По интернет-материалам: "Легочной сурфактант и его применение при заболеваниях лёгких"
О. А. Розенберг
Отдел медицинской биотехнологии Центрального научно-исследовательского
рентгенорадиологического института Минздрава РФ, Санкт-Петербург.
Легочной сурфактант представляет собой липопротеидный комплекс, покрывающий поверхность альвеолярного эпителия и располагающийся на границе раздела фаз воздух-гликокалекс. Легочной сурфактант был описан более 60 лет назад. В 1959 году М. Avery и У. Mead впервые обнаружили, что жидкость бронхоальвеолярного лаважа (смыва – Е.В.) новорождённых с болезнью гиалиновых мембран обладает меньшей способностью снижать поверхностное натяжение, чем жидкость бронхоальвеолярного лаважа здоровых детей. Это заболевание впоследствии получило название респираторный дистресс-синдром (РДС) новорождённых.
Легочной сурфактант синтезируется альвеолоцитами второго типа, хранится в ламеллярных тельцах и секретируется в альвеолярное пространство. Одним из важнейших свойств сурфактанта является его способность снижать поверхностное натяжение на границе воздух-вода с 72 мН/м до 20-25 мН/м. Такое снижение силы поверхностного натяжения существенно уменьшает усилие мышц грудной клетки, необходимое для осуществления вдоха.
Снижение поверхностного натяжения обеспечивается, прежде всего, фосфолипидами сурфактанта. Сурфактант содержит семь классов фосфолипидов, основной из которых - фосфатидилхолины. Важнейший из них - дипальмитоилфосфатидилхолин содержит две насыщенные пальмитиновые кислоты и характеризуется температурой фазового перехода (твёрдый - жидкий кристалл), равной 41,5°С, благодаря чему в лёгких млекопитающих дипальмитоилфосфатидилхолин находится в твёрдом кристаллическом состоянии.
По мнению А.Bangham при выдохе, т.е. уменьшении площади поверхности альвеолярного эпителия, дипальмитоилфосфатидилхолин остается в монослое в "одиночестве", образуя структуру "геодезического дома" или каркаса, тем самым, предотвращая слипание альвеол в конце выдоха.
За последние 15 лет выяснены и изучены новые поливалентные свойства легочного сурфактанта: в том числе защитные и барьерные свойства, и свойства врождённого и адаптивного локального иммунитета. (Добавлю от себя, что настанет время и будет практически доказана роль сурфактанта как основного энергетического субстрата, за счёт которого живёт и работает человек. - Е.В.)
Дефицит и/или качественные изменения состава ЛС описаны при РДС новорождённых, синдроме острого повреждения лёгких (СОПЛ) и остром респираторном дистресс-синдроме (ОРДС), пневмонии, кистофиброзе поджелудочной железы, идиопатическом фиброзирующем альвеолите, ателектазах, лучевом повреждении лёгких, бронхиальной астме, хронических обструктивных болезнях лёгких (ХОБЛ, саркоидозе, туберкулёзе) и других заболеваниях.
Сурфактант способствует тому, что поверхность альвеол всегда остается сухой. Силы поверхностного натяжения вызывают не только спадение альвеол, но и "засасывание" в них жидкости из капилляров. Сурфактант уменьшает эти силы и тем самым препятствует образованию такого транссудата.
Видно, что у смывов из лёгких сила поверхностного натяжения зависит от площади поверхности и может при этом становиться очень небольшой.
К чему приводит недостаток сурфактанта?
На основании того, что мы уже знаем об этом веществе, можно предположить, что без него лёгкие были бы более "жёсткими" (т. е. менее растяжимыми), в них образовывались бы участки ателектаза, а в альвеолы пропотевала бы жидкость. Действительно, всё это наблюдается при так называемом "респираторном дистресс-синдроме новорождённых", обусловленном, как полагают, именно отсутствием сурфактанта.
Описан ещё один механизм, способствующий, по-видимому, стабильности альвеол. Все они (за исключением непосредственно прилегающих к плевре) окружены другими альвеолами и, тем самым, поддерживают друг друга. Кроме того, было показано, что в подобных структурах с множеством связей стремление одной группы элементов уменьшить или увеличить свой относительный объём встречает противодействие.
Так, если какие-либо альвеолы стремятся спасться, то окружающая их паренхима растягивается, и на эти альвеолы будут действовать значительные "расправляющие" силы. Действительно, измерения показали, что силы, действующие на участок ателектаза, могут быть удивительно большими за счёт растяжения ткани лёгкого вокруг этого участка.
Подобное явление, заключающееся в том, что соседние участки лёгких как бы поддерживают структуру друг друга, было названо "взаимозависимостью". Оно играет определённую роль в создании низкого давления при расширении лёгких вокруг крупных кровеносных сосудов и воздухоносных путей. Это можно объяснить тем, что кровеносные сосуды достаточно жёсткие, поэтому не могут расширяться в такой же степени, как и окружающая их паренхима.
"Взаимозависимость" структур лёгких может также играть важную роль в предупреждении ателектаза или в расправлении спавшихся по каким-либо причинам участков. Некоторые физиологи полагают даже, что она может иметь большее значение, чем сурфактант, для поддержания стабильности мелких воздушных структур.
Тонкий слой жидкости покрывает поверхность альвеол лёгких. Переходная граница между воздушной средой и жидкостью имеет поверхностное натяжение, которое формируется межмолекулярными силами и которое будет уменьшать площадь покрываемой молекулами поверхности.
Однако миллионы альвеол лёгких, покрытых мономолекулярным слоем жидкости, не спадаются, поскольку эта жидкость содержит субстанции, которые в целом называются сурфактантом (поверхностно активный агент). Поверхностно активные агенты обладают свойством снижать поверхностное натяжение слоя жидкости в альвеолах лёгких на границе фаз воздух-жидкость, благодаря которому лёгкие становятся легко растяжимыми.
