יותר ממחצית מכלל הפגים שנולדו לפני השבוע ה-28 להריון מפתחים תסמונת מצוקה נשימתית זמן קצר לאחר הלידה. מכיוון שהריאות שלהם עדיין לא מפותחות לגמרי, הן מייצרות מעט מדי מהנוזל הקסום לכאורה שמפחית את מתח הפנים בריאות. כתוצאה מכך, חלק מהאלוואולים קורסים – והריאות אינן מסוגלות לקבל מספיק חמצן.
הריאות הופכות לעיוותיות יותר
עד לפני 40 שנה, זה בדרך כלל איית מוות. אבל אז, בסוף שנות ה-80, רופאי ילדים פיתחו הליך מציל חיים: הם חילצו את הנוזל מריאות בעלי חיים והזריקו אותו לריאות של פגים. "זה עובד טוב מאוד ביילודים", אומר יאן ורמנט, פרופסור לחומרים רכים ב-ETH ציריך. "הנוזל מצפה את כל פני השטח, מה שהופך את הריאות לעיוותיות יותר או – במילה טכנית יותר – תואמות".
אבל אפילו אצל מבוגרים, הריאות עלולות להיכשל. במהלך מגיפת הקורונה, כ-3,000 אנשים בשוויץ פיתחו תסמונת מצוקה נשימתית חריפה. הזרקת נוזל פעיל פני השטח מריאות בעלי חיים לריאות של מבוגרים, לעומת זאת, אינה עוזרת. "זה מראה שזה לא רק על הפחתת מתח פני השטח", כפי שקובע ורמנט. "אנו מאמינים שגם מתחים מכניים בתוך הנוזל משחקים תפקיד חשוב."
בשיתוף פעולה עם מדענים מספרד, בלגיה וארה"ב, קבוצת המחקר שלו רתמה טכניקות מדידה מתוחכמות כדי לחקור בדיוק כיצד מתנהג נוזל ריאות כאשר הוא נמתח ונדחס מחדש במעבדה. גם הנוזל בגופנו נתון לתנועות דומות כאשר הריאות מתרחבות בזמן השאיפה ומתכווצות שוב בזמן הנשיפה. החוקרים פרסמו זה עתה את ממצאיהם בכתב העת התקדמות המדע.
הסבר לתחושת ההקלה בחזה
בניסויים שלהם, החוקרים דימו את התנועות של נשימות רגילות ועמוקות במיוחד – מדידת הלחץ על פני השטח של הנוזל בכל מקרה. "מתח פני השטח הזה משפיע על מידת ההתאמה של הריאות", מסביר ורמנט. ככל שהריאות תואמות יותר, כך יש פחות התנגדות להתרחבות והתכווצות – וכך קל יותר לנשום.
בעזרת מכשירי המדידה שלהם, החוקרים מצאו כי מתח פני השטח יורד באופן משמעותי לאחר נשימות עמוקות. ככל הנראה, יש הסבר פיזי לתחושת ההקלה שחווית בחזה המתרחשת לעיתים קרובות לאחר אנחה עמוקה. ההסבר מתחיל מההבנה שהסרט הדק שנוצר על ידי נוזל הריאות על פני הריאות מורכב למעשה מכמה שכבות.
"באופן ישיר בגבול עם האוויר, יש שכבת פני שטח מעט קשיחה יותר. מתחת, ישנן מספר שכבות שאמורות להיות רכות יותר משכבת פני השטח", מסבירה מריה נובאס-סילבה, דוקטורנטית בקבוצת המחקר של ורמנט והמחברת הראשונה של המחקר. כפי שהיא הוכיחה בניסויים, השכבה הזו חוזרת לתצורת שיווי המשקל לאורך זמן כשהנוזל אינו זז כלל או זז רק מעט במהלך נשימה רדודה.
בנייה מחדש של מבנים רב שכבתיים
יש צורך בנשימה עמוקה מדי פעם כדי לשחזר את השכבה האידיאלית הזו. בהתבסס על הניתוחים שלהם, החוקרים גילו כי המתיחה והדחיסה המובהקת של נוזל הריאתי גורמת לשינוי הרכב השכבה החיצונית. "יש העשרה של שומנים רוויים, זה גורם לממשק ארוז יותר בצפיפות", אומר Novaes-Silva. ורמנט מוסיף: "זהו מצב מחוץ לגבולות שיווי המשקל התרמודינמי שניתן לשמור עליו רק באמצעות עבודה מכנית".
כמו כן, ידוע מהפרקטיקה הקלינית שהתאמה של הריאות משתנה בהדרגה עם הזמן – ושהנשימה הופכת קשה יותר ויותר בקשר לנשימה רדודה מתמדת. נראה כי המדידות במעבדה משקפות אפוא תצפיות מהמרפאה. Novaes-Silva מסכמת: "הדמיון הזה הוא אינדיקציה לכך שלכדנו מאפיינים אמיתיים עם מערך הניסוי שלנו."
האם התובנות החדשות שהשיגו מדעני חומרים יכולות לשמש גם כדי להסיק מסקנות ותובנות יעילות לאי ספיקת ריאות אצל מבוגרים? "גישה מבטיחה היא לזהות רכיבים שיכולים לשחזר באופן מלאכותי מבנים רב-שכבתיים", מציינים החוקרים במאמרם הטכני. בשיחה מצביע ורמנט על טיפולים הכוללים קצף שמפותחים ונחקרים כעת לעומק על ידי קבוצות אחרות.
