Введение
Легочный сурфактант представляет собой липопротеидный комплекс, покрывающий поверхность альвеолярного эпителия и располагающийся на границе раздела фаз воздух–гликокалекс. Важнейшим свойством легочного сурфактанта является его способность снижать поверхностное натяжение на границе с воздухом, что существенно уменьшает усилие мышц грудной клетки, необходимое для осуществления вдоха, тем самым определяя эффективность вентиляции легких [1].
Сурфактантная система отличается достаточно сложным строением. Клеточный компонент состоит из альвеолярных макрофагов и альвеолоцитов I–III типов, участвующих в синтезе, обновлении и выведении сурфактанта. Неклеточный компонент включает сурфактантный альвеолярный комплекс, сурфактант альвеолярных ходов и респираторных бронхиол 1–3-го порядков.
Сурфактантная система легких выполняет ряд важных функций. Сурфактант уменьшает поверхностное натяжение, стабилизирует альвеолы и предотвращает ателектазы, создает условия для существования альвеол различной величины. Клиренс воздухопроводящих путей в значительной степени обеспечивается сурфактантом. Сурфактантная система легкого участвует в абсорбции кислорода и регуляции его транспорта через аэрогематический барьер, а также в поддержании оптимального уровня фильтрационного давления в системе легочной микроциркуляции. За последние годы активно изучается и доказана иммуномодулирующая роль сурфактанта, его участие в механизмах врожденного иммунитета.
Ряд факторов обусловливает нарушения функции сурфактантной системы легких. В частности, гиповентиляция легкого, хроническая гипоксия, табачный дым, различные поллютанты отрицательно влияют на качественный и количественный состав сурфактанта. Воспалительный процесс в легких также приводит к изменениям поверхностно-активных свойств сурфактанта, причем степень этих изменений зависит от активности воспаления. Недостаток поверхностно-активных веществ в легком новорожденных спсобствует ателектазу легких, острой дыхательной недостаточности, острому респираторному дистресс-синдрому (ОРДС) [2].
Таким образом, значение системы легочного сурфактанта, ее влияние на жизнедеятельность организма послужили причиной ее активного изучения и внедрения полученных знаний в практическую деятельность.
История открытия и изучения системы легочного сурфактанта
Легочный сурфактант описан более 60 лет назад. Еще в 1929 г. немецкий физиолог Kurt von Neergard отметил, что для раздувания легких собак, заполненных физиологическим раствором, требуется гораздо меньшее давление, чем для легких, заполненных воздухом, и заключил, что силы поверхностного натяжения играют важную роль в процессе нормального вдоха. В 1947 г. Grunewald заметил, что легкие детей, умерших, как он называл, «от ателектазов», также лучше раздуваются, будучи заполненными физиологическим раствором. Он также показал, что введение в дыхательные пути таких легких поверхностно-активного вещества амилацетата уменьшает давление, необходимое для раздувания их воздухом.
В 1955 г. J.A. Clements выдвинул гипотезу, согласно которой легкие синтезируют вещество, уменьшающее силы поверхностного натяжения в альвеолах. В 1956 г. он выделил вещество, которое сейчас называется сурфактантом, и исследовал роль сил поверхностного натяжения в поддержании стабильности альвеол [3].
Интерес к легочному сурфактанту на первых этапах изучения связан именно с его значением в патогенезе ОРДС новорожденных. В 1959 г. M.E. Avery и J. Mead первыми доказали недостаточность сурфактанта у детей, умерших от ОРДС. Они отметили, что силы поверхностного натяжения в легких детей, умерших от болезни гиалиновых мембран, были гораздо выше, чем у детей, умерших от других причин, и установили обратную зависимость между этими силами и гестационным возрастом ребенка [4, 5].