Рис. 2. Приложение закона Лапласа к изменению поверхностного натяжения слоя жидкости, покрывающего поверхность альвеол. Изменение радиуса альвеол изменяет в прямой зависимости величину поверхностного натяжения в альвеолах (Т). Давление (Р) внутри альвеол также варьирует при изменении их радиуса: уменьшается при вдохе и увеличивается при выдохе.
Альвеолярный эпителий состоит из плотно контактирующих между собой альвеолоцитов (пневмоцитов) I и II типа и покрыт мономолекулярным слоем сурфактанта, состоящего из фосфолипидов, белков и полисахаридов (глицерофосфолипиды 80 %, глицерол 10 %, белки 10 %).
Синтез сурфактанта осуществляется альвеолоцитами II типа из компонентов плазмы крови. Основным компонентом сурфактанта является дипальмитоилфосфатидилхолин (более 50 % фосфолипидов сурфактанта), который адсорбируется на границе фаз жидкость-воздух с помощью белков сурфактанта SP-B и SP-C.
Эти белки и глицерофосфолипиды уменьшают поверхностное натяжение слоя жидкости в миллионах альвеол и обеспечивают легочной ткани свойство высокой растяжимости. Поверхностное натяжение слоя жидкости, покрывающей альвеолы, изменяется в прямой зависимости от их радиуса (рис. 2).
В лёгких сурфактант изменяет степень поверхностного натяжения поверхностного слоя жидкости в альвеолах при изменении их площади. Это обусловлено тем, что во время дыхательных движений количество сурфактанта в альвеолах остается постоянным.
Поэтому при растяжении альвеол во время вдоха слой сурфактанта становится тоньше, что вызывает снижение его действия на поверхностное натяжение в альвеолах.
При уменьшении же объёма альвеол во время выдоха молекулы сурфактанта начинают более плотно прилегать друг к другу и, увеличивая поверхностное давление, снижают поверхностное натяжение на границе фаз воздух-жидкость. Это препятствует спадению (коллапсу) альвеол во время экспирации, независимо от её глубины.
Сурфактант лёгких влияет на поверхностное натяжение слоя жидкости в альвеолах в зависимости не только от её площади, но и от направления, в котором происходит изменение площади поверхностного слоя жидкости в альвеолах. Этот эффект сурфактанта называется гистерезисом (рис. 10).
Физиологический смысл эффекта заключается в следующем. При вдохе по мере увеличения объёма лёгких под влиянием сурфактанта увеличивается натяжение поверхностного слоя жидкости в альвеолах, что препятствует растяжению легочной ткани и ограничивает глубину инспирации.
Напротив, при выдохе поверхностное натяжение жидкости в альвеолах под влиянием сурфактанта уменьшается, но не исчезает полностью. Поэтому даже при самом глубоком выдохе в лёгких не происходит спадения, т.е. коллапса альвеол.
В составе сурфактанта имеются белки типа SP-A и SP-D, благодаря которым сурфактант участвуют в местных иммунных реакциях, опосредуя фагоцитоз, поскольку на мембранах альвеолоцитов II типа и макрофагов имеются рецепторы SP-A.
Бактериостатическая активность сурфактанта проявляется в том, что это вещество опсонизирует бактерии, которые затем легче фагоцитируются альвеолярными макрофагами. Кроме того, сурфактант активирует макрофаги и влияет на скорость их миграции в альвеолы из межальвеолярных перегородок.
Сурфактант выполняет защитную роль в лёгких, предотвращая непосредственный контакт альвеолярного эпителия с частицами пыли, агентами инфекционного начала, которые достигают альвеол с вдыхаемым воздухом. Сурфактант способен обволакивать инородные частицы, которые затем транспортируются из респираторной зоны лёгкого в крупные дыхательные пути и удаляются из них со слизью.
Наконец, сурфактант снижает поверхностное натяжение в альвеолах до близких к нулевым величинам и тем самым создает возможность расправления лёгких при первом вдохе новорождённого.
ID: 2015-12-1003-R-5863
Козлов А.Е., Микеров А.Н.
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии
Резюме
Поверхность альвеолярного эпителия в лёгких покрыта сурфактантом, необходимым для обеспечения дыхания и адекватной иммунной защиты. Лёгочный сурфактант состоит из липидов (90%) и ряда белков, имеющих различные функции. Сурфактантные белки представлены белками SP-A, SP-D, SP-B и SP-C. В данном обзоре обсуждаются основные функции сурфактантных белков.
Ключевые слова
Лёгочный сурфактант, сурфактантные белки
Обзор
Лёгкие выполняют две главные функции в организме: обеспечение дыхания и функционирование механизмов иммунной защиты. Корректное выполнение данных функций связано с лёгочным сурфактантом.
Сурфактант в лёгких синтезируется альвеолярными клетками II типа и секретируется в альвеолярное пространство. Сурфактант покрывает поверхность альвеолярного эпителия и состоит из липидов (90 %) и белков (10 %), составляя липопротеидный комплекс. Липиды представлены в основном фосфолипидами. Дефицит и/или качественные изменения состава легочного сурфактанта описаны при туберкулезе, респираторном дистресс-синдроме новорожденных, пневмонии и других заболеваниях. .
Сурфактантные белки представлены белками SP-A, (Surfactant Protein A, 5,3%), SP-D (0,6 %), SP-B (0,7 %), и SP-C (0,4%). .
Функции гидрофильных белков SP-A и SP-D связаны с иммунной защитой в легких. Эти белки связывают липополисахарид грамотрицательных бактерий и агрегируют различные микроорганизмы, влияют на активность тучных, дендритных клеток, лимфоцитов и альвеолярных макрофагов. SP-A ингибирует созревание дендритных клеток, тогда как SP-D увеличивает способность альвеолярных макрофагов к захвату и презентации антигенов, стимулируя адаптивный иммунитет .
