Tensioactivo pulmonar - Pulmonary surfactant

Los alvéolos son los afloramientos esféricos de los bronquiolos respiratorios.

El tensioactivo pulmonar es un complejo tensioactivo de fosfolípidos y proteínas formado por células alveolares de tipo II . Las proteínas y los lípidos que componen el tensioactivo tienen regiones tanto hidrófilas como hidrófobas . Al adsorberse en la interfaz aire-agua de los alvéolos , con los grupos de cabeza hidrófilos en el agua y las colas hidrófobas mirando hacia el aire, el principal componente lipídico del tensioactivo, la dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), reduce la tensión superficial .

Como medicamento, el surfactante pulmonar está en la Lista Modelo de Medicamentos Esenciales de la OMS , los medicamentos más importantes necesarios en un sistema de salud básico .

Función

• Para aumentar la distensibilidad pulmonar .
• Para prevenir atelectasias (colapso de los alvéolos o aurículas) al final de la espiración.
• Facilitar el reclutamiento de vías respiratorias colapsadas.

Los alvéolos se pueden comparar con el gas en el agua, ya que los alvéolos están húmedos y rodean un espacio de aire central. La tensión superficial actúa en la interfaz aire-agua y tiende a hacer que la burbuja sea más pequeña (al disminuir el área superficial de la interfaz). La presión del gas ( P ) necesaria para mantener un equilibrio entre la fuerza de colapso de la tensión superficial ( γ ) y la fuerza de expansión del gas en un alvéolo de radio r se expresa mediante la ecuación de Young-Laplace :

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

Cumplimiento

El cumplimiento es la capacidad de expansión de los pulmones y el tórax . La distensibilidad pulmonar se define como el cambio de volumen por unidad de cambio de presión en el pulmón. Las mediciones del volumen pulmonar obtenidas durante el inflado / desinflado controlado de un pulmón normal muestran que los volúmenes obtenidos durante el desinflado superan a los del inflado, a una presión determinada. Esta diferencia en los volúmenes de inflado y desinflado a una presión determinada se denomina histéresis y se debe a la tensión superficial aire-agua que se produce al comienzo del inflado. Sin embargo, el surfactante disminuye la tensión superficial alveolar , como se observa en los casos de bebés prematuros que padecen el síndrome de dificultad respiratoria infantil . La tensión superficial normal para el agua es de 70 dyn / cm (70 mN / m) y en los pulmones es de 25 dyn / cm (25 mN / m); sin embargo, al final de la expiración, las moléculas de fosfolípido tensioactivo comprimidas reducen la tensión superficial a niveles muy bajos, cercanos a cero. El surfactante pulmonar reduce así en gran medida la tensión superficial , aumentando la distensibilidad permitiendo que el pulmón se infle mucho más fácilmente, reduciendo así el trabajo respiratorio. Reduce la diferencia de presión necesaria para permitir que el pulmón se infle. La distensibilidad y la ventilación de los pulmones disminuyen cuando el tejido pulmonar se enferma y fibrótico .

Regulación del tamaño alveolar

A medida que los alvéolos aumentan de tamaño, el surfactante se esparce más sobre la superficie del líquido. Esto aumenta la tensión superficial ralentizando efectivamente la tasa de expansión de los alvéolos. Esto también ayuda a que todos los alvéolos de los pulmones se expandan al mismo ritmo, ya que uno que se expande más rápidamente experimentará un gran aumento en la tensión superficial que ralentizará su ritmo de expansión. También significa que la tasa de contracción es más regular, ya que si uno reduce de tamaño más rápidamente, la tensión superficial se reducirá más, por lo que otros alvéolos pueden contraerse más fácilmente que ellos. El tensioactivo reduce la tensión superficial más fácilmente cuando los alvéolos son más pequeños porque el tensioactivo está más concentrado.

Prevención de la acumulación de líquidos y mantenimiento de la sequedad de las vías respiratorias.

La tensión superficial extrae líquido de los capilares a los espacios alveolares. El surfactante reduce la acumulación de líquido y mantiene las vías respiratorias secas al reducir la tensión superficial.

Inmunidad innata

La función inmune de los surfactantes se atribuye principalmente a dos proteínas: SP-A y SP-D . Estas proteínas pueden unirse a azúcares en la superficie de los patógenos y, por lo tanto, opsonizarlos para que los fagocitos los absorban. También regula las respuestas inflamatorias e interactúa con la respuesta inmune adaptativa. La degradación o inactivación del surfactante puede contribuir a una mayor susceptibilidad a la inflamación e infección pulmonar.

