Сурфактант

Сурфактант (от англ. surface active agent — поверхностно-активное вещество) — это сложная смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ) биологического происхождения, которая выстилает внутреннюю поверхность альвеол лёгких у млекопитающих, включая человека. Основная функция сурфактанта заключается в снижении поверхностного натяжения в альвеолах, что предотвращает их спадение (ателектаз) на выдохе и обеспечивает стабильность дыхательной системы. Сурфактант синтезируется альвеолоцитами II типа (пневмоцитами) и играет ключевую роль в газообмене, а также участвует в местной иммунной защите лёгких.

Состав и структура

Сурфактант представляет собой многокомпонентную систему, состоящую примерно на 90 % из липидов и на 10 % из белков. Липидная фракция включает фосфолипиды (преимущественно дипальмитоилфосфатидилхолин — ДПФХ, около 40–50 % от общей массы), а также нейтральные липиды (холестерин, триглицериды). ДПФХ является основным компонентом, ответственным за снижение поверхностного натяжения, так как его молекулы плотно упаковываются на границе раздела воздух—жидкость.

Белковая часть сурфактанта представлена четырьмя основными апопротеинами: SP-A, SP-B, SP-C и SP-D. SP-B и SP-C — гидрофобные белки, которые способствуют адсорбции и распределению фосфолипидов на поверхности альвеол. SP-A и SP-D — гидрофильные белки, участвующие в иммунной защите: они связывают патогены (бактерии, вирусы, грибы) и активируют макрофаги, а также регулируют метаболизм сурфактанта.

Структура сурфактанта в альвеолах образует тонкую плёнку (толщиной около 10–20 нм), которая покрывает эпителий альвеол. В норме эта плёнка содержит как монослой фосфолипидов на границе с воздухом, так и подстилающую гипофазу — водный слой с белками и липидами.

Функции

Основные функции сурфактанта включают:

• Снижение поверхностного натяжения. Без сурфактанта поверхностное натяжение в альвеолах было бы столь высоким, что они бы спадались на выдохе, требуя огромных усилий для расправления. Сурфактант снижает натяжение почти до нуля, особенно при малых объёмах лёгких, что обеспечивает стабильность альвеол.
• Предотвращение ателектаза. Благодаря сурфактанту альвеолы разных размеров остаются открытыми, так как плёнка регулирует давление в зависимости от радиуса альвеолы (эффект Лапласа).
• Участие в иммунной защите. Белки SP-A и SP-D относятся к коллектинам — белкам, которые связывают углеводы на поверхности микроорганизмов, опсонизируют их и стимулируют фагоцитоз.
• Регуляция водного баланса. Сурфактант способствует удалению избыточной жидкости из альвеол, предотвращая развитие отёка лёгких.
• Поддержание мукоцилиарного клиренса. Сурфактант влияет на реологию слизи и облегчает движение ресничек эпителия дыхательных путей.

Биосинтез и метаболизм

Сурфактант синтезируется в альвеолоцитах II типа — специализированных клетках, расположенных в стенках альвеол. Процесс синтеза начинается в эндоплазматическом ретикулуме, где образуются липиды и белки. Затем они транспортируются в аппарат Гольджи, где происходит сборка в ламеллярные тельца — органеллы, запасающие сурфактант. При стимуляции (например, при глубоком вдохе) ламеллярные тельца выделяют содержимое в альвеолярное пространство путём экзоцитоза.

В альвеолах сурфактант проходит несколько стадий: из ламеллярных телец образуются тубулярный миелин — решётчатая структура, которая затем распадается на монослой на поверхности. Обновление сурфактанта происходит постоянно: старые молекулы удаляются путём эндоцитоза альвеолоцитами II типа или макрофагами. Период полураспада сурфактанта у человека составляет около 10–20 часов.

Регуляция синтеза осуществляется несколькими факторами: гормонами (глюкокортикоиды, тиреоидные гормоны, пролактин), механическим растяжением лёгких, а также уровнем кислорода и pH. У плода синтез сурфактанта начинается на 24–26-й неделе беременности, достигая достаточного уровня к 34–36-й неделе, что критически важно для самостоятельного дыхания после рождения.