Сурфактантный белок А является наиболее обильным белком лёгочного сурфактанта. Он обладает выраженными иммуномодулирующими свойствами. Белок SP-A воздействует на рост и жизнеспособность микроорганизмов, повышая проницаемость их цитоплазматической мембраны. Более того, SP-A стимулирует хемотаксис макрофагов, влияет на пролиферацию клеток иммунного ответа и на продукцию цитокинов, повышает продукцию реактивных оксидантов, повышает фагоцитоз клеток, подвергшихся апоптозу и стимулирует фагоцитоз бактерий. SP-A человека состоит из двух генных продуктов - SP-A1 и SP-A2, структура и функция которых различна. Наиболее важное различие в структуре SP-A1 и SP-A2- аминокислотная позиция 85 коллагеноподобного региона белка SP-A, где SP-A1 имеет цистеин, а SP-A2 - аргинин. Функциональные различия между SP-A1 и SP-A2 включают их способность стимулировать фагоцитоз, ингибировать секрецию сурфактанта.. Во всех этих случаях SP-A2 обладает большей активностью, чем SP-A1. .
Функции гидрофобных белков SP-B и SP-C связаны с обеспечением возможности дыхания. Они снижают поверхностное натяжение в альвеолах и способствуют равномерному распределению сурфактанта на поверхности альвеол. .
Литература
1. Ерохин В.В., Лепеха Л.Н., Ерохина М.В., Бочарова И.В., Курынина А.В., Онищенко Г.Е. Избирательное влияние легочного сурфактанта на разные субпопуляции альвеолярных макрофагов при туберкулезе // Актуальные вопросы фтизиатрии.- 2012. - №11.- С. 22-28.
2. Филоненко Т.Г., Распределение сурфактант-ассоциированных белков при фиброзно-кавернозном туберкулезе легких с активным бактериовыделением // Таврический медико-биологический вестник. - 2010.- №4 (52). - С. 188-192.
3. Chroneos Z.C., Sever- Chroneos Z., Shepherd V.L. Pulmonary surfactant: an immunological perspective //Cell Physiol Biochem 25: 13-26. - 2010.
4. Розенберг О.А. Легочный сурфактант и его применение при заболеваниях легких // Общая реаниматология. - 2007. - №1. - С. 66-77
5. Pastva A.M., Wright J.R., Williams K.L. Immunomodulatory roles of surfactant proteins A and D: implications in lung disease // Proc Am Thorac Soc 4: 252-257.-2007.
6. Oberley R.E., Snyder J.M. Recombinant human SP-A1 and SP-A2 proteins have different carbohydrate-binding characteristics // Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 284: L871-881, 2003.
7. A.N. Mikerov, G. Wang, T.M. Umstead, M. Zacharatos, N.J. Thomas, D.S. Phelps, J. Floros. Surfactant protein A2 (SP-A2) variants expressed in CHO cells stimulate phagocytosis of Pseudomonas aeruginosa more than do SP-A1 variants // Infection and Immunity. - 2007. - Vol. 75. - P. 1403-1412.
8. Микеров А.Н. Роль сурфактантного белка А в иммунной защите легких // Фундаментальные исследования. - 2012. - №2. - С. 204-207.
9. Синюкова Т.А., Коваленко Л.В. Сурфактантные белки и их роль в функционировании дыхательной системы // Вестник СурГУ Медицина. - 2011. - №9. - С. 48-54
Добавлено в закладки: 0
Напечатать
Дыхательная система
«Мы дышим, значит мы живем» — так начинается стихотворение Георгия Лодыгина. И действительно, с вдохом человек рождается и с выдохом умирает. Вдох — это кислород, который нужен каждой нашей клетке, чтобы выполнять свои многочисленные функции.
В организме человека 12 функциональных систем и самая важная - дыхательная система. Кроме дыхательной функции бронхолегочная система выполняет и недыхательные функции (выделительную, терморегулирующую, речевую и другие), но мы будем говорить именно о дыхании и как улучшить работу легких и организма в целом.
Анатомически в наши легкие входят бронхи, которые заканчиваются бронхиолами с альвеолами на концах (альвеол около 600 миллионов). Именно при помощи альвеол возможен газообмен в организме - кислород из воздуха, находящегося в альвеолах, переходит в кровь, а углекислый газ удаляется в обратном направлении.
По сути альвеолы - это микроскопические воздушные пузырьки, снаружи покрытые сетью кровеносных сосудов. При вдохе альвеолы расширяются, при выдохе - сжимаются. Изнутри альвеолы покрыты слоем особого вещества – сурфактанта, которое не дает воздушным пузырькам слипаться при выдохе, т.к. сурфактант изменяет поверхностное натяжение в альвеолах – увеличивает натяжение со вдохом при увеличении объема альвеол и уменьшает поверхностное натяжение с выдохом, когда альвеолы сжимаются.
Роль сурфактанта
В альвеолах сурфактант гарантирует прохождение жизненно необходимого кислорода в кровь (в капилляры) для снабжения клеток организма кислородом и таким образом противостоит гипоксии клеток. При гипоксии (нехватке кислорода) замедляются обмен веществ, плохо работает иммунная система, клетки не могут полноценно питаться и функционировать. Основные симптомы гипоксии - это сонливость, вялость, хроническая усталость, нежелание двигаться, заторможенность мыслительных процессов, одышка при движении, а также тяга к сладкому (при гипоксии глюкоза быстро сгорает и возникает в ней потребность).
Сурфактант имеет большое значение для правильного функционирования легких. Когда рождается недоношенный ребенок, то существует риск, что ребенок не сможет дышать самостоятельно, т.к. формирование слоя сурфактанта заканчивается к 9 — ти месяцам вынашивания плода (кислород к развивающемуся плоду поступает через пуповину вместе с кровью будущей мамы).
