폐계면활성제

Pulmonary surfactant
폐포는 호흡 기관지의 구형 돌출부이다.

폐계면활성제는 II형 폐포세포에 [1]의해 형성된 인지질과 단백질의 표면활성복합체이다.계면활성제를 구성하는 단백질과 지질은 친수성과 소수성 영역을 모두 가지고 있다.계면활성제인 디팔미토일포스파티딜콜린(DPPC)의 주요 지질성분인 수중의 친수성 헤드그룹과 소수성 꼬리를 공기 쪽으로 향하게 하여 폐포의 공기-수면에 흡착함으로써 표면장력을 감소시킨다.

의약품으로서 폐계면활성제는 WHO의 필수 의약품 모델 목록에 있으며, 이는 기초 건강 [2]시스템에 필요한 가장 중요한 의약품입니다.

기능.

  • 폐 적합도를 높이기 위해.
  • 호기 말기 무기폐증(폐포 또는 심방 수축)을 예방합니다.
  • 무너진 기도의 신병을 용이하게 하기 위해서.

폐포는 물에 있는 가스에 비유될 수 있는데, 폐포가 축축하고 중앙 공기 공간을 둘러싸고 있기 때문입니다.표면 장력은 공기-수면에서 작용하며 (계면의 표면적을 줄임으로써) 기포를 작게 만드는 경향이 있습니다.표면장력 붕괴력(θ)과 반경 r의 폐포에서 가스의 팽창력 사이의 균형을 유지하는 데 필요한 가스 압력(P)은 영-라플라스 방정식으로 표현된다.

준수

순응성은 폐와 흉부가 확장되는 능력이다.폐 컴플라이언스는 폐 전체의 압력 변화 단위당 볼륨 변화로 정의됩니다.정상 폐의 팽창/디플레이션 제어 중에 얻은 폐 부피의 측정 결과, 디플레이션 중에 얻은 부피가 일정한 압력에서 팽창 중 부피를 초과하는 것으로 나타났다.일정한 압력에서 팽창량과 감압량의 차이는 히스테리시스라고 불리며 팽창이 시작될 때 발생하는 공기-수면 장력 때문이다.그러나 계면활성제는 유아 호흡곤란증후군을 가진 미숙아의 경우에서 볼 수 있듯이 치조 표면 장력을 감소시킨다.물의 정상적인 표면 장력은 70dyn/cm(70mN/m)이고 폐의 표면 장력은 25dyn/cm(25mN/m)이다. 그러나 기한이 끝날 때 압축 계면활성제 인지질 분자는 표면 장력을 0에 가까운 매우 낮은 수준으로 감소시킨다.따라서 폐 계면활성제는 표면 장력을 크게 감소시켜 준수를 증가시켜 폐가 훨씬 더 쉽게 팽창할 수 있도록 하여 호흡하는 작업을 감소시킵니다.폐가 팽창하는 데 필요한 압력 차이를 줄여줍니다.폐조직이 병들어 [3]섬유화되면 폐의 순응성과 통풍이 감소한다.

치경 크기 조절

폐포의 크기가 커짐에 따라 계면활성제는 액체 표면에 더 넓게 퍼집니다.이로 인해 표면 장력이 증가하여 폐포의 팽창 속도가 효과적으로 느려집니다.이것은 또한 폐에 있는 모든 폐포가 같은 속도로 팽창하는 것을 돕는데, 더 빨리 팽창하는 폐포는 표면 장력이 크게 상승하여 팽창 속도가 느려지기 때문입니다.이것은 또한 크기가 더 빨리 줄어들면 표면 장력이 더 줄어들기 때문에 다른 폐포들이 더 쉽게 수축할 수 있다는 것을 의미한다.계면활성제는 계면활성제가 더 농축되어 있기 때문에 폐포가 작을수록 표면장력을 더 쉽게 감소시킨다.

기도의 수분 축적 방지 및 건조 유지

표면 장력은 모세혈관에서 폐포 공간으로 유체를 끌어당긴다.계면활성제는 표면 [4]장력을 감소시켜 유체 축적을 줄이고 기도의 건조를 유지시켜 줍니다.

선천성 면역

계면활성제 면역 기능은 주로 SP-A와 SP-D의 두 가지 단백질에 기인한다.이러한 단백질은 병원체의 표면에 있는 당에 결합할 수 있고, 따라서 식세포에 흡수되도록 옵소닌화시킬 수 있다.그것은 또한 염증 반응을 조절하고 적응 면역 반응과 상호작용합니다.계면활성제 분해 또는 비활성화는 폐 염증 및 [5]감염에 대한 민감도를 높이는 데 기여할 수 있습니다.

구성.

