Tensoativo pulmonar - Pulmonary surfactant

Alvéolos são afloramentos esféricos dos bronquíolos respiratórios.

O surfactante pulmonar é um complexo tensoativo de fosfolipídios e proteínas formado por células alveolares do tipo II . As proteínas e lipídios que compõem o surfactante possuem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas . Ao adsorver à interface ar-água dos alvéolos , com grupos de cabeça hidrofílica na água e as caudas hidrofóbicas voltadas para o ar, o principal componente lipídico do surfactante, a dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), reduz a tensão superficial .

Como medicamento, o surfactante pulmonar está na Lista Modelo de Medicamentos Essenciais da OMS , os medicamentos mais importantes necessários em um sistema básico de saúde .

Função

• Para aumentar a complacência pulmonar .
• Para prevenir atelectasia (colapso dos alvéolos ou átrios) no final da expiração.
• Para facilitar o recrutamento de vias aéreas colapsadas.

Os alvéolos podem ser comparados ao gás na água, pois os alvéolos são úmidos e circundam um espaço aéreo central. A tensão superficial atua na interface ar-água e tende a tornar a bolha menor (diminuindo a área da superfície da interface). A pressão do gás ( P ) necessária para manter um equilíbrio entre a força de colapso da tensão superficial ( γ ) e a força de expansão do gás em um alvéolo de raio r é expressa pela equação de Young-Laplace :

${\ displaystyle P = {\ frac {2 \ gamma} {r}}}$

Conformidade

Complacência é a capacidade de expansão dos pulmões e do tórax . A complacência pulmonar é definida como a alteração do volume por unidade de alteração da pressão no pulmão. As medições do volume pulmonar obtidas durante a insuflação / desinsuflação controlada de um pulmão normal mostram que os volumes obtidos durante a desinsuflação excedem os da insuflação, a uma dada pressão. Essa diferença nos volumes de inflação e deflação a uma determinada pressão é chamada de histerese e se deve à tensão superficial ar-água que ocorre no início da inflação. No entanto, o surfactante diminui a tensão superficial alveolar , como visto em casos de bebês prematuros que sofrem de síndrome do desconforto respiratório infantil . A tensão superficial normal para a água é de 70 dines / cm (70 mN / m) e nos pulmões é de 25 dines / cm (25 mN / m); entretanto, no final da expiração, as moléculas de fosfolipídios do surfactante comprimidas diminuem a tensão superficial para níveis muito baixos, próximos a zero. Assim, o surfactante pulmonar reduz muito a tensão superficial , aumentando a complacência, permitindo que o pulmão se infle com muito mais facilidade, reduzindo assim o trabalho respiratório. Reduz a diferença de pressão necessária para permitir que o pulmão infle. A complacência pulmonar e a ventilação diminuem quando o tecido pulmonar fica doente e fibrótico .

Regulação do tamanho alveolar

À medida que os alvéolos aumentam de tamanho, o surfactante se espalha mais pela superfície do líquido. Isso aumenta a tensão superficial, diminuindo efetivamente a taxa de expansão dos alvéolos. Isso também ajuda todos os alvéolos nos pulmões a se expandirem na mesma taxa, pois aquele que se expande mais rapidamente experimentará um grande aumento na tensão superficial, diminuindo sua taxa de expansão. Isso também significa que a taxa de encolhimento é mais regular, pois se reduzirmos o tamanho mais rapidamente, a tensão superficial reduzirá mais, de modo que outros alvéolos podem se contrair mais facilmente do que poderiam. O surfactante reduz a tensão superficial mais prontamente quando os alvéolos são menores porque o surfactante é mais concentrado.

Prevenção do acúmulo de fluidos e manutenção da secura das vias aéreas

A tensão superficial atrai fluido dos capilares para os espaços alveolares. O surfactante reduz o acúmulo de fluido e mantém as vias aéreas secas, reduzindo a tensão superficial.

Imunidade inata

A função imune do surfactante é atribuída principalmente a duas proteínas: SP-A e SP-D . Essas proteínas podem se ligar a açúcares na superfície dos patógenos e, assim, opsonizá- los para serem captados pelos fagócitos. Também regula as respostas inflamatórias e interage com a resposta imune adaptativa. A degradação ou inativação do surfactante pode contribuir para aumentar a suscetibilidade à inflamação e infecção pulmonar.