Легочный сурфактант был впервые выделен и описан в 1957 году. Слово «сурфактант» произошло от английской фразы «поверхностно активное вещество» - surf (ace) act (ive) a (gen) ts, «surface» с английского означает «поверхность».
Основа сурфактанта - жиры (липиды, их 90%, из них 85% - фосфолипиды) и белки (10%).
Сурфактант продуцируется клетками эпителия – пневмоцитами и транспортируются в альвеолы. Повреждение пневмоцитов (например, микроорганизмами пневмоцистами, которые вызывают пневмоцистную пневмонию) или недостаточность их функционирования приводят к дефициту сурфактанта, а это ведет к нарушению газообмена в легких, недопоступлению кислорода в клетки.
Сурфактант при дыхании все время расходуется и вновь образуется, однако при повреждении пневмоцитов, под влиянием внешних факторов сурфактанта может не хватать. Установлено, что с возрастом продуцирование сурфактанта также снижается.
Роль сурфактанта кроме обеспечения механизма дыхания заключается в защите легких от инородных и различных химических агентов, а также от бактерий и вирусов, не давая им попасть в кровь (бактерицидная и иммунномодулирующая функция сурфактанта). При этом отработанный сурфактант выводится через бронхи вместе с мокротой, унося с собой частицы пыли, токсины и бактерии, захваченные макрофагами.
При вдыхании загрязненного воздуха, содержащего автомобильные выхлопы, пары бензина, ацетона, пыли бытовой и строительной химии, токсичного дыма и смол при курении страдает сурфактантный слой альвеол (эти химические токсические вещества забивают альвеолы и блокируют выработку сурфактанта). Все эти факторы могут привести к развитию заболеваний бронхолегочной системы. Функция сурфактанта также нарушается при перегревании и переохлаждении организма и при увеличении концентрации углекислого газа в воздухе (например, в душном помещении).
Установлено, что при хронических бронхитах количество сурфактанта в альвеолах снижено, а это способствует повышению вязкости мокроты в легких и заселению микробами бронхиального дерева, вызывая воспалительный процесс. Пневмония - это воспаление легочной ткани с преимущественным поражение альвеол, в них идет накопление жидкости из мелких кровеносных сосудов.
Когда не хватает сурфактанта в альвеолах, организм тратит дополнительную энергию и увеличивает нагрузку на дыхательные мышцы - диафрагму, наружные межреберные мышцы и мускулатуру верхнего плечевого пояса.
Кстати, при физических тренировках и нагрузках происходит сильное расходование сурфактанта, поэтому таким людям рекомендуют дополнительный прием жиров.
Сурфактант и употребление жиров
Потребляемые нами жиры при обмене веществ в организме превращается в жирные кислоты, которые идут сначала на формирование сурфактанта, потом - на построение клеточных мембран.
В то время как польза от потребления жиров очевидна, многие люди переходят на модную сейчас обезжиренную диету (бояться холестерина и ожирения), при которой уровень сурфактанта снижается, а значит, тормозится всасывание кислорода и перенос его к клеткам.
Жиры имеют прямое отношение к полноценному дыханию и поступлению кислорода в клетки (а полнеют не от жиров, а от углеводов).
Недаром людям с заболеваниями легких настоятельно рекомендуют употреблять жиры, а рецепты народной медицины при легочных заболеваниях содержат такие компоненты, как масло, молоко, топленое молоко и смалец, советуют наружно втирать барсучий и медвежий жир.
Производство и применение сурфактанта
Сурфактант в мире научились производить из натуральных продуктов - легких крупного рогатого скота и свиней, а также из легких дельфинов и китов (как известно, киты и дельфины, дышат легкими. Кит за 1 секунду вдыхает и выдыхает около двух тысяч литров воздуха). Самый лучший сурфактант обнаружен у китов – его у кита около 300 литров, тогда как у человека всего 30 — 40 миллилитров (самый большой китовый промысел в Японии, что позволило наряду с другими направлениями оздоровления нации улучшить здоровье японцев).
В России имеются патенты на природные сурфактанты, например, по одному из них из 1 кг легкого крупного рогатого скота можно выделить 2 г. сурфактанта.
Имеется опыт использования полученного сурфактанта при расстройствах дыхания у новорожденных, а также для профилактики пневмоний и даже туберкулеза легких в Центральном НИИ туберкулеза РАМН.
Какие жиры полезно есть
Особенно полезно употреблять жиры, дающие полиненасыщенные омега — 3 жирные кислоты. Без них плохо формируются сурфактант и клеточные мембраны (они на 90% состоят из жиров — липидов), недостаточно вырабатываются половые гормоны (они синтезируются из жиров), плохо осуществляется питание мозга и глаз (эти органы содержат много жировых структур) и т.д.
Омега — 3 жирные кислоты содержатся в льняном масле, жирах рыбы - скумбрии, сельди, лосося, тунца, причем если в тунце этих кислот содержится 3,5%, то в льняном масле – 70%. Также этими жирными кислотами богаты семена льна и семена чиа.
Рыбий жир содержит омега — 3 жирные кислоты и является наиболее дешевой и эффективной добавкой для пополнения сурфактанта и нормализации всех систем организма. Сейчас рыбий жир продается в капсулах и его специфический вкус при приеме даже не ощущается (производители рыбьего жира как Россия, так и Америка – на сайте айхерб (iHerb - я трава)). Принимать рыбий жир рекомендуют с едой в течение месяца 2 — 3 раза в год.
В магазинах здорового питания, в интернет — магазинах продается «Омега-3 для лёгких» — нерафинированное льняное масло, на котором настояны смородина, алтей, малина и смородина, живица кедра и солодка. Включение этих трав улучшает дренажную функцию легких и активность реснитчатого эпителия дыхательных путей, по которым утилизируются пыль, микробы и вирусы.
