Если полностью удалить из легких воздух и заменить его физиологическим раствором, то окажется, что способность к растяжению у легких значительно повышается. Это объясняется тем, что растяжению легких в норме препятствуют силы поверхностного натяжения, возникающие в легком на границе жидкость - газ.
Пленка жидкости, выстилающая внутреннюю поверхность альвеол, содержит высокомолекулярное вещество, понижающее поверхностное натяжение . Это вещество называется сурфактант и синтезируется альвеолоцитами II типа. Сурфактант имеет сложную белково-липидную структуру и представляет собой межфазную пленку на границе воздух - жидкий слой. Физиологическая роль легочного сурфактанта обусловлена тем, что эта пленка значительно снижает поверхностное натяжение, вызванное жидкостью. Поэтому сурфактант обеспечивает во-первых, повышение растяжимости легких и уменьшении работы, совершаемой во время вдоха и, во-вторых, обеспечивает стабильности альвеол препятствуя их слипанию. Регулирующее действие сурфактанта в обеспечении стабильности размеров альвеол состоит в том, что чем меньше становятся размеры альвеол, тем больше снижается поверхностное натяжение под влиянием сурфактанта. Без этого эффекта при уменьшении объема легких самые мелкие альвеолы должны были бы спадаться (ателектаз).
Синтез и замена поверхностно-активного вещества - сурфактанта происходит довольно быстро, поэтому нарушение кровотока в легких, воспаление и отеки, курение, острая кислородная недостаточность (гипоксия) или избыток кислорода (гипероксия), а также различные токсические вещества, в том числе некоторые фармакологические препараты (жирорастворимые анестетики), могут снизить его запасы и увеличить поверхностное натяжение жидкости в альвеолах. Потеря сурфактанта приводит к «жестким» (малоподвижным, плохо растяжимым) легким с наличием зон ателектазов.
Кроме действия сурфактанта стабильность альвеол в значительной степени обусловлена и структурными особенностями паренхимы легких. Каждая альвеола (кроме прилежащих к висцеральной плевре) окружена другими альвеолами. В такой эластической системе при уменьшении объема какой-то группы альвеол, окружающая их паренхима будет подвергаться растяжению, и препятствовать спадению соседних альвеол. Эту поддержку окружающей паренхимы называют «взаимосвязью». Взаимосвязь наряду с сурфактантом играет большую роль в предотвращении ателектазов и открытии ранее закрытых, по каким то причинам, участков легких. Кроме того, такая «взаимосвязь» поддерживает низкое сопротивление внутрилегочных сосудов и стабильность их просвета, просто растягивая их снаружи.
Сурфактанты легкого расположены как внеклеточно (выстилающий комплекс), так и внутриклеточно (осмиофильные пластинчатые тельца - ОПТ). Исходя из такой локализации сурфактантов, разработаны 3 основных способа их выделения:
- 1) метод бронхо-альвеолярных смывов (исследование лаважной жидкости);
- 2) метод экстрактов легкого (с использованием биопсийного или операционного материала);
- 3) метод сбора и исследования экспирата (конденсата выдыхаемого воздуха).
Для исследования сурфактантов используют физико-химические, биохимические и электронномикроскопические методы.
Физико-химические методы основаны на способности сурфактантов снижать ПН изотонического раствора натрия хлорида или дистиллированной воды. Степень этого снижения можно определить с помощью различных приемов и приборов.
Важные сведения о химической природе ПАВл можно получить с помощью биохимических методик: электрофореза, тонкослойной и газожидкостной хроматографии. В этих целях широко применяют разнообразные гистохимические методы и различные варианты микроскопии: поляризующей, люминесцентной, фазовоконтрастной и электронной.
Ценную информацию о метаболизме и секреции сур-фактантов дают радиологические методы. Они основаны на введении в организм радионуклида 32Р или пальмитиновой кислоты, содержащей радионуклид трития, активно включающийся в обмен фосфолипидов.
С помощью различных растворов получают бронхо-альвеолярные смывы, служащие исходным материалом для исследования сурфактантов. Наиболее полное удаление сурфактантов с бронхо-альвеолярной поверхности достигается при использовании изотонического раствора натрия хлорида, который исключает денатурацию белков и разрушение мембран клеток. При использовании дистиллированной воды выход сурфактантов в раствор возрастает за счет осмотического разрушения части клеток и освобождения внутриклеточных сурфактантов, а поэтому исходный материал содержит как зрелые сурфактанты, так и незрелые цитоплазматические сурфактанты и другие компоненты.
Преимуществом метода бронхоальвеолярных смывов является возможность получения материала в процессе лечебных процедур, направленных на санацию бронхо-легочного аппарата. Недостатком служит то, что промывная жидкость не всегда достигает респираторной зоны легкого и может не содержать истинных сурфактантов. В то же время в промывной жидкости содержатся продукты секреции бронхиальных желез, продукты разрушения клеток и другие компоненты, в том числе фосфолипазы, разрушающие сурфактант. Есть еще одно немаловажное обстоятельство: результаты исследования поверхностной активности бронхо-альвеолярных смывов трудно относить к определенным сегментам или долям легкого.
По мнению А. В. Цизерлинга и соавторов (1978), ПАВл в течение 1-2 сут после смерти претерпевают крайне незначительные изменения. Согласно данным Н. В. Сыромятниковой и соавторов (1977), хранение изолированных легких при комнатной температуре в течение 36 ч не сопровождается изменением их поверхностно-активных свойств.
