Streszczenie
Celem pracy jest eksperymentalna ocena interakcji pomiędzy różnymi preparatami powierzchniowo-czynnymi (surfaktantami) a zdrową tkanką płucną. W badaniu wykorzystano 30 dorosłych szczurów rasy Wistar. W każdej grupie czasowej, której podawano surfaktant egzogenny wykorzystywano 4 zwierzęta a w grupach kontrolnych (K) gdzie zwierzętom podawano dotchawiczo sól fizjologiczną wykorzystano po 2 szczury. Użyte zostały 2 preparaty: Survanta (S) i Exosurf (E). Leki podawano zwierzętom dotchawiczo w sedacji ketaminą i po zaintubowaniu rurką 16 G. Surfaktanty stosowano w dawce 100 mg lipidów na kg m.c., a sól fizjologiczną w równoważnej dawce objętościowej. Natychmiast po podaniu preparatu zwierzęta ekstubowano i oddychały one spontanicznie. Płuca zwierząt pobierano do badań w następujących odstępach czasowych: 30 min., 6 h i 24 h po podaniu preparatu (lub soli fizjologicznej). Preparaty poddawano obserwacji w mikroskopie świetlnym i elektronowym. Płuca zwierząt z grupy K nie wykazywały cech uszkodzenia pęcherzyków płucnych, natomiast obserwacje morfologiczne płuc szczurów, którym podano S lub E wykazały liczne cechy uszkodzenia pęcherzyków płucnych. Rozmieszczenie zmian nie było równomiernie, tzn. obserwowano pęcherzyki nieuszkodzone, pęcherzyki uszkodzone częściowo i wreszcie pęcherzyki zupełnie zniszczone. Zmiany patologiczne były bardziej nasilone 6 h i 24 h po podaniu preparatów, większe uszkodzenie powodował E. Uszkodzenie tkanki płucnej wyrażało się istnieniem obszarów niedodmy, wiele pęcherzyków wypełnionych było płynem obrzękowym zawierającym komórki zapalne (aktywowane makrofagi pęcherzykowe i granulocyty obojętnochłonne) oraz wynaczynione erytrocyty. W pęcherzykach z cechami obrzęku jawnego obserwowano liczne ziarnistości lamelarne tj. nierozpostarty surfaktant. Uszkodzone były także elementy barier pęcherzykowo-włośniczkowych tzn. komórki nabłonka typu I (pneumocyty wyścielające pęcherzyki) oraz komórki śródbłonka włośniczek pęcherzykowych. Ponadto w grupie zwierząt, która otrzymała E obserwowano w świetle pęcherzyków nitki fibryny oraz uszkodzenie błon podstawnych barier powietrze-krew. Wyniki przedstawione w naszej pracy dowiodły, iż surfaktant egzogenny może prowadzić do uszkodzenia tkanki płucnej. W porównaniu do preparatu S silniejsze uszkodzenie wywoływał E, preparat całkowicie syntetyczny. Przypuszczalne przyczyny takiego działania preparatów egzogennych mogą się wiązać z efektem nadmiaru preparatu na jednostkę powierzchni, brakiem białek surfaktantu w ich składzie lub sposobem podaży leku.

Summary
The aim of the study was to evaluate the interactions between different exogenous surfactant preparations and healthy lung tissue. After approval by local Animal Care and Use Committee we used 30 adult, male Wistar rats, divided to receive Survanta (S) (Abbott, USA), Exosurf (E) (Glaxo SmithKline, USA) or saline (K) under ketamine anesthesia. Solutions (100 mg of lipids per kg b.w.) were administered via endotracheal cannula in two divided doses. Next, rats were extubated and left for 30 min (T1), 6 h (T2) or 24 h (T3) on spontaneous air ventilation. After that time rats were anaesthetized and have their lungs removed and studied under standard or electronic microscopy. Lungs of rats form the saline (K) group were normal. In the lungs from rats of E and S groups there was diffuse injury of an alveolar epithelium, some alveoli were filled with exudate, some were overinflated. Macrophages and neutrophils could be found inside alveoli, as well as lamellar bodies. Both epithelium and endothelium structures were damaged. The spread of the injury correlated with time (more pronounced changes were found in groups T2 and T3) and type of preparation (K

Słowa kluczowe: surfaktant egzogenny, uszkodzenie płuca, bariera powietrze-krew.

