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Der Surfactant, manchmal auch Antielektasefaktor genannt, ist eine lebenswichtige Substanz, die für die reibungslose Funktion der Lungen verantwortlich ist. Ohne Surfactant wäre der Gasaustausch im Körper stark beeinträchtigt, was insbesondere bei Frühgeborenen, die oft einen Mangel an dieser Substanz haben, zu schweren Atemproblemen führen kann. In diesem Artikel wird die Struktur, Funktion und klinische Bedeutung für die Atmung und Gesundheit beleuchtet.
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Surfactant – Definition
Der Surfactant (kurz für “Surface Active Agent”) ist eine Substanz, die in der Lunge produziert wird und dafür sorgt, dass die Oberflächenspannung in den Lungenbläschen (Alveolen) verringert wird.
Surfactant – Zusammensetzung
Der Surfactant besteht hauptsächlich (zu 90 Prozent) aus Phospholipiden und Proteinen (etwa zehn Prozent). Auch ein geringer Teil an Kohlenhydraten ist zu verzeichnen. Hauptsächlich wird die Substanz von den Alveolarzellen Typ II (Pneumozyten Typ II) und vermutlich auch von den Keulenzellen in der Lunge gebildet.
Hydrophile Surfactant-Proteine
Keulenzellen produzieren zwei hydrophilen Proteine des Surfactants: Surfactant-Protein-A (SP-A) und Surfactant-Protein-D (SP-D). Sie sind für die Rezirkulation des Surfactants wichtig. Zusätzlich regulieren sie zusammen mit dem Keulenzellprotein CC10 überschießende Entzündungsreaktionen herunter.
Bei den Phospholipiden handelt es sich vor allem um Dipalmitoyl-Phosphatidylcholin, welches sich lamellenartig zusammenlagert und aufgrund seines amphiphilen Charakters einen Film auf den Alveolen bildet. Der Anti-Atelektasefaktor wird in den Pneumozyten Typ II in sogenannten Lamellenkörperchen gespeichert und zum Beispiel bei mechanischen Reizen per Exozytose in den Alveolarraum abgegeben. Ein großer Teil der Substanz wird wieder aufgenommen zur erneuten Verwertung (Rezirkulation). Der restliche Teil, der nicht mehr benötigt wird, kann durch die Alveolarmakrophagen (Makrophagen der Lunge) abgebaut werden.
Hydrophobe Surfactant-Proteine
Die zwei hydrophilen Proteine des Surfactants, Surfactant-Protein-B (SP-B) und Surfactant-Protein-C (SP-C) sorgen für eine Stabilisierung des Phospholipidfilms, der den Surfactant hauptsächlich ausmacht.
Surfactant – Funktion und Physiologie
Durch das Herabsetzen der Oberflächenspannung verhindert der Surfactant, dass die Alveolen beim Ausatmen kollabieren und erleichtert das erneute Aufweiten der Lungenbläschen beim Einatmen.
Die Phospholipide in der Substanz setzen die Oberflächenspannung in den Lungenbläschen (Alveolen) herab, indem sie sich an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche in den Alveolen ausrichten.
Phospholipide haben eine spezielle Molekülstruktur mit einem hydrophilen Kopf und einem hydrophoben Schwanz. In den Lungenbläschen gibt es eine dünne Flüssigkeitsschicht, die die Innenwände der Alveolen bedeckt. Diese Flüssigkeit würde normalerweise eine hohe Oberflächenspannung erzeugen, die dazu führen könnte, dass die Alveolen kollabieren, weil sich die Flüssigkeitsmoleküle stark aneinanderziehen. Diese kollabierten Bereiche werden auch als Atelektasen bezeichnet, was den weiteren Namen der Substanz als Anti-Atelektasefaktor erklärt.
Wenn der Surfactant in die Alveolen gelangt, richten sich die Phospholipide so aus, dass ihre hydrophilen Köpfe zur Flüssigkeit und die hydrophoben Schwänze zur Luft zeigen. Diese Ausrichtung unterbricht die starken Wechselwirkungen zwischen den Flüssigkeitsmolekülen an der Grenzfläche. Dadurch wird die Oberflächenspannung stark reduziert. Das erleichtert das Aufdehnen der Alveolen beim Einatmen und verhindert, dass sie beim Ausatmen vollständig kollabieren.
