【研究】在病变的肺组织中氧的转移是如何改变的？

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作者：Lauren

导言：当发生急性呼吸窘迫综合征时需要立即采取行动。在这种紧急情况下，病人通常使用心肺机。这包括在体外循环血液，通过细胞膜增加氧气和去除二氧化碳。因此，在肺组织病变中，氧气传输是一个大问题。

弗劳恩霍夫应用聚合物研究所的一组研究人员开发出了一种新型的膜结构，聚合物膜，这种膜结构允许更快的气体交换，从而使患者的血液氧合更容易。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个多学科研究小组开发出了测量牛肺组织中氧传输的微型传感器。这项研究建立了一个观察细胞膜、氧气流动和相关疾病之间难以捉摸的联系的新框架，并发表在《自然通讯》杂志上。

脂蛋白复合物是肺表面活性剂的基础，它覆盖呼吸表面，介导肺内气体交换。心磷脂是一种线粒体脂质，在感染细菌性肺炎的哺乳动物肺中表达过度。此外，氧供应增加(高氧)也是细菌性肺炎的一个重要病理因素。研究中还制备了一种微米级石墨烯传感器，用于测量肺膜透氧。
结合氧感测、X射线散射和原子力显微镜，我们发现哺乳动物的肺膜在心磷脂的作用下发生了结构改变。我们观察到，心磷脂促进了周期性无蛋白膜间接触菱形对称的形成。膜接触促进氧气体渗透的显著增加，这可能对肺炎肺泡气体交换不平衡有重要意义。
材料科学与工程教授塞西莉亚·里尔(Cecilia Leal)与研究生米荣·金(Mijung Kim)和玛丽莲·波拉斯-戈麦斯(Marilyn porrasi - gomez)共同领导了这项研究。研究指出，肺组织要想有效地工作，就必须能够通过它的膜传递氧气和其他气体。其中一种方式是通过一种叫做表面活性剂的物质来降低肺液表面张力，使这种交换得以发生。然而，一种被称为心磷脂的表面活性剂在感染细菌性肺炎的组织中含量过多。
这种新型传感器是基于硅和石墨烯的薄膜，薄膜中包含微小的晶体管，用于测量生物表面的氧渗透。里尔说:“在设备表面的许多微型传感器上都分布着一层薄薄的肺膜，这使我们能够更好地了解一个相对较大的区域内正在发生的事情，而不仅仅是一个点。”
研究小组使用传感器来比较健康膜和病变膜之间的氧传递。这些样本包括一种通常用于治疗早产儿呼吸窘迫的牛脂蛋白提取物，以及一部分与心磷脂结合的样本。
“我们发现更多的氧气通过被心磷脂破坏的组织，”里尔说，“这可能有助于解释以前观察到的肺炎患者血液中氧含量失衡的现象。尽管增加氧气流量可以被认为是积极的，但重要的是要保持发生在肺部的自然交换——更快地将氧气输送到血液中——破坏这种健康的平衡。”
研究人员还通过显微镜和X光成像比较了健康组织和病变组织的结构。他们发现，与心磷脂结合的组织出现了受损的斑点，他们认为这可能是导致肺炎患者氧转移增加和随后氧水平失衡的原因。
里尔说，这项研究的下一个阶段将是研究从健康和患病的哺乳动物肺部提取出的细胞膜。“我们的研究结果对肺膜功能提出了重要的见解，表明结构和成分的变化与氧气的渗透直接相关。”这项工作有可能使在临床研究病理学背景下，检查不平衡的氧气通过肺膜的扩散作用成为可能。”
参考：【1】https://medicalxpress.com/news/2020-04-oxygen-diseased-lung-tissue.html【2】https://www.nature.com/articles/s41467-020-14825-9

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