Surfactant

Surfactant setzt sich hauptsächlich aus Lipiden (Neutrallipiden und Phospholipiden), Proteinen, Glykosaminoglykanen und Ca²⁺-Ionen zusammen.

Lipide

Den größten Anteil des Surfactants stellen mit über 90% Lipide, von denen wiederum mehr als 80% Phosphatidylcholine sind. Rund die Hälfte der Lipidfraktion besteht aus Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC). Dieses Phospholipid weist zwei gesättigte Palmitoyl-Reste mit jeweils 16 C-Atomen und eine Phosphatgruppe auf, an die eine quartäre Alkylammoniumgruppe angehängt ist.

Phosphatidylglycerol (PG) steuert rund 11% der Lipide bei. Es hat ungesättigte Fettsäurereste, welche die Viskosität der vom Surfactant gebildeten Lipidschicht herabsetzen. Darüber hinaus findet man in der Lipidfraktion Neutralfette und Cholesterin.

Proteine

Die verbleibenden 10% des Surfactants sind Proteine. Die Hälfte davon besteht aus Plasmaproteinen, die andere Hälfte aus speziellen Surfactantproteinen (SP). Sie werden auch surfactantassoziierte Proteine genannt. Zu ihnen zählen:

• SP-A (SFTPA1),
• SP-B (SFTPB),
• SP-C (SFTPC) und
• SP-D (SFTPD).

SP-A und SP-D haben eine immunologische Funktion. Sie besitzen Domänen für die Erkennung von Kohlenhydraten. Dadurch können sie mit den Oberflächenantigenen von Bakterien und Viren interagieren und machen sie für Makrophagen erkennbar, welche die Erreger phagozytieren können. SP-A dient über einen negativen Rückkoppelungsmechanismus auch der Regulation der Surfactant-Produktion. SP-A und SP-D werden unter anderem auch von den Keulenzellen (ehemals Clara-Zellen) gebildet.

SP-B and SP-C sind hydrophobe Membranproteine, die die Ausbreitung des Surfactants auf der Alveolaroberfläche beschleunigen. Sie sind essentiell für die normale Lungenfunktion.

Ohne Surfactant würden die Alveolen, die ständig durch einen Feuchtigkeitsfilm bedeckt sind, insbesondere in der Exspiration aufgrund der hohen Oberflächenspannung kollabieren.

Die Atmung wäre um ein Vielfaches erschwert bzw. unmöglich. Surfactant verringert als emulgierende, oberflächenaktive Substanz die Oberflächenspannung und hält somit die Alveolen offen. Dadurch wird ein effektiver Gasaustausch ermöglicht.

Surfactant reduziert die Oberflächenspannung von Wasser von 70 dyn/cm auf 25 dyn/cm. Die Verringerung der Oberflächenspannung ist dabei proportional zur Surfactantkonzentration. In kleineren Alveolen ist die Konzentration wegen der geringeren Oberfläche erhöht, sodass die Oberflächenspannung stärker reduziert wird als in großen Alveolen. Diese Eigenschaft ist maßgeblich für die alveoläre Stabilität bzw. Größenkontrolle verantwortlich. Entfaltet sich eine Alveole, so vergrößert sich die Oberfläche. In der Folge sinkt die lokale Konzentration von Surfactant, sodass die Oberflächenspannung wieder zunimmt und die weitere Vergrößerung deutlich erschwert wird. Die Folge dieses Prinzips ist, dass quasi alle Alveolen gleichzeitig expandieren. Den größeren Alveolen wird es ab einer bestimmten Größe erschwert, sich weiter zu entfalten. Die kleineren Alveolen entfalten sich durch die höhere Surfactantkonzentration von Beginn an leichter.

Surfactant wirkt dem Laplace-Gesetz entgegen. Nach diesem Gesetz müssten Alveolen bei kleinerem Durchmesser schneller kollabieren, da der Druck dort höher ist als in großen Alveolen. Zudem müssten sich kleinere Alveolen dem Druckgefälle nach in größere Alveolen entleeren. Beide Phänomene werden jedoch nicht beobachtet, da Surfactant die Druckverhältnisse angleicht.

Zusätzlich hält Surfactant die Alveolen weitgehend trocken. Hohe Oberflächenspannung würde dazu führen, dass Flüssigkeit aus dem kapillaren Netzwerk in das Innere der Alveole gezogen wird. Durch die Reduzierung dieser Kräfte bleibt dies jedoch aus.

Die Surfactant-Bildung ist bei Rauchern vermindert, bei körperlicher Arbeit ist die Bildung erhöht. Bei prolongierter Sauerstofftherapie (v.a. mit hohen Konzentrationen) kann es zu einer Reduktion des Surfactants kommen.

Angaben zur Halbwertszeit von endogenem Surfactant schwanken in der Literatur zwischen 10-100 h, abhängig von der Messmethode.

Surfactant wird erst ab der 24. Schwangerschaftswoche vom ungeborenen Kind produziert. Bei Frühgeburten, insbesondere bis zur 34. Woche besteht ein mehr oder weniger stark ausgeprägter Surfactant-Mangel, welcher zum Atemnotsyndrom des Frühgeborenen (RDS) führen kann.

Der Surfactant-Mangel kann durch die Gabe von aus tierischem Material gewonnenem Surfactant behandelt werden. Dabei stehen in Deutschland derzeit (2022) zwei Präparate zur Verfügung:

• Bovactant (Alveofact^®): bovines Surfactant
• Poractant alfa (Curosurf^®): porcines Surfactant

Lucinactant (Surfaxin^®), ein neu entwickeltes Surfactantpräparat mit synthetischen Phospholipiden und einem Peptid aus 21 Aminosäuren, sowie rein synthetische Präparate (Elifactant, Lusupultid) befinden sich derzeit (2022) in Entwicklung.

Beim RDS wird das exogene Surfactant meist ab der Geburt bis zu 60 Minuten postnatal verabreicht. Auch eine Gabe mehr als 1 bis 2 Stunden postnatal bei klinischen und/oder radiologischen Zeichen des RDS ist möglich. Herstellerseitig werden Initialdosen zwischen 50 und 200 mg/kg Körpergewicht empfohlen. Das Surfactant wird dabei intratracheal über eine in den Trachealtubus eingeführte Sonde oder über einen doppellumigen Tubus als Bolus appliziert.^[1][2]

Hinweis: Diese Dosierungsangaben können Fehler enthalten. Ausschlaggebend ist die Dosierungsempfehlung in der Herstellerinformation.

Additiv können Glukokortikoide (v.a. Betamethason) verabreicht werden, um die Surfactantbildung zu stimulieren.

• Reynolds SD, Malkinson AM: Clara cell: progenitor for the bronchiolar epithelium. Int J Biochem Cell Biol. 2010 Jan;42(1):1-4. doi: 10.1016/j.biocel.2009.09.002. Epub 2009 Sep 9.
• GNPI, DGKJ Surfactanttherapie des Atemnotsyndroms Frühgeborener (RDS), S2k-Leitlinie 2017, abgerufen am 27.05.2020

• Bildquelle Podcast: © Tj Holowaychuk / Unsplash