Surfactant – Klinik
Beim Atemnotsyndrom des Neugeborenen (NRDS) liegt ein Mangel an Surfactant vor. Das liegt an noch nicht vollständig ausgereiften Pneumozyten des Typ II und damit unter anderem an einem fehlenden Protein (SP-B). Durch diesen Mangel lassen sich die Alveolen zunehmend schlechter entfalten. Frühgeborene kommen sehr häufig mit solch einem Mangel zur Welt, da die Pneumozyten Typ II erst nach der 35. Schwangerschaftswoche vollständig ausgereift sind. Therapeutisch kann unter anderem eine Gabe von tierischem Surfactant direkt in die Luftröhre (Trachea). Zusätzlich können prophylaktisch ab der 24. Schwangerschaftswoche Glucocorticoide gegeben werden, um die Entwicklung der Zellen zu fördern, sollte eine Frühgeburt erwartet werden.
Häufige Fragen
- Was ist Surfactant?
- Welche Funktionen hat Surfactant in der Lunge?
- Wie wird Surfactant produziert?
- Was passiert bei einem Mangel an Surfactant?
Surfactant ist eine lebenswichtige Substanz, die in der Lunge produziert wird. Er besteht hauptsächlich aus Phospholipiden und Proteinen und spielt eine entscheidende Rolle für die Atmungsfunktion.
Die Hauptfunktion von Surfactant ist die Verringerung der Oberflächenspannung in den Alveolen (Lungenbläschen). Diese Reduktion verhindert, dass die Alveolen beim Ausatmen kollabieren, und erleichtert das Aufdehnen der Lungenbläschen beim Einatmen. Darüber hinaus stabilisiert Surfactant die Alveolen in verschiedenen Größen, indem es eine gleichmäßige Verteilung der Oberflächenspannung ermöglicht.
Ein weiterer wichtiger Aspekt von Surfactant ist seine Rolle in der Immunabwehr. Er enthält spezifische Proteine, die dabei helfen, Krankheitserreger und Partikel in der Lunge zu erkennen und zu eliminieren, wodurch die Lunge vor Infektionen geschützt wird.
Surfactant wird hauptsächlich von den Typ-II-Alveolarepithelzellen in den Lungen produziert. Der Produktionsprozess umfasst mehrere Schritte. Zunächst synthetisieren die Typ-II-Zellen Phospholipide, insbesondere Dipalmitoylphosphatidylcholin, sowie Surfactant-Proteine. Diese Komponenten sind entscheidend für die Struktur und Funktion des Surfactants.
Die produzierten Phospholipide und Proteine werden in speziellen Organellen, den Lamellärkörpern, gespeichert. Diese Körper enthalten die Bausteine des Surfactants und sind bereit zur Freisetzung. Bei der Atmung wird Surfactant durch Exozytose aus den Lamellärkörpern in den alveolären Raum freigesetzt, ein Prozess, der durch die mechanische Dehnung der Lunge, insbesondere beim Einatmen, angeregt wird.
Nach der Freisetzung wird ein Teil des Surfactants wieder von den Typ-II-Zellen aufgenommen, um die Phospholipide und Proteine zu recyceln. Der Abbau von nicht mehr benötigtem Surfactant erfolgt durch spezielle Zellen, die als Makrophagen bekannt sind.
Der häufigste Zusammenhang ist das Atemnotsyndrom (RDS) bei Frühgeborenen, die oft nicht genügend Surfactant produzieren. Dies führt zu einem erhöhten Risiko für den Kollaps der Alveolen, da die Oberflächenspannung steigt und die Lungenbläschen beim Ausatmen zusammenfallen können. Zudem kann der Mangel entzündliche Reaktionen in der Lunge verstärken und langfristige Atemprobleme verursachen.
- Lüllmann-Rauch, Renate: Taschenlehrbuch Histologie, Thieme (Stuttgart: 6. Auflage, 2019)
- Silbernagel et. al.: Physiologie, Thieme (Stuttgart: 8. Auflage, 2018)