В процессе изучения легочного сурфактанта идентифицирована и подробно описана его химическая структура. В 1961 г. Pattle и Thomas, Buckingham и группа Clements определили, что сурфактант является комплексом липопротеидов. Слой сурфактанта состоит на 90% из липидов, преимущественно фосфолипидов. К главным фосфолипидам относятся фосфатидилхолин, 25%, дипальмитоилфосфатидилхолин, 45%, впервые идентифицированный J.A. Clements, и фосфатидилглицерол, 5%. Также в состав фосфолипидной фракции входят фосфатидилинозит, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин (всего 5%). К липидам сурфактанта относятся холестерин, триглицериды, ненасыщенные жирные кислоты, сфигномиелин (10%). Оставшиеся 10% приходятся на долю белковой фракции сурфактанта, представленной белками-апопротеинами A, B, C и D. Важная роль протеинов была впервые установлена R.J. King и J.A. Clements в 1972 г. [6].
Используя метод лаважа трахеобронхиального дерева с физиологическим раствором, Adams (1970) определил, что количество натурального сурфактанта у детей с ОРДС составляет 1–10 мг/кг. М. Hallman (1986) установил, что недоношенный ребенок имеет гораздо меньше сурфактанта, чем доношенный, хотя его количество сопоставимо с таким у взрослого, поэтому понятие дефицита сурфактанта условно и относительно. В 1991 г. М. Hallman исследовал динамику концентрации сурфактанта у детей с ОРДС и установил, что наибольший прирост отмечается в сроки с 1-го по 4–5-й дни жизни. Скорость прироста количества сурфактанта после 3–4 суток жизни составляет 0,5 мг/кг/ч. Отмечено также, что относительно мало сурфактанта синтезируется de novo [3].
Особый интерес в последнее время представляют белки легочного сурфактанта. Выделяют 4 фракции сурфактантных протеинов: 2 гидрофобных белка В и С и 2 гидрофильных белка А и D. Сурфактантный белок B (SP B) и сурфактантный белок С (SP C) играют важную роль в обеспечении биофизических свойств, a белки SP A и SP D вносят существенный вклад в его защитные свойства. Последние реализуются двумя путями: агрегацией и инактивацией потенциальных повреждающих агентов и влиянием на иммунокомпетентные клетки. SP A и SP D связывают липополисахарид грамотрицательных бактерий и агрегируют различные микроорганизмы. Эти белки влияют на активность тучных дендритных клеток, лимфоцитов и альвеолярных макрофагов. SP A ингибирует созревание дендритных клеток, тогда как SP D увеличивает способность альвеолярных макрофагов к захвату и презентации антигенов, стимулируя адаптивный иммунитет. SP D снижает также число альвеолярных макрофагов, вступающих в апоптоз. На трансгенных мышах, дефицитных по SP A и SP D, показана роль этих белков в развитии эмфиземы и острого повреждения легких [7–9]. Описано, что они обладают разными модулирующими действиями на течение воспалительного ответа. В исследованиях Wright выявлена взаимосвязь олигомерной структуры данных белков с их прои противовоспалительными эффектами. Установлено, что разные олигомерные формы SP-D альтернативно влияют на активность и функции альвеолярных макрофагов [10].
Как уже упоминалось, SP B и SP C играют важную роль в легочной механике. Дезактивация гена SP B приводит к неспособности поддержания альвеол в раскрытом состоянии, необратимому повреждению легких и гибели как новорожденных, так и взрослых животных. Анализ структуры липидных пленок на наноскопическом уровне позволил предположить, что SP B и SP C участвуют в оптимизации реологических свойств поверхности легочного сурфактанта при динамических изменениях в процессе легочного дыхания.
Дефицит и/или качественные изменения состава сурфактанта описаны при ряде заболеваний: респираторном дистресс-синдроме (РДС) новорожденных, синдроме острого повреждения легких (СОПЛ) и ОРДС, пневмонии, кистофиброзе поджелудочной железы, идиопатическом фиброзирующем альвеолите, ателектазе легких, лучевом повреждении легких, бронхиальной астме (БА), хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), саркоидозе, туберкулезе и другие заболеваниях [1].
По данным литературы, бронхообструкция, вызываемая сокращением гладкой мускулатуры бронхов, отек слизистой оболочки и повышенная секреция жидкости в просвет бронхов могут быть частично обусловлены нарушениями в системе легочного сурфактанта. Обнаружены изменения в составе сурфактантной системы, исследуемой в бронхоальвеолярном лаваже больных БА, и показано, что сурфактант у данного контингента обладает меньшей способностью снижать поверхностное натяжение. На модели БА у морских свинок выявлено уменьшение содержания легочного сурфактанта и больших агрегатов в его составе. Описана корреляция между степенью тяжести БА и концентрацией сурфактантных протеинов у взрослых и фосфолипидов у детей [11, 12]. Однако данные исследования единичны, планируется дальнейшее изучение.