Composición

• ~ 40% de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC);
• ~ 40% de otros fosfolípidos (PC);
• ~ 10% de proteínas tensioactivas ( SP-A , SP-B , SP-C y SP-D );
• ~ 10% de lípidos neutros ( colesterol );
• Rastros de otras sustancias .

Lípidos

DPPC

La dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) es un fosfolípido con dos cadenas saturadas de 16 carbonos y un grupo fosfato con un grupo amina cuaternario unido. El DPPC es la molécula de tensioactivo más fuerte de la mezcla de tensioactivos pulmonares. También tiene una mayor capacidad de compactación que los otros fosfolípidos, debido a que la cola apolar está menos doblada. Sin embargo, sin las otras sustancias de la mezcla de tensioactivos pulmonares, la cinética de adsorción del DPPC es muy lenta. Esto sucede principalmente porque la temperatura de transición de fase entre el gel y el cristal líquido de DPPC puro es de 41,5 ° C, que es más alta que la temperatura del cuerpo humano de 37 ° C.

Otros fosfolípidos

Las moléculas de fosfatidilcolina forman ~ 85% del lípido en el tensioactivo y tienen cadenas de acilo saturadas. El fosfatidilglicerol (PG) forma aproximadamente el 11% de los lípidos en el tensioactivo, tiene cadenas de ácidos grasos insaturados que fluidizan la monocapa de lípidos en la interfase. También están presentes lípidos neutros y colesterol. Los componentes de estos lípidos se difunden desde la sangre hacia las células alveolares de tipo II, donde se ensamblan y empaquetan para su secreción en orgánulos secretores llamados cuerpos lamelares .

Proteínas

Las proteínas constituyen el 10% restante del tensioactivo. La mitad de este 10% son proteínas plasmáticas, pero el resto está formado por las apolipoproteínas , proteínas tensioactivas SP-A, SP-B, SP-C y SP-D. Las apolipoproteínas son producidas por la vía secretora en las células de tipo II. Sufren muchas modificaciones postraduccionales y terminan en los cuerpos lamelares. Estos son anillos concéntricos de lípidos y proteínas, de aproximadamente 1 µm de diámetro.

• SP-A y SP-D son colectivos . Confieren inmunidad innata ya que tienen dominios de reconocimiento de carbohidratos que les permiten recubrir bacterias y virus que promueven la fagocitosis por macrófagos. También se cree que SP-A está involucrado en un mecanismo de retroalimentación negativa para controlar la producción de surfactante.
• SP-B y SP-C son proteínas de membrana hidrófobas que aumentan la velocidad a la que el surfactante se esparce sobre la superficie. SP-B y SP-C son necesarios para la función biofísica adecuada del pulmón. Los seres humanos y los animales nacidos con una ausencia congénita de la familia de las saposinas SP-B sufren insuficiencia respiratoria intratable, mientras que los que nacen sin SP-C tienden a desarrollar neumonitis intersticial progresiva.

Las proteínas SP reducen la temperatura crítica de la transición de fase de DPPC a un valor inferior a 37 ° C, lo que mejora su adsorción y la velocidad de propagación de la interfaz. La compresión de la interfaz provoca un cambio de fase de las moléculas de tensioactivo a gel líquido o incluso gel sólido. La rápida velocidad de adsorción es necesaria para mantener la integridad de la región de intercambio de gases de los pulmones.

Cada proteína SP tiene funciones distintas, que actúan sinérgicamente para mantener una interfaz rica en DPPC durante la expansión y contracción de los pulmones. Los cambios en la composición de la mezcla de tensioactivos alteran las condiciones de presión y temperatura para los cambios de fase y también la forma del cristal de los fosfolípidos. Solo la fase líquida puede extenderse libremente sobre la superficie para formar una monocapa. Sin embargo, se ha observado que si una región pulmonar se expande abruptamente, los cristales flotantes se agrietan como " icebergs ". Luego, las proteínas SP atraen selectivamente más DPPC a la interfaz que otros fosfolípidos o colesterol, cuyas propiedades tensioactivas son peores que las DPPC. El SP también sujeta el DPPC en la interfaz para evitar que el DPPC se exprima cuando el área de la superficie disminuye. Esto también reduce la compresibilidad de la interfaz.

Tensioactivos artificiales

Survanta , rodeado de dispositivos para su aplicación.

Hay varios tipos de tensioactivos pulmonares disponibles.

Tensioactivos pulmonares sintéticos

1. Palmitato de colfosceril (Exosurf): una mezcla de DPPC con hexadecanol y tiloxapol añadidos como agentes esparcidores
2. Pumactant (compuesto expansor de pulmón artificial o ALEC): una mezcla de DPPC y PG
3. KL-4 : compuesto de DPPC, palmitoil-oleoilfosfatidilglicerol y ácido palmítico, combinado con un péptido sintético de 21 aminoácidos que imita las características estructurales de SP-B.
4. Venticute - DPPC, PG, ácido palmítico y SP-C recombinante
5. Lucinactante : DPPC , POPG y ácido palmítico .

