KEUHKOJEN SURFAKTANTIT

Wikipediaan on tullut artikkeli keuhkojen pintajännitystä alentavaista aineista eli pulmonaalisista surfaktanteista. Suomennan tekstiä tästäkin lähteestä.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Alveoli_diagram.png
Kuvassa on keuhkopuuston perifeeristä osaa, jossa on alveoleja, keuhkorakkuloita.


(1) KEUHKOSURFAKTANTTIMOLEKYYLIN RAKENNE.

Keuhkosurfaktantti on pinta-aktiivi lipoproteiinikompleksi (fosfolipoproteiini), jota muodostaa tyypin II alveolaariset solut.
Surfaktanttiin kuuluvilla proteiini ja lipidi-rakenteillä on hydrofiilinen (vesihakuinen) alueensa ja hydrofobinen alueensa ( vesipakoinen) . Tämä molekulaarinen monipuolisuus mahdollistaa keuhkorakkulan ilman ja veden väliseen pintaan adsorboituvalle molekyylille pintajännitystä alentavan roolin, sillä molekyylikompleksi pystyy hydrofiilisellä (vesihakuisella) pääteryhmällään olemaan veden puolella ja rasvaliukoisella hydrofobisella päätteellään sojottamaan ilman puoliseen tilaan.
Pääasiallisin rasvaliukoinen komponentti tällaisessa surfaktantissa on dipalmityyli-lesitiini( dipalmityyli-fosfatidyylikoliini)

(2) SURFAKTANTIN FUNKTIO

Pintajännitystä alentava surfaktantti lisää keuhkojen toiminnallista joustavuutta.
Pintajännitystä alentavat aineet ehkäisevät atelektaasin tapahtumista, sellaista, että keuhkotilavuus luhistuisi uloshengityksen loppuvaiheessa.
Alveolia eli keuhkorakkulaa voi verrata vedessä olevaan kaasuun, sillä alveoli on kostea ja ympäröi keskistä ilmatilaa. Pintajännitysvoimat vaikuttavat ilman ja veden välipinnassa( interfaasi) ja pyrkii tekemään ilmakuplaa pienemmäksi vähentämällä interfaasin pinta-alaa.
Kaasun paine (P, preussure) ) ( joka tarvitaan pitämään yllä tasapainoa pintajännityksen luhistavaa voimaa vastaan) ja kaasun laajentava voima alveolissa, jonka säde on r( radius) noudattaa lakia, joka tunnetaan Laplacen lakina.

(3) KEUHKON KOMPLIANSSI

Keuhkoissa tämä komplianssi, joustava yhteistoiminta, merkitsee keuhkojen ja rintakehän (thorax) kykyä laajeta. Keuhkokomplianssi voidaan määritellä tilavuuden muutoksena paineenvaihtelun yksikköä kohti keuhkoissa. Kun tehdään mittauksia normaalikeuhkojen tilavuudesta kontrolloidun isäänhengityksen ja uloshengityksen aikana, havaitaan että tietyssä paineessa uloshengitysvolyymi ylittää sisäänhengitysvolyymin. Tämä sisäänhengityksen ja uloshengityksen volyymien välinen ero tietyssä paineessa on nimetty termillä hysteresis ja johtuu ilma-vesi-pintajännityksestä, mikä ilmenee sisäänhengityksen alussa.

Kuitenkin surfaktantti alentaa alveolaarista pintajännitystä, mikä on nähty keskosilla, jotka kärsivät RDS- tilasta. Normaali pintajännitys vedelle on 70 dyn/cm( 70 nM/m) ja keuhkossa se on 25 dyn/cm( 25 nM/m). Kuitenkin uloshengityksen lopussa, komprimoituneet surfaktanttifosfolipidimolekyylit alentavat pintajännitystä hyvin matalaksi, lähelle nollatasoja. Kun keuhkosurfaktantti täten suuresti alentaa pintajännitystä, se lisää keuhkojen komplianssia sallien keuhkojen hengittää sisään paljon helpommin, mikä eliminoi, keventää, hengittämistyötä. Se alentaa sitä paine-eroa, mikä tarvitaan sallimaan keuhkoille sisäänhengittäminen. Alenema pintajännityksessä myös vähentää veden kertymää alveoliin, koska pintajännitys houkuttaa nestettä menemään alveoliseinämän läpi.

