Solute exhange across the alveolo-capillary barrier.

Abstract

The aim of this thesis was to study the transfer of solutes across the alveolo-capillary barrier in experimental models of alveolar surfactant dysfunction and lung injury as well as in smokers. Experimental studies were performed in anaesthetized, and mechanically ventilated animals. Surfactant dysfunction was induced by administration of a synthetic detergent in aerosol form. Lung injury was induced by intravenous injection of oleic acid. A range of radiolabelled solutes were administrered in aerosol form and the clearance of the tracer from the lungs measured with a gamma camera. Detergent administration results in mild pulmonary oedema and has little effect on compliance of the respiratory system and gas exchange. Oleic acid administration produces severe oedema, reduces compliance and impairs gas exchange. The increase in pulmonary clearance of a small, hydrophilic solute was greater after detergent administration than after injection of oleic acid. Surfactant dysfunction dramatically increased the clearance of small, hydropholic solutes, but had little effect on albumin or on small, lipophilic solutes. The effect of detergent administration on clearance of a small, hydrophilic solute could be partly reversed by administration of natural surfactant. The effect of smoking on clearance of small and large solutes was studied in normal subjects. The effect of smoking was qualitatively similar, but the differences between smokers and non-smokers were greater for the small than for the large solute. The studies provide further evidence that the alveolar surfactant system forms part of the alveolo-capillary barrier against exchange of small, hydrophilic solutes. Clearance of larger solutes may to a greater extent reflect the properties of the structural components of the alveolo-capillary barrier.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Lungornas viktigaste funktion är att sörja för kroppens upptag av syrgas och avgivande av koldioxid. Lungorna består funktionellt av luftrören, genom vilka den inandade luften transporteras, och lungblåsorna (alveolerna), där utbytet av syrgas och koldioxid sker. Alveolerna är mycket små, ca 0,1 mm i diameter, men en vuxen individ har ca 300 miljoner alveoler och ytan där gasutbytet sker (den alveolära ytan) är ca 80 kvadratmeter stor. I alveolernas väggar finns ett tätt nätverk av små blodkärl (kapillärer). I alveolen tas syre upp från luften och förs till blodet och koldioxid avges från blodet till luften. För att transporten av gaserna ska ske snabbt, måste blodet och luften vara i nära kontakt med varandra i alveolerna. Samtidigt måste det finnas en barriär som begränsar utbytet av vätska och lösta ämnen mellan blodet och alveolen, för att förhindra att alveolen fylls med vätska och gasutbytet försämras. Barriären består av den alveolära epitelcellen, ett basalmembran och den kapillära endotelcellen. Den alveolära epitelcellen täcks av ett tunt vätskeskikt, som innehåller ett ytaktivt ämne, surfactant. Den totala tjockleken hos den alveolo-kapillära barriären är mindre än en mikrometer. Surfactant, som huvudsakligen består av fosfolipider (en slags fettmolekyl), minskar ytspänningen i alveolerna och har därmed stor betydelse för lungans utvidgande förmåga. För tidigt födda barn har ibland inte hunnit utveckla surfactantsystemet och lungorna faller lätt samman vid utandningen, vilket försvårar gasutbytet och andningen. Barriärfunktionen kan studeras genom att radioaktivt märkta spårämnen tillförs lungorna i form av en dimma (aerosol). Spårämnena kommer att diffundera (passera) in i blodet och fördelas till resten av kroppen. Radioaktiviteten över lungorna kan mätas med en gammakamera och minskningen i radioaktivitet med tiden utgör ett mått på transporten av spårämnet över den alveolo-kapillära barriären till blodet. Försvinnandet av spårämnet från lungan (lungclearance) uttrycks ofta som halveringstiden för spårämnet i lungorna, dvs den tid det tar för hälften av spårämnet att försvinna från lungorna. Olika egenskaper bestämmer hur snabbt ett ämne passerar över den alveolo-kapillära barriären, tex molekylstorlek, fett- och vattenlöslighet. Man har visat att passagen av små, vattenlösliga molekyler (t.ex. technetiummärkt DTPA, 99mTc-DTPA) över barriären är beroende av surfactantsystemets funktion. Hos rökare och hos patienter med olika lungsjukdomar är lungclearance av 99mTc-DTPA ökat jämfört med icke-rökare respektive friska. I djurmodeller kan man störa surfactantfunktionen genom att tillföra låga doser av vätmedel (ytspänningsnedsättande medel) via inandningsluften, vilket resulterar i en ökning av lungclearance