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肺表面活性物質

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肺泡示意圖，上側為肺泡剖面，下側為大致外觀

肺表面活性物質（英語：Pulmonary surfactant），也稱肺表面活性劑，是一種肺泡形成的表面活性脂蛋白複合體。表面活性物質一般具有親和性不同的兩端[1]。在肺中，蛋白質和脂類形成同時具有的親水端和疏水端的表面活性物質，兩端主要由二棕櫚酰磷脂酰膽鹼（英語：dipalmitoylphosphatidylcholine）（DPPC）這一脂類結構連接。這一物質吸附在肺泡的液體和空氣交界面（英語：Interface (chemistry)），利用親水基團朝向肺內液體一側，用疏水基團朝向空氣一側，得以減少肺泡液體-空氣交界面的表面張力，避免肺泡因為表面張力過大而塌陷。[2][3]肺表面活性劑的藥物（英語：Pulmonary surfactant (medication)）屬於世界衛生組織基本藥物標準清單範疇，是基礎醫療系統最重要的藥物之一。[4]

功能

原理

根據拉普拉斯法則，因為肺泡被包裹在肺液體中，可視為水中的氣泡。表面張力作用於水液交界面，氣壓（P）需要保持表面張力（γ）帶來的收縮力和半徑r的肺泡內氣體的擴張力的平衡：

由於肺表面活性物質的存在，肺泡內收縮力減小，從而避免了呼氣末期肺不張（英語：atelectasis），即肺的內陷；補充肺表面活性物質，可以修復塌陷的氣道。

呼吸

肺表面活性物質可以增加肺順應性（英語：pulmonary compliance）。肺順應性（英語：pulmonary compliance）指肺和胸擴張的能力，被定義為肺部單位壓強變化所對應的容量變化，具體則是通過測量一定氣壓下呼吸時肺容量變化獲得呼氣時超出吸氣時的容量差。這一差值是由於空氣-液體交界面的表面張力所產生的遲滯現象的體現。表面活性物質可以減少這一肺泡表面張力，而新生兒呼吸窘迫綜合症中，患兒缺乏表面活化物質易導致肺泡表面張力太大。水的正常表面張力為70dyn/cm（70mN/m），而肺中肺泡的液面表面張力為25dyn/cm（25mN/m）；讓在呼氣結束時，壓縮緊緻的表面活化物質將表面張力減小到接近零的水準。肺泡表面活性物質因而通過減輕吸氣的難度，極大程度上減小了表面張力，增加了順應性，減少了肺的工作負擔。肺順應性和通氣水平會受到組織減少或纖維化的影響而下降。[5]

表面張性組織促進液體由毛細血管進入肺泡空間，可以減少液體積累與氣道乾燥。[6][頁碼請求]

免疫

肺表面活性物質的免疫功能主要與SP-A（英語：Surfactant protein A）蛋白和SP-D（英語：Surfactant protein D）蛋白有關。二者可以與病原體表面糖結合，使得後者更易被噬菌細胞吞噬。肺表面活性物質也調節炎症反應，與適應性免疫反應有關聯。表面活性物質的降解或者失活易致肺部炎症及感染。[7]

新陳與代謝

在人體中，肺表面活性物質在肺泡囊時期產生自肺泡第二型細胞，孕期第20周左右板層體（英語：Lamellar bodies）會出現在其細胞質中。這些小體通過胞吐作用被分泌到表面水層，沿着肺泡上面延展開來，形成一層管狀髓磷脂的網絡。[8][9]此外，棒狀細胞（英語：Club cell）也會產生一部分肺部表面活性物質。[10]成年人與足期嬰兒的肺泡相較早產兒有着更多的表面活性物質，因而有着較低的肺泡表面張力；補充表面活性劑則被證實可以幫助早產兒減少呼吸困難。[11][12]

肺泡表面活性物質的生物半衰期大約是5-8小時。自分泌後5-8小時候，它就會被巨噬細胞分解掉，或者被板層結構中的肺泡壁細胞重吸收，或者二者兼有之。多達90%的表面活性劑被重吸收回收，而剩餘多位巨噬細胞所分解。肺泡壁細胞的重吸收被認為是透過SP-A（英語：Surfactant protein A）介導刺激相應受體，引發依賴網格蛋白的內吞作用實現。[13]

