Keď som bola oboznámená s tým, že pľúca sa viac ako na vrecúško podobajú na špongiu, že je to parenchýmový orgán ako každý iný, ktorý sa dokonca dá rozkrájať na plátky, o svojej mylnej predstave som radšej preventívne mlčala.
Neskôr som zistila, že som úplne vedľa nebola. Dozvedela som sa o pľúcnych alveolách - mechúrikoch, do ktorých ústia dýchacie cesty a v ktorých prebieha výmena dýchacích plynov medzi vzduchom a krvou. Tak predsalen v pľúcach nejaké vrecúška sú! Len nie dve, ale rovno 300 miliónov.
Mojou ďalšou chybnou predstavou bolo, že vnútro pľúc je suché a veľmi háklivé na prítomnosť akejkoľvek tekutiny. Tekutina v pľúcach značí problém, myslela som si a pred očami mala topiacich sa ľudí. Aké bolo moje prekvapenie, keď som zistila, že každá pľúcna alveola je pokrytá tenučkou vrstvou tekutiny.
No a keď som počas štúdia medicíny v kapitole o pľúcach natrafila na fyzikálny vzorec, uvedomila som si, že aj viera, že s fyzikou je po strednej škole koniec, bola prehnane optimistická.
Dočítala som sa o Laplaceovom zákone, ktorý mi sľuboval objasnenie správania sa pľúcnych mechúrikov.
Laplaceov zákon vyzerá takto: p=2T/r
Ak rovnicu prepíšeme do vety, Laplaceov zákon hovorí, že tlak potrebný k tomu, aby sme alveolu udržali otvorenú (tzv distenzný tlak), je priamo úmerný povrchovému napätiu a nepriamo úmerný polomeru.
Čím je hodnota distenzného tlaku väčšia, tým má alveola väčšiu tendenciu skolabovať (spľasnúť) alebo sa vyprázdniť do susednej alveoly, v ktorej je distenzný tlak menší.
Ktoré faktory zvyšujú hodnotu tlaku, ktorý je potrebný na udržanie alveoly v peknom guľovitom tvare?
Prvým dôležitým faktorom je povrchové napätie. Z Laplaceovho zákona sa dozvedáme, že čím je povrchové napätie väčšie, tým je aj distenzný tlak vyšší (a teda tým viac je alveola ohrozená kolapsom).
Čo je to povrchové napätie? Je to napätie, ktoré vzniká na rozhraní medzi kvapalinou a plynom. Ako vzniká? Molekuly kvapaliny (napríklad vody) na seba pôsobia silami. Akoby sa ťahali za ruky. Uprostred kvapaliny sú sily vyvážené. Akoby bola každá molekula ťahaná do každej strany tak rovnomerne, až je výsledná sila rovná nule. Iná situácia je v mieste, kde voda hraničí so vzduchom. Tam molekulám vody z jednej strany celkom chýbajú kamarátky. Preto sa molekuly na rozhraní držia ešte silnejšie a všetky zároveň sa snažia vopchať do bezpečného vnútra tekutiny. Kvapalina sa snaží dostať sa do stavu, keď má čo najmenší povrch, čo je tvar gule. Vzniká tak sila nazývaná povrchové napätie. Tento jav spôsobuje, že povrchová vrstva na rozhraní tekutiny a plynu sa správa ako elastická blana. Práve vďaka povrchovému napätiu dokáže hmyz kráčať po hladine jazera, kvapka sa dokáže istú dobu udržať na ústí vodovodného kohútika a do pohára dokážete naliať aj o malý kúsok viac vody ako po okraj.
Hodnota povrchového napätia sa môže meniť. Napríklad pri vyššej teplote je povrchové napätie nižšie. Preto si ruky ľahšie umyjete teplou vodou ako studenou. Kvapalina s nižším povrchovým napätím totiž ľahšie prenikne do pórov vašej pokožky. Takisto majú na povrchové napätie vplyv aj niektoré látky. Napríklad tenzidy. Tie určite poznáte pod menej odborným názvom- mydlo. Aj v prípade ich použitia sa povrchové napätie znižuje a preto ruky alebo špinavý riad ľahšie umyjete s použitím tenzidu ako bez neho. No a pri umývaní možno budete mať šťastie a zbadáte aj nejakú bublinu. Tento rozkošný útvar má pri veľmi nízkej hmotnosti pozoruhodne veľký povrch. Z bežnej vody by ste také niečo nikdy nevytvorili. No keď s použitím tenzidu dostatočne znížite povrchové napätie, bublinová párty sa môže začať.
No vráťme sa späť do pľúc. Aj v nich sa totiž nachádza látka, ktorá spôsobuje zníženie povrchového napätia na povrchu alveol (ktoré sa z fyzikálneho hľadiska vzhľadom k tenkej vrstve tekutiny na svojom povrchu správajú ako rozhranie kvapaliny a plynu). Nie je to mydlo, ale látka nazývaná surfaktant. Viac o ňom za chvíľku, len čo doskúmame Laplaceov zákon.