(4) KEUHKORAKKULAN KOON SÄÄTYMINEN

Kun alveolin koko lisääntyy, surfaktantti levittäytyy suuremmalle nestepintaiselle alueelle. Tämä taas nostaa tehokkaasti pintajännitystä ja hidastaa samalla alvelin laajenemista. Tämä myöskin auttaa kaikkia alveoleja keuhkoissa laajenemaan samaan tahtiin, koska sellainen alveoli, joka laajenisi nopeammin, kohtaa suuren nousun pintajännityksessä, mikä hidastaa laajenemisvauhtia. Tämä merkitsee myös sitä, että kutistumisen tahti on säännöllisempää, sillä jos yksi alveoli vähenisi kooltaan nopeammin kuin muut, sen pintajännitys myös alenisi enemmän, joten muut alveolit voivat kontrahoitua kooltaan helpommin kuin se.

(5) ALVEOLIN KUIVANA PYSYTTÄMINEN

Pintajännitysvoimat siis houkuttavat nestettä kapillaareista alveolitilaan. Surfaktantti, joka alentaa pintajännitysvoimia, taas pitää ilmateitä kuivina.

(6) SURFAKTANTIN KOOSTUMUKSESTA

(6.1.) Rasva-aineet. Lipids

Yli 90% surfaktantista on lipidejä ja nistä taas noin puolet ( 50%) on keuhkoille tyypillsitä lesitiiniä nimeltä DPPC, dipalmityyli-fosfatidyyli-koliini. Tässä fosfolipidissä on kaksi 16- hiilistä tyydytettyä rasvahappoa ja fosfaattiryhmä, johon on liittynyt kvaternäärinen aminiryhmä.

Erilaiset lesitiinit eli fosfatidyylikoliinimolekyylit muodostavat 85% surfaktantin lipidi-aineista ja niitten rasvahapposivuketjut ovat ” kovaa rasvaa” ( tyydytettyjä rasvahappoja).

Fosfatidyyliglyseroli (PG) muodostaa noin 11% surfaktanttien lipideistä ja siinä taas on tyydyttämättömiä rasvahappoja sivuketjuina ja tällä asialla on merkitystä interfaasinpinnan yksinkertaisen lipidimolekyylikerroksen fluiditeetissa.

Triglyseridejä eli neutraalirasvaa ja kolesterolia on myöskin joukossa.

Näita komponentteja diffundoituu verestä keuhkoalveolaarisoluihin, jotka ovat tyyppiä II, ja niissä soluissa rasva-aineet kokoontuvat ja pakataan erittämistä varten sekretorisiin organelleihin joita kutsutaan nimellä lamellaariset kappaleet.

(6.2.) Valkuaisaineet eli roteiinit

Proteins make up the remaining 10% of surfactant. Half of this 10% is plasma proteins but the rest is formed by the apolipoproteins SP-A (SFTPA1), B (SFTPB), C (SFTPC) and D (SFTPD). (SP standing for “surfactant protein”.)

Muun osan (10%) surfaktantista muodostavat valkuaisaineet. Puolet tästä kymmenen prosentin määrästä on plasmaproteiineja , mutta loput ovat apolipoproteiineja SP-1,SP-B, SP-C ja SP-D. Merkintä SP tarkoittaa surfaktanttiproteiinia.

• SP-A ja SP-D vaikuttavat luonnolliseen immuniteettiin, koska niillä on hiilihydraattinen tunnistusdomaani, jonka avulla ne voivat verhota bakteerin ja viruksen ja täten ne edistävät makrofagien suorittamaa fagosytoosia. Arvellaan, että SP-A on osallinen myös surfaktantin tuotannon negatiivisessa feedback-kontrollimekanismissa.

• SP-B ja SP-C ovat vesipakoisia kalvoproteiineja, jotka lisäävät sitä tahtia, millä surfaktantti voi levittäytyä laajalle. Näitä surfaktantteja SP-B ja SP-C tarvitaan keuhkojen kunnolliseen biofysikaaliseen funktioon. Jos syntyy ihmislapsi tai eläin, jolla on synnynäinen SP-B puute, niillä on vaikeahoitoinen vika hengittämisessä. Jos on synnynnäinen SP-C puute, kehittyy progressiivinen interstitiaalinen pneumoniitti.