Tensioactivos de origen animal

1. Beractant
   1. (Alveofact) - extraído de líquido de lavado de pulmón de vaca
   2. (Survanta) - extraído de pulmón de vaca picado con DPPC adicional, ácido palmítico y tripalmitina
   3. (Beraksurf) -extraído de pulmón de ternero picado con DPPC, ácido palmítico y tripalmitina adicionales
2. Calfactant (Infasurf): extraído del líquido de lavado pulmonar de la pantorrilla
3. Poractant alfa (Curosurf): extraído de material derivado de pulmón de cerdo picado

Magnitud de la tensión superficial dentro del pulmón

Aunque la tensión superficial puede reducirse en gran medida con el tensioactivo pulmonar, este efecto dependerá de la concentración del tensioactivo en la interfaz. La concentración de la interfaz tiene un límite de saturación, que depende de la temperatura y la composición de la mezcla. Debido a que durante la ventilación hay una variación del área de la superficie pulmonar, la concentración de la interfase del surfactante no suele estar al nivel de saturación. La superficie aumenta durante la inspiración, lo que en consecuencia abre espacio para que se recluten nuevas moléculas de tensioactivo en la interfaz. Mientras tanto, durante la expiración, el área superficial disminuye a una velocidad que siempre supera la velocidad a la que las moléculas de tensioactivo son impulsadas desde la interfaz hacia la película de agua. Por tanto, la densidad del tensioactivo en la interfase aire-agua permanece alta y se conserva relativamente durante la expiración, disminuyendo aún más la tensión superficial. Esto también explica por qué la distensibilidad es mayor durante la espiración que durante la inspiración.

Las moléculas SP contribuyen a aumentar la cinética de adsorción de la interfaz del tensioactivo, cuando la concentración está por debajo del nivel de saturación . También forman enlaces débiles con las moléculas de tensioactivo en la interfaz y las mantienen allí por más tiempo cuando se comprime la interfaz. Por lo tanto, durante la ventilación, la tensión superficial suele ser menor que en el equilibrio. Por lo tanto, la tensión superficial varía según el volumen de aire en los pulmones, lo que los protege de atelectasias en volúmenes bajos y daño tisular en niveles de volumen altos.

Producción y degradación

La producción de surfactante en humanos comienza en las células de tipo II durante la etapa del saco alveolar del desarrollo pulmonar. Los cuerpos lamelares aparecen en el citoplasma alrededor de las 20 semanas de gestación. Estos cuerpos lamelares se secretan por exocitosis en el líquido del revestimiento alveolar , donde el surfactante forma una red de mielina tubular Se estima que los bebés a término tienen una reserva de almacenamiento alveolar de aproximadamente 100 mg / kg de surfactante, mientras que los bebés prematuros tienen un estimado de 4– 5 mg / kg al nacer.

Las células del club también producen un componente de surfactante pulmonar.

El surfactante alveolar tiene una vida media de 5 a 10 horas una vez secretado. Puede ser degradado por macrófagos y / o reabsorbido en las estructuras laminares de los neumocitos tipo II. Hasta el 90% del tensioactivo DPPC (dipalmitoilfosfatidilcolina) se recicla del espacio alveolar de nuevo al neumocito de tipo II. Este proceso se cree que se produce a través de SP-A estimular mediada por receptor, clathrin dependientes de endocitosis . El otro 10% lo absorben los macrófagos alveolares y se digieren.

Enfermedades

• El síndrome de dificultad respiratoria infantil (IRDS) es causado por la falta de surfactante, que comúnmente padecen los bebés prematuros nacidos antes de las 28-32 semanas de gestación.
• Deficiencia congénita de surfactante
• Proteinosis alveolar pulmonar
• Disfunción del metabolismo de los surfactantes

Historia

A finales de la década de 1920, von Neergaard identificó la función del surfactante pulmonar para aumentar la distensibilidad de los pulmones al reducir la tensión superficial. Sin embargo, la comunidad científica y médica no comprendía la importancia de su descubrimiento en ese momento. También se dio cuenta de la importancia de tener una tensión superficial baja en los pulmones de los recién nacidos. Más tarde, a mediados de la década de 1950, Pattle y Clements redescubrieron la importancia del surfactante y la baja tensión superficial en los pulmones. A fines de esa década se descubrió que la falta de surfactante causaba el síndrome de dificultad respiratoria infantil (IRDS).

Referencias

enlaces externos