История становления сурфактант-терапии
Говоря об изучении легочного сурфактанта, нельзя не сказать о препаратах сурфактанта как о значимом этапе в истории медицины. Накопленные данные о строении сурфактанта, его функциях и ключевой роли в патогенезе ОРДС новорожденных и взрослых побудили исследователей к созданию препаратов легочного сурфактанта. В настоящее время выделяют «синтетические» и природные, последние в свою очередь делятся на модифицированные и немодифицированные.
В 1980 г. Т. Fujiwara et al. впервые продемонстрировали терапевтическую эффективность фосфатидилхолина экстракта легкого крупного рогатого скота с добавлением дипальмитоилфосфатидилхолина и пальмитиновой кислоты при лечении ОРДС у 10 недоношенных новорожденных [13].
Первая попытка применения легочного сурфактанта для лечения ОРДС у взрослого больного сделана в 1987 г. В. Lachmann. Впоследствии при клинических испытаниях различных препаратов легочного сурфактанта получены противоречивые результаты, наряду с существенной эффективностью сурфактант-терапии ОРДС в одних исследованиях в других не было обнаружено ни улучшения оксигенации, ни увеличения выживаемости. Существенное снижение смертности отмечено только при использовании природных препаратов сурфактанта.
В 1980-х гг. T. Curstedt и B. Robertson работали над созданием модифицированного природного сурфактанта, не содержащего белка. Фосфолипидная фракция была выделена из измельченных свиных легких и суспендирована в физиологическом растворе. Фосфолипидная фракция была успешно протестирована in vitro с помощью пульсирующего пузырькового сурфактометра и in vivo на незрелых новорожденных кроликах. В 1983 г. первый недоношенный ребенок был успешно пролечен сурфактантом в Стокгольме по гуманитарным показаниям. Данное поверхностно-активное вещество порактант альфа было названо в честь исследователей «Куросурф» (Curstedt – Robertson – surfactant). Рандомизированные европейские клинические испытания начаты в 1985 г. В 1980-х и 1990-х гг. проведено множество рандомизированных клинических исследований, которые установили эффективность порактанта альфа при неонатальном РДС, режим дозирования, преимущества профилактики для глубоко недоношенных детей, в т.ч. по сравнению с другими препаратами поверхностно-активных веществ [14]. В ноябре 1988 г. в журнале Pediatrics опубликованы результаты первого крупного рандомизированного многоцентрового исследования, включившего сотрудничество восьми европейских отделений интенсивной терапии новорожденных. В статье показана эффективность заместительной терапии препаратом порактанта альфа (Куросурф), проведенной 146 пациентам с тяжелым неонатальным РДС. В результате лечения, по данным исследования, неонатальная смертность снизилась с 51 до 31% [15].
В 1990–1991 гг. проведено большое клиническое исследование препарата колфосцерила пальмитат, охватившее более 6000 больных новорожденных (испытание OSIRIS), доказавшее эффективность раннего введения сурфактанта. В 1990 г. производитель получил лицензию на препарат, а к 1993 г. в Великобритании искусственный сурфактант назначался уже практически каждому недоношенному ребенку [16].
Сурфактант человека из амниотической жидкости рожениц впервые был изучен в США и Финляндии. Он содержал все компоненты легочного сурфактанта, в т.ч. и гидрофильные белки SP A и SP D, а также нуклеиновые кислоты и балластные белки. Препарат прошел пилотные клинические испытания, но не получил разрешения FDA (Food and Drug Administration) на применение его в клинике.
