Este capítulo é vagamente relevante para a secção F3(vi) do programa primário da CICM de 2017, que espera que os candidatos ao exame sejam capazes de “descrever as propriedades, produção e regulação do tensioactivo e relacioná-los com o seu papel na influência da mecânica respiratória”. O tema surgiu apenas uma vez no papel escrito, na Pergunta 6 do segundo artigo de 2012, que perguntou sobre a estrutura do surfactante, bem como seus efeitos na tensão superficial e mecânica pulmonar., O comentário do colégio a este SAQ é notavelmente detalhado, e foi muito útil no processo de estruturação deste capítulo.

Em resumo:

a tensão Superficial e a Lei de Laplace:

  • tensão Superficial é a força de atração entre as moléculas de um líquido em líquido-gás interface, expressa em Newtons por metro, o que tende a minimizar a área de superfície.
  • a tensão superficial do fluido alveolar, na sua tendência para minimizar a área superficial, é uma força que promove o colapso do alveolo.,a relação desta força com o tamanho da esfera é descrita pela Lei de Laplace.
  • A Lei de Laplace (P = 2γ/r) estabelece que a diferença de pressão entre o interior e o exterior de uma esfera elástica (“pressão de Laplace”) é inversamente proporcional ao raio.as consequências da lei de Laplace para os alvéolos alvéolos menos deflacionados terão menor conformidade e maior pressão de Laplace a qualquer tensão superficial determinada o aumento da pressão de Laplace sobre os pequenos alvéolos promove o seu colapso, uma vez que esvaziam para os alvéolos maiores vizinhos.,a tensão superficial Alveolar adiciona-se ao gradiente hidrostático capilar pulmonar (isto é, promove a ultrafiltração de fluido de edema)

propriedades surfactantes

  • composto por fosfolípido (lecitina) 85%, proteína 10%, lipídico neutro 5%.,
  • Segregadas por Tipo 2 alveolares, células e reciclado por eles (através de endocitose)
  • Meia-vida de 5 a 10 horas
  • Produção é estimulada pelas catecolaminas e corticosteróides, e é inibido pelo surfactante proteínas (feedback negativo)

Efeitos do surfactante

  • da tensão superficial Alveolar diminui a praticamente zero, particularmente, quando os alvéolos desinflar e partículas fosfolipídicas aproxima
  • Quando os alvéolos são totalmente inflado, surfactante moléculas de fosfolipídios são afastados, o que diminui o cumprimento de pulmão deflação, isto é,, ele produz histerese
  • pulmonar Aumentou conformidade resulta da diminuição da tensão superficial
  • Diminuição da tensão superficial resulta em uma diminuição da capilares alveolares gradiente de pressão hidrostática, diminuindo de ultra-filtração de fluido

Para a tensão de superfície e a lei de Laplace, o mais esclarecedor artigo é, provavelmente, Prange (2003)., Surfactante Alveolar parece ser extremamente popular, e há vários bons reviews lá fora, mas muitos são enfraquecidas pelo excesso de detalhes, o melhor saldo de concisão e rigor parece ser Goerke (1998)

tensão de Superfície

a tensão de Superfície não parece ter uma definição formal, mas este exerpt a partir do dicionário de Oxford parece adequada definição como:

“a tensão da superfície de um filme de um líquido causado pela atração das partículas na superfície da camada de massa de líquido, o que tende a minimizar a área de superfície.,”

Esta é uma propriedade de líquidos, ou especificamente de interfaces líquido-gás. As moléculas de líquidos tendem a se unir por fortes forças atrativas intermoleculares (por exemplo. as ligações de hidrogênio na água), e assim a superfície de um líquido naturalmente tende a coletar o líquido em uma bolha redonda (ou uma esfera, onde a gravidade não é uma emissão). Pelo menos quando estamos a falar de líquidos que têm estas fortes forças intermoleculares atraentes (por exemplo, água, cuja tensão superficial é de cerca de 72 mN/m a 25°C)., Com o aumento da temperatura, a tensão superficial diminui; com o aumento das forças intermoleculares aumenta. Um bom exemplo de tensão superficial extrema é o mercúrio líquido, que tem uma tensão superficial de 487 mN/m. Por outro lado, o hélio líquido é o campeão de todos os tempos de baixa tensão superficial (0,37 mN/m).

a Lei de Laplace

os examinadores do colégio, em seu comentário à Pergunta 6 do segundo artigo de 2012 fazem referência a algo chamado “Lei de La Place”, provavelmente uma referência à Lei de Laplace (depois de Pierre-Simon, Marquês de Laplace)., É uma relação muito famosa, e no caso de alguém precisar de uma dúzia de exemplos de onde se torna útil em medicina, pode-se referir ao excelente artigo de Jeffrey Basford (2002). Para uma versão que se encaixa uma alveolocentric modelo do universo, o Young-Laplace-Gauss equação pode ser representada como:

onde

  • γ é a tensão superficial
  • r é o raio da esférico transparente, e
  • P é a pressão de Laplace, ou a diferença de pressão entre o interior e o exterior da curva da superfície do fluido, i.é., a diferença de pressão entre a camada de fluido e o gás dentro da esfera.

