سورفکتانت؛ ماده‌ای کاهش‌دهنده کشش سطحی در کیسه‌های هوایی

سورفکتانت؛ قهرمان نامرئی نفس‌کشیدن

کشش سطحی چیست و چرا یک مشکل است؟

برای درک اهمیت سورفکتانت، اول باید با مفهوم کشش سطحی^۲ آشنا شویم. کشش سطحی خاصیتی است که باعث می‌شود مولکول‌های سطح یک مایع به هم بچسبند و یک لایهٔ کشسان و محکم تشکیل دهند. یک مثال ساده: وقتی یک سوزن را با دقت روی آب قرار می‌دهید، شناور می‌ماند. این اتفاق به خاطر کشش سطحی آب رخ می‌دهد.

حالا همین پدیده را در ریه‌های خود تصور کنید. کیسه‌های هوایی^۳ ریه‌ها سازه‌هایی کوچک و خیس هستند که تبادل گاز اکسیژن و دی‌اکسیدکربن در آنها انجام می‌شود. اگر سطح این کیسه‌ها فقط با آب پوشیده شده بود، کشش سطحی آب بسیار قوی بود و باعث می‌شد دیواره‌های کیسه‌ها به سمت داخل جمع شوند و روی هم بیفتند (مثل زمانی که دو صفحهٔ شیشه‌ای خیس را به هم می‌چسبانید). در این حالت، باز کردن کیسه‌ها برای ورود هوا و نفس‌کشیدن به شدت سخت و انرژی‌بر می‌شد.

سورفکتانت چگونه این مشکل را حل می‌کند؟

اینجاست که سورفکتانت مثل یک قهرمان وارد عمل می‌شود. سورفکتانت یک مادهٔ لیپوپروتئینی^۴ است که توسط سلول‌های خاصی در کیسه‌های هوایی به نام پنوموسیت‌های نوع دوم^۵ ساخته و ترشح می‌شود. مولکول‌های سورفکتانت ساختاری دوستانه^۶ دارند: یک سر آن آب‌گریز^۷ (از آب فراری) و یک سر آن آب‌دوست^۸ (جذب‌کنندهٔ آب) است.

وقتی این مولکول‌ها به سطح مایع درون کیسه‌های هوایی می‌رسند، به گونه‌ای قرار می‌گیرند که سر آب‌گریز آنها به سمت هوا و سر آب‌دوست آنها به سمت مایع داخل ریه باشد. این چیدمان، نیروی کشش سطحی بین مولکول‌های آب را به میزان چشمگیری کاهش می‌دهد و مانع از جمع شدن و روی هم افتادن کیسه‌های هوایی می‌شود. در نتیجه، نفس کشیدن به راحتی و با صرف انرژی کمتری انجام می‌گیرد.

یک مثال ملموس از عملکرد سورفکتانت

برای درک بهتر، دو بادکنک را در نظر بگیرید. یکی از آنها را با آب خالی و دیگری را با آب و چند قطره مایع ظرفشویی (که خود یک نوع سورفکتانت است) پر کنید. اگر سعی کنید هر دو بادکنک را باد کنید، بادکنک حاوی آب خالی به دلیل کشش سطحی بالا، باد کردنش بسیار سخت خواهد بود. اما بادکنک حاوی مایع ظرفشویی به راحتی باد شده و باد کردنش نیز آسان‌تر است. سورفکتانت ریه دقیقاً همین کار را برای کیسه‌های هوایی ما انجام می‌دهد.

اهمیت سورفکتانت برای نوزادان نارس

سورفکتانت در ریه‌های جنین از حدود هفتهٔ ۲۴ تا ۲۸ بارداری شروع به تولید می‌کند، اما مقدار کافی آن معمولاً تا نزدیک به پایان بارداری (حدود هفتهٔ ۳۴ تا ۳۶) فراهم نمی‌شود. نوزادانی که زودتر از موعد به دنیا می‌آیند، اغلب ریه‌هایی با سورفکتانت ناکافی دارند. این وضعیت می‌تواند منجر به یک بیماری جدی به نام سندرم زجر تنفسی^۱۳ نوزادان (RDS) شود.

در این بیماری، کیسه‌های هوایی به دلیل کشش سطحی بالا به راحتی روی هم می‌افتند و نوزاد با هر بار بازدم، باید برای باز کردن دوبارهٔ آنها انرژی بسیار زیادی صرف کند. این امر منجر به تنفس سریع و سخت، کبودی و کمبود اکسیژن می‌شود. خوشبختانه امروزه با پیشرفت پزشکی، سورفکتانت مصنوعی یا طبیعی وجود دارد که مستقیماً از طریق نای به ریه‌های نوزاد نارس رسانده می‌شود و می‌تواند جان بسیاری از نوزادان را نجات دهد.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ سورفکتانت (Surfactant): Surface Active Agent، ماده‌ای فعال در سطح.
^۲ کشش سطحی (Surface Tension): نیرویی که مولکول‌های سطح یک مایع را به هم می‌چسباند.
^۳ کیسه‌های هوایی (Alveoli): ساختارهای کیسه‌مانند کوچک در ریه که تبادل گازها در آنها انجام می‌شود.
^۴ لیپوپروتئینی (Lipoprotein): ترکیبی از چربی (لیپید) و پروتئین.
^۵ پنوموسیت‌های نوع دوم (Type II Pneumocytes): سلول‌های موجود در دیوارهٔ کیسه‌های هوایی که مسئول تولید و ترشح سورفکتانت هستند.
^۶ آمفی‌فیلیک یا دوگانه‌دوست (Amphiphilic): داشتن هم بخش آب‌دوست و هم بخش آب‌گریز.
^۷ آب‌گریز (Hydrophobic): دفع‌کنندهٔ آب.
^۸ آب‌دوست (Hydrophilic): جذب‌کنندهٔ آب.
^۹ فسفولیپیدها (Phospholipids): نوعی لیپید که جزء اصلی غشای سلولی و سورفکتانت است.
^۱۰ دی‌پالمیتویل فسفاتیدیل کولین (Dipalmitoylphosphatidylcholine - DPPC): مهم‌ترین فسفولیپید موجود در سورfکتانت ریه.
^۱۱ پروتئین‌های سورفکتانت (Surfactant Proteins - SP): پروتئین‌های اختصاصی که به عملکرد بهینهٔ سورفکتانت کمک می‌کنند.
^۱۲ خنثی‌لیپیدها (Neutral Lipids): لیپیدهایی مانند کلسترول که به سیالیت سورفکتانت کمک می‌کنند.
^۱۳ سندرم زجر تنفسی (Respiratory Distress Syndrome - RDS): یک بیماری تنفسی جدی در نوزادان نارس به دلیل کمبود سورفکتانت.