Получение сурфактантов из биопсийного, операционного материала или из кусочка ткани респираторной зоны легкого экспериментального животного позволяет гомогенизировать исходный материал с целью наиболее полного извлечения вне- и внутриклеточных сурфактантов.
Преимуществом метода является наиболее полное извлечение сурфактантов из респираторной зоны легкого, а недостатком - необходимость изъятия кусочка легкого путем пункционной биопсии или во время хирургических операций. Биопсийный или операционный материал можно исследовать также электронно-микроскопически.
Особый интерес для клинической и лабораторной диагностики представляет метод получения сурфактантов из выдыхаемого воздуха. Метод основан на том, что поток выдыхаемого воздуха захватывает мелкие частицы жидкости с поверхности респираторных отделов легкого и вместе с парами выносит их из организма. Обследуемый выдыхает воздух в охлажденную систему, где пары конденсируются. В течение 10 мин в системе накапливается 2-3 мл исходного материала. Биохимический анализ выдыхаемого конденсата свидетельствует, что в нем в небольшой концентрации присутствуют фосфолипиды, в частности лецитин.
Исследование поверхностной активности конденсата выдыхаемого воздуха проводят по методу Дю-Нуи, используя торсионные весы. У здоровых людей статическое поверхностное натяжение (ПНСТ) равно 58-67 мН/м, а при воспалительных заболеваниях легких ПНСТ повышается - 68-72 мН/м.
Преимуществом метода изучения сурфактантов в конденсате выдыхаемого воздуха являются атравматичность забора материала и возможность многократных исследований. К недостатку относится низкая концентрация фосфолипидов в конденсате. Фактически указанным методом определяют продукты распада или составные компоненты сурфактантов.
Состояние сурфактантов оценивают, измеряя поверхностное натяжение по методу Вильгельми и Дю-Нуи.
При 100 % площади монослоя записывают ПНмин, а при 20 % исходной площади монослоя - ПНмин. По этим величинам рассчитывают ИС, который характеризует поверхностную активность сурфактантов. В этих целях используют формулу, предложенную J. A. Clements (1957). Чем больше ИС, тем выше поверхностная активность сурфактантов легких.
В результате исследований отечественных и зарубежных ученых выявлен ряд функций, которые осуществляются благодаря наличию в легком сурфактантов: это поддержание стабильности размеров больших и малых альвеол и предотвращение их от ателектаза при физиологических условиях дыхания.
Установлено, что в норме монослой и гипофаза защищают мембраны клеток от непосредственного механического контакта с микрочастицами пыли и микробными телами. Снижая поверхностное натяжение альвеол, сурфактанты способствуют увеличению размеров альвеол во время вдоха, создают возможность одновременного функционирования альвеол различного размера, играют роль регулятора воздушных потоков между активно функционирующими и «отдыхающими» (не вентилируемыми) альвеолами и более чем вдвое экономят сократительную силу дыхательной мускулатуры, необходимую для расправления альвеол и полноценной вентиляции, а также инактивируют кинины, поступающие в легкое из крови при воспалительных заболеваниях. При отсутствии сурфактантов или резком уменьшении их активности возникают ателектазы.
В процессе дыхания по мере разрушения и выведения сурфактантов в дыхательные пути поверхностное натяжение периодически повышается. Это приводит к тому, что альвеолы с более высоким поверхностным натяжением уменьшают свои размеры и закрываются, выключаясь из газообмена. В нефункционирующих альвеолах накапливаются сурфактанты, продуцируемые клетками, поверхностное натяжение снижается, альвеолы открываются. Иными словами, физиологическая роль сурфактантов включает регуляцию периодической смены функционирующих и отдыхающих функциональных единиц легкого.
Липиды сурфактанта играют антиокислительную роль, которая имеет значение в защите элементов стенки альвеол от повреждающего действия окислителей и перекисей.
Молекула кислорода может вступать в контакт с плазматической мембраной альвеолярного эпителия и начать свой путь в жидкостях организма, пройдя лишь через выстилающий комплекс (мономолекулярный слой и гипофазу). Результаты экспериментальных исследований ряда авторов показали, что ПАВл выступают в роли фактора, регулирующего транспорт кислорода по градиенту концентрации. Изменение биохимического состава мембран и выстилающего комплекса аэрогематического барьера приводит к изменению растворимости в них кислорода и условий его массового переноса. Таким образом, наличие монослоя сурфактантов на границе с альвеолярным воздухом способствует активной абсорбции кислорода в легком.
Монослой сурфактанта регулирует скорость испарения воды, что отражается на терморегуляции организма. Наличие постоянного источника секреции сурфактантов в альвеолоцитах 2-го типа создает постоянный поток молекул сурфактантов из полости альвеолы в респираторные бронхиолы и бронхи, благодаря чему осуществляется клиренс (очищение) альвеолярной поверхности. Частицы пыли и микробные тела, попавшие в респираторный участок легкого, под влиянием градиента поверхностного давления выносятся в зону действия мукоцилиарного транспорта и удаляются из организма.
Монослой сурфактанта служит не только для уменьшения силы сжатия альвеол, но и предохраняет их поверхность от избыточных потерь воды, уменьшает всасывание жидкости из легочных капилляров в воздушные пространства альвеол, то есть регулирует водный режим на поверхности альвеол. В связи с этим сурфактанты препятствуют транссудации жидкости из кровеносных капилляров в просвет альвеол.