Näitä mainittuja apolipoproteiineja tuottaa alveolaariset II tyypin solut sekretorista reittiään. Ne käyvät läpi monta posttranslationaalista modifikaatiota ennen kuin ne ovat perillä lamellaarisissa kappaleissa. Lamellaariset kappaleet ovat noin yhden mikrometrin(um) läpimittaisia lipidien ja proteiinien muodostamia samankeskisiä rinkuloita.

(7) Keinotekoiset kehkojen pintajännitystä alentavat aineet. Artificial surfactants
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulmonary_surfactant
Mainitsen engl. nimet, koska niitä kåytetään anglosaksisissa maissa enemmän kuin täällä.

(7.1.) Synteettiset Synthetic pulmonary surfactants
1. Exosurf - a mixture of DPPC with hexadeconal and tyloxapol added as spreading agents
2. Pumactant (Artificial Lung Expanding Compound or ALEC) – a mixture of DPPC and PG
3. KL-4 – composed of DPPC, palmitoyl-oleoyl phosphatidylglycerol, and palmitic acid, combined with a 21 amino acid synthetic peptide that mimics the structural characteristics of SP-B.
4. Venticute – DPPC, PG, palmitic acid and recombinant SP-C
(7.2.) Eläinperäiset Animal derived surfactants
1. Alveofact – extracted from cow lung lavage fluid
2. Curosurf - extracted from material derived from minced pig lung
3. Infasurf – extracted from calf lung lavage fluid
4. Survanta – extracted from minced cow lung with additional DPPC, palmitic acid and tripalmitin
Exosurf, Curosurf, Infasurf, and Survanta are the surfactants currently FDA approved for use in the U.S.[2]
Mitä surfaktantteja on FASS2008 maininnut?
Curosurf.

(8) TUOTTUMINEN IHMISESSÄ

Surfaktantteja alkaa tuottua keuhkoissa kehityksen eräässä vaiheessa ( terminal sac) tyypin II alveolaarisissa soluissa. Lamellaarisia kappaleita alkaa ilmestyä solun sytoplasmaan 20. raskausviikon ajoilta. Näitä lamellaarisia kappaleita erittyy sitten exosytoottisesti alveolaarisen rakkulatilan vedellä verhottuun pintaan, missä surfaktantit muodostavat tubulaarisen myeliinin verkoston. Arvellaan että täysaikaisella syntyvällä vauvalla on alvoleissaan varastoallas lähes 100 mg/ kg näitä surfaktantteja, kun taas ennen aikaisella vauvalla on syntymähetkellään vain 4-5 mg/kg samaisia surfaktantteja.
S urfaktantteja voi hajoittaa makrofagit ja /tai ne absorboidaan takaisin lamellaarisiin rakenteisiin näissä tyypin II alveolaarisiin soluihin. Jopa 90% keuhkon lesitiinistä kierrättyy vastasyntyneen vauvan alveolaaritilassa.
Myös Clara-solut tuottavat erästä keuhkosurfaktantitn komponenttia.

Taudit. Diseases

Otan engl. maininnan näistä
Infant respiratory distress syndrome (IRDS) is caused by lack of surfactant, commonly suffered by premature babies born before 28-32 weeks of gestation.
Hyaline membrane disease is an older term for IRDS. It is based on the pathological findings at autopsy of premature infants. The hyaline membranes were proteinaceous material in the damaged alveoli.
Congenital surfactant deficiency
Pulmonary alveolar proteinosis

LÄHDEET ( engl) References
1. ^ West, John F. (1994). Respiratory physiology-- the essentials. Baltimore: Williams & Wilkins. ISBN 0-683-08937-4.

2. ^ HW Taeush (2002 Oct). "Improving Pulmonary Surfactants". Acta Pharmacologica Sinica Supplement: 11–15.

External links
• Mini review on Pulmonary Surfactant Minireview covering composition, function and pathologies of Pulmonary Surfactant

OMA KOMMENTTI:
Tietty ravintorasva on eduksi keuhkoille. Rasvojen imeytymissysteemi( imutiet, arterielli kierto) varmistaa, että keuhkot saavat tätä kovaa rasvaa, teittyja rasvahappoja ja triglyseridejä, ja kolesterolia jokaiseta ateriasta suoraan. Maitorasvat ovat keuhkoille edullisia. Varsinkin COPD potilaat tarvitsevat niitä runsaammin jopa yli 40 E% tulisi olla rasvoja heidön ravinnossaan, että keuhkot saavat vastustuskykyä ja pystyvät komplianssiin.