av 99mTc-DTPA. Störning av surfactantfunktionen med små mängder vätmedel påverkar inte gasutbytet eller lungfunktionen. Mikroskopiskt ses ingen skada på cellerna i alveolo-kapillära barriären. Om man istället tillför surfactant till lungan minskar clearance av 99mTc-DTPA. Det har dock varit osäkert om surfactantsystemet påverkar transporten av större molekyler. Man har visat att lungclearance av stora, vattenlösliga molekyler, t.ex. 99mTc-albumin, ökar efter injektion av oljesyra intravenöst. Oljesyra ger upphov till omfattande skador på cellerna i kapillärerna och alveolerna. Stora molekyler, proteiner (äggviteämnen), läcker ut från blodet och alveolerna fylls med vätska (lungödem). Lungskadorna ger en drastisk försämring av gasutbytet. Syftet med detta arbete var att studera transporten av olika ämnen över alveolo-kapillära barriären hos rökare och i experimentella modeller med störning av surfactantfunktionen och lungskada. De experimentella försöken har gjorts på kaniner, som har varit nedsövda och andats i respirator under hela tiden. Vi har mätt lungclearance av olika radioaktivt märkta spårämnen hos kaniner med normala lungor, med störning av surfactantsystemet och med lungskada. Vi har också gjort en studie på friska frivilliga rökare och icke rökare. I de två första arbetena studerade vi förhållandet mellan lungclearance av en liten, vattenlöslig substans (99mTc-DTPA) och vätskeansamling i alveolerna vid störning av surfactantsystemet och lungskada. Clearance av 99mTc-DTPA ökade dramatiskt vid störning av surfactantsystemet medan ökningen av vätska i alveolerna var ringa. Vid en mer omfattande lungskada ökade clearance av 99mTc-DTPA, dock ej lika mycket som vid surfactantstörning, och vätskeansamlingen i alveolerna var stor. I det tredje arbetet studerade vi lungclearance av en stor, vattenlöslig substans (99mTc-albumin). Clearance av 99mTc-albumin påverkades mycket lite av surfactantstörning men ökade vid lungskada. I det fjärde arbetet studerade vi clearance av 99mTc-DTPA och 99mTc-albumin hos rökare och icke rökare. Clearance av 99mTc-DTPA var mycket snabbare hos rökare jämfört med icke rökare. Hos rökarna var clearancekurvan bifasisk, med ett snabbare försvinnade i början, jämfört med icke rökarna som hade ett mer jämnt (monofasiskt) clearance. Clearance av 99mTc-albumin var monofasiskt hos alla icke rökarna och hos de flesta rökarna. Hos tre av rökarna var clearancekurvan bifasisk. I det femte arbetet jämförde vi clearance av små, vattenlösliga substanser med varierande fett- och vattenlöslighet. Det mest fettlösliga ämnet var 99mTc-HIDA, följt av 99mTc-sestamibi och 99mTc-DTPA. I normala lungor var clearance av 99mTc-HIDA snabbast och 99mTc-DTPA långsammast. Vid störning av surfactantsystemet ökade clearance av 99mTc-DTPA dramatiskt liksom tidigare, clearance av 99mTc-sestamibi ökade lite medan clearance av 99mTc-HIDA inte påverkades. I det sista arbetet studerade vi effekten av att tillföra naturligt surfactant till lungor med störning av surfactantfunktionen. Clearance av 99mTc-DTPA minskade efter surfactanttillförseln, men blev inte helt normal. Sammanfattningsvis har vi visat att det inte finns något nära samband mellan lungclearance av små, vattenlösliga substanser och vätskeansamling i alveolerna vid lungödem. Störning av surfactantsystemet påverkar transporten av små, men inte stora, vattenlösliga substanser över den alveolo-kapillära barriären. Transporten av små fettlösliga substanser påverkas inte heller av störning av surfactantsystemet. Effekten av rökning på transporten av små och stora, vattenlösliga substanser över den alveolo-kapillära barriären är kvalitativt lik, med en snabbare transporthastighet initialt, men totalt sett påverkas transporten av små substanser mer än stora av rökning.

• author: Nilsson, Kristina
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Fazio, Ferruccio, Milan, Italy
• organization: Department of Clinical Sciences, Malmö
• publishing date: 1997
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: tomography, radiology, Clinical physics, pulmonary oedema., nuclear medicine, smoking, permeability, rabbit, DTPA, Pulmonary surfactants, medical instrumentation, Klinisk fysiologi, radiologi, tomografi, medicinsk instrumentering
• pages: 112 pages
• defense location: Dept Clin Physiol, Malmö University Hospital
• defense date: 1997-03-07 13:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEFM--1015--SE
• ISBN: 91-628-2348-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Clinical Physiology (013242300)
• id: d1afa26d-ec3b-4817-acf7-5c4be712f61a (old id 29013)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:04:18
• date last changed: 2018-11-21 21:02:29