Для восполнения дефицита сурфактанта Константин Заболотный (врач — педиатр, диетолог) рекомендует добавлять в пищу не менее 6 столовых ложек в день льняного масла. Я, например, заправляю салаты льняным маслом, добавляю чайную ложку этого масла в творог (так рекомендует известный доктор медицинских наук Иван Неумывакин) или просто наливаю масло на кусочек хлеба, получая при этом удовлетворение от правильной еды.
Думаю, Вы узнали немного больше о дыхании и необходимости употребления полезных жиров, которые помогают быть здоровее.
Во многом мы сами можем позаботиться о своем здоровье, имея полезные знания в этой области. Подписывайтесь на мои новости - интересные статьи о продуктах питания, растениях и здоровом образе жизни.
Биофизические функции
- Профилактика коллапса альвеол и легких во время выдоха
- Поддержка инспираторного открытия легких
- Профилактика отека легких
- Стабилизация и поддержка раскрытыми мелких дыхательных путей
- Улучшение мукоцилиарного транспорта
- Удаление мелких частиц и отмерших клеток из альвеол в дыхательные пути
Иммунологические, небиофизические функции
- Фосфолипиды подавляют пролиферацию, продукцию иммуноглобулинов и цитотоксичность лимфоцитов
- Фосфолипиды ингибируют цитокины, секретируемые макрофагами
- СБ-А и СБ-D способствуют фагоцитозу, хемотаксису и оксидативным повреждениям макрофагов
- Нейтрализация эндогенных медиаторов СБ-А и СБ-D, опсонизирующих различные микроорганизмы
- Захват бактериальных токсинов СБ-А и СБ-D
Изменения в системе сурфактанта при различных заболеваниях
Ингибирование сурфактанта
Функции сурфактанта могут нарушаться многими веществами: белками плазмы крови, гемоглобином, фосфолипазами, билирубином, меконием, жирными кислотами, холестеролом и др. Токсическим воздействием на сурфактант обладают кислород и его соединения, ингаляция мелких частиц, содержащих кремний, никель, кадмий, различные органические соединения, газы (например, хлороформ, галотан), многочисленные лекарственные препараты. Относительно более низкое содержание белков сурфактанта у недоношенных детей по сравнению со взрослыми делает их систему сурфактанта более чувствительной к различным повреждающим факторам.
Первичный дефицит сурфактанта
Важность системы сурфактанта в патофизиологии РДС новорожденных была открыта Avery и Mead. Вывод, что причиной РДС является первичный дефицит сурфактанта вследствие незрелости пневмоцитов II типа, был позднее подтвержден огромным количеством клинических исследований. Наиболее выраженные особенности системы сурфактанта у новорожденных с РДС: снижение общей концентрации всех фосфолипидов, относительной концентрации фосфатидилглицерола, дипальмитоилфосфа-тидилхолина, СБ-А. Сурфактант начинает синтезироваться пневмоцитами II типа приблизительно с 22-й недели гестации.
Количество сурфактанта в этих клетках и число пневмоцитов с гестационным возрастом увеличиваются. Новорожденные с РДС имеют пул сурфактанта около 10 мг/кг, в то же время у здоровых новорожденных он составляет приблизительно 100 мг/кг.
Врожденные нарушения синтеза сурфактанта
В настоящее время РДС рассматривается как мультифакторное заболевание, которое связано не только с первичным дефицитом сурфактанта. Основными методами диагностики врожденных нарушений синтеза сурфактанта являются генетический и иммуногистохимический анализ, биопсия легких. Генетические изменения, нарушающие метаболизм сурфактанта и приводящие к снижению оксигенации, являются причинами развития тяжелой ДН в периоде новорожденности. Первые публикации, описывающие заболевания, связанные с ними, датируются началом XXI в. Были выявлены мутации генов, отвечающих за синтез СБ-В, СБ-С и белка АВСАЗ, транспортирующего фосфатидилхолин и фосфатидилглицерол в ламеллярные тела, что необходимо для поддержания гомеостаза сурфактанта.
Врожденный дефицит СБ-В - аутосомно-рецессивное заболевание, впервые описанное в 1993 г. К настоящему времени идентифицировано около 30-40 мутаций гена, ответственного за синтез данного белка, что приводит к значительному снижению его выработки. Мутация диагностируется с частотой 1 на 1000-3000 человек, однако клинические проявления крайне редки и составляют 1 на 1 000 000 живорожденных. Заболевание чаще встречается у доношенных детей, проявляется тяжелой ДН, осложняющейся синдромом легочной гипертензии, что приводит к летальному исходу.
Заболевание легких, связанное с мутацией гена, отвечающего за синтез СБ-С, и передающееся по аутосомно-доминантому типу наследования, было описано Nogee. Он обнаружил генетическую аномалию, связанную с нарушением синтеза СБ-С, которая проявлялась интерстициальным легочным заболеванием в нескольких поколениях одной семьи. В 2002 г. была диагностирована еще одна мутация гена, ответственного за синтез СБ-С. В настоящее время идентифицировано более 40 мутаций. Первые клинические симптомы и тяжесть течения заболевания крайне вариабельны. В 10-15% случаев оно может манифестировать в период новорожденное. В остальных случаях заболевание проявляется в первые 6 месяцев жизни, что считается благоприятным прогностическим признаком.