Povrchové napätie totiž nie je jediným faktorom vplývajúcim na distenzný tlak v alveole. Dôležitý je aj polomer. Z Laplaceovho zákona sa dozvedáme, že čím má alveola menší polomer, tým je distenzný tlak vyšší. Menšia alveola má väčšiu tendenciu kolabovať. Alveoly sa zmenšujú na dennom poriadku. Presnejšie, zmenšujú sa pri každom výdychu. Keby nebolo surfaktantu, pri každom výdychu by hrozilo, že sa alveoly zmenšia tak veľmi, že kvôli veľkému distenznému tlaku spľasnú. Ďalšou alveolu-ohrozujúcou skutočnosťou je, že alveoly sú navzájom poprepájané drobnými dýchacími cestami. Keďže majú rôznu veľkosť, keby nebolo surfaktantu, hrozilo by, že menšie alveoly skolabujú a vzduch z nich sa dostane do väčších, ktoré sa tým zväčšia ešte viac. A prečo vlastne vadí, keď namiesto niekoľkých menších alveol máme jednu obriu alveolu? Nuž preto, že niekoľko menších alveol má dohromady omnoho väčší povrch ako jedna obria alveola a teda aj omnoho väčší priestor, kde má kyslík možnosť prestúpiť do drobných kapilár, ktoré na alveolu naliehajú.
Našťastie je však celý predošlý odstavec pre väčšinu ľudí len hypotetickým špekulovaním. Vyššie popisovaným nepríjemnostiam totiž úspešne zabraňuje práve prítomnosť pľúcneho surfaktantu.
Pľúcny surfaktant je substancia tvorená pľúcnymi bunkami, ktoré sa volajú pneumocyty 2. typu. Už podľa názvu môžete predpokladať, že existujú aj pneumocyty 1.typu. Práve ony zaberajú väčšinu plochy alveol a prebieha cez ne výmena dýchacích plynov medzi vzduchom a krvou.
Surfaktant vytvorený pneumocytmi 2.typu pokrýva povrch alveol a znižuje povrchové napätie v nich. Jeho rozloženie nie je rovnomerné. Aby sa zabránilo vyprázdňovaniu menších alveol do väčších, je v nich na jednotku plochy väčšie množstvo surfaktantu. Takisto pri výdychu sa pri zmenšení alveoly molekuly prítomného surfaktantu natlačia jedna na druhú a pokrývajú alveolu v hrubšej vrstve. Malý polomer sa teda kompenzuje nižším povrchovým napätím. Distenzný tlak v jednotlivých alveolách je vďaka tomu približne rovnaký, bez ohľadu na ich veľkosť. Pľúca sa tak stávajú oveľa stabilnejším systémom a my sa nemusíme obávať neočakávaných problémov s kolabujúcimi časťami pľúc. Prítomnosť surfaktantu okrem toho zvyšuje poddajnosť pľúc ako celku a uľahčuje nám prácu, ktorú potrebujeme vynaložiť na roztiahnutie pľúc počas nádychu.
Najlepšiu predstavu o tom, aký je surfaktant dôležitý získame pri pohľade na človeka, ktorý ho má nedostatok.
Takýto pohľad sa naskytá napríklad lekárom a sestrám pracujúcim na novorodeneckých oddeleniach, starajúcim sa o nedonosené deti. Surfaktant sa v pľúcach plodu začína tvoriť v druhej polovici tehotenstva, dostatočné množstvo je ho však až okolo 34. týždňa gravidity. Deti, ktoré sa narodia skôr tak môžu byť ohrozené rozvojom poruchy dýchania nazývanej IRDS alebo Infant Respiratory Distress Syndrome. Takýto novorodenec dýcha zrýchlene, pri každom nádychu musí vynakladať obrovskú námahu, postonkáva. A to všetko kvôli tomu, že musí prekonávať zníženú pľúcnu poddajnosť zapríčinenú nedostatkom surfaktantu. Aby sa tejto komplikácii predišlo, podávajú sa tehotným ženám, ktorým hrozí predčasný pôrod glukokortikoidy, pretože tento hormón dokáže pneumocyty 2.typu stimulovať k tvorbe surfaktantu. Samozrejme, nie vždy sa takáto preventívna liečba pred pôrodom stihne podať. V tom prípade máme možnosť okrem, často nevyhnutnej podpory dýchania,podávať priamo do priedušnice umelo vytvorený surfaktant alebo surfaktant živočíšneho pôvodu.
Stav podobný IRDS môže nastať aj u dospelých. V tomto prípade sa nazýva ARDS – adult respiratory distress syndrome. Stretávame sa s ním väčšinou u pacientov, ktorí sú v celkovo veľmi závažnom zdravotnom stave. Môže byť súčasťou takzvaného multiorgánového zlyhávania. Vtedy krvné bielkoviny unikajú z ciev do alveolárneho priestoru a narušujú tvorbu surfaktantu.
Pneumocyty 2.typu potrebujú na svoju prácu vhodné prostredie a cudzorodé látky v alveole netolerujú. Nepáči sa im keď vdychujeme čiastočky azbestu, výfukové plyny a takisto ani cigaretový dym.
Takže, ak náhodou fajčíte, Vaše pneumocyty 2.typu sú skalným členom hnutia bojujúceho za to, aby ste s tým konečne prestali :). Odvďačia sa Vám za to krásne nízkym povrchovým napätím a pohodlným bezstarostným dýchaním.
Zdroje:
Atlas fyziologie človeka, 6.vydání (S. Silbernagl, A. Despopoulos)
Plicní surfaktant, jeho složení, syntéza, funkce a terapeutické uplatnění (MUDr. Ondřej Veselý, Ústav patologické fyziologie LF UP Olomouc)
https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/1996/cislo-11/plucny-surfaktant.html