Физиологическая активность сурфактанта может страдать при механическом разрушении альвеолярной выстилки, изменении скорости его синтеза альвеолоцитами 2-го типа, нарушении секреции его на поверхности альвеол, ее отторжении транссудатом или вымывании через дыхательные пути вследствие химической инактивации ПАВл на поверхности альвеол, а также в результате изменения скорости удаления «отработанного» сурфактанта из альвеол.
Сурфактантная система легких весьма чувствительна ко многим факторам эндогенного и экзогенного характера. К эндогенным факторам относятся: нарушение дифференцировки альвеолоцитов 2-го типа, ответственных за синтез сурфактанта, изменения гемодинамики (легочная гипертензия), нарушения иннервации и метаболизма в легких, острые и хронические воспалительные процессы органов дыхания, состояния, связанные с хирургическими вмешательствами на органах грудной и брюшной полостей. Экзогенными факторами являются изменения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, химические и пылевые загрязнения вдыхаемого воздуха, гипотермия, наркотические средства и некоторые фармакологические препараты. Сурфактант чувствителен к табачному дыму. У курильщиков поверхностно-активные свойства сурфактанта значительно снижаются, в результате чего легкое теряет свою эластичность, становится «жестким», малоподатливым. У лиц, злоупотребляющих спиртными напитками, поверхностная активность сурфактантов легких также снижена.
Нарушение процессов синтеза и секреции сурфактантов или их повреждение экзогенными или эндогенными факторами является одним из патогенетических механизмов развития многих заболеваний органов дыхания, в том числе туберкулеза легких. В эксперименте и клинике установлено, что при активном туберкулезе и неспецифических заболеваниях легких синтез сурфактанта нарушается. При выраженной туберкулезной интоксикации поверхностно-активные свойства сурфактанта снижены как на стороне поражения, так и в противоположном легком. Уменьшение поверхностной активности сурфактанта связывают со снижением синтеза фосфолипидов в условиях гипоксии. Уровень фосфолипидов сурфактантов легких заметно уменьшается при воздействии низкой температуры. Острая гипертермия вызывает функциональное напряжение альвеолоцитов 2-го типа (их избирательную гипертрофию и избыточное содержание фосфолипидов) и способствует повышению поверхностной активности смывов и экстрактов легких. При голодании в течение 4-5 дней снижается содержание сурфактанта в альвеолоцитах 2-го типа и поверхностной выстилке альвеол.
Значительное снижение поверхностной активности сурфактанта вызывает наркоз с использованием эфира, пентобарбитала или закиси азота.
Воспалительные заболевания легких сопровождаются теми или иными изменениями синтеза сурфактанта и его активности. Так, при отеке легких, ателектазе, пневмосклерозе, неспецифической пневмонии, туберкулезе и синдроме гиалиновых мембран у новорожденных поверхностно-активные свойства сурфактанта снижены, а при эмфиземе легких - повышены. Доказано участие альвеолярного сурфактанта в адаптации легкого к экстремальным воздействиям.
Известно, что вирусы и грамотрицательные бактерии обладают большой способностью к разрушению сурфактанта легких по сравнению с грамположительными. В частности, вирус гриппа вызывает у мышей деструкцию альвеолоцитов 2-го типа, что приводит к снижению уровня фосфолипидов легких. А. И. Олейник (1978) установил, что острая пневмония сопровождается значительным уменьшением поверхностной активности экстрактов, полученных из очагов поражения.
Новый перспективный подход к изучению сурфактанта при воспалительных заболеваниях легких связан с исследованием бронхиальных смывов, полученных при бронхоскопии. Состав смывов и его поверхностная активность позволяют приближенно судить о состоянии альвеолярного сурфактанта.
В связи с тем, что в клинической практике широко используются ингаляции различных фармакологических средств, мы провели экспериментальные и клинические исследования по изучению сурфактантной системы легких.
Так было изучено влияние туберкулостатических средств, вводимых в ультразвуковых ингаляциях, на состояние сурфактантной системы легких. Проведены электронно-микроскопические исследования легкого у 42 крыс после 1, 2 и 3-месячной ингаляции стрептомицином и изониазидом в отдельности, а также на фоне сочетанного введения препаратов. Растворы туберкулостатиков диспергировались с помощью ультразвукового ингалятора TUR USI-50.
Отмечено, что под влиянием ультразвуковых аэрозолей стрептомицина поверхностная активность сурфактантов снизилась сразу же после первого сеанса (первичное снижение) и к 15-му дню она частично восстановилась.
Начиная с 16-й ингаляции наблюдалось постепенное снижение поверхностной активности, которая продолжалась в течение 3 мес ингаляций и к 90-му дню индекс стабильности снизился до 0,57 + 0,01. Через 7 дней после прекращения ингаляций отмечено повышение активности сурфактантов легкого. Величина ИС составила 0,72±0,07, а через 14 дней после прекращения ингаляций поверхностная активность сурфактантов почти полностью восстановилась и ИС достиг величины 0,95±0,06.
В группе животных, которые ингалировались изониазидом, снижение поверхностной активности сурфактантов произошло сразу же после первой ингаляции. Величина ИС снизилась до 0,85±0,08. Снижение поверхностной активности сурфактантов в этом случае было меньше, чем при использовании стрептомицина, однако при ингаляции изониазидом поверхностная активность сурфактантов оставалась постоянной в течение 2 мес и только после 60-й ингаляции отмечено снижение поверхностной активности. К 90-му дню ингалирования поверхностная активность снизилась и ИС достиг 0,76±0,04. После прекращения ингаляций через 7 дней отмечено постепенное восстановление поверхностной активности сурфактантов, ИС составил 0,87± ±0,06, а через 14 дней его величина повысилась до 0,99± ±0,05.