Key words: surfactant, Exosurf, Survanta, ARDS.

Surfaktant płucny (SP) jest substancją o charakterze detergentu, która odpowiada za stabilizację powietrza w pęcherzykach płucnych [1]. Z jednej strony zapobiega on zapadaniu się pęcherzyków płucnych podczas wydechu, z drugiej nie dopuszcza do ich nadmiernego rozdęcia podczas wdechu [2]. Jego niedobór lub dysfunkcja ma miejsce w wielu stanach i zespołach chorobowych, z którymi na co dzień styka się kardioanestezjolog. Spośród najważniejszych należałoby wymienić zespół ostrych zaburzeń oddechowych (ARDS), wikłający zabiegi kardiochirurgiczne z użyciem krążenia pozaustrojowego [3, 4], stłuczenie płuca [5], stany po przeszczepie płuc [6]. Surfaktant egzogenny jest stosowany w medycynie klinicznej od ponad 20 lat, głównie w leczeniu zespołu zaburzeń oddychania (ZZO) u noworodków [1, 7]. Efekty lecznicze jego stosowania w tej grupie chorych są zdecydowanie dobre, co skłoniło klinicystów do podjęcia podobnych prób w schorzeniach związanych z chirurgią klatki piersiowej. Niestety w tym przypadku terapia surfaktantem egzogennym nie przyniosła spodziewanych, korzystnych efektów bądź był on bardzo krótkotrwały [5,8]. Zwykle początkowa poprawa utlenowania trwała tylko kilka godzin, a następnie funkcjonowanie płuc ulegało pogorszeniu. We wszystkich wyżej cytowanych pracach trudno jednoznacznie ocenić wpływ surfaktantu na funkcję układu oddechowego, gdyż zawsze był on elementem terapii oddechowej (stosowanie wentylacji mechanicznej, wysoki procent tlenu w mieszaninie oddechowej).

Celem obecnej pracy jest eksperymentalna ocena interakcji pomiędzy surfaktantem egzogennym a terminalną częścią układu oddechowego. Ponadto porównaliśmy działanie dwóch różnych preparatów: naturalnego i syntetycznego.

METODYKA

Metodyka pracy i eksperyment uzyskały zgodę Pełnomocnika Rektora ds. Nadzoru nad Zwierzętami Doświadczalnymi Poznańskiej Akademii Medycznej, gdzie przeprowadzono część eksperymentalną badania. Doświadczeniem objęto 30 szczurów płci męskiej rasy Wistar ważących około 250 g., które podzielono na 9 grup. W każdej grupie otrzymującej preparat surfaktantu egzogennego były 4 zwierzęta a w grupie kontrolnej otrzymującej równoważną objętościowo dawkę soli fizjologicznej po 2 szczury. Wykorzystano 2 preparaty: Survanta (S) (Abbott Lab., Columbus, USA) i Exosurf (E) (Smith Kline Glaxo, UK). Zwierzęta znieczulano ketaminą (Gedeon-Richter, Węgry) dootrzewnowo w dawce 75 mg kg ^-1m. c [9] a następnie intubowano kaniulą 16 G (Terumo, Japonia) przy użyciu laryngoskopu noworodkowego. Po intubacji podawano preparat surfakantu (lub sól fizjologiczną) w dwóch dawkach, na prawym i lewym boku. Następnie zwierzęta ekstubowano i pozostawiano oddychające spontanicznie. Po upływie 30 min., 6 h i 24 h od momentu podaży SP lub soli fizjologicznej szczury były ponownie usypiane przy użyciu Nembutalu (Abbott Laboratories, North Chicago, USA) podanego dootrzewnowo w dawce 45 mg kg^-1 m. c. [9], wykonywano torakotomię i pobierano płuca, które po utrwaleniu i przygotowaniu wg. wcześniej opisanych metod [2,3] poddawano obserwacji w mikroskopie świelnym (Olympus, Japonia) i elektronowym (Opton, Niemcy).