Эффективность экзогенного сурфактанта в лечении РДС новорожденных установлена в многочисленных клинических исследованиях. Например, в систематизированном обзоре Cochrane в 2009 г. были обобщены результаты 13 рандомизированных клинических исследований, в которых изучались препараты сурфактанта животного происхождения у новорожденных с РДС. Лечение сурфактантом привело к значительному снижению риска смерти (на 32%), в т.ч. госпитальной (на 37%), и частоты развития бронхолегочной дисплазии или смерти в течение 28 дней (на 17%), а также риска других осложнений, включая пневмоторакс (на 57%) и интерстициальную эмфизему легких (на 55%) [17].
Немаловажным вопросом, определившим эффективность сурфактант-терапии, стало определение сроков введения препарата. Высокая эффективность раннего начала сурфактант-терапии СОПЛ и ОРДС у взрослых впервые показана при проведении многоцентровых неконтролируемых клинических испытаний Сурфактанта БЛ в 1998–2002 гг. В эти исследования были включены 58 больных, соответствовавших критериям Америко-Европейской согласительной комиссии по ОРДС 1994 г. Исследования проводили в шести клиниках Москвы и СанктПетербурга. В первой группе пациентов время первого введения препарата составило 18,7±2,72 часа, во второй – 31,9±5,6. В результате отмечено улучшение параметров оксигенации в первой группе, что позволило смягчить параметры искусственной вентиляции легких (ИВЛ), сократить время экстубации у 81,03% пациентов. Смертность в первой группе была равна 14,9%, во второй составила 90%. Таким образом, время начала сурфактант-терапии СОПЛ и ОРДС считается решающим для исхода ОРДС [1].
Способ введения препарата также влияет на успех лечения сурфактантом. Согласно экспериментальным данным, при ингаляционном способе введения только около 4,5% препарата попадает в альвеолярное пространство. Было показано, что ингаляционный способ введения препаратов легочного сурфактанта менее эффективен, чем микроструйный или болюсный, как для новорожденных, так и для взрослых. Применение препаратов в большом объеме эмульсии более эффективно, т.к. предполагает более равномерное их распределение в легких. В настоящее время наиболее эффективным считают посегментное эндобронхиальное болюсное введение данных препаратов.
С целью улучшения результатов лечения ОРДС новорожденных в настоящее время разработаны менее инвазивные методы введения сурфактанта, например стратегия INSURE (intubation – surfactant – extubation), которая предполагает интубацию недоношенных детей, введение сурфактанта в трахею, а после кратковременной вентиляции легких – экстубацию и перевод больного на NСРАР (nasal continuous positive airway pressure – назальная вентиляция с постоянным положительным давлением в дыхательных путях). Применение этой стратегии позволяет избегать длительной механической вентиляции легких, которая оказывает повреждающее действие на легкие новорожденного. Недостаток метода – необходимость в интубации трахеи эндотрахеальной трубкой.
В 2007 г. А. Kribs et al. описали введение сурфактанта новорожденным, способным к самостоятельному дыханию, не требующему интубации. Метод, получивший название «Less invasive surfactant administration» (LISA), в дальнейшем был модифицирован Klebermass-Schrehof et al. При использовании данного метода ребенку, находящемуся на NСРАР, препарат вводят под контролем прямой ларингоскопии через тонкий катетер болюсно в течение 5 минут. J. Aldana-Aguirre et al. провели мета-анализ 6 рандомизированных клинических исследований, в которых у 895 новорожденных сравнивали результаты LISA и введения сурфактанта через интубационную трубку [18]. Применение метода LISA сопровождалось достоверным снижением частоты комбинированной конечной точки, включавшей смерть или бронхолегочную дисплазию на 36-й неделе, а также необходимость в механической вентиляции легких в течение 72 часов после родов и во время пребывания в отделении интенсивной терапии, хотя достоверной разницы смертности между группами сравнения не выявили [17].
Д.В. Ашерова-Юшкова и соавт. в своем исследовании с применением методики LISA продемонстрировали достоверные показатели снижения летальности, длительности и частоты механической вентиляции, а также внутрижелудочковых кровоизлияний, ретинопатий, формирования бронхолегочной дисплазии у глубоко недоношенных детей [19].
Подводя итог вышесказанному, многолетний опыт совершенствования респираторной поддержки, принцип «безопасной» ИВЛ, концепция «открытого легкого» и сурфактанттерапии новорожденных – исторический прорыв в выхаживании недоношенных детей, позволивший значительно повлиять на показатель неонатальной смертности, частоту осложнений у недоношенных детей.