Qual é o significado disto? Bem, a própria lei é bastante simples. Basicamente diz que a pressão dentro de uma esfera elástica é inversamente proporcional ao raio, desde que a tensão superficial permaneça estável. Obediente a esta relação, em qualquer dado valor de tensão superficial esferas menores com raios menores terão maior pressão transmural, ou seja, eles querem entrar em colapso mais do que Esferas maiores. As implicações desta lei para os alvéolos são:

  • pequenos alvéolos (i.e., desabou e quase entrou em colapso) são mais difíceis de inflar, em seguida, grandes alvéolos; isso contribui para a baixa adesão visto em pequenos volumes pulmonares
  • Pequenos alvéolos vai promover seu próprio colapso por esvaziar-se em maior vizinhos alvéolos
  • Filtração de fluido através do capilar pulmonar parede depende do gradiente de pressão hidrostática e da tensão superficial alveolar, acrescenta que o gradiente (por exemplo, promove-se a ultrafiltração do edema de fluidos)

isso tudo parece muito científico, mas, como bem o faz representar os acontecimentos no alveolar coalface?, Provavelmente até um grau mínimo, parece ser a resposta. De acordo com Henry Prange (2003), os livros de fisiologia têm vindo a enganar os nossos olhos. Os pontos importantes a notar relativamente à aplicação incorrecta e limitação da lei de Lapace seriam:

  • Alveoli não são esféricos. São polígonos. A lei Laplace aplica-se apenas à pequena região curva no fluido onde estas paredes se cruzam.os alvéolos não colapsam como balões deflacionistas, dobram-se como caixas de cartão., os alvéolos não são independentes, mas sim interligados e suspensos uns contra os outros com bandas de tecido conjuntivo elástico, o que serve para sustentá-los e evitar o seu colapso.portanto, provavelmente não é 100% aplicável à realidade da mecânica pulmonar humana. É um exemplo de medicina desviando a reputações precisas e racionalizadas da física e engenharia, tentando pressionar algumas bordas matemáticas nítidas para a bagunça pegajosa da biologia humana., Para pegar as palavras de Prange,

    “nós, biólogos, muitas vezes parecemos motivados a buscar os mecanismos elegantes e sofisticados da física nas estruturas muito mais complexas de plantas e animais. Somos propensos a cair na armadilha de injetar a física em nosso trabalho onde quer que possamos, quer seu uso seja ou não justificado ou correto.,”

    Efeito de tensão superficial nos pulmões conformidade

    Quando se discute o efeito da tensão de superfície da água no pulmão conformidade, um famoso diagrama muitas vezes é puxado para fora o que demonstra o que iria acontecer de que o ar-interface líquido não estava lá. É uma curva de Conformidade de um pulmão de gato (pulmão de gato 27, para ser preciso) que foi preenchido com soro fisiológico.

    Esta versão específica deste diagrama vem de T. E. Morgan (1971), mas suas origens são muito antigas. Estes dados foram publicados pela primeira vez em 1929 por Kurt von Neergaard., A um nível básico, isto demonstra que a tensão superficial dos alvéolos torna o pulmão muito mais difícil de inflar, ou seja, é um dos determinantes mais importantes da conformidade pulmonar. Com a tensão superficial abolida (nenhuma superfície, Nenhuma tensão!) o pulmão inflaciona aparentemente sem esforço, e, notavelmente, também perde a parte precocemente mal compatível da curva de Conformidade.,

    efeito do surfactante na tensão superficial nos alvéolos

    a tensão superficial da água é de cerca de 70 mN/m à temperatura corporal, enquanto que a tensão superficial do fluido superficial alveolar é obviamente bastante diferente. Clements (1957), usou um Wilhelmy equilíbrio para testar a tensão superficial da encaixado pulmão extrair (“picada de toda pulmões em solução salina normal, filtrado através de frouxamente repleto de algodão”) e determinou que sua tensão superficial variou de 46 a 10 mN/m, com uma substancial de histerese. Isto foi mais tarde confirmado por Schurch Goerke & Clements em 1976., Lachmann et al (1980) demonstrou o que esta diferença significa para a conformidade pulmonar comparando pulmões de coelho antes e depois de uma lavagem que removeu todo o surfactante. Os seus gráficos (a seguir) demonstram a diminuição substancial da conformidade (foi essencialmente reduzida para metade).

    então, o que é um tensioactivo pulmonar, e onde é que ele obtém essas propriedades milagrosas, e como é que ele se compara a, digamos, detergente de lavagem de louça?,

    propriedades Físicas e químicas de surfactante pulmonar

    Ele é muito melhor que o detergente de lavar louça, que, geralmente, apenas diminui a tensão superficial da água, até cerca de 25 a 30 mN/m. Para aqueles com necessidade de saber absolutamente tudo sobre essa substância, uma excelente monografia de Notter & Wang (1997) seria mais do que suficiente para agitar suas paixões., Apesar de sua extensão de 118 páginas e da complexidade de seu conteúdo, em um crime contra boas análises de tipografia em Engenharia Química por alguma razão publicou-o em uma fonte ousada, tornando-o ainda mais difícil de ler. Não importa: os pontos mais importantes serão aqui resumidos.