Клиническое значение

Недостаточность сурфактанта

Недостаток или нарушение функции сурфактанта приводит к развитию респираторного дистресс-синдрома (РДС). У новорождённых это состояние называется синдромом дыхательных расстройств (СДР) и возникает из-за незрелости лёгких, особенно у недоношенных детей (рождённых до 34 недель). СДР проявляется одышкой, цианозом, втяжением межрёберных промежутков и требует интенсивной терапии. У взрослых РДС может развиваться при сепсисе, пневмонии, травме, аспирации, панкреатите и других критических состояниях, когда повреждаются альвеолоциты II типа и снижается продукция сурфактанта.

Заместительная терапия

Для лечения СДР у новорождённых применяются экзогенные сурфактанты — препараты, полученные из лёгких животных (свиней, крупного рогатого скота) или синтезированные искусственно. Первый клинически успешный препарат — «Сурафактант» (бычий) — был одобрен в США в 1990 году. В России используются такие средства, как «Куросурф» (свиной), «Альвеофакт» (бычий) и «Сурфактант-БЛ» (бычий, отечественного производства). Препараты вводятся эндотрахеально через интубационную трубку, обычно в первые часы жизни. Терапия экзогенным сурфактантом снижает смертность от СДР на 30–40 %.

У взрослых с РДС применение сурфактанта менее эффективно из-за сложности доставки и наличия воспалительных факторов, инактивирующих препарат. Тем не менее, в некоторых случаях (например, при аспирации мекония) его использование может быть оправдано.

Другие заболевания

Нарушения сурфактанта связаны с рядом редких наследственных заболеваний, таких как дефицит SP-B, дефицит SP-C, мутации в генах, кодирующих белки сурфактанта (SFTPB, SFTPC, ABCA3). Эти состояния проявляются тяжёлой дыхательной недостаточностью у новорождённых или интерстициальными заболеваниями лёгких у детей и взрослых. Также изменения в составе сурфактанта наблюдаются при муковисцидозе, хронической обструктивной болезни лёгких (ХОБЛ) и бронхиальной астме.

Исследования и история

Открытие сурфактанта связано с работами американского физиолога Джона Клементса (John Clements) в 1950-х годах, который впервые показал, что экстракты лёгких снижают поверхностное натяжение. В 1959 году он опубликовал статью, где описал поверхностно-активные свойства лёгочного экстракта. В 1960-х годах Мэри Эллен Эйвери (Mary Ellen Avery) и Джон Мид (John Mead) установили связь между дефицитом сурфактанта и СДР у недоношенных детей. За эти открытия Эйвери получила множество наград, включая премию Ласкера (1996).

В 1980-х годах японский учёный Тосио Фудзивара (Toshio Fujiwara) впервые применил экзогенный сурфактант для лечения новорождённых, что стало прорывом в неонатологии. В России исследования сурфактанта активно проводились в Институте пульмонологии (Санкт-Петербург) и Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии (Москва).

Современные исследования направлены на создание синтетических аналогов сурфактанта, которые были бы более стабильными и не вызывали иммунных реакций. Также изучается роль сурфактанта в регенерации лёгочной ткани и его применение при COVID-19, где РДС является частым осложнением.

Интересные факты

• У некоторых животных, например, у китов и дельфинов, сурфактант содержит особые липиды, адаптированные к глубоководным погружениям, что предотвращает коллапс лёгких под высоким давлением.
• В 2019 году российские учёные из Института биоорганической химии РАН разработали синтетический сурфактант на основе рекомбинантных белков, который прошёл доклинические испытания.
• Сурфактант также обнаружен в лёгких некоторых рептилий и птиц, но его состав и функции отличаются от млекопитающих.

Источники

• Clements J.A. Surface tension of lung extracts. Proc Soc Exp Biol Med. 1957;95(1):170-172.
• Avery M.E., Mead J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease. Am J Dis Child. 1959;97(5, Part 1):517-523.
• Fujiwara T., Maeta H., Chida S., et al. Artificial surfactant therapy in hyaline-membrane disease. Lancet. 1980;1(8159):55-59.
• Hallman M., Gluck L. Pulmonary surfactant. In: Fetal and Neonatal Physiology. 3rd ed. Saunders; 2004.
• Whitsett J.A., Weaver T.E. Hydrophobic surfactant proteins in lung function and disease. N Engl J Med. 2002;347(26):2141-2148.
• Клементс Дж. А. Физиология сурфактанта. В кн.: Физиология дыхания. М.: Медицина; 1980.
• Национальное руководство по неонатологии. Под ред. Н.Н. Володина. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2019.