Composição

• ~ 40% de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC);
• ~ 40% de outros fosfolipídios (PC);
• ~ 10% de proteínas surfactantes ( SP-A , SP-B , SP-C e SP-D );
• ~ 10% de lípidos neutros ( Colesterol );
• Traços de outras substâncias .

Lipídios

DPPC

Dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) é um fosfolipídeo com duas cadeias saturadas de 16 carbonos e um grupo fosfato com grupo amina quaternário anexado. O DPPC é a molécula de surfactante mais forte na mistura de surfactante pulmonar. Ele também tem uma capacidade de compactação maior do que os outros fosfolipídios, pois a cauda apolar é menos curvada. Porém, sem as demais substâncias da mistura do surfactante pulmonar, a cinética de adsorção do DPPC é muito lenta. Isso acontece principalmente porque a temperatura de transição de fase entre o gel e o cristal líquido do DPPC puro é de 41,5 ° C, que é superior à temperatura do corpo humano de 37 ° C.

Outros fosfolipídios

As moléculas de fosfatidilcolina formam ~ 85% do lipídio no surfactante e têm cadeias de acila saturadas. O fosfatidilglicerol (PG) forma cerca de 11% dos lipídios do surfactante, possui cadeias de ácidos graxos insaturados que fluidizam a monocamada lipídica na interface. Lípidos e colesterol neutros também estão presentes. Os componentes desses lipídios se difundem do sangue para as células alveolares do tipo II, onde são reunidos e embalados para secreção em organelas secretoras chamadas corpos lamelares .

Proteínas

As proteínas constituem os 10% restantes do surfactante. Metade desses 10% são proteínas plasmáticas, mas o restante é formado pelas apolipoproteínas , proteínas surfactantes SP-A, SP-B, SP-C e SP-D. As apolipoproteínas são produzidas pela via secretora nas células do tipo II. Eles passam por muitas modificações pós-translacionais, terminando nos corpos lamelares. São anéis concêntricos de lipídios e proteínas, com cerca de 1 µm de diâmetro.

• SP-A e SP-D são coletinas . Eles conferem imunidade inata, pois têm domínios de reconhecimento de carboidratos que lhes permitem revestir bactérias e vírus que promovem a fagocitose por macrófagos. Acredita-se que o SP-A também esteja envolvido em um mecanismo de feedback negativo para controlar a produção de surfactante.
• SP-B e SP-C são proteínas de membrana hidrofóbicas que aumentam a taxa de propagação do surfactante na superfície. SP-B e SP-C são necessários para o funcionamento biofísico adequado do pulmão. Humanos e animais nascidos com ausência congênita da família das saposinas SP-B sofrem de insuficiência respiratória intratável, enquanto aqueles nascidos sem SP-C tendem a desenvolver pneumonite intersticial progressiva.

As proteínas SP reduzem a temperatura crítica de transição de fase do DPPC para um valor inferior a 37 ° C, o que melhora sua adsorção e velocidade de espalhamento da interface. A compressão da interface causa uma mudança de fase das moléculas do surfactante para gel-líquido ou mesmo gel-sólido. A velocidade de adsorção rápida é necessária para manter a integridade da região de troca gasosa dos pulmões.

Cada proteína SP tem funções distintas, que agem sinergicamente para manter uma interface rica em DPPC durante a expansão e contração do pulmão. Mudanças na composição da mistura de surfactante alteram as condições de pressão e temperatura para mudanças de fase e também a forma do cristal dos fosfolipídios. Apenas a fase líquida pode se espalhar livremente na superfície para formar uma monocamada. No entanto, foi observado que se uma região do pulmão é expandida abruptamente, os cristais flutuantes estalam como " icebergs ". Então, as proteínas SP atraem seletivamente mais DPPC para a interface do que outros fosfolipídeos ou colesterol, cujas propriedades surfactantes são piores do que as DPPC. O SP também fixa o DPPC na interface para evitar que o DPPC seja comprimido quando a área da superfície diminui. Isso também reduz a compressibilidade da interface.

Tensoativos artificiais

Survanta , rodeada de dispositivos para sua aplicação.

Existem vários tipos de surfactantes pulmonares disponíveis.

Tensoativos pulmonares sintéticos

1. Palmitato de colfosceril (Exosurf) - uma mistura de DPPC com hexadecanol e tiloxapol adicionado como agentes de espalhamento
2. Pumactant (composto de expansão pulmonar artificial ou ALEC) - uma mistura de DPPC e PG
3. KL-4 - composto de DPPC, palmitoil-oleoil fosfatidilglicerol e ácido palmítico, combinado com um peptídeo sintético de 21 aminoácidos que mimetiza as características estruturais do SP-B.
4. Venticute - DPPC, PG, ácido palmítico e SP-C recombinante
5. Lucinactant - DPPC , POPG e ácido palmítico .

