Sürfaktanın içeriği

Akciğer yüzey aktif maddesi, tip II alveolar hücreler tarafından oluşturulan fosfolipit ve proteinlerin yüzey aktif bir kompleksidir . Yüzey aktif maddeyi oluşturan proteinler ve lipitler hem hidrofilik hem de hidrofobik bölgelere sahiptir. Yüzey aktif maddenin ana lipit bileşeni olan dipalmitoilfosfatidilkolin (DPPC), alveollerin hava-su arayüzüne , suda hidrofilik baş grupları ve havaya bakan hidrofobik kuyruklarla adsorbe olarak yüzey gerilimini azaltır .

Bir ilaç olarak akciğer sürfaktanı , temel sağlık sisteminde ihtiyaç duyulan en önemli ilaçlar olan WHO Temel İlaçlar Model Listesi’nde yer almaktadır .

Surfaktanın Bileşimi

🔬 Klinik Notlar

• Surfaktan eksikliği → Yenidoğan Respiratuar Distres Sendromu (NRDS).
• Type II pnömositler tarafından sentezlenir.
• Olgunlaşma göstergesi: L/S oranı ≥ 2 → akciğer olgun.
• Glukokortikoidler (ör. betametazon) fetal surfaktan sentezini arttırır.

İşlev

1. Akciğer kompliyansını arttırmak için .
2. Ekspirasyon sonunda atelektaziyi (alveol veya atriyumların çökmesi) önlemek için.
3. Çöken hava yollarının yeniden kullanıma açılmasını kolaylaştırmak.

Alveoller, alveoller ıslak olduğundan ve merkezi bir hava boşluğunu çevrelediğinden, sudaki gaza benzetilebilir. Yüzey gerilimi hava-su arayüzünde etki eder ve kabarcığı küçültme eğilimindedir (arayüzün yüzey alanını azaltarak). Yüzey geriliminin çökme kuvveti ( γ ) ile yarıçapı r olan bir alveoldeki gazın genişleme kuvveti arasında bir denge sağlamak için gereken gaz basıncı ( P ) , Young-Laplace denklemi ile ifade edilir :

P=2y/R

1-Uyumluluk

Komplians, akciğerlerin ve toraksın genişleme yeteneğidir . Akciğer kompliyansı, akciğer boyunca basınç değişimi birimi başına hacim değişimi olarak tanımlanır. Normal bir akciğerin kontrollü şişirilmesi/söndürülmesi sırasında elde edilen akciğer hacmi ölçümleri, söndürme sırasında elde edilen hacimlerin belirli bir basınçta şişirme sırasında elde edilen hacimleri aştığını göstermektedir. Belirli bir basınçta şişirme ve söndürme hacimlerindeki bu farka histerezis denir ve şişmenin başlangıcında oluşan hava-su yüzey geriliminden kaynaklanmaktadır. Ancak, yüzey aktif madde , bebek solunum sıkıntısı sendromu olan prematüre bebeklerde görüldüğü gibi alveoler yüzey gerilimini azaltır . Suyun normal yüzey gerilimi 70 dyn/cm (70 mN/m) ve akciğerlerde 25 dyn/cm (25 mN/m)’dir; ancak, ekspirasyonun sonunda sıkıştırılmış yüzey aktif madde fosfolipit molekülleri yüzey gerilimini çok düşük, neredeyse sıfıra düşürür. Akciğer yüzey aktif maddesi yüzey gerilimini büyük ölçüde azaltır , akciğerin çok daha kolay şişmesine izin vererek uyumluluğu artırır ve böylece solunum işini azaltır. Akciğerin şişmesine izin vermek için gereken basınç farkını azaltır. Akciğer dokusu hastalandığında ve fibrotik hale geldiğinde akciğerin uyumluluğu ve ventilasyonu azalır .

2-Alveolar boyut düzenlemesi

Alveoller büyüdükçe, yüzey aktif madde sıvının yüzeyinde daha fazla yayılır. Bu, yüzey gerilimini artırarak alveollerin genişleme hızını etkili bir şekilde yavaşlatır. Bu ayrıca akciğerlerdeki tüm alveollerin aynı oranda genişlemesine yardımcı olur, çünkü daha hızlı genişleyen bir alveolün yüzey geriliminde büyük bir artış yaşanır ve bu da genişleme hızını yavaşlatır. Ayrıca, küçülme hızının daha düzenli olduğu anlamına gelir, çünkü biri daha hızlı küçülürse yüzey gerilimi daha fazla azalır, böylece diğer alveoller ondan daha kolay kasılabilir. Alveoller daha küçük olduğunda yüzey gerilimini daha kolay azaltır çünkü yüzey aktif madde daha konsantredir.