Врожденное нарушение синтеза белка АВСАЗ, наследуемое по аутосомно-рецессивному типу, - менее изученное, но наиболее распространенное заболевание по сравнению с вышеуказанными. Недавно найдена еще одна причина фатального дефицита сурфактанта у доношенных детей -мутация гена АВСАЗ, который, вероятно, отвечает за созревание ламеллярных тел и продукцию сурфактанта. Впервые заболевание было диагностировано в 2004 г. В настоящее время идентифицировано более 150 мутаций, связанных с нарушением метаболизма данного белка. Частота встречаемости в популяции не изучена. Клинически заболевание протекает как тяжелый РДС. Патогенетической терапии для данной группы заболеваний в настоящее время не разработано. В большинстве случаев проводится заместительная терапия препаратами сурфактанта, однако терапевтический эффект кратковременен или отсутствует. Единственным методом лечения является трансплантация легких, частота осложнений после которой остается высокой. Необходимость ее проведения определяется степенью выраженности ДН. В большинстве случаев прогноз для жизни неблагоприятен и зависит от степени выраженности дефицита одного из белков сурфактанта и/или АВСАЗ, компонентов эндогенного сурфактанта, а также диагностических возможностей клиники.
Аспирация мекония
В присутствии мекония изменяется фосфолипидная структура сурфактанта, уменьшается его способность снижать поверхностное натяжение, отмечено снижение концентрации СБ-А и СБ-В, LA-фракции. Herting и соавт. сравнивали устойчивость различных препаратов сурфактанта к ингибирующему эффекту мекония in vitro. Более устойчивыми оказались новые синтетические препараты (Venticute, Surfaxin) по сравнению с модифицированными натуральными (такими как Curosurf, Alveofact и Survanta).
Бронхолегочная дисплазия
У новорожденного, выздоравливающего после РДС, количество фосфатидилглицерола в сурфактанте растет. При РДС, прогрессирующем в БЛД, это менее выражено вследствие возможного повреждения альвеолоцитов II типа, что отмечалось у недоношенных детенышей бабуинов, выздоравливающих после РДС. У этих животных пул альвеолярного сурфактанта после его введения при рождении и еще 6 дней на ИВЛ составлял приблизительно 30 мг/кг и не увеличился после второй дозы.
Врожденная диафрагмальная грыжа
Основные характеристики этого заболевания - легочная гипоплазия и легочная гипертензия. Данные о дефиците сурфактантной системы при ВДГ противоречивы.
Легочное кровотечение
Легочное кровотечение - одна из причин тяжелой ДН у новорожденных, развивается у 3-5% пациентов с РДС. Гемоглобин, белки плазмы крови, липиды клеточных мембран являются ингибиторами сурфактанта.
Клиническое применение сурфактанта
Респираторный дистресс-синдром
Физиологические последствия назначения сурфактанта новорожденным сРДС:
- увеличение ФОЕ;
- повышение оксигенации;
- снижение ЛСС;
- улучшение легочной растяжимости.
Исследования показали снижение неонатальной смертности и уменьшение частоты легочной баротравмы (пневмоторакс и ИЭЛ) у детей, которым вводили сурфактант. В основном тестировались 2 стратегии использования сурфактанта. Первая - применение вскоре после рождения с целью профилактики РДС и повреждения легких механической вентиляцией («профилактическое применение»). Вторая - в возрасте 2-24 ч жизни, после установления диагноза РДС («лечебное применение»).
Кроме профилактического применения описано так называемое раннее (до возраста менее 2 ч жизни), и анализ этих исследований тоже показал результаты лучше, чем при отсроченном введении: уменьшение баротравмы легких, риска смерти и частоты развития ХЗЛ.
По мере расширения клинического применения нСРАР опыт показал, что многие новорожденные даже очень малых сроков гестации не будут нуждаться в ИВЛ и сурфактанте. Ретроспективные клинические исследования продемонстрировали уменьшение применения сурфактанта в такой популяции без увеличения частоты БЛД, смертности или других осложнений недоношенности. С учетом этих данных были проведены крупные международные исследования сравнения раннего нСРАР с интубацией и «профилактическим» введением сурфактанта: COIN, CURPAP и SUPPORT. Анализ этих исследований показал, что рутинное раннее применение нСРАР и назначение сурфактанта только после перевода на ИВЛ снижают риск ХЗЛ или смерти по сравнению с интубацией и профилактическим введением сурфактанта. Но если дети с массой тела менее 1300 г нуждаются в интубации сразу после рождения для проведения реанимационных мероприятий или вследствие тяжелой ДН, они должны получить сурфактант как можно скорее, в большей степени профилактически.
Хотя у большинства новорожденных отмечается стойкий клинический эффект после введения сурфактанта, около 20-30% больных резистентны к терапии. Эти новорожденные могут кроме РДС иметь другие заболевания: пневмонию, легочную гипоплазию, ПЛГ, РДСВ («шоковое легкое») или ВПС. Большой объем вводимой больному жидкости, особенно коллоидных растворов, высокое FiC>2, низкое PEEP, большой ДО, экстремальная недоношенность тоже могут снижать эффективность сурфактанта.
Самое тяжелое осложнение, возникающее при лечении сурфактантом, - легочное кровотечение. Оно встречается при введении как синтетического, так и естественного препаратов сурфактанта. Наблюдается главным образом у самых маловесных новорожденных. Появление легочного кровотечения связывают с функционирующим ОАП и повышением легочного кровотока после введения сурфактанта.
Возможно, адекватный подбор PEEP или применение ВЧ ИВЛ до введения сурфактанта повысят его эффективность и уменьшат скорость инактивации. Использование антенатальных кортикостероидов повышает эффективность экзогенного сурфактанта и снижает необходимость в повторных дозах.
Сейчас отсутствуют данные, что экзогенный сурфактант подавляет синтез и секрецию эндогенного и, вероятно, даже имеет некоторое благоприятное влияние на созревание легких.
Аспирация мекония
Аспирация мекония - одно из наиболее тяжелых респираторных заболеваний у доношенных детей. Терапия сурфактантом может спасти жизнь некоторым детям с аспирацией мекония. Американская академия педиатрии рекомендует при аспирации мекония применять сурфактант.
Еще один метод использования сурфактанта при аспирации - лаваж трахеобронхиального дерева разведенным сурфактантом.
