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輕輕鬆鬆的呼吸!

105/10/04 瀏覽次數 2951
當吹氣球時,一開始比較費力,等氣球吹大後,再吹起來就輕鬆多了!這是因為吹大氣球所需的壓力,與氣球半徑成反比,與球面上的張力成正比。一起來看一個物理小實驗:製造兩個不同大小的肥皂泡,兩個泡泡上的表面張力會相等。當讓兩個泡泡連通,小泡泡內的壓力因為半徑小而比大泡泡的壓力大,因此空氣會由小泡泡流向大泡泡,使得大泡泡越來越大,而小泡泡幾近消失!

當呼吸時,吸氣就如同要將呼完氣後的小肺泡吹大,而肺泡內覆蓋一層液膜,與肺泡中的空氣形成界面而存在一表面張力。科學家 von Neergaard於1929年根據對肺泡充氣與充入液體之體外肺壓力─容積量測結果之差異,推斷肺泡內存在有某種表面活性物質可降低其表面張力,後來就稱之為肺泡界面活性劑。肺泡界面活性劑之最主要功能即為降低肺泡內襯液層之表面張力,有助於降低呼吸所須做的功,以及避免肺水腫之發生。另外,經由肺泡界面活性劑對表面張力之調整功能亦可增進大小肺泡間的穩定共存。

1959 年,Avery 和 Mead 發現早產兒的呼吸窘迫症之主因是因早產兒的肺尚未發育成熟,無法產生足夠的肺泡界面活性劑所引起的。自此以後,科學家即針對肺泡界面活性劑展開廣泛之研究。1980 年,Fujiwara 等人發表了第一個成功使用牛的肺泡界面活性劑治療早產兒的呼吸窘迫症。1990 年以後,使用外源性肺泡界面活性劑成為治療早產兒呼吸窘迫症的常規用藥。

肺泡界面活性劑中,二棕櫚醯磷脂醯膽鹼(DPPC)不但是含量最多的成份,亦為降低表面張力最主要的成份。早期之臨床研究,即曾以 DPPC 作為肺泡界面活性劑之替代品,來治療早產兒之呼吸窘迫症,唯療效不佳。因此,外源性肺泡界面活性劑多以DPPC為主,再外加其他成分改善其療效。外源性肺泡界面活性劑可分成人工合成與純化動物肺泡界面活性劑而來。人工合成肺泡界面活性劑具有成本低、製造容易且原料不虞匱乏等優點,特別是不含動物性蛋白質,不會產生免疫性等相關問題。然而,2015年臨床研究指出,自從2001年有研究者證明了不具蛋白質的人工合成肺泡界面活性劑療效不彰後,該類產品便逐漸從市場上消失了。

在肺泡界面活性劑的研究中,常使用如圖二的蘭穆爾(Langmuir)水槽裝置進行體外實驗,將肺泡界面活性劑分散在水槽中的水面上,使用兩個阻隔棒來回移動可壓縮─再擴張水面上的肺泡界面活性劑分子,就可以模擬肺泡的動態呼吸過程。目前使用外源性肺泡界面活性劑治療早產兒呼吸窘迫症相當成功,然而成人急性的肺傷害與呼吸窘迫症,仍是一大挑戰。

隨著奈米科技的興起,新的問題也隨之產生,特別是奈米粒子對健康的危害。依據2015年研究報導指出,利用吸入至肺部輸送的奈米藥物,有可能破壞肺泡界面活性劑的功能。因為奈米粒子吸入肺部,第一個遇到的就是肺泡界面活性劑。目前學者正在建立了一套體外測試系統,量測肺泡界面活性劑與奈米粒子的交互作用,做為奈米粒子對健康危害程度的一種評估方式。(感謝科技部補助「新媒體科普傳播:健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫III, MOST 104-2515-S-214-001」。)
 
責任編輯:林永昇
審校:王英基、黃耿祥
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