Сурфактант-терапия при различных заболеваниях легких
Опыт применения препаратов легочного сурфактанта при других состояниях помимо ОРДС новорожденных и взрослых достаточно ограничен. Однако описаны попытки применения препаратов данной группы при пневмонии, ателектазах, ХОБЛ, БА и туберкулезе легких.
О. Розенберг и соавт. исследовали применение сурфактанта БЛ для лечения стойких ателектазов, развившихся на фоне острых бронхопневмоний у 60 детей от 9 месяцев до 14 лет. Селективное введение Сурфактанта БЛ с помощью фибробронхоскопа в дозе 75–225 мг на введение приводило к уменьшению числа санационных фибробронхоскопий с 3,4 до 1,3, увеличению частоты полного разрешения ателектазов с 57 до 86% и уменьшению времени госпитализации [20].
S. В. Oetomo et al. исследовали эффективность купирования астматического приступа у 12 детей ингаляционным введением препарата сурфактанта и не обнаружили позитивных изменений функции дыхания [21], тогда как К. Kurashima выявил у 11 пациентов со стойким обструктивным состоянием существенное улучшение функции дыхания [22]. У пациентов с интермиттирующим течением БА введение порактанта альфа ухудшило показатели функции внешнего дыхания при аллергенной провокации [21]. Имеются единичные публикации о перспективах использования препаратов сурфактанта больными ХОБЛ.
A. Anzuetto et al. показали существенное дозозависимое улучшение мукоцилиарного клиренса и функции дыхания пациентов, получавших ингаляции легочного сурфактанта, по сравнению с больными контрольной группы [23].
Опубликованы результаты многоцентрового рандомизированного клинического исследования препарата сурфактант БЛ на больных туберкулезом легких. Уже после 2–4 ингаляций препарата сурфактанта больные отметили значительное увеличение количества выделяемой мокроты, уменьшение или исчезновение болезненного кашля, а в дальнейшем и увеличение переносимости физической нагрузки. У больных улучшалась функция внешнего дыхания и увеличивалась масса тела. После окончания курса лечения у 82,9% больных отмечено абациллирование (64,3% в контроле), через 2–4 месяца после начала лечения у всех 70 (100%) больных основной группы отмечена положительная динамика в рассасывании инфильтратов (67% в контроле) и у 72,9% больных произошло закрытие малых полостей (41,4% в контроле) [24].
В.В. Ерохин и соавт. показали, что введение экзогенного сурфактанта способствует повышению жизнеспособности макрофагов, нормализации их популяционного состава и активации начальных этапов фагоцитоза. Он также стимулирует образование большего числа фаголизосом, что способствует более полному завершению процесса фагоцитоза. Разработан методический подход использования препаратов сурфактанта в комплексном лечении больных деструктивным туберкулезом легких [25].
Заключение
Полученные к настоящему времени данные о структуре, функциях сурфактантной системы легких и ее значении в патогенезе различных заболеваний значительно расширили представления о физиологии и патофизиологии системы органов дыхания в целом.
В последние годы отмечается высокий интерес к сурфактантным белкам, раскрытию их иммунологических свойств при различных заболеваниях легких. Сурфактантные протеины могут быть использованы не только как маркеры повреждения легких, но и как агенты воздействия на патогенетические звенья воспалительной реакции, что раскрывает новые возможности для решения фундаментальных проблем клинической медицины. Несмотря на то обстоятельство, что только сурфактант-терапия РДС новорожденных вошла в широкую медицинскую практику, перспективы применения препаратов легочного сурфактанта для лечения других заболеваний легких также очевидны.
Согласно итогу вышесказанному, система легочного сурфактанта была предметом изучения исследователей на протяжении нескольких десятков лет. Результатом стали открытия и практические решения, сделавшие существенный вклад в здравоохранение, а также ряд новых вопросов, требующих изучения. Результаты дальнейших исследований сурфактантной системы безусловно откроют новые перспективы для поиска патогенетически обоснованных направлений диагностики и лечения бронхолегочной патологии.