Врожденная пневмония
Несколько клинических исследований показали улучшение обмена газов в легких без сопутствующих осложнений. Исследование Lotze и со-авт. было направлено на выявление пользы от сурфактанта при лечении доношенных детей с ДН, в том числе больных сепсисом с пневмонией. Терапия сурфактантом повышала оксигенацию и снижала необходимость в ЭКМО. Рекомендуется Американской академией педиатрии.
Легочное кровотечение
Несколько обсервационных исследований показали повышение оксигенации у детей с идиопатическим легочным кровотечением или с легочным кровотечением у больных с РДС и САМ. Стандартом лечения пока не является.
Респираторный дистресс-синдром взрослого типа
Частота РДСВ, требующего ИВЛ у доношенных и почти доношенных детей, оценивается как 7,2 на 1000 живорожденных. Недавно проведенное рандомизированное исследование эффективности сурфактанта у детей от рождения до 18 лет при РДСВ не показало никакого эффекта по сравнению с плацебо.
Бронхолегочная дисплазия
Несколько работ показали временное улучшение респираторных функций после лечения, улучшение состава и функции эндогенного сурфактанта. Применение синтетического пептидсодержащего сурфактанта (Lucinactant) с целью профилактики БЛД на ее частоту не повлияло. Следует отметить, что дети группы лечения реже госпитализировались по поводу респираторных проблем после выписки домой (28,3% vs 51,1%; Р=0,03).
Естественный vs искусственный
Обе разновидности препаратов сурфактанта доказали свою клиническую эффективность в лечении РДС, но предпочтительнее оказался естественный, вероятно, из-за содержания в нем белков натурального сурфактанта. Для естественных сурфактантов характерно более быстрое начало действия, которое позволяет раньше снизить параметры ИВЛ и FO 2 .
В состав синтетического препарата люцинактанта (Surfaxin) входит соединение аминокислот с активностью, подобной СБ-В. Моуа и Sinha в международных рандомизированных мультицентровых исследованиях сравнивали его эффективность с препаратами Exosurf, Survanta и Curosurf. Люцинактант ни в чем не уступал этим препаратам.
Натуральные модифицированные сурфактанты различаются по своему составу, концентрации фосфолипидов, протеинов, вязкости и объему назначения.
Наиболее изучены 3 натуральных сурфактанта - берактант (Survanta), кальфактант (Infasurf) и порактант альфа (Curosurf); последний из них содержит наибольшее количество фосфолипидов в наименьшем объеме. Метаанализ 5 исследований сравнения порактанта альфа с берактантом показал снижение смертности при лечении порактантом альфа. Большое ретроспективное исследование в США изучало исходы лечения тремя препаратами сурфактанта (берактант, кальфактант, порактант альфа) в 322 отделениях реанимации и интенсивной терапии (51 282 недоношенных новорожденных) с 2005-го по 2010 г. Не было отмечено разницы в частоте СУВ, БЛД и/или смертности. Авторы считают, что препараты имеют одинаковую клиническую эффективность.
В настоящее время в РФ представлены 3 импортных препарата сурфактанта: Curosurf, Alveofact и Survanta. Эффективность Curosurf и Alveofact сравнивалась в 2 клинических исследованиях, в которых не было выявлено разницы в исходах. Следует отметить, что концентрация фосфолипидов в 1 мл вещества в Curosurf в 2 раза больше, чем в Alveofact.
Существуют отечественные препараты сурфактанта, но эффективность их автору неизвестна.
Техника введения
Сурфактант обычно применяется болюсно, через тонкий катетер, введенный в ЭТТ. Дозу, если ее считают большой, иногда вводят за 2 раза. После этого больного присоединяют к дыхательному контуру ИВЛ или помогают продвижению сурфактанта при помощи дыхания мешком.
Методика INSURE (INtubate-SURfactant-Extubate), заключающаяся в интубации, введении сурфактанта и быстрой экстубации на нСРАР, показала снижение частоты БЛД. Следует отметить, что стабильного ребенка на нСРАР не следует специально интубировать для введения сурфактанта, в том числе и для INSURE.
Описано применение сурфактанта через тонкий зонд во время спонтанного дыхания на нСРАР. Методика кажется многообещающей, и интерес к ней растет. В исследованиях отмечалось снижение необходимости в ИВЛ и частоты БЛД.
Аэрозольное введение сурфактанта пока не рекомендовано, хотя и продолжает исследоваться.
Противопоказания
Относительными противопоказаниями для введения сурфактанта считают:
- врожденные аномалии, несовместимые с жизнью;
- гемодинамическую нестабильность;
- активное легочное кровотечение.
Мониторинг (до, во время и после введения)
- FiO 2 >2, параметры ИВЛ;
- экскурсии грудной клетки, ДО, аускультативная картина;
- SpO 2 , ЧСС, АД;
- рентгенография органов грудной клетки;
Осложнения
Большинство осложнений применения сурфактанта носят транзиторный характер и редко надолго дестабилизируют состояние больного. Они связаны в основном с самой манипуляцией: введение жидкости в трахею, поворот головы, шеи могут привести к брадикардии, цианозу, повышению или снижению АД, рефлюксу сурфактанта в ЭТТ.
Самое тяжелое осложнение после введения сурфактанта - легочное кровотечение, которое отмечается у 1-5% детей.
Лечение сурфактантом
Синтез достаточного количества сурфактанта в эпителиальных клетках легких начинается с 34-й нед беременности. Сурфактант снижает поверхностное натяжение альвеол, отвечает за их стабильность и препятствует спаданию альвеол во время выдоха. Чем меньше срок беременности, тем вероятнее дефицит сурфактанта и связанного с этим респираторного дистресс-синдрома новорожденных. Эндогенный дефицит сурфактанта можно компенсировать заместительной терапией сурфактантом.
