maiores do corpo humano estão sujeitas a tensão nas paredes mais altas do que as artérias menores e capilares. Esta tensão nas paredes segue o que determina a lei de LaPlace, uma relação geométrica que mostra que a tensão nas paredes é proporcional ao raio para uma dada pressão sangüínea. Se uma parede arterial desenvolve um ponto fraco e se expande como resultado disso, poderia parecer que a expansão forneceria algum alívio, mas de fato o oposto é verdadeiro. Num clássico "círculo vicioso", a expansão sujeita as paredes enfraquecidas a tensões ainda maiores. Os vasos enfraquecidos devem continuar a se expandirem no que é chamado de um aneurisma. Não reprimida, esta condição levará a ruptura do vaso, de modo que o aneurisma requer pronto atendimento médico.

Um ponto fraco localizado na artéria pode ganhar algum alívio temporário de tensão quando expandindo no sentido de uma forma esférica, pois uma membrana esférica tem a metade da tensão de parede para um dado raio. Por minimizar a tensão de membrana é que as bolhas de sabão tendem a ter a forma esférica. Mas para uma artéria expandindo, adquirindo um formato aproximadamente esférico não pode aliviar a tensão o suficiente.

Demonstração com balão

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