При электронномикроскопическом изучении резецированных легких установлено, что сурфактантный альвеолярный комплекс через 1 мес после ультразвуковых ингаляций стрептомицином не изменился. После 2-х, особенно 3-месячной, ингаляции в отдельных участках паренхимы легкого выявлены небольшой отек воздушно-кровяного барьера, а местами - локальное разрушение и вымывание мембран сурфактанта в просвет альвеол. Среди альвеолоцитов 2 типа снижено количество молодых осмиофильных пластинчатых телец, митохондрии имеют просветленный матрикс, количество крипт в них заметно уменьшено. Цистерны гранулярной цитоплазматической сети расширены, лишены части рибосом. Ультраструктурные изменения таких клеток свидетельствуют о развитии в них деструктивных процессов и снижении внутриклеточного синтеза сурфактантов.
После ингаляции аэрозолей изониазида в течение 2 мес также не обнаружено существенных нарушений в ультраструктуре основных компонентов сурфактанта легких. После 3-месячной ингаляции препарата в альвеолах выявлены микроциркуляторные нарушения и признаки внутриклеточного отека. По-видимому, отечная жидкость, выходящая в гипофазу, вымывает мембраны сурфактанта в просвет альвеол. В альвеолоцитах 2-го типа уменьшено количество осмиофильных пластинчатых телец и митохондрий, неравномерно расширены канальцы цистерн, лишенных рибосом. Это указывает на некоторое ослабление синтеза сурфактанта.
Вместе с тем в ряде случаев в паренхиме легкого можно обнаружить альвеолоциты 2-го типа, почти полностью заполненные зрелыми и молодыми осмиофильными пластинчатыми тельцами. Такие клетки имеют хорошо развитую ультраструктуру и темный матрикс цитоплазмы, напоминая «темные» альвеолоциты 2-го типа с повышенным потенциалом. Их появление, очевидно, связано с необходимостью компенсаторной секреции сурфактанта для тех участков, где деятельность альвеолоцитов 2-го типа снижена из-за микроциркуляторных нарушений в стенках альвеол.
После прекращения длительного применения стрептомицина и изониазида в ультразвуковых ингаляциях через 14 дней в ультраструктуре альвеолоцитов 2-го типа происходят заметные изменения. Они характеризуются значительным скоплением митохондрий с хорошо развитыми криптами в цитоплазме клеток. В тесном контакте с ними находятся канальцы цистерн. Количество цистерн и осмиофильных пластинчатых телец существенно возрастает. Такие клетки наряду со зрелыми осмиофильными пластинчатыми тельцами содержат значительное число молодых секреторных гранул. Указанные изменения свидетельствуют об активации синтетических и секреторных процессов в альвеолоцитах 2-го типа, которые обусловлены, по-видимому, прекращением токсического действия химиопрепаратов на альвеолоциты 2-го типа.
В нашей клинике мы проводили коррекцию сурфактантов легких путем добавления к ингалируемым химиопрепаратам смеси гидрокортизона (2 мг/кг массы тела), глюкозы (1 г/кг массы тела) и гепарина (5 ЕД) ежедневно в течение 5 дней. Под влиянием указанных препаратов отмечено повышение поверхностной активности сурфактантов легких. Об этом свидетельствовало снижение ПНСТ (35,6 мН/м± 1,3 мН/м) и ПНмин-(17,9 мН/м± ±0,9 мН/м); ИС составил 0,86+0,06 (Р<0,05) при совместной ингаляции со стрептомицином и 0,96+0,04 (Р<0,05) - изониазидом.
Для исследования поверхностной активности сурфактантов и содержания некоторых липидов у больных туберкулезом легких в конденсате выдыхаемого воздуха мы обследовали 119 человек. Из этого же контингента лиц у 52 сурфактант исследовали в бронхо-альвеолярных смывах (лаважная жидкость) и у 53 - в препаратах резецированных легких (сегмент или доля). У 19 больных резекция легких была произведена по поводу туберкулемы, у 13 - кавернозного туберкулеза и у 21 больного - фиброзно-кавернозного. Все пациенты были разделены на 2 группы. Первую группу составили 62 человека, принимавшие противотуберкулезные препараты обычным методом и в УЗИ. Вторую (контрольную) группу составили 57 человек, лечившиеся теми же химиопрепаратами обычным методом, но без применения аэрозолей туберкулостатиков.
Мы исследовали поверхностную активность сурфактантов в конденсате выдыхаемого воздуха по методу Дю-Нуи, используя торсионные весы. При этом измеряли ПНСТ. Поверхностно-активную фракцию лаважной жидкости и экстрактов легких помещали в кювету весов Вильгельми- Ленгмюра и определяли ПНСТ, ПНмакс и ПНмин. Поверхностную активность оценивали по величине ПНмин и ИС. Состояние сурфактанта в конденсате выдыхаемого воздуха расценивали как нормальное при ПНСТ (62,5 мН/м± ±2,08 мН/м), лаважной жидкости - при ПНмин 14- 15 мН/м и ИС 1 -1,2, экстрактах резецированных легких - при ПНмин 9-11 мН/м и ИС 1 -1,5. Повышение ПНСТ и ПНмин и уменьшение ИС свидетельствует о снижении поверхностной активности сурфактантов легких.