WYNIKI

U zwierząt z grupy kontrolnej, którym podano dotchawiczo sól fizjologiczną nie obserwowano cech uszkodzeń terminalnej części układu oddechowego tj. pęcherzyków płucnych w żadnej z grup czasowych. W mikroskopii świetlnej widoczne były cienkie przegrody międzypęcherzykowe i pojedyncze erytrocyty w naczyniach pęcherzykowych. Pęcherzyki płucne były dobrze upowietrznione. Obserwacje poczynione mikroskopem elektronowym potwierdziły wyniki uzyskane w mikroskopii świetlnej, ponadto wykazały iż bariery powietrze-krew były nie uszkodzone w tej grupie zwierząt. Ultrastuktura komórek produkujących surfaktant (pneumocyty typu II) była prawidłowa, a w świetle pęcherzyków występował on głównie w formie tzw. monolayeru tj. cieniutkiej warstwy wyściełającej powierzchnię nabłonka pęcherzykowego. Ponadto w świetle pęcherzyków płucnych widzieliśmy pojedyncze makrofagi pęcherzykowe.

Ryc. 1. Zdjęcie z mikroskopu świetlnego fragmentu tkanki płucnej zwierzęcia kontrolnego. Widoczne pęcherzyki płucne o regularnych kształtach, cienkie przegrody międzypęcherzykowe zawierające włośniczki posiadające kontakt z przestrzenią powietrzną po obu stronach przegród (strzałki wskazują dwa z nich). Barwienie toluidyną, oryginalne powiększenie 400x

Ryc. 2. Zdjęcie z mikroskopu elektronowego ukazujące normalną barierę powietrze-krew (grupa kontrolna). Dobrze widoczne wszystkie elementy błony pęcherzykowo-włośniczkowej oddzielającej pęcherzyk płucny (P) od włośniczki pęcherzykowej (C) (komórka nabłonka typu I, komórka śródbłonka (E) i ich wspólna błona podstawna - główki strzałek). Na powierzchni komórki nabłonka typu I widoczna cieniutka warstwa surfaktantu (strzałki). Oryginalne powiększenie 7000x

W grupie zwierząt, które otrzymały preparaty S i E obserwowano liczne uszkodzenia w obrębie pęcherzyków płucnych. Mikroskopia świetlna wykazała, iż rozmieszczenia zmian patologicznych nie było homogenne. Obserwowano zarówno obszary miąższu płuca składające się z pęcherzyków dobrze upowietrznionych jak i obszary, w których pęcherzyki były całkowicie zapadnięte (ciężka niedodma) lub częściowo wypełnione płynem obrzękowym. W obszarach uszkodzonych nagromadzone były granulocyty obojętnochłonne i aktywne makrofagi pęcherzykowe. Ponadto w pęcherzykach wypełnionych płynem obrzękowym obecne były także wynaczynione erytrocyty. Nasilenie w/w zmian było większe w grupie zwierząt, które otrzymały preparat E. Zmiany patologiczne były słabiej wyrażone w grupie zwierząt T1 tj. od których pobrano płuca w 30 min od momentu podania preparatu. W kolejnych grupach czasowych (6 h i 24 h od podania preparatu) obszary niedodmy i nagromadzenie komórek zapalnych było znacznie większe.

Ryc. 3. Zdjęcie z mikroskopu świetlnego fragmentu tkanki płucnej uzyskane od zwierzęcia, które otrzymało dotchawiczo preparat Survanta(6 h po podaniu preparatu). Kształt pęcherzyków płucnych nieregularny, przegrody międzypęcherzykowe są znacznie pogrubiałe i zawierają liczne, olbrzymie makrofagi (strzałki). Barwienie toluidyną, oryginalne powiększenie 400x