지질

DPPC

디팔미토일포스파티딜콜린(DPPC)은 2개의 16개의 탄소포화사슬과 4급 아민기가 부착된 인산기를 가진 인지질이다.DPPC는 폐계면활성제 혼합물에서 가장 강한 계면활성제 분자이다.또한 근극 꼬리가 덜 휘기 때문에 다른 인지질보다 압축 능력이 높습니다.그러나 폐계면활성제 혼합물의 다른 물질이 없다면 DPPC의 흡착속도론은 매우 느리다.이는 주로 순수 DPPC의 겔에서 액정으로의 상전이 온도가 41.5°C로 인체 온도인 37°[7]C보다 높기 때문이다.

기타 인지질

포스파티딜콜린 분자는 계면활성제에서 지질 중 최대 85%를 형성하고 포화 아실 사슬을 가지고 있습니다.포스파티딜글리세롤(PG)은 계면활성제 중 지질 중 약 11%를 형성하며, 계면에서 지질 단분자층을 유동화하는 불포화지방산 사슬을 가지고 있다.중성지방과 콜레스테롤도 존재한다.이러한 지질에 대한 성분들은 혈액에서 II형 치조 세포로 퍼져나가며, 거기서 그들은 조립되고 분비를 위해 층상체라고 [citation needed]불리는 분비 기관으로 포장됩니다.

단백질

단백질은 계면활성제의 나머지 10%를 차지한다.이 10%의 절반은 혈장 단백질이지만 나머지는 아폴리포단백질, 계면활성제 단백질 SP-A, SP-B, SP-C 및 SP-D에 의해 형성된다.아폴리포단백질은 II형 세포의 분비경로에 의해 생산된다.그것들은 번역 후 많은 수정을 거쳐 층상체로 변합니다.이것은 지름이 약 1 µm인 지질과 단백질의 동심원 고리입니다.

  • SP-A와 SP-D는 콜렉틴입니다.이들은 [8]대식세포에 의해 식세포증을 촉진하는 박테리아와 바이러스를 덮을 수 있는 탄수화물 인식 영역을 가지고 있어 선천적인 면역력을 부여한다.SP-A는 또한 계면활성제 [citation needed]생산을 제어하는 네거티브 피드백 메커니즘에 관여하는 것으로 생각된다.
  • SP-B와 SP-C는 계면활성제가 표면에 퍼지는 속도를 증가시키는 소수성 막 단백질이다.SP-B와 SP-C는 폐의 적절한 생물 물리 기능을 위해 필요합니다.선천적으로 사포신 계열 SP-B가 없는 사람과 동물은 난치성 호흡부전을 경험하는 반면 SP-C가 없는 사람은 진행성 간질성 폐렴이 [9]발병하는 경향이 있다.

SP 단백질은 DPPC의 위상 전이의 임계 온도를 37°[10]C 미만으로 감소시켜 DPPC의 흡착과 계면 확산 [11][12]속도를 향상시킨다.계면의 압축은 계면활성제 분자의 액체-겔 또는 심지어 겔-고체로 상변화를 일으킨다.빠른 흡착 속도는 폐의 가스 교환 영역의 무결성을 유지하기 위해 필요합니다.

각 SP 단백질은 폐의 팽창과 수축 동안 DPPC가 풍부한 계면을 유지하기 위해 상승적으로 작용하는 뚜렷한 기능을 가지고 있습니다.계면활성제 혼합조성의 변화는 상변화에 대한 압력 및 온도조건과 인지질의 결정형상을 변화시킨다.[13]액상만이 표면에 자유롭게 퍼져서 단분층을 형성할 수 있다.그럼에도 불구하고, 폐 부위가 갑자기 팽창하면 부유 결정이 얼음처럼 갈라지는 것이 관찰되었다.다음으로 SP 단백질은 선택적으로 계면활성제 특성이 DPPC보다 나쁜 다른 인지질이나 콜레스테롤보다 더 많은 DPPC를 계면에 끌어들인다.또한 SP는 표면적이 감소했을 때 DPPC가 압출되는 것을 방지하기 위해 인터페이스 상의 DPPC를 고정합니다.이것에 의해,[14] 인터페이스의 압축성도 저하됩니다.

인공계면활성제

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사용 가능한 폐계면활성제에는 여러 종류가 있습니다.표면 장력과 계면 레올로지의 현장 측정은 폐 계면 활성제의 [15]기능을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

합성 폐계면활성제

  1. Colfoseril palmitate (Exosurf) - 확산제로 헥사데카놀과 티록사폴을 첨가한 DPPC 혼합물
  2. DPPC와 PG의 혼합물인 Pumactant(인공폐팽창화합물)
  3. KL-4 - SP-B의 구조적 특성을 모방한 21개의 아미노산 합성펩타이드와 DPPC, 팔미토일-포스파티딜글리세롤 및 팔미틴산으로 구성됨.
  4. Venticute - DPPC, PG, 팔미트산 및 재조합 SP-C
  5. 루시넥탄트 - DPPC, POPG 및 팔미틴산.

