Plíce zevnitř: vzor z každého výdechu
Černé propletené obrazce na bílém pozadí. Na první pohled by člověk hádal potisk na látce, abstraktní fotografie z módního magazínu, nebo něco, co visí v galerii za velké peníze. Jenže tenhle snímek vznikl pod fluorescenčním mikroskopem, uprostřed laboratorního výzkumu, a nikdo ho nepořizoval kvůli jeho estetické hodnotě.
Jde o fotografii plicního surfaktantu, látky vystýlající vzduchové váčky v lidských plicích. A propletené tvary? Ty vytvořily molekuly při prostém výdechu.
Proč plíce potřebují něco jako saponát
Vzduch se v plicích nevyměňuje v jedné velké dutině, ale v drobných váčcích zvaných alveoly. Právě jejich obrovský počet dramaticky zvyšuje plochu, přes kterou může kyslík přestupovat do krve.
Jenže alveoly mají stěny pokryté tenkou vrstvou tekutiny, a tekutina má povrchové napětí. Fyzikálně řečeno: mokré plochy k sobě chtějí přilnout. Po každém výdechu, kdy se alveoly smrsknou, by bez ochrany zůstaly slepeny dohromady jako mokré sáčky a příští nádech by byl krajně namáhavý nebo vůbec nemožný.
Přesně tady vstupuje do hry surfaktant. Funguje podobně jako povrchově aktivní složka v saponátu: snižuje povrchové napětí, takže stěny alveolů se po výdechu neslepí. Každý nádech pak vyžaduje výrazně méně úsilí a celý systém zůstává funkční.
Bez surfaktantu alveoly po výdechu skutečně zklapnou a znovu je otevřít je mimořádně obtížné. Plíce prakticky přestanou fungovat.
Vzor, který se přepisuje s každým výdechem
Plicní surfaktant není jednoduchá látka. Tvoří ho přibližně 90 % lipidů a 10 % bílkovin. Hlavní složkou jsou fosfolipidy, přičemž klíčový z nich nese název dipalmitoylfosfatidylcholin (zkráceně DPPC) a tvoří přibližně 35 až 50 % z celkového množství fosfolipidů.
Právě tyhle molekuly jsou zodpovědné za vzor na snímku. Prajna Dharová, výzkumnice na Kansaské univerzitě, to popsala takto: při každém výdechu, kdy se plíce stlačí, se molekuly surfaktantu fyzicky přeskupí do pravidelných struktur. Samotný vzor v plicích existuje pořád, jen je neviditelný. Fluorescenční barvivo použité při výzkumu ho pouze odkrylo, takže ho šlo pod mikroskopem zachytit.
Propletené černé tvary na bílém pozadí, které tak nápadně připomínají módní potisk, jsou tedy otiskem toho, jak se miliony molekul seřadily při výdechu. A celý děj se opakuje znovu a znovu s každým nádechem.
Snímek, který nikdo neplánoval jako umění
Dharová snímek nepořizovala, aby vytvořila obraz. Pracovala s týmem, do nějž patřily magistrandka Ashleigh Steckly a student Ming Li Tan, a cílem výzkumu bylo pochopit, jak nanočástice interagují s plicním surfaktantem. Plíce jsou pravděpodobnou bránou, kudy se vdechnuté nanočástice z prachu nebo inhalačních léků dostávají dál do těla. Surfaktant tuto cestu komplikuje, dokáže příjem nanočástic buňkami snížit až stonásobně.
Zachycený snímek byl vedlejším produktem tohoto pátrání. Přesto 5. února 2013 na výroční konferenci Biofyzikální společnosti ve Philadelphii vyhrál první místo v soutěži vědeckých snímků na hranici vědy a vizuálního umění. Soutěž hledá právě tuhle náhodnou krásu v datech, která vznikