viernes, 25 de junio de 2010

El origen de las burbujas asesinas.


Mientras lees este artículo, minúsculas burbujas de nitrógeno van y vienen por tus tejidos. Esto no es un problema a no ser que te sometas a cambios bruscos de presión en tu entorno, como los que sufren los submarinistas o los astronautas. Durante las caídas de presión grandes y rápidas estas burbujas pueden crecer y llevar a una embolia gaseosa y, en algunos casos, a la muerte.

Para poder protegerse de este síndrome y para tratarlo es necesario disponer de un modelo fisiológico del comportamiento de estas burbujas. Solamente hay un problema: estas burbujas no deberían existir. Si su composición es mayoritariamente nitrógeno y el aire de la atmósfera circundante está compuesto por nitrógeno y oxígeno, la presión de la burbuja debería ser menor que la del aire y deberían colapsar. Pero no lo hacen.

Una posible explicación a este misterio ha aparecido publicada en el Journal of Chemical Physics por parte de Saul Goldman, de la Universidad de Guelph (Canadá).

Si, como se cree, la embolia gaseosa es el resultado del crecimiento de burbujas de gas preexistentes en los tejidos, esas burbujas deberían ser lo suficientemente estables como para tener una vida media no despreciable. El modelo que propone Goldman describe los tejidos como materiales blandos y elásticos que tienen un cierto grado de rigidez. Los modelos existentes hasta la fecha se han centrado en la formación de burbujas en líquidos, que no tienen ninguna rigidez.

Usando este modelo de tejido, Goldman encuentra que existen bolsas de presión reducida (de hecho, pozos de energía libre de Gibbs) en los que las burbujas de nitrógeno pueden formarse y tener la suficiente estabilidad como para justificar la presencia continua de pequeñas burbujas que se puedan expandir en caso de una caída brusca de la presión ambiente.

Cuando dos superficies rígidas sumergidas en un fluido se separan rápidamente se forman burbujas de gas. Este fenómeno se llama tribonucleación. La separación rápida de superficies que están juntas en disolución tiene como consecuencia la aparición de presiones negativas en el plano de separación. Así, si bien estas pequeñas burbujas en un medio elástico son metaestables, y no duran indefinidamente, se ven reemplazadas periódicamente. Según este cuadro, pues, la tribonucleación es la fuente, y una vida media finita el sumidero, de las pequeñas burbujas detus tejidos que tienen la capacidad de hacer que una placentera jornada de buceo pueda acabar en tragedia.

Referencia:

Goldman, S. (2010). Free energy wells for small gas bubbles in soft deformable materials The Journal of Chemical Physics, 132 (16) DOI: 10.1063/1.3394940

[Esta es la segunda contribución de Experientia docet al VIII Carnaval de la Física, que este mes acoge Pirulo cósmico.]