동물유래계면활성제

  1. 베락탄트
    1. (경막) - 소의 폐세척액에서 추출
    2. (수르반타) - DPPC, 팔미틴, 트리팔미틴을 첨가한 다진 소의 폐에서 추출한 것
    3. (베라크서프) DPPC, 팔미틴, 트리팔미틴을 첨가한 다진 송아지 폐에서 추출한 것
  2. 캘팩턴트(인파서프) - 종아리 폐 세척액에서 추출
  3. 포락탄트 알파(Curosurf) - 다진 돼지 폐에서 추출한 물질
  4. Ovinactant (Varasurf) - 다진 양의 폐에서 추출한 물질

폐 내부의 표면 장력 크기

폐계면활성제에 의해 표면 장력이 크게 감소할 수 있지만, 이 효과는 계면활성제의 계면 농도에 따라 달라집니다.계면 농도는 온도와 혼합물 조성에 따라 포화 한계가 있습니다.환기 중에는 폐 표면적의 변화가 있기 때문에 계면활성제의 계면 농도는 일반적으로 포화 수준이 아닙니다.흡기 중에 표면이 증가하여 결과적으로 계면활성제 분자가 계면으로 유입될 수 있는 공간이 열립니다.한편, 호기 중에 표면적은 계면활성제 분자가 계면에서 수막으로 구동되는 속도를 항상 초과하는 속도로 감소한다.따라서 공기 수계면의 계면활성제 밀도는 높은 상태로 유지되며 호기 내내 상대적으로 보존되어 표면 장력이 더욱 감소합니다.따라서 흡기 [citation needed]시보다 만료 시 컴플라이언스가 더 큰 이유도 설명됩니다.

SP 분자는 농도가 포화 수준 이하일 때 계면활성제 계면 흡착 동력을 증가시키는 데 기여합니다.또한 계면활성제 분자와 계면이 압축될 때 계면활성제 분자와 약한 결합을 만들고 계면이 압축될 때 계면활성제 분자를 더 오래 유지합니다.따라서 통풍 시 표면 장력은 평형 상태보다 낮다.따라서 폐의 표면 장력은 폐의 공기량에 따라 달라지며, 이는 폐가 낮은 부피의 무기폐와 높은 부피의 [11][13][14]조직 손상으로부터 보호합니다.

표면 장력 값
조건. 장력(mN/m)
25 °C의 물 70
36°C에서 평형 상태의 폐계면활성제 25
TLC 100%의 건강한 폐 30
건강한 폐는 TLC의 40~60% 사이 1~6
건강한 폐는 TLC의 40% 미만 1 미만

생산과 성능 저하

인간의 계면활성제 생산은 폐가 발달하는 치조낭 단계 동안 II형 세포에서 시작된다.층상체는 임신 [16]약 20주가 되면 세포질에 나타난다.이러한 층상체는 표면활성제가 관상[17][18] 미엘린의 그물망을 형성하는 폐포 라이닝 액체로 외부세포에 의해 분비된다. 만기 영아는 약 100mg/kg의 계면활성제를 가지고 있는 반면, 조산아는 [19]약 4-5mg/kg의 치조 저장 풀을 가지고 있는 것으로 추정된다.

클럽 세포는 또한 폐 계면활성제의 [20]성분을 생산한다.

폐포 계면활성제는 한번 분비되면 5~10시간의 반감기를 가진다.대식세포에 의해 분해되거나 타입 II 기핵구의 층상구조로 재흡수될 수 있다.계면활성제 DPPC(디팔미토일포스파티딜콜린)의 최대 90%가 치경공간에서 II형 기핵구로 재활용된다.이 과정은 SP-A 자극 수용체 매개, 클라트린 의존성 엔도사이토시스(endocytosis)[21]를 통해 일어나는 것으로 여겨진다.나머지 10%는 폐포 대식세포에 흡수되어 소화된다.

질병.

역사

1920년대 후반 폰 네르가르트는[22] 폐 계면활성제가 표면장력을 감소시켜 폐의 준수를 증가시키는 기능을 확인했다.그러나 그의 발견의 의의는 당시 과학계와 의학계에 의해 이해되지 않았다.그는 또한 신생아의 폐에 낮은 표면 장력을 갖는 것의 중요성을 깨달았다.나중에, 1950년대 중반, 패틀과 클레멘츠는 폐에서 계면활성제와 낮은 표면장력의 중요성을 재발견했다.그 10년 말에 계면활성제의 부족이 유아 호흡곤란 증후군을 [23][13]일으킨다는 것이 밝혀졌다.

레퍼런스

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외부 링크