3-Sıvı birikiminin önlenmesi ve hava yollarının kuruluğunun sağlanması

Yüzey gerilimi, sıvıyı kılcal damarlardan alveoler boşluklara çeker. Yüzey aktif madde, sıvı birikimini azaltır ve yüzey gerilimini azaltarak hava yollarını kuru tutar.

4-Doğuştan gelen bağışıklık

Yüzey aktif madde bağışıklık fonksiyonu başlıca iki proteine ​​atfedilir: SP-A ve SP-D . Bu proteinler patojenlerin yüzeyindeki şekerlere bağlanabilir ve böylece onları fagositler tarafından alınmak üzere opsonize edebilir . Ayrıca inflamatuar yanıtları düzenler ve adaptif bağışıklık yanıtıyla etkileşime girer. Yüzey aktif maddenin bozulması veya inaktivasyonu akciğer iltihabına ve enfeksiyonuna karşı artan duyarlılığa katkıda bulunabilir.

Kompozisyon

~%40 dipalmitoilfosfatidilkolin (DPPC);

~%40 diğer fosfolipitler (PC);

~%10 yüzey aktif madde proteinleri ( SP-A , SP-B , SP-C ve SP-D );

~%10 nötr lipitler ( Kolesterol );

Diğer maddelerin izleri .

1-Lipitler

a-DPPC

Dipalmitoilfosfatidilkolin (DPPC), iki 16 karbonlu doymuş zincir ve kuaterner amin grubu bağlı bir fosfat grubuna sahip bir fosfolipittir . DPPC, pulmoner sürfaktan karışımındaki en güçlü sürfaktan molekülüdür. Ayrıca, apolar kuyruk daha az bükülmüş olduğundan diğer fosfolipitlerden daha yüksek bir sıkıştırma kapasitesine sahiptir. Bununla birlikte, pulmoner sürfaktan karışımının diğer maddeleri olmadan, DPPC’nin adsorpsiyon kinetiği çok yavaştır. Bu, öncelikle saf DPPC’nin jelden sıvı kristale faz geçiş sıcaklığının 41,5 °C olması nedeniyle olur ; bu, insan vücudunun 37 °C’lik sıcaklığından daha yüksektir .

b-Diğer fosfolipidler

Fosfatidilkolin molekülleri, yüzey aktif maddedeki lipidin yaklaşık %85’ini oluşturur ve doymuş asil zincirlerine sahiptir. Fosfatidilgliserol (PG), yüzey aktif maddedeki lipidlerin yaklaşık %11’ini oluşturur, arayüzdeki lipid monokatmanını akışkanlaştıran doymamış yağ asidi zincirlerine sahiptir. Nötr lipidler ve kolesterol de mevcuttur. Bu lipidlerin bileşenleri, kandan tip II alveoler hücrelere yayılır ve burada bir araya getirilerek lameller gövdeler adı verilen salgı organellerine salgılanmak üzere paketlenir .

2-Proteinler

Proteinler, yüzey aktif maddenin kalan %10’unu oluşturur. Bu %10’un yarısı plazma proteinleridir ancak geri kalanı apolipoproteinler , yüzey aktif madde proteinleri SP-A, SP-B, SP-C ve SP-D tarafından oluşturulur. Apolipoproteinler, tip II hücrelerde salgılama yoluyla üretilir. Çok fazla translasyon sonrası modifikasyona uğrarlar ve lamel gövdelerde son bulurlar. Bunlar, yaklaşık 1 μm çapında, lipit ve proteinden oluşan eşmerkezli halkalardır.

SP-A ve SP-D kollektiflerdir . Bakterileri ve virüsleri kaplamalarına ve makrofajlar tarafından fagositozu teşvik etmelerine olanak tanıyan karbonhidrat tanıma alanlarına sahip oldukları için doğuştan gelen bağışıklık sağlarlar. SP-A’nın ayrıca yüzey aktif madde üretimini kontrol etmek için negatif bir geri bildirim mekanizmasında yer aldığı düşünülmektedir.