Показания к назначению сурфактанта:
- рентгенологически подтвержденный респираторный дистресс-синдром новорожденных;
- крайняя незрелость недоношенного новорожденного;
- инспираторная концентрация кислорода >0,4-0,6.
Подготовка:
- рентгенография грудной клетки;
- пульсоксиметрия;
- инвазивное измерение АД;
- анализ газового состава артериальной крови.
Материал:
- стерильный желудочный зонд или пупочный катетер;
- стерильные перчатки;
- мерная лента для определения длины введения;
- шприц, игла.
Проведение
Этапы терапии сурфактантом
Эндотрахеальная аспирация.
Укладывание: голова в среднем положении или в положении на боку.
Сурфактант согреть до комнатной температуры, не встряхивать. Ассистировать при инстилляции: сжимать интубационную трубку между большим и указательным пальцами для предотвращения переполнения.
Записать номер партии препарата.
Наблюдение за больным
Экскурсии грудной клетки, цианоз: ЭКГ, АД, насыщение гемоглобина О 2 .
Задачи врача:
- точно соблюдать дозы;
- измерить длину трубки, отметить ее на катетере для инстилляции;
- набрать препарат в стерильных условиях;
- повысить давление ИВЛ.
Введение: желудочный зонд ввести в трубку, во время инстилляции сурфактанта трубка сдавливается ассистентом, повторно ввести воздух для полного опорожнения катетера, подключить аппарат ИВЛ.
Альтернативные формы применения
Введение сурфактанта через переходник интубационной трубки с боковым портом, отсоединение аппарата не требуется.
Осложнения:
- обструкция дыхательных путей, падение АД;
- после введения сурфактанта возникновение острой обструкции дыхательных путей с повышением рCO 2 можно компенсировать кратковременным повышением давления в дыхательных путях.
По возможности, не проводить эндотрахеальную аспирацию в течение, по меньшей мере, 6 ч после введения сурфактанта.
Уже в 1929 г. von Nergaard предположил, что сокращение легких во время пассивного выдоха не обусловливается только действием эластической ткани, но, по-видимому, определенное значение имеют силы поверхностного натяжения . После того как Macklin смог продемонстрировать слизистую пленку, выстилающую альвеолы, интерес к определению ее происхождения был подкреплен двумя наблюдениями. Radford показал путем изучения петли давление - объем, что гистерезис был значительно менее выражен в легком, наполненном солевым раствором, по сравнению с легким, наполненным воздухом , и предположил, что силы поверхностного натяжения уменьшаются при исчезновении мембраны газ - ткань. Pattle продемонстрировал, что жидкость при отеке легких имеет значительно меньшее поверхностное натяжение, чем плазма . Clements и сотр. показали, что сократительные силы, обусловленные поверхностным натяжением, имеют такое же значение, как и силы, зависящие от эластической ткани легкого . Поверхностно-активные силы значительно уменьшаются при сокращении альвеолярной поверхности во время выдоха. Действие заключается в том, чтобы альвеолы оставались открытыми в течение длительного выдоха.
Поверхностное натяжение слизистого слоя, выстилающего альвеолы, регулируется поверхностно-активным веществом, вырабатываемым митохондриями определенных клеток альвеолярной стенки. Благодаря этому легочному сурфактанту поверхностное натяжение стенки альвеол уменьшается при уменьшении легочной поверхности (выдох) и возрастает с ее увеличением (вдох). Это стабилизирует альвеолярные пространства путем уравнения давления внутри их при расправлении и сокращении и путем равномерного распределения давления между альвеолами различного размера. Без поверхностно-активного вещества альвеолы спались бы и потребовалось бы огромная сила для их расправления. Предполагается также, что поверхностно-активное вещество помогает осмотическим силам альвеолярно-капиллярной мембраны и препятствует проникновению жидкости со стенок альвеол в их просвет. Легочный сурфактант представляет собой липопротеин, имеющий в основе лецитиновые и сфингомиелиновые радикалы и появляется к 30-й неделе внутриутробного развития.
Отсутствие поверхностно-активного вещества у недоношенных детей является причиной синдрома нарушений дыхания (синдром гиалиновых мембран) (см. главу 33). Поверхностное натяжение в легких возрастает и требуются очень большие силы для их расправления. Нарушается равновесие осмотического давления и жидкость поступает в просвет альвеол. Эта жидкость, в которой отсутствует поверхностно-активное вещество, не вспенивается, как это происходит с жидкостью при обычном отеке легких, богата эозинофилами и фибрином. Гистопатологические проявления, связанные с наличием богатой белком жидкости, дали основание для наименования «синдром гиалиновых мембран». У ребенка имеются все признаки респираторных нарушений, включая спадение грудной клетки, клокочущее дыхание и тяжелый цианоз. Во время вдоха наблюдается парадоксальное втяжение ребер. На рентгенограмме грудной клетки обычно видны нежные рассеянные крапчатые тени. Прогноз тяжелый, но в некоторых случаях вспомогательное дыхание может оказаться эффективным. В тяжелых случаях кислородная терапия может не уменьшить гипоксии в связи с тем, что ателектаз ведет к развитию шунта (сохранение кровотока в невентилируемой легочной ткани). К чисто респираторному ацидозу присоединяется метаболический ацидоз, вызванный прогрессирующей аноксией и накоплением молочной кислоты. Внутривенное введение, новорожденному глюкозы и бикарбоната натрия может уменьшить метаболические расстройства.
Преждевременные роды из-за диабета или токсикоза беременных могут также обусловить появление синдрома нарушения дыхания.
Временное прекращение продуцирования поверхностно-активного вещества или его инактивация могут наступить после окклюзии бронха или применения искусственного кровообращения в связи с ателектазом легкого. Вдыхание озона , длительное применение 100% кислорода и рентгеновское облучение также могут инактивировать поверхностную пленку.