Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Альвеолы ​​- это сферические выступы респираторных бронхиол.

Легочный сурфактант - это поверхностно-активный липопротеиновый комплекс (фосфолипопротеин), образованный альвеолярными клетками II типа . Белки и липиды, составляющие поверхностно-активное вещество, имеют как гидрофильные, так и гидрофобные области. По адсорбировать на воздух-вода интерфейс в альвеолах , с гидрофильными головных групп в воде и гидрофобные хвосты , обращенной к воздуху, основной липидного компонента поверхностно -активного вещества, дипальмитоилфосфатидилхолин (DPPC), уменьшает поверхностное натяжение .

В качестве лекарства легочный сурфактант включен в Примерный перечень основных лекарственных средств ВОЗ , наиболее важные лекарства, необходимые в базовой системе здравоохранения . [1]

Функция [ править ]

  • Для увеличения податливости легких .
  • Для предотвращения ателектаза (коллапса легкого) в конце выдоха.
  • Для облегчения восстановления дыхательных путей при коллапсе.

Альвеолы ​​можно сравнить с газом в воде, поскольку альвеолы ​​влажные и окружают центральное воздушное пространство. Поверхностное натяжение действует на границе раздела воздух-вода и приводит к тому , пузырь меньше ( за счет уменьшения площади поверхности раздела). Давление газа ( P ), необходимое для поддержания равновесия между разрушающей силой поверхностного натяжения ( γ ) и силой расширения газа в альвеоле радиуса r , выражается законом Лапласа :

Соответствие [ править ]

Комплаенс - это способность легких и грудной клетки расширяться. Податливость легких определяется как изменение объема на единицу изменения давления в легком . Измерения объема легких, полученные во время контролируемого раздувания / сдувания нормального легкого, показывают, что объемы, полученные во время сдувания, превышают объемы, полученные во время раздувания при заданном давлении. Эта разница в объемах надувания и спуска при заданном давлении называется гистерезисом и возникает из-за поверхностного натяжения воздух-вода, которое возникает в начале надувания. Однако сурфактант снижает поверхностное натяжение альвеол , что наблюдается у недоношенных детей, страдающих респираторным дистресс-синдромом.. Нормальное поверхностное натяжение воды составляет 70 дин / см (70 мН / м), а в легких - 25 дин / см (25 мН / м); однако в конце срока годности сжатые молекулы фосфолипидов поверхностно-активного вещества снижают поверхностное натяжение до очень низких, почти нулевых уровней. Таким образом, легочный сурфактант значительно снижает поверхностное натяжение , увеличивая податливость, позволяя легким надуваться намного легче, тем самым уменьшая работу дыхания. Это уменьшает разницу давлений, необходимую для надувания легких. Податливость легких уменьшается, а вентиляция уменьшается, когда легочная ткань становится больной и фиброзной. [2]

Регулировка размера альвеол [ править ]

По мере увеличения размера альвеол поверхностно-активное вещество все больше распределяется по поверхности жидкости. Это увеличивает поверхностное натяжение, эффективно замедляя скорость расширения альвеол. Это также помогает всем альвеолам в легких расширяться с одинаковой скоростью, так как альвеолы, которые расширяются быстрее, будут испытывать сильное повышение поверхностного натяжения, замедляющее скорость расширения. Это также означает, что скорость сокращения становится более равномерной, так как при более быстром уменьшении размера поверхностное натяжение уменьшится больше, поэтому другие альвеолы ​​могут сокращаться легче, чем это возможно. Поверхностно-активное вещество снижает поверхностное натяжение легче, когда альвеолы ​​меньше, поскольку поверхностно-активное вещество более концентрировано.