    • é uma sopa complexa de fosfolípidos
    • da massa seca,
      • 85-90% é fosfolípida
      • 8-10% é proteína-principalmente proteínas SP A B E C, Todas pequenas (~4-5 kDa)

        • 2-5% é lipídico neutro, por exemplo., os componentes de colesterol

    • fosfolípidos são:

    • Dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC, ou lecitina) é cerca de 2/3rds do conteúdo total de fosfolípidos, e faz a maior parte do trabalho surfactante.os restantes são fosfolípidos aleatórios (um grupo heterogéneo), incluindo fosfatidilglicerol, fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamina, esfingomielina e fosfatidilserina.estes últimos elementos são essenciais na medida em que contribuem para a estabilidade da mistura., Por exemplo, DPPC o surfactante estrela não é realmente solúvel em água, e tende a ser um sólido até uma temperatura de 41,6 °c, a menos que haja uma quantidade decente de fosfatidilglicerol na mistura.de um modo geral, na interface gás-líquido, os fosfolípidos tendem a formar monocamadas orientadas com as cabeças hidrofílicas enterradas na água e as correntes hidrofóbicas da cauda apontando para o ar., O objetivo do jogo é embalar o máximo possível deste material na interface ar-líquido; a atração das moléculas de água entre si é a principal razão para a tensão superficial, e assim, se você eliminar todas as moléculas de água superficial enchendo a superfície com fosfolípido, teoricamente a tensão superficial deve ser minimizada. Essa é a teoria por trás da escolha de dipalmitoíl fosfatidilcolina, que realmente não é encontrada em nenhum outro lugar exceto nos pulmões., Como agente tensioactivo, esta é uma boa escolha porque a sua forma disaturada pode ser “embalada a uma densidade muito alta na interface ar-água” (Pérez-Gil et al, 2008). Você não pode fazer isso com muitos dos outros fosfolípidos porque eles têm cadeias insaturadas “ligadas” que não se alinham bem. Assim, à medida que os alvéolos encolhem em expiração e sua área interna de superfície diminui, as moléculas de DPPC se agrupam e formam um tapete impenetrável sem água na interface, essencialmente um sólido (embora muito fino)., Teoricamente, esta solidificação do surfactante deve diminuir a tensão superficial para zero (Morley & Bangham, 1981). Em outras palavras, o surfactante pulmonar pode sob certas circunstâncias bater o registro de tensão superficial do hélio líquido superfluido assustador como o inferno, que tende a sair sorrateiramente de sua proveta e geralmente se comporta como um enxame de bósons. a produção e regulação do tensioactivo pulmonar

      surfactante é produzido e reciclado quase exclusivamente por células alveolares do tipo II., Algumas das melhores fontes para este tópico são Van Golde et al (1988) e Chander & Fisher (1990). Em resumo:

      • surfactante Préformado é armazenado nos corpos lamelares dentro das células do tipo 2; Estas são estruturas em forma de sino que, ao se seccionar, revelam uma estrutura interna concêntrica como uma cebola. Estes corpos têm um pH interno relativamente ácido e também contêm algumas enzimas lisossómicas surpreendentemente, por exemplo. hidrolases.,
      • Lamelar corpos aparecem em Tipo 2 células em torno da 20ª semana de gestação
      • Cada célula tem cerca de 150 corpos lamelares, e cerca de 15 estão exocytosed a cada hora
      • Lançamento do surfactante é reforçada por
        • Catecolaminas (β-adrenérgico está envolvido)
        • Colinérgicos drogas
        • Vasopressina
        • O
      • Lançamento do surfactante é inibida por
        • Altas concentrações de surfactante proteínas
        • Lectins (ex., a lectina vegetal), que são homólogas com proteínas surfactantes
        • mediadores inflamatórios
      • tensioactivo pulmonar, tem uma semi-vida de cerca de 5-10 horas, ou seja, cada hora 10-30% da substância tem de ser removida de alguma forma., Isso acontece por:
        • Reabsorção no Tipo 2 células (isso representa 95% de remoção)
        • transportar até as vias aéreas e eliminação expirado aerossol
        • Degradação em macrófagos alveolares
        • Extracelular enzymic degradação nos alvéolos
        • Espaço via linfáticos ou do sangue

      O CICM programa pede para a produção e o regulamento do surfactante, o que implica que pode haver algum cenário onde um pode experimentar uma regulamentada excesso de surfactante. Isso é de fato o caso se alguém tem proteinose alveolar., Para além deste exemplo, Whitsett et al (2010) descrevem uma série de condições em que a produção de surfactante é alterada com efeitos profundos.