SP-B ve SP-C, yüzey aktif maddenin yüzeye yayılma hızını artıran hidrofobik membran proteinleridir. SP-B ve SP-C, akciğerin uygun biyofiziksel işlevi için gereklidir. Saposin ailesinin SP-B’sinin doğuştan yokluğuyla doğan insanlar ve hayvanlar, kontrol edilemeyen solunum yetmezliği yaşarken, SP-C’den yoksun doğanlar, ilerleyici interstisyel pnömonit geliştirme eğilimindedir.

SP proteinleri, DPPC’nin faz geçişinin kritik sıcaklığını 37 °C’den daha düşük bir değere düşürür , bu da adsorpsiyonunu ve arayüz yayılma hızını iyileştirir. Arayüzün sıkıştırılması, yüzey aktif madde moleküllerinin sıvı-jel veya hatta jel-katı fazına dönüşmesine neden olur. Hızlı adsorpsiyon hızı, akciğerlerin gaz değişim bölgesinin bütünlüğünü korumak için gereklidir.

Her SP proteininin, akciğerin genişlemesi ve daralması sırasında DPPC açısından zengin bir arayüzü korumak için sinerjik olarak hareket eden farklı işlevleri vardır. Yüzey aktif madde karışımı bileşimindeki değişiklikler, faz değişiklikleri için basınç ve sıcaklık koşullarını ve ayrıca fosfolipitlerin kristal şeklini değiştirir. Sadece sıvı faz, bir monokatman oluşturmak için yüzeyde serbestçe yayılabilir. Bununla birlikte, bir akciğer bölgesi aniden genişletildiğinde yüzen kristallerin ” buz dağları ” gibi çatladığı gözlemlenmiştir . Daha sonra SP proteinleri, yüzey aktif madde özellikleri DPPC’lerden daha kötü olan diğer fosfolipitlerden veya kolesterolden daha fazla DPPC’yi seçici olarak arayüze çeker. SP ayrıca, yüzey alanı azaldığında DPPC’nin sıkıştırılmasını önlemek için DPPC’yi arayüze sabitler. Bu ayrıca arayüz sıkıştırılabilirliğini de azaltır.

Yapay yüzey aktif maddeler

Bir dizi akciğer yüzey aktif maddesi türü mevcuttur. Yüzey gerilimi ve arayüz reolojisinin yerinde olmayan ölçümleri , akciğer yüzey aktif maddelerinin işlevselliğini anlamaya yardımcı olabilir.

Sentetik akciğer yüzey aktif maddeleri

1. Kolfosceril palmitat (Exosurf) – yayıcı madde olarak eklenen heksadekanol ve tiloksapol ile DPPC karışımı
2. Pumaktant (Yapay Akciğer Genişletici Bileşiği veya ALEC) – DPPC ve PG karışımı
3. KL-4 – DPPC, palmitoil-oleoil fosfatidilgliserol ve palmitik asitten oluşur ve SP-B’nin yapısal özelliklerini taklit eden 21 amino asitli sentetik bir peptit ile birleşir.
4. Venticute – DPPC, PG, palmitik asit ve rekombinant SP-C
5. Lucinaktan – DPPC , POPG ve palmitik asit .

Hayvansal kaynaklı yüzey aktif maddeler

1. Beractant
2. (Alveofact) – inek akciğer lavaj sıvısından elde edilir
3. (Survanta) – kıyılmış dana akciğerinden ekstrakte edilmiş, ilave DPPC, palmitik asit ve tripalmitin
4. (Beraksurf) – DPPC, palmitik asit ve tripalmitin eklenmiş kıyılmış dana akciğerinden elde edilir
5. Calfactant (Infasurf) – baldır akciğeri lavaj sıvısından elde edilir
6. Poractant alfa (Curosurf) – kıyılmış domuz akciğerinden elde edilen malzemeden elde edilir
7. Ovinactant (Varasurf) – kıyılmış koyun akciğerinden elde edilen maddeden elde edilir

Akciğer içindeki yüzey gerilimi büyüklüğü

Yüzey gerilimi akciğer sürfaktanı ile büyük ölçüde azaltılabilse de, bu etki sürfaktanın arayüzdeki konsantrasyonuna bağlı olacaktır. Arayüz konsantrasyonunun, sıcaklığa ve karışım bileşimine bağlı olan bir doygunluk sınırı vardır. Ventilasyon sırasında akciğer yüzey alanında bir değişiklik olduğundan, sürfaktanın arayüz konsantrasyonu genellikle doygunluk seviyesinde değildir. Yüzey, inhalasyon sırasında artar ve bu da sonuç olarak arayüze yeni sürfaktan moleküllerinin alınması için alan açar. Bu arada, ekshalasyon sırasında yüzey alanı, sürfaktan moleküllerinin arayüzden su filmine sürüldüğü hızı her zaman aşan bir oranda azalır. Böylece, hava-su arayüzündeki sürfaktan yoğunluğu yüksek kalır ve ekshalasyon boyunca nispeten korunur, bu da yüzey gerilimini daha da azaltır. Bu ayrıca, uyumun ekshalasyon sırasında inhalasyondan daha fazla olmasını da açıklar