Предотвращение скопления жидкости и поддержание сухости дыхательных путей [ править ]

Поверхностное натяжение вытягивает жидкость из капилляров в альвеолярные пространства. Поверхностно-активное вещество уменьшает скопление жидкости и сохраняет дыхательные пути сухими за счет снижения поверхностного натяжения. [3]

Врожденный иммунитет [ править ]

Иммунная функция сурфактанта в первую очередь связана с двумя белками: SP-A и SP-D . Эти белки могут связываться с сахарами на поверхности патогенов и тем самым опсонизировать их для поглощения фагоцитами. Он также регулирует воспалительные реакции и взаимодействует с адаптивным иммунным ответом. Разложение или инактивация поверхностно-активного вещества может способствовать повышению восприимчивости к воспалению и инфекции легких. [4]

Состав [ править ]

  • ~ 40% дипальмитоилфосфатидилхолина (DPPC); [5]
  • ~ 40% другие фосфолипиды (ПК); [5]
  • ~ 10% поверхностно-активных белков ( SP-A , SP-B , SP-C и SP-D ); [5]
  • ~ 10% нейтральных липидов ( холестерина ); [5]
  • Следы других веществ .

Липиды [ править ]

DPPC [ править ]

Дипальмитоилфосфатидилхолин (DPPC) представляет собой фосфолипид с двумя 16-углеродными насыщенными цепями и фосфатной группой с присоединенной четвертичной аминогруппой. DPPC - самая сильная молекула сурфактанта в смеси легочных сурфактантов. Он также имеет более высокую способность к уплотнению, чем другие фосфолипиды, потому что аполярный хвост менее изогнут. Тем не менее, без других веществ смеси легочных сурфактантов кинетика адсорбции DPPC очень медленная. Это происходит прежде всего потому, что температура фазового перехода между гелем и жидким кристаллом чистого DPPC составляет 41,5 ° C, что выше, чем температура человеческого тела, равная 37 ° C.[6]

Другие фосфолипиды [ править ]

Молекулы фосфатидилхолина составляют ~ 85% липидов в поверхностно-активном веществе и имеют насыщенные ацильные цепи. Фосфатидилглицерин (PG) образует около 11% липидов в поверхностно-активном веществе, он имеет цепи ненасыщенных жирных кислот, которые псевдоожижают липидный монослой на границе раздела. Также присутствуют нейтральные липиды и холестерин. Компоненты этих липидов диффундируют из крови в альвеолярные клетки типа II, где они собираются и упаковываются для секреции в секреторные органеллы, называемые ламеллярными телами . [ необходима цитата ]

Белки [ править ]

Белки составляют оставшиеся 10% поверхностно-активного вещества. Половина из этих 10% составляют белки плазмы, а остальная часть образована аполипопротеинами , поверхностно-активными белками SP-A, SP-B, SP-C и SP-D. Аполипопротеины продуцируются секреторным путем в клетках типа II. Они претерпевают много посттрансляционных модификаций, попадая в ламеллярные тела. Это концентрические кольца липида и белка диаметром около 1 мкм.

  • СП-А и СП-Д - коллекционны . Они наделяют врожденный иммунитет, поскольку у них есть домены распознавания углеводов, которые позволяют им покрывать бактерии и вирусы, способствующие фагоцитозу макрофагами. [7] Также считается, что SP-A участвует в механизме отрицательной обратной связи, контролирующем выработку поверхностно-активного вещества. [ необходима цитата ]
  • SP-B и SP-C - это гидрофобные мембранные белки, которые увеличивают скорость распространения поверхностно-активного вещества по поверхности. SP-B и SP-C необходимы для правильной биофизической функции легких. Люди и животные, рожденные с врожденным отсутствием SP-B семейства сапозинов, страдают трудноизлечимой дыхательной недостаточностью, тогда как у рожденных с отсутствием SP-C обычно развивается прогрессирующий интерстициальный пневмонит. [8]

Белки SP снижают критическую температуру фазового перехода DPPC до значения ниже 37 ° C [9], что улучшает его адсорбцию и скорость распространения поверхности раздела. [10] [11] Сжатие границы раздела вызывает фазовый переход молекул поверхностно-активного вещества в жидкость-гель или даже гель-твердое тело. Высокая скорость адсорбции необходима для поддержания целостности области газообмена в легких.