Для ингаляций использовали изониазид (6-12 мл 5% раствор) и стрептомицин (0,5-1 г). В качестве растворителя применяли изотонический раствор натрия хлорида. К ингалируемым химиопрепаратам добавляли бронхолитическую смесь следующего состава: 0,5 мл 2,4 % раствора эуфиллина, 0,5 мл 5 % раствора эфедрина гидрохлорида, 0,2 мл 1 % раствора димедрола, по показаниям глюкокортикоиды. Ингаляции изониазида проводились 32 больным, стрептомицина - 30.
В процессе лечения изучение сурфактантов в конденсате выдыхаемого воздуха проводили один раз в месяц, в лаважной жидкости исследование через 1 мес проведено у 47 больных, через 2 мес - у 34, через 3 мес - у 18.
Снижение поверхностной активности сурфактантов в конденсате выдыхаемого воздуха было выражено у больных диссеминированным (ПНСТ 68 мН/м±1,09 мН/м), инфильтративным (ПНСТ 66 мН/м±1,06 мН/м) и фиброзно-кавернозным (ПНСТ 68,7 мН/м+2,06 мН/м) туберкулезом легких. В норме ПНТС равно (60,6+1,82) мН/м. В лаважной жидкости у больных диссеминированным туберкулезом легких ПНмин составило (29,1 ±1,17) мН/м, инфильтративным - ПНмин (24,5+1,26) мН/м и фиброзно-кавернозным - ПНмин (29,6+2,53) мН/м; ИС соответственно 0,62+0,04; 0,69+0,06 и 0,62+0,09. В норме ПНмин равно (14,2± 1,61) мН/м, ИС - 1,02±0,04. Таким образом, степень интоксикации существенно влияет на поверхностную активность сурфактантов легких. В процессе лечения достоверное снижение (Р<0,05) показателей ПНСТ, ПНмин и повышение ИС отмечено параллельно уменьшению симптомов интоксикации и рассасыванию инфильтратов в легких. Эти сдвиги были выражены у больных инфильтративным (ИС 0,99) и диссеминированным туберкулезом легких (ИС 0,97).
У больных 2-й группы снижение ПНСТ, ПНмин и повышение ИС установлено в более поздние сроки. Так, если у больных 1 -й группы ПНСТ в конденсате выдыхаемого воздуха и ПНмин - в лаважной жидкости достоверно снизились (Р<0,05), а ИС повысился (у больных инфильтративным туберкулезом через 1 мес, диссеминированным - через 2 мес), то у обследованных 2-й группы снижение ПНСТ, ПНмин и повышение ИС констатировано через 2 мес после лечения инфильтративного туберкулеза и через 3 мес - диссеминированного. У больных туберкулемой, кавернозным и фиброзно-кавернозном туберкулезом легких также отмечено снижение ПНСТ, ПНмин и повышение ИС, но статистически они были не достоверными (Р<0,05).
Для исследования брали кусочки резецированной ткани легкого из зоны, расположенной перифокально к очагу поражения (1 -1,5 см от капсулы туберкулемы или стенки каверны), а также кусочки неизмененной ткани легкого из участков, наиболее отдаленных от очага поражения (по границе резекции). Ткань гомогенизировали, готовили экстракты на изотоническом растворе натрия хлорида и наливали в кювету весов Вильгельми-Ленгмюра. Жидкость отстаивали в течение 20 мин для образования монослоя, после чего измеряли ПНМакс и ПНМин.
Анализ данных показал, что у больных обеих групп в зоне пневмосклероза поверхностно-активные свойства сурфактантов легких были резко снижены. Однако применение в предоперационный период противотуберкулезных препаратов, бронхолитических и патогенетических средств несколько повышает поверхностную активность сурфактантов, хотя и не достоверно (Р<0,05). При микроскопическом изучении в этих зонах обнаружены участки дистелектаза, а иногда и ателектаза, кровоизлияния. Такие низкие величины ИС свидетельствуют о резком угнетении поверхностной активности сурфактантов легких. При исследовании резецированных участков легких, удаленных от очага воспаления, установлено, что поверхностно-актив-ные свойства сурфактантов легких менее угнетены. Об этом свидетельствуют более низкие показатели ПИМин и увеличение ИС по сравнению с зоной пневмосклероза. Однако и в отдаленных от туберкулем и каверн участках легочной ткани показатели активности сурфактанта значительно ниже, чем у здоровых лиц. У тех больных, которым в предоперационный период применяли аэрозольтерапию, показатели ПНСТ. ПНмин были ниже, а ИС - выше, чем у больных, леченных без ингаляций аэрозолей. При световой микроскопии участков легких у больных с низким ПНмин и высоким ИС отмечено, что легочная ткань была нормальной, а в отдельных случаях - даже повышенной воздушности.
Липидный состав лаважной жидкости и конденсата выдыхаемого воздуха у больных туберкулезом легких, определенный с помощью хроматографа показал, что фосфолипиды обнаружены как в лаважной жидкости, так и в конденсате выдыхаемого воздуха. Пальмитиновая кислота (C16:0) составила 31,76 % в лаважной жидкости и 29,84 % в конденсате выдыхаемого воздуха, что подтверждает наличие сурфактантов в конденсате выдыхаемого воздуха.
На основании исследования сурфактантов легких с использованием физико-химических, биохимических, морфологических и электронномикроскопических методов и сопоставления полученных результатов с клиническими данными установлено, что при туберкулезе легких поверхностная активность сурфактантов легких угнетена как вблизи очагов поражения (зона пневмосклероза), так и в отдаленных неизмененных участках резецированного легкого.
