Partikler i alveolerne
En alveole er en meget lille blære fyldt med luft. Den har en diameter på ca. 150 mikrometer. Disse blærer udgør langt den største del af lungens overflade, og det er her gasoverførslen finder sted.
Sammen med den livgivende ilt indånder vi også helt små partikler. Disse ender i alveolerne.
Vi ved, at partiklerne påvirker lungerne i forskellig grad. Nogle partikler, som for eksempel lungemedicin, indåndes med vilje og forbedrer lungens helse.
Andre partikler, som for eksempel luftforurening, har en negativ påvirkning af lungerne og sågar resten af kroppen.
Partiklerne kan virke på mange forskellige måder, for eksempel ved at beskadige cellerne i lungevæggen, akkumulere i lungerne, fordi de ikke kan fjernes af kroppens forsvar system, eller ændre miljøet i lungerne, så det bliver skadeligt for kroppens celler.
Ud over disse effekter kan de indåndede partikler også påvirke funktionen af det tynde lag lungesurfaktant, som dækker overfladen af alle lungeblærerne. Min forskning fokuserer på, hvordan partikler påvirker lungesurfaktant, så jeg vil her prøve at beskrive, hvordan vi måler dette i laboratoriet.
Når surfaktanten bliver beskadiget
Lungesurfaktanten sænker overfladespændingen i grænsefladen mellem luft og væske. Uden denne sænkning kan blærerne ikke holdes åbne, når man ånder ud.
Hvis lungesurfaktanten bliver beskadiget, kan lungeblærerne klappe sammen og de respiratoriske bronkioler (de små rør, som fører luften til blærerne) fyldes med væske. Når dette sker, skal der bruges kræfter på at åbne blærerne igen og fjerne væsken. Det bliver tungt at trække vejret.
Hvordan måles surfaktantfunktionen?
Den første udfordring, som skal overkommes, når man arbejder med lungeurfaktant, er, at den naturlige surfaktant befinder sig i et system med konstant bevægelse.
Voksne i hvile trækker vejret 20 gange per minut, og lungens overfladeareal ændrer sig med 20% hver gang. Reduktion af surfaktantens overfladespænding kan kun ses, hvis man kan genskabe denne dynamiske ændring i areal.
Der findes mange metoder til at måle overfladespænding, da dette er en vigtig faktor i mange industrielle processer, for eksempel i fødevareproduktion, fremstilling af medicin, papirindustrien mv.
Hvis man drypper en dråbe af en væske på en ikke-fugtende overflade, kan man ud fra kontaktvinklen mellem dråben og overfladen udregne væskens overfladespænding. Disse metoder er dog statiske og kan ikke bruges i målinger af lungesurfaktant.
Metoder til måling af surfaktantfunktion har eksisteret de sidste 100 år (Langmuir balance) men instrumenterne, som har været tilgængelige, har alle haft store ulemper, som for eksempel at frekvensen på arealændringer har været meget lav (en cyklus i Langmuir tager 20 min at fuldføre sammenlignet med, at det tager mennesker 3 sekunder at ånde ind og ud), at målingen af meget lave overfladespændingsværdier har været umulige eller at de har været meget besværlige og tidskrævende at udføre.
Jeg bruger et instrument, som hedder ”constrained drop surfactometer” (CDS). Dette er for nyligt udviklet af forskere i Canada og på Hawaii og har givet løsningen på de fleste af de udfordringer, som tidligere har begrænset kortlægningen af interaktionen mellem surfaktant og partikler.
Surfaktometet
I surfaktometeret sættes en dråbe surfaktant på en piedestal med en meget skarp kant. Denne skarpe kant forhindrer, at dråben flyder ud, når overfladespændingen bliver meget lav.
Væske kan tilføres og suges ud af dråben med en sprøjte, som er styret af en meget nøjagtig motor. Denne kan ændre dråbens areal med 20% (eller mere) i cykler på 3 sekunder for at simulere normal vejrtrækning.
Ved hjælp af et kamera og et computerprogram udregner instrumentet overfladespændingen på dråben løbende, mens man udfører eksperimenter. Det er en kunstig alveole, bare noget større. Surfaktometret giver fantastiske muligheder til at studere surfaktantfunktionen.
De indåndede partikler
Så langt så godt, men jeg vil gerne undersøge, hvordan lungesurfaktanten påvirkes af partikler af forskellig karakter. For øjeblikket befinder dråben sig i et lufttæt kammer uden luftudskiftning.
Noget, som ville svare til, at luften stod helt stille i dine lunger, mens du ånder. Derfor er vi gået i gang med at bygge det kammer, som omgiver surfaktantdråben, om, så der er en luftstrøm med partikler – noget, som gør modellen endnu bedre til at simulere de virkelige forhold i alveolerne.
Med ombygningen af surfaktometet kan vi nu smøge ærmerne op og finde ud af, hvad for nogle partikler der kan skade surfaktantlaget. Vi vil teste både inhalationsmedicin og partikler, man vil kunne finde i arbejdsmiljøet.
Denne artikel er oprindeligt publiceret som et blogindlæg.