Каждый белок SP имеет различные функции, которые действуют синергетически, чтобы поддерживать интерфейс, богатый DPPC, во время расширения и сокращения легких. Изменения в составе смеси поверхностно-активных веществ изменяют условия давления и температуры для фазовых превращений, а также форму кристаллов фосфолипидов. [12] Только жидкая фаза может свободно растекаться по поверхности с образованием монослоя. Тем не менее, было замечено, что если область легких резко расширяется, плавающие кристаллы трескаются, как « айсберги».". Затем белки SP избирательно привлекают больше DPPC к границе раздела, чем другие фосфолипиды или холестерин, поверхностно-активные свойства которых хуже, чем у DPPC. SP также закрепляет DPPC на границе раздела, чтобы предотвратить выдавливание DPPC при уменьшении площади поверхности [ 11] Это также снижает сжимаемость интерфейса. [13]

Искусственные поверхностно-активные вещества [ править ]

Основная статья: Легочный сурфактант (лекарство)
Сурванта в окружении устройств для своего применения.

Доступен ряд типов легочных сурфактантов.

Синтетические легочные сурфактанты

  1. Colfosceril palmitate (Exosurf) - смесь DPPC с гексадеканолом и тилоксаполом, добавленными в качестве агентов для распределения.
  2. Пумактант (искусственное соединение, расширяющее легкие или ALEC) - смесь DPPC и PG
  3. KL-4 - состоит из DPPC, пальмитоил-олеоилфосфатидилглицерина и пальмитиновой кислоты в сочетании с синтетическим пептидом из 21 аминокислоты, который имитирует структурные характеристики SP-B.
  4. Venticute - DPPC, PG, пальмитиновая кислота и рекомбинантный SP-C
  5. Лучинактант - DPPC , POPG и пальмитиновая кислота .

Поверхностно-активные вещества животного происхождения

  1. Beractant
    1. (Альвеофакт) - извлекается из жидкости лаважа легких коров.
    2. (Сурванта) - экстрагируется из измельченного легкого коровы с дополнительным DPPC, пальмитиновой кислотой и трипальмитином.
    3. (Beraksurf) - извлеченный из измельченного легкого теленка с дополнительным DPPC, пальмитиновой кислотой и трипальмитином
  2. Калфактант ( Infasurf ) - извлекается из жидкости лаважа легких теленка.
  3. Poractant alfa (Curosurf) - извлекается из материала, полученного из рубленого легкого свиньи

Величина поверхностного натяжения внутри легкого [ править ]

Несмотря на то, что поверхностное натяжение может быть значительно уменьшено легочным сурфактантом, этот эффект будет зависеть от концентрации сурфактанта на границе раздела. Концентрация на границе раздела имеет предел насыщения, который зависит от температуры и состава смеси. Поскольку во время вентиляции происходит изменение площади поверхности легких, концентрация поверхностно-активного вещества обычно не находится на уровне насыщения. Поверхность увеличивается во время вдоха, что, следовательно, открывает пространство для новых молекул поверхностно-активного вещества, которые могут быть привлечены к границе раздела. Между тем, по истечении срока действия площадь поверхности уменьшается, слой поверхностно-активного вещества сжимается, приближая молекулы поверхностно-активного вещества друг к другу и дополнительно уменьшая поверхностное натяжение. [ необходима цитата ]

Молекулы SP способствуют увеличению кинетики адсорбции на границе раздела поверхностно-активных веществ, когда концентрация ниже уровня насыщения . Они также создают слабые связи с молекулами поверхностно-активного вещества на границе раздела и удерживают их дольше, когда поверхность раздела сжата. Поэтому во время вентиляции поверхностное натяжение обычно ниже, чем в состоянии равновесия. Таким образом, поверхностное натяжение изменяется в зависимости от объема воздуха в легких, который защищает их от ателектаза при малых объемах и повреждения тканей при высоких уровнях объема. [10] [12] [13]