После лечения больных стрептомицином в аэрогематическом барьере легкого, а также на участках, отдаленных от очага повреждения, выявлены элементы структурной организации, затрудняющие диффузию газов. Их появление обусловлено увеличением количества коллагеновых и эластических волокон, отложением белково-жировых включений, увеличением плотности базальных мембран. На некоторых срезах обнаружена десквамация эпителиоцитов в просвет альвеол. Обширные участки альвеол, окаймленные уплотненными и утолщенными базальными мембранами без эпителиальной выстилки, отмечены только у больных кавернозным туберкулезом, у больных туберкулемой подобных явлений не выявлено. К. К. Зайцева и соавторы (1985) расценивают подобную десквамацию как результат изнашивания альвеолярной стенки при экстремальных внешних условиях. Заметим, что данный феномен выражен при кавернозном туберкулезе.
В результате лечения изониазидом у больных отмечено улучшение структурной организации составных компонентов сурфактантной системы. В альвеолоцитах 2-го типа мы наблюдали гиперплазию клеточных компонентов, в частности, пластинчатого комплекса, шероховатой эндоплазматической сети Это свидетельствует об усилении биосинтетических процессов, характерных для компенсаторно-приспособительных реакций. Благодаря возросшему количеству лизосомоподобных образований активизирована аутолитическая функция клетки. В свою очередь это способствует удалению измененных пластинчатых телец и отечных участков цитоплазмы. В просветах альвеол выявлены скопления макрофагов, поглощающих клеточный детрит и избыточное количество пластинчатых телец.
Наши исследования показали, что ультраструктурная организация аэрогематического барьера и сурфактантной системы больных кавернозным туберкулезом лучше сохранена при лечении изониазидом. Эти данные согласуются с результатами определения поверхностной активности сурфактанта в резецированных участках легких.
Согласно нашим наблюдениям, изучение состояния поверхностной активности сурфактантов легких в резецированных участках легких имеет клиническое значение в оценке течения послеоперационного периода у больных туберкулезом. При высоком уровне ПНмин и низком значении ИС послеоперационные осложнения в виде гиповентиляции, длительного нерасправления, стойкого ателектаза оставшихся после операции частей легкого встречаются у 36 % больных. При нормальной поверхностной активности сурфактантов легких подобные осложнения встречались у 11 % больных.
Анализ состояния поверхностной активности сурфактантов в конденсате выдыхаемого воздуха, лаважной жидкости и в препаратах легких, резецированных по поводу туберкулеза, отдаленных от очагов поражения, имеет большое значение в прогнозе послеоперационного периода и профилактике легочных осложнений.
Результаты исследования симметричных участков в противоположном непораженном легком (секционный материал) показали, что сурфактанты характеризуются достоверно сниженной поверхностной активностью, хотя по рентгенологическим данным воздушность легочной паренхимы в этих зонах остается в пределах нормы. Эти данные свидетельствуют о существенном снижении поверхностной активности сурфактантов в очаге специфического туберкулезного процесса и общем угнетающем действии туберкулезной интоксикации на сурфактантную систему легких, что требует соответствующих терапевтических мер, направленных на активацию синтеза фосфолипидов.
При уменьшении сурфактантов у больных в послеоперационный период возникали часто суб- и ателектазы, гиповентиляция.
Установлено, что туберкулезный процесс в активной фазе подавляет деятельность альвеолоцитов 2-го типа, ингибирует продукцию фосфолипидов. и вместе с тем уменьшает поверхностную активность сурфактантов легких. Это может быть одной из причин развития ателектаза, сопровождающего туберкулезное поражение, и усугубления нарушения механики дыхания.
Таким образом, при назначении химиопрепаратов в ультразвуковых ингаляциях больным с заболеваниями органов дыхания следует учитывать их побочное действие на сурфактантную систему легких. Поэтому ингаляции аэрозолей антибиотиков, в частности стрептомицина, следует проводить непрерывно не более 1 мес, а изониазида - не более 2 мес. Аэрозольтерапию при необходимости длительного применения следует проводить отдельными курсами, делая перерыв на 2-3 нед между ними с целью создания временного покоя слизистой оболочке дыхательных путей и восстановления клеточных компонентов воздушно-кровяного барьера легкого.
Сурфактант – особое вещество, покрывающее альвеолы и предотвращающее их спадение. Химический состав сурфактанта представлен комбинацией фосфолипидов и белков. Дефицит сурфактанта у новорожденных связан с незрелостью мелких альвеолярных путей. Из-за малого количества этого вещества уменьшается поверхностное натяжение в альвеолах, и, как результат, возникает ателектаз и респираторный дистресс-синдром.
Еще одна роль сурфактанта в организме связана с его антибактериальными способностями. Стимулируя работу альвеолярных макрофагов, это вещество способствует более активной функции мукоцилиарной системы.
Сурфактант выделяется особыми клетками – альвеоцитами 2го типа. На внутренней поверхности альвеолы сурфактант выглядит как пленка, состоящая из гипофазы с мембранными образованиями и фосфолипидов. Каждый час секретируется примерно 10% пула этого вещества.
Сурфактант обладает поверхностно-активными качествами. Он начинает вырабатываться еще на 3-4 неделе внутриутробной жизни и является показателем развития легких.
Дефицит сурфактанта считается причиной поражения альвеолярного дерева и образования в легочной ткани очагов ателектаза. Происходит нарушение газообмена, и, как следствие, гипоксия. Гипоксия в свою очередь приводит к повреждению легочных сосудов, через которые начинается поступление богатой белком жидкости в просвет альвеол. Нарушается оксигенация крови. Из-за недостаточного количества сурфактанта у 10% новорожденных возникает респираторный дистресс-синдром.