Ryc. 4. Zdjęcie z mikroskopu świetlnego ukazujące fragment terminalnej części układu oddechowego uzyskanej od zwierzęcia 6 h po podaniu dotchawiczym Exosurfu. Wiele pęcherzyków zapadniętych, wypełnionych płynem obrzękowym (gwiazdki). Naczynia pęcherzykowe o cechach przekrwienia biernego (duże strzałki), w świetle pęcherzyków obecne liczne makrofagi (główki strzałek) a także granulocyty obojętnochłonne (małe strzałki). Barwienie toluidyną, oryginalne powiększenie 400x

Obserwacje ultrastrukturalne potwierdziły wszystkie wyniki uzyskane przy pomocy mikroskopii świetlnej a ponadto dostarczyły szczegółowych informacji dotyczących systemu surfaktantu oraz stanu błon pęcherzykowo-włośniczkowych. Bariery powietrze-krew były wyraźnie uszkodzone i dotyczyło to zarówno komórek śródbłonka naczyniowego jak i komórek nabłonka pęcherzykowego. Wiele odcinków błon podstawnych pozbawionych było całkowicie komórek typu I (nabłonka pęcherzykowego). Ponadto w grupie E obserwowano uszkodzenia głębokie barier tj. uszkodzenia ich błon podstawnych. Naczynia pęcherzykowe wykazywały cechy zastoju biernego – wypełnione były gęsto upakowanymi krwinkami czerwonymi, a ponadto zawierały liczne komórki zapalne. W grupie E obserwowano również cechy zakrzepicy naczyń pęcherzykowych, tj. nagromadzenie skupisk płytek krwi oraz nitki fibryny w pęcherzykach o cechach obrzęku jawnego (wypełnionych płynem). W świetle pęcherzyków płucnych wypełnionych płynem obrzękowym surfaktant nie ulegał rozpostarciu tzn. występował w formie tzw. ciał lamelarnych przemieszanych dodatkowo z surfaktantem egzogennym. Wiele pneumocytów II typu było obrzękniętych. Surfaktant płucny był także obecny w miejscach, gdzie nie występuje fizjologicznie, mianowicie w obrębie tkanki łącznej przegród międzypęcherzykowych i w świetle naczyń pęcherzykowych (cecha silnego uszkodzenia płuc).

Ryc. 5. Fragment pęcherzyka płucnego zwierzęcia, które otrzymało dotchawiczo preparat Survanta. Tkanka płucna została pobrana 30 min. po podaniu preparatu. Fotografia uzyskana za pomocą mikroskopu elektronowego ukazuje uszkodzenia nabłonka pęcherzykowego (strzałki) tworzącego błonę pęcherzykowo-włośniczkową. Oryginalne powiększenie 7000x

Ryc. 6. Fragment tkanki płucnej pobrany 30 min. po dotchawiczym podaniu preparatu Exosurf. W świetle pęcherzyka płucnego widoczne wynaczynione erytrocyty (E), pneumocyty typu I są uszkodzone (strzałki), naczynie pęcherzykowe jest wypełnione agregatem płytek krwi (gwiazdka) - cecha zakrzepicy. Oryginalne powiększenie 7000x

OMÓWIENIE

Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.

Mam kod dostępu

• Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
• Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
• Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.

Opcja #1

29 zł

Wybieram

• dostęp do tego artykułu
• dostęp na 7 dni

uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony

Opcja #2

69 zł

Wybieram

• dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
• dostęp na 30 dni
• najpopularniejsza opcja

Opcja #3

129 zł

Wybieram

• dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
• dostęp na 90 dni
• oszczędzasz 78 zł

Piśmiennictwo

1. Wąsowicz M, Biczysko W, Sobczyński P: Czynnik powierzchniowy płuc: struktura i czynność w aspekcie intensywnej terapii. Med Inten Rat 1998; 1: 35-44.

2. Wąsowicz M, Yokoyama S, Kashima K, Nakayama I: The connective tissue compartment in the terminal region of the developing rat lung. An ultrastructural study. Acta Anat 1996; 156: 268-282.

3. Wąsowicz M, Sobczyński P, Biczysko W, Szulc R: Ultrastructural changes in the lung alveoli after cardiac surgical operations with the use of cardiopulmonary bypass (CPB). Pol J Pathol 1999; 50: 189-196.