Значения поверхностного натяжения
УсловиеНапряжение (мН / м)
Вода при 25 ° C70
Легочный сурфактант в равновесии при 36 ° C25
Здоровое легкое при 100% ТСХ30
Здоровое легкое между 40 и 60% TLC1 ~ 6
Здоровое легкое ниже 40% TLC<1

Производство и деградация [ править ]

Производство поверхностно-активного вещества у человека начинается в клетках типа II на стадии развития альвеолярного мешка . Пластинчатые тела появляются в цитоплазме примерно на 20 неделе беременности. [ необходима цитата ] Эти ламеллярные тела секретируются путем экзоцитоза в поверхностный слой воды, выстилающий альвеолярное воздушное пространство, где поверхностно-активное вещество образует сеть трубчатого миелина . У доношенных детей запас сурфактанта в альвеолярных отростках составляет приблизительно 100 мг / кг, а у недоношенных новорожденных - 4–5 мг / кг при рождении. [ необходима цитата ]

Клетки клуба также производят компонент сурфактанта легких. [14]

Период полураспада альвеолярного сурфактанта составляет от 5 до 10 часов после выделения. Он может расщепляться макрофагами и / или реабсорбироваться в пластинчатые структуры пневмоцитов II типа. До 90% сурфактанта DPPC (дипальмитоилфосфатидилхолина) рециркулируется из альвеолярного пространства обратно в пневмоциты II типа. Считается, что этот процесс происходит через SP-A- стимулирующий рецептор-опосредованный клатрин- зависимый эндоцитоз . [15] Остальные 10% поглощаются альвеолярными макрофагами и перевариваются.

Заболевания [ править ]

  • Детский респираторный дистресс-синдром (IRDS) вызван недостатком сурфактанта, которым обычно страдают недоношенные дети, рожденные до 28–32 недель беременности. [ необходима цитата ]
  • Врожденный дефицит сурфактанта
  • Легочный альвеолярный протеиноз
  • Нарушение обмена сурфактантов

История [ править ]