Симптомы дефицита сурфактанта:
Первым признаком недостаточного количества сурфактанта в легких новорожденного – это учащенное дыхание (более 60 в минуту). Такое состояние называется тахипноэ , оно может повлечь за собой остановку дыхания (апноэ ) и увеличение частоты сердечных сокращений свыше 160 в минуту. Визуально определяется втяжение межреберных промежутков, раздувание крыльев носа, цианоз (посинение покровов).
Важно выявить причины, из-за которой возникает такое нарушение. В этом вопросе не обойтись без тщательного сбора анамнеза беременности и родов. Присутствие у матери во время беременности таких заболеваний, как болезни сердца, болезни почек, эклампсия, сахарный диабет, повышают риск внутриутробной гипоксии, и, следовательно, риск респираторного дистресс-синдрома у младенцев. Неконтролируемый сахарный диабет провоцирует дефицит сурфактанта не только у недоношенных детей, но и у детей, рожденных в срок. Инфекционные заболевания матери в период вынашивания плода, инфекции мочевыводящих и половых путей могут также вызвать дефицит сурфактанта и, следовательно, появление симптомов нарушения дыхания. Длительные роды (включая более 18 часов безводного периода) увеличивает риск заболевания, и вызывают сходные симптомы.
Обследование новорожденного:
Для оценки тяжести состояния у детей с респираторным дистресс-синдромом используется измерение концентрации газов (углекислого газа и кислорода) в крови. При недостаточном количестве сурфактанта возникает повышенное напряжение углекислого газа в крови (гиперкапния), и одновременно – снижение кислорода (гипоксия). Вместе с тем, маленькому пациенту назначают общий анализ крови, анализ на уровень глюкозы в крови, исследуют электролитный баланс, определяют концентрацию мочевины. Важную роль играет рентгенография органов грудной клетки, которая помогает выявить причину и проводить мониторинг состояния дыхательных путей.
По показаниям могут использоваться и другие диагностические методы: ультразвуковое обследование головного мозга, эхокардиография, бронхоскопия.
Лечение дефицита сурфактанта:
Первым шагом в лечении респираторного дистресс-синдрома является поддержание функции дыхательной и сердечно-сосудистой деятельности. Новорожденному необходимо обеспечить адекватные условия окружающей среды, в частности температуру воздуха.
Выбор метода респираторной поддержки новорожденных напрямую зависит от тяжести симптомов и причин заболевания. Есть методы инвазивного и неинвазивного характера. Простейшим методом является кислородная терапия, при которой кислород подается через специальную аппаратуру и респираторы. Благодаря этому в дыхательных путях создается положительное давление, а кровь насыщается кислородом. Таким образом можно предотвратить коллапс легких.
В случае тяжелой дыхательной недостаточности используется механическая вентиляция с помощью аппарата ИВЛ. Перед началом проведения ИВЛ зачастую ребенку дают препарат сурфактанта (через трахею).
Препараты сурфактанта:
В качестве «заменителя» при дефиците могут использоваться сурфактант, полученный от животных (свинья, корова), человека или синтезированный искусственно. Сурфактант природного происхождения имеет очень сходное между собой химическое строение, поэтому все виды с успехом используются для лечения сурфактантовой недостаточности.
Сурфактант вводят новорожденному в условиях отделения реанимации, и сейчас уже есть препараты сурфактанта российского производства.
Сурфактант-ВL. Источник получения препарата – легкое быка. Препарат вводится в 1-е сутки. Применение – микроструйное капельное, аэрозольное. Дозировка – 75 мг/кг. Предварительно препарат растворяется в 2,5 мл физиологического раствора.
Альвеофакт. Источник получения препарата – смывы легкого быка. Препарат рекомендован для введения в первые пять часов жизни ребенка. Дозировка составляет 45 мг/кг. Можно вводить от 1 до 4 доз.
Сукрим. Источник получения препарата – легкое быка. Сукрим вводится интратрахеально, а также ингаляционно. Дозировка составляет от 100 до 200 мг/кг.
Куросурф. Источник получения препарата – легкое свиньи. Куросурф вводится интратрахеально. Дозировка препарата – 100-200 мг/кг. Через 12 часов можно ввести повторную дозу.
Экзосурф. Источник получения препарата – синтетический. Вводится через трахею, по 5 мл с интервалом через 12 часов.
ALEC (artifical Lung expanding compound). Препарат ALEC также является синтетическим препаратом сурфактанта. Вводится через трахею, по 4-5 мл.
Сурфаксин. Препарат получен искусственным путем. Сурфаксин используется посредством эндотрахеальной трубки, в качестве раствора для промывания легких.
4. Изменение объема легких во время вдоха и выдоха. Функция внутриплеврального давления. Плевральное пространство. Пневмоторакс.
5. Фазы дыхания. Объем легкого (легких). Частота дыхания. Глубина дыхания. Легочные объемы воздуха. Дыхательный объем. Резервный, остаточный объем. Емкость легких.
6. Факторы, влияющие на легочный объем в фазу вдоха. Растяжимость легких (легочной ткани). Гистерезис.
8. Сопротивление дыхательных путей. Сопротивление легких. Воздушный поток. Ламинарный поток. Турбулентный поток.
9. Зависимость «поток-объем» в легких. Давление в дыхательных путях при выдохе.
10. Работа дыхательных мышц в течение дыхательного цикла. Работа дыхательных мышц при глубоком дыхании.