4. Messent M, Suullivan K, Keogh BF, Morgan CJ, Evans TW: Adult respiratory distress syndrome following cardiopulmonary bypass: incidence and prediction. Anaesthesia 1992; 47: 267-268.

5. Schulz S, Wielbalck A, Framkenberg C: Low-dose surfactant instillation during extracorporeal membrane oxygenation in a patient with adult respiratory distress syndrome and secondary atelectasis after chest contusion. J Cardiothorac Vasc Anesth 2000; 14: 59-62.

6. Strüber M, Hirt SW, Cremer J, Harringer W, Haverich A: Surfactant replacement in reperfusion injury after clinical lung transplantation. Inten Care Med 1999; 25: 862-864.

7. Halliday HL: Synthetic or natural surfactants. Acta Paediatr 1997; 86: 233-237.

8. Macnaughton PD, Evans TW: The effect of exogenous surfactant therapy on lung function following cardiopulmonary bypass. Chest 1994; 105: 421-425.

9. Flecknell PA: Anaesthesia of animals for biomedical research. Br J Anaesth 1993; 71: 885-894.

10. Biczysko W, Wąsowicz M, Marszałek A, Florek E: Why do the lungs of premature newborns function improperly ? A morphological study of the connective tissue and vascular compartments in the developing lung. Arch Perin Med 1999; 5: 19-26.

11. Matthay M: Function of the alveolar epithelial barrier under pathologic conditions. Chest 1994; 105 (supp): 67S-74S.

12. Doyle IR, Nicholas TE, Bersten AD: Partitioning lung and plasma proteins: circulating surfactant proteins as biomarkers of alveolocapillary permeability. Clin Exp Pharmacol Physiol 1999; 26: 185-197.

13. Haslam PL, Bakere CS, Hughes DA, Macnaughton PE, Moat NE, Dewar A, Aggarwal A, Evans TW: Pulmonary surfactant composition early in development of acute lung injury after cardiopulmonary bypass: prophylactic use of surfactant therapy. Int J Exp Pathol 1997; 78: 277-289.

14. Ranieri M, Vitale N, Grasso S, Puntillo F, Mascia L, Paperella D, Tunzi P: Time-course of impairment of respiratory mechanics after cardiac surgery and cardiopulmonary bypass. Crit Care Med 1999; 27: 1454-1460.

15. Lewis JF, Jobe AH: Surfactant and adult respiratory distress syndrome. Am Rev Resp Dis 1993; 147: 218-233.

16. Anzueto A, Baughman RP, Guntpallii KK: Aerosolized surfactant in adults with sepsis induced acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 1996; 334: 1417-1427.

17. Bachofen M, Weibel ER: Structural alterations of lung parenchyma in the adult respiratory distress syndrome. Clin Chest Med 1982; 3: 35-56.

18. Findlay RD, Taeusch HW, Dawid-Cu R, Walther FJ: Lysis of red blood cells and alveolar epithelial toxicity by therapeutic pulmonary surfactants. Ped Res 1995; 37: 26-30.

19. Gregory TJ, Steinberg KP, Spragg R: Bovine surfactant therapy for patients with acute respiratory distress syndrome. Am J Resp Crit Care Med 1997; 155: 1309-1315.

20. Bahlmann H, Sun B, Nilsson T, Cursted T, Robertson B: Aerosolized surfactant in lun-lavaged adult rats: factors influencing the therapeutic response. Acta Anaesth Scand 2000; 44: 612-622.

21. Serna D: A subject of ongoing investigation: Can exogenous surfactant be used to treat ARDS ? Crit Care Med 1998; 26: 1307-1308.

22. Wagner MH, Amthauer H, Sonntag J, Drenk F, Eichstädt HW, Obladen M: Endotracheal surfactant atomization: an alternative to bolus instillation ? Crit Care Med 2000; 28: 2540-2544.

23. Walmrath D, Gunther A, Ghofrani AH, Schermuly R, Schneider T, Grimminger F, Seeger W: Bronchoscopic surfactant administration in patients with severe adult respiratory distress syndrome in sepsis. Am J Resp Crit Care Med 1996; 154: 57-62.