Histéresis

Qué es la histéresis

El término procede del griego hystérēsis, retraso o quedarse atrás, emparentada con hýsteros, lo que viene después. El físico James Alfred Ewing la introdujo en la ciencia en la década de 1880, mientras estudiaba el comportamiento de los materiales magnéticos.

La idea es sencilla de captar. Cuando se somete un sistema a un ciclo de carga y descarga, el trayecto de ida no coincide con el de vuelta: la respuesta va con cierto retraso respecto al estímulo. Si se representan ambos recorridos en una gráfica, no se superponen, sino que encierran un lazo. Ese lazo es la firma de la histéresis. El sistema, en cierto modo, guarda memoria de su estado reciente.

La histéresis pulmonar

El ejemplo fisiológico más estudiado es el del pulmón. Si se registra la relación entre la presión aplicada y el volumen de aire que entra, la curva de la inspiración no sigue el mismo trazado que la de la espiración. Para abrir los alvéolos durante la inspiración hace falta más presión; al espirar, esos mismos alvéolos permanecen abiertos con una presión menor. La superficie que queda entre las dos ramas de la curva de presión-volumen corresponde a la energía que el sistema disipa en cada respiración.

Por qué difieren las dos curvas

Detrás de esa diferencia hay dos factores que se combinan. Uno es la tensión superficial en la interfase entre el aire y el líquido que recubre el alvéolo, junto con el surfactante pulmonar, que la rebaja y facilita que el alvéolo no se colapse al vaciarse. El otro es el carácter viscoelástico del propio tejido pulmonar, que no responde de forma instantánea al cambio de presión. El pulmón recuerda dónde estaba.

Esta propiedad tiene peso en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y en el síndrome de distrés respiratorio agudo, y también en la ventilación mecánica, donde la forma del lazo ayuda a comprender cómo se reclutan y se mantienen abiertos los alvéolos.

Más allá del pulmón

El fenómeno no es exclusivo del aparato respiratorio. Los tendones y los ligamentos también lo muestran: cuando se estiran y se relajan de forma repetida, la energía que devuelven es menor que la que absorbieron, y esa diferencia es pura histéresis. El corazón exhibe algo parecido en la relación entre presión y volumen a lo largo del ciclo cardíaco. Conviene recordar que el concepto nació en la física, aplicado al magnetismo y a la elasticidad de los materiales, antes de resultar útil en biología.

Diferencia con la distensibilidad

Son conceptos que conviene no mezclar. La distensibilidad mide cuánto volumen gana el sistema por cada unidad de presión, es decir, la pendiente de la curva. La histéresis mide otra cosa: la separación entre la rama de ida y la de vuelta. Una dice con qué facilidad se deja estirar el sistema; la otra, hasta qué punto su comportamiento depende del sentido del ciclo. Un cuerpo puramente elástico volvería por el mismo camino, sin lazo. El pulmón no lo hace.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra histéresis?

Del griego hystérēsis, que significa retraso o demora. La adoptó el físico James Alfred Ewing hacia 1880 para describir el desfase que observaba en los materiales magnéticos, y de la física pasó después a otras disciplinas.

¿La histéresis ocurre solo en el pulmón?

No. Es el ejemplo más citado en fisiología, pero el mismo comportamiento aparece en tendones y ligamentos, en el ciclo del corazón y en numerosos materiales físicos. Es un fenómeno general.

¿En qué se distingue de la distensibilidad?

La distensibilidad es la pendiente de la curva de presión-volumen y refleja lo fácil que resulta expandir el sistema. La histéresis es el área encerrada entre las curvas de ida y vuelta. La primera habla de facilidad; la segunda, de dependencia del recorrido.

¿Por qué cuesta más inflar el pulmón que vaciarlo?

Porque al inspirar hay que vencer la tensión superficial para abrir alvéolos que estaban plegados. Una vez abiertos, el surfactante mantiene baja esa tensión, de modo que en la espiración se necesita menos presión para conservarlos distendidos.

Referencias

1. Curvas presión-volumen en la lesión pulmonar aguda. Medicina Intensiva. SciELO.
2. Función pulmonar: mecánica respiratoria y curva presión-volumen. Elsevier.
3. Canet J. Fisiología respiratoria. scartd.org.
4. Modelado de la histéresis pulmonar a partir de señales fisiológicas. CONICET. CONICET.