В конце 1920-х фон Нергаард [16] идентифицировал функцию легочного сурфактанта в повышении эластичности легких за счет снижения поверхностного натяжения. Однако значение его открытия не было осознано научным и медицинским сообществом в то время. Он также осознал важность низкого поверхностного натяжения легких новорожденных. Позже, в середине 1950-х годов, Паттл и Клементс заново открыли важность поверхностно-активного вещества и низкого поверхностного натяжения в легких. В конце того же десятилетия было обнаружено, что недостаток сурфактанта вызывает респираторный дистресс-синдром у младенцев (IRDS). [17] [12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Девятнадцатый Типовой список основных лекарственных средств ВОЗ (апрель 2015 г.)» (PDF) . ВОЗ. Апрель 2015 . Проверено 10 мая 2015 года .
  2. ^ «Альвеолы ​​и процесс дыхания» . Проверено 30 октября 2013 .[ ненадежный медицинский источник? ]
  3. ^ Запад, Джон Б. (1994). Физиология дыхания - основы . Балтимор: Уильямс и Уилкинс. ISBN 0-683-08937-4.[ требуется страница ]
  4. ^ Райт, Джо Рэй (2004). «Защитные функции организма легочного сурфактанта». Биология новорожденного . 85 (4): 326–32. DOI : 10.1159 / 000078172 . PMID 15211087 . S2CID 25469141 .  
  5. ^ a b c d Нкади, Пол О .; Мерритт, Т. Аллен; Пиллерс, Де-Энн М. (2009). «Обзор легочного сурфактанта у новорожденных: генетика, метаболизм и роль сурфактанта в здоровье и болезнях» . Молекулярная генетика и метаболизм . 97 (2): 95–101. DOI : 10.1016 / j.ymgme.2009.01.015 . ISSN 1096-7192 . PMC 2880575 . PMID 19299177 .   
  6. ^ Альбон, Норман (1978). «Природа перехода геля в жидкий кристалл синтетических фосфатидилхолинов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (5): 2258–2260. Bibcode : 1978PNAS ... 75.2258A . DOI : 10.1073 / pnas.75.5.2258 . PMC 392531 . PMID 276866 .  
  7. ^ Haagsman HP, Димель RV (май 2001). «Белки, связанные с поверхностно-активными веществами: функции и структурные вариации». Сравнительная биохимия и физиология. Часть A, Молекулярная и интегративная физиология . 129 (1): 91–108. DOI : 10.1016 / s1095-6433 (01) 00308-7 . PMID 11369536 . 
  8. ^ Weaver TE, Конкрайт JJ (2001). «Функция поверхностно-активных белков B и C». Ежегодный обзор физиологии . 63 : 555–78. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.63.1.555 . PMID 11181967 . 
  9. Перейти ↑ Hills, BA (1999). «Альтернативный взгляд на роль сурфактанта и альвеолярной модели». Журнал прикладной физиологии . 87 (5): 1567–83. DOI : 10.1152 / jappl.1999.87.5.1567 . PMID 10562593 . 
  10. ^ a b Schurch, S .; Ли, Мартин; Гер, Питер; Qanbar, R; Schürch, S (1992). «Легочный сурфактант: свойства поверхности и функция сурфактанта альвеол и дыхательных путей». Чистая и прикладная химия . 64 (11): 209–20. DOI : 10,1351 / pac199264111745 . S2CID 97007574 . 
  11. ^ a b Поссмайер, Фред; Наг, Кошик; Родригес, Карина; Канбар, Риад; Шюрх, Самуэль (2001). «Поверхностная активность in vitro: роль сурфактантных белков». Сравнительная биохимия и физиология . 129 (1): 209–20. DOI : 10.1016 / S1095-6433 (01) 00317-8 . PMID 11369545 . 
  12. ^ a b c Велдхёйзен, Рууд; Наг, Кошик; Оргейг, Сандра; Поссмайер, Фред (1998). «Роль липидов в легочном сурфактанте». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни . 1408 (2–3): 90–108. DOI : 10.1016 / S0925-4439 (98) 00061-1 . PMID 9813256 . 
  13. ^ a b Schürch, Самуэль; Бахофен, Ганс; Поссмайер, Фред (2001). «Поверхностная активность in situ, in vivo и в сурфактометре с пленочным пузырем». Сравнительная биохимия и физиология . 129 (1): 195–207. DOI : 10.1016 / S1095-6433 (01) 00316-6 . PMID 11369544 . 
  14. ^ Янг, Барбара (2014). Функциональная гистология Уитера: текст и цветной атлас . О'Дауд, Джеральдин, Вудфорд, Филлип (Шестое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. С. Глава 12. ISBN 978-0702047473. OCLC  861650889 .
  15. ^ Crowther, JE; Шлезингер, LS (2005). «Эндоцитарный путь для сурфактантного белка а в макрофагах человека: связывание, опосредованное клатрином захват и перемещение через эндолизосомный путь». AJP: Клеточная и молекулярная физиология легких . 290 (2): L334–42. DOI : 10,1152 / ajplung.00267.2005 . PMID 16169899 . 
  16. ^ Neergaard, К. (1929). "Neue Auffassungen über einen Grundbegriff der Atemmechanik" [Новые взгляды на фундаментальную концепцию респираторной механики]. Zeitschrift für die Gesamte Experimentelle Medizin (на немецком языке). 66 (1): 373–94. DOI : 10.1007 / bf02621963 . S2CID 87610289 . 
  17. ^ Эйвери, Мэри Эллен (1959-05-01). «Поверхностные свойства в отношении ателектазов и заболеваний гиалиновых мембран». Архивы педиатрии и подростковой медицины . 97 (5_PART_I): 517–23. DOI : 10,1001 / archpedi.1959.02070010519001 . ISSN 1072-4710 . PMID 13649082 .  

Внешние ссылки [ править ]