SP molekülleri, konsantrasyon doygunluk seviyesinin altında olduğunda, yüzey aktif madde arayüzü adsorpsiyon kinetiğini artırmaya katkıda bulunur . Ayrıca arayüzdeki yüzey aktif madde molekülleriyle zayıf bağlar oluştururlar ve arayüz sıkıştırıldığında onları orada daha uzun süre tutarlar. Bu nedenle, ventilasyon sırasında yüzey gerilimi genellikle denge durumundakinden daha düşüktür. Bu nedenle, yüzey gerilimi akciğerlerdeki hava hacmine göre değişir ve bu da onları düşük hacimlerde atelektaziden ve yüksek hacim seviyelerinde doku hasarından korur.

Yüzey gerilimi değerleri

Durum       Gerilim (mN/m)

25 °C’de su         70

36 °C’de denge halindeki akciğer sürfaktanı  25

%100 TLC’de sağlıklı akciğer         30

Sağlıklı akciğer TLC’nin %40 ila %60’ı arasında       1~6

Sağlıklı akciğer TLC’nin %40’ının altında        <1

Üretim ve bozulma

İnsanlarda yüzey aktif madde üretimi akciğer gelişiminin alveolar kesesi aşamasında tip II hücrelerde başlar. Lamel gövdeler sitoplazmada yaklaşık 20 haftalık gebelikte belirir. Bu lameller gövdeler ekzositoz yoluyla alveolar astar sıvısına salgılanır ve burada yüzey aktif madde tübüler miyelin ağı oluşturur. Tam süreli bebeklerin yaklaşık 100 mg/kg yüzey aktif madde içeren bir alveolar depolama havuzuna sahip olduğu tahmin edilirken, preterm bebeklerin doğumda tahmini 4-5 mg/kg yüzey aktif maddeye sahip olduğu tahmin edilmektedir.

Kulüp hücreleri ayrıca akciğer yüzey aktif maddesinin bir bileşenini de üretir.

Alveolar yüzey aktif maddesi salgılandıktan sonra 5 ila 10 saatlik bir yarı ömre sahiptir. Hem makrofajlar tarafından parçalanabilir hem de tip II pnömositlerin lameller yapılarına yeniden emilebilir. Yüzey aktif madde DPPC’nin (dipalmitoilfosfatidilkolin) %90’a kadarı alveolar boşluktan tip II pnömositlere geri dönüştürülür. Bu sürecin SP-A uyarıcı reseptör aracılı, klatrin bağımlı endositoz yoluyla gerçekleştiğine inanılmaktadır . Diğer %10 alveolar makrofajlar tarafından alınır ve sindirilir.

Hastalıklar

1. Bebeklerde solunum sıkıntısı sendromu (IRDS), genellikle 28-32. gebelik haftasından önce doğan prematüre bebeklerde görülen, yüzey aktif madde eksikliğinden kaynaklanır.
2. Doğuştan sürfaktan eksikliği
3. Pulmoner alveoler proteinozis
4. Yüzey aktif madde metabolizması bozukluğu

1920’lerin sonlarında von Neergaard , akciğer yüzey gerilimini azaltarak akciğerlerin uyumluluğunu artırmada pulmoner yüzey aktif maddenin işlevini tanımladı. Ancak keşfinin önemi o dönemde bilim ve tıp camiası tarafından anlaşılmamıştı. Ayrıca yeni doğan bebeklerin akciğerlerinde düşük yüzey gerilimi olmasının önemini de fark etti. Daha sonra, 1950’lerin ortalarında Pattle ve Clements , yüzey aktif maddenin ve akciğerlerde düşük yüzey geriliminin önemini yeniden keşfettiler. O on yılın sonunda, yüzey aktif madde eksikliğinin bebek solunum sıkıntısı sendromuna (IRDS) neden olduğu keşfedildi .