Tensoativos de origem animal

1. Beractant
   1. (Alveofact) - extraído do fluido de lavagem pulmonar de vaca
   2. (Survanta) - extraído do pulmão de vaca picado com DPPC adicional, ácido palmítico e tripalmitina
   3. (Beraksurf) - extraído do pulmão de bezerro picado com DPPC adicional, ácido palmítico e tripalmitina
2. Calfactante (Infasurf) - extraído do fluido de lavagem pulmonar de bezerro
3. Alfa porativo (Curosurf) - extraído de material derivado de pulmão de porco picado

Magnitude da tensão superficial dentro do pulmão

Embora a tensão superficial possa ser bastante reduzida pelo surfactante pulmonar, esse efeito dependerá da concentração do surfactante na interface. A concentração da interface possui um limite de saturação, que depende da temperatura e da composição da mistura. Como durante a ventilação há variação da área de superfície pulmonar, a concentração da interface do surfactante geralmente não está no nível de saturação. A superfície aumenta durante a inspiração, o que, consequentemente, abre espaço para que novas moléculas de surfactante sejam recrutadas para a interface. Enquanto isso, durante a expiração, a área de superfície diminui a uma taxa que é sempre superior à taxa na qual as moléculas de surfactante são conduzidas da interface para o filme de água. Assim, a densidade do surfactante na interface ar-água permanece alta e é relativamente preservada ao longo da expiração, diminuindo ainda mais a tensão superficial. Isso também explica por que a complacência é maior durante a expiração do que durante a inspiração.

As moléculas de SP contribuem para aumentar a cinética de adsorção da interface do surfactante, quando a concentração está abaixo do nível de saturação . Eles também fazem ligações fracas com as moléculas de surfactante na interface e as mantêm por mais tempo quando a interface é comprimida. Portanto, durante a ventilação, a tensão superficial é geralmente menor do que no equilíbrio. Portanto, a tensão superficial varia de acordo com o volume de ar dos pulmões, o que os protege de atelectasias em baixos volumes e danos aos tecidos em altos volumes.

Produção e degradação

A produção de surfactante em humanos começa nas células do tipo II durante o estágio de desenvolvimento do saco alveolar do pulmão. Os corpos lamelares aparecem no citoplasma por volta da 20ª semana de gestação. Esses corpos lamelares são secretados por exocitose no fluido de revestimento alveolar , onde o surfactante forma uma malha de mielina tubular. Estima-se que bebês a termo tenham um pool de armazenamento alveolar de aproximadamente 100 mg / kg de surfactante, enquanto bebês prematuros têm uma estimativa de 4– 5 mg / kg ao nascimento.

As células do clube também produzem um componente do surfactante pulmonar.

O surfactante alveolar tem meia-vida de 5 a 10 horas, uma vez secretado. Ele pode ser dividido por macrófagos e / ou reabsorvido nas estruturas lamelares dos pneumócitos do tipo II. Até 90% do surfactante DPPC (dipalmitoilfosfatidilcolina) é reciclado do espaço alveolar de volta ao pneumócito tipo II. Pensa-se que este processo ocorre através da endocitose dependente da clatrina mediada pelo receptor estimulante de SP-A . Os outros 10% são absorvidos pelos macrófagos alveolares e digeridos.

Doenças

• A síndrome do desconforto respiratório infantil (IRDS) é causada pela falta de surfactante, comumente sofrida por bebês prematuros nascidos antes de 28–32 semanas de gestação.
• Deficiência congênita de surfactante
• Proteinose alveolar pulmonar
• Disfunção do metabolismo do surfactante

História

No final da década de 1920, von Neergaard identificou a função do surfactante pulmonar em aumentar a complacência dos pulmões, reduzindo a tensão superficial. No entanto, o significado de sua descoberta não foi compreendido pela comunidade científica e médica da época. Ele também percebeu a importância de ter baixa tensão superficial nos pulmões de bebês recém-nascidos. Mais tarde, em meados da década de 1950, Pattle e Clements redescobriram a importância do surfactante e da baixa tensão superficial nos pulmões. No final daquela década, descobriu-se que a falta de surfactante causava a síndrome do desconforto respiratório infantil (IRDS).

Referências

links externos