Тонкий слой жидкости покрывает поверхность альвеол легких . 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 легких, 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 легких на границе фаз воздух-жидкость, благодаря которому легкие становятся легко растяжимыми.
Рис. 10.7. 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. 10.7). В легких 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 объема 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 ее глубины. Сурфактант легких влияет на поверхностное натяжение слоя жидкости в альвеолах в зависимости не только от ее площади, но и от направления, в котором происходит изменение площади поверхностного слоя жидкости в альвеолах. Этот эффект сурфактанта называется гистерезисом (рис. 10.8).
Физиологический смысл эффекта заключается в следующем. При вдохе по мере увеличения объема легких 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 легких не происходит спадения, т. е. коллапса альвеол.
Рис. 10.8. Эффект поверхностного натяжения слоя жидкости на изменение объема легких
в зависимости от внутриплеврального давления при раздувании легких солевым раствором и воздухом. Когда объем легких увеличивается за счет их наполнения солевым раствором, то в них отсутствуют поверхностное натяжение и феномен гистерезиса. Относительно интактных легких - площадь петли гистерезиса свидетельствует об увеличении поверхностного натяжения слоя жидкости в альвеолах при вдохе и снижении этой величины при выдохе.
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 легких, 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 легкого 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 легких при первом вдохе новорожденного.
Молекулы воды на поверхности водной среды , граничащей с воздухом, имеют между собой особо прочную связь. В результате такая поверхность воды всегда стремится к сокращению. Именно это явление формирует дождевые капли: в них образуется плотная стягивающая мембрана из молекул воды по всей поверхности дождевой капли. Посмотрим на эту закономерность с обратной стороны и постараемся понять, что происходит на внутренних поверхностях альвеол. Здесь поверхность жидкости также стремится к сокращению.
Появляется стремление к выжиманию воздуха из альвеол к бронхам, в результате альвеолы начинают спадаться, и в легких образуется эластическая сила сокращения, которую называют эластической силой поверхностного натяжения.
Сурфактант - это поверхностно активное вещество, которое значительно уменьшает поверхностное натяжение воды. Оно секретируется специальными сурфактант-секретирующими эпителиальными клетками, которые составляют около 10% площади поверхности альвеол. Эти клетки называют альвеолярными эпителиальными клетками второго типа. Они являются гранулярными, т.к. содержат липидные включения, которые в составе сурфактанта секретируются в альвеолы.
Сурфактант
представляет собой сложную смесь из нескольких фосфолипидов, белков и ионов. Наиболее важными его составляющими являются фосфолипид дипальмитоилфосфатидилхолин, апопротеины сурфактанта и ионы кальция. Именно дипальмитоилфосфатидилхолин наряду с некоторыми менее важными фосфолипидами вызывает снижение поверхностного натяжения. При этом в жидкостной мембране на поверхности альвеол растворяется только часть его молекулы, а остальная часть расплывается на поверхности жидкостного слоя в альвеоле.
Поверхностное натяжение
такой поверхности составляет только от 1/12 до 1/2 по сравнению с таковым чистой воды.
Количественные соотношения поверхностного натяжения для разных жидкостей выглядят примерно так: чистая вода - 72 дин/см, нормальная альвеолярная жидкость без сурфактанта - 50 дин/см, нормальная альвеолярная жидкость, содержащая нормальное количество сурфактанта, - от 5 до 30 дин/см.
Давление в закрытых альвеолах , вызванное поверхностным натяжением. Когда воздухоносные пути, ведущие от легочных альвеол, закрыты, поверхностное натяжение в альвеолах обусловливает спадение альвеол. Вследствие этого в альвеолах развивается положительное давление, действие которого направлено на выталкивание воздуха. Величину развивающегося таким путем давления в альвеоле можно вычислить по формуле: Давление = 2 х Поверхностное натяжение / Радиус альвеолы.
Для альвеолы среднего размера, имеющей радиус около 100 мкм и выстланной нормальным сурфактантом, давление равно около 4 см вод. ст. Если альвеола была бы выстлана слоем чистой воды без сурфактанта, расчетное давление составляло бы около 18 см вод. ст., т.е. в 4,5 раз больше. Отсюда видно, насколько важным является сурфактант для снижения поверхностного натяжения в альвеолах и, следовательно, для снижения усилия, которое потребуется от дыхательных мышц для растяжения легких.
Влияние радиуса альвеолы на вызванное поверхностным натяжением давление. Из приведенной формулы следует, что давление, возникающее в альвеоле вследствие поверхностного натяжения, обратно пропорционально величине радиуса альвеолы, т.е. чем меньше альвеола, тем больше вызванное поверхностным натяжением давление. Таким образом, если радиус альвеолы окажется в 2 раза меньше нормального (50 мкм вместо 100), давление увеличивается в 2 раза.
Особое значение это имеет для недоношенных новорожденных , у многих из которых размеры радиуса альвеол составляют менее 1/4 таковых у взрослых. Обычно секреция сурфактанта в альвеолах начинается на 6-7 мес внутриутробного развития, в некоторых случаях даже позднее этого срока, поэтому у многих недоношенных детей в момент рождения в альвеолах еще нет сурфактанта или его очень мало, в результате их легкие имеют высокую тенденцию к спадению (иногда в 6-8 раз больше, чем у нормального взрослого). Такое состояние называют синдромом респираторного дистресса новорожденных. Без применения интенсивной терапии (продолжительного искусственного дыхания под положительным давлением) такое состояние приводит к смерти.