研究歷史

1920年代末，von Neergaard[14]發現肺表面活性物質減小表面張力、增加肺順應性的功能，但是這一發現在那個年代並未被醫學界所重視。von Neergaard亦認識到新生兒肺部保持較低表面張力的重要性。直到1950年代中期，Pattle和Clements（英語：John Allen Clements）才重新發現了肺表面活性物質和低表面張力的意義；而到了1950年代末，肺表面活性物質的缺乏被發現是新生兒呼吸窘迫綜合症的原因。[15]

相關疾病

參考資料

  1. ^ Rosen MJ & Kunjappu JT. Surfactants and Interfacial Phenomena 4th. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. 2012: 1. ISBN 978-1-118-22902-6. （原始內容存檔於8 January 2017）. 
  2. ^ 梅花; 紅榮. 肺表面活性物质蛋白与新生儿呼吸窘迫综合征风险的研究进展. 中華新生兒科雜誌. doi:10.3969/j.issn.1673-6710.2013.03.019. 
  3. ^ Goerke, Jon. Pulmonary surfactant: functions and molecular composition. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 1998-11, 1408 (2-3): 79–89. doi:10.1016/S0925-4439(98)00060-X. 
  4. ^ 19th WHO Model List of Essential Medicines (April 2015) (PDF). WHO. April 2015 [May 10, 2015]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-05-13）. 
  5. ^ Alveoli and the Breathing Process. [2013-10-30]. （原始內容存檔於2015-05-18）. [不可靠的醫學來源？]
  6. ^ West, John B. Respiratory physiology-- the essentials. Baltimore: Williams & Wilkins. 1994. ISBN 0-683-08937-4. 
  7. ^ Wright, Jo Rae. Host Defense Functions of Pulmonary Surfactant. Biology of the Neonate. 2004, 85 (4): 326–32. PMID 15211087. doi:10.1159/000078172. 
  8. ^ Peter H. Burri. Fetal and Postnatal Development of the Lung. Annual Review of Physiology. 1984-10, 46 (1): 617-628. doi:10.1146/annurev.ph.46.030184.003153. 
  9. ^ 宋國維. 肺表面活性物质的代谢及临床应用. 實用兒科臨床雜誌. 2003. doi:10.3969/j.issn.1003-515X.2003.02.003. 
  10. ^ Young, Barbara. Wheater's functional histology : a text and colour atlas.. O'Dowd, Geraldine,, Woodford, Phillip, Sixth. Philadelphia, PA. 2014: Ch 12. ISBN 0702047473. OCLC 861650889. 
  11. ^ Wood, Alastair J.J.; Jobe, Alan H. Pulmonary Surfactant Therapy. New England Journal of Medicine. 1993-03-25, 328 (12): 861–868. doi:10.1056/NEJM199303253281208. 
  12. ^ Mary Ellen Avery; Jere Mead. Surface Properties in Relation to Atelectasis and Hyaline Membrane Disease. Archives of Pediatrics & Adolescent Medicine. 1959-05-01, 97 (5_PART_I): 517. doi:10.1001/archpedi.1959.02070010519001. 
  13. ^ Crowther, J. E.; Schlesinger, L. S. Endocytic pathway for surfactant protein a in human macrophages: Binding, clathrin-mediated uptake, and trafficking through the endolysosomal pathway. AJP: Lung Cellular and Molecular Physiology. 2005, 290 (2): L334–42. PMID 16169899. doi:10.1152/ajplung.00267.2005. 
  14. ^ Neergaard, K. Neue Auffassungen über einen Grundbegriff der Atemmechanik [New views on a fundamental concept of respiratory mechanics]. Zeitschrift für Die Gesamte Experimentelle Medizin. 1929, 66 (1): 373–94. doi:10.1007/bf02621963 （德語）. 
  15. ^ Veldhuizen, Ruud; Nag, Kaushik; Orgeig, Sandra; Possmayer, Fred. The role of lipids in pulmonary surfactant. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 1998, 1408 (2–3): 90–108. PMID 9813256. doi:10.1016/S0925-4439(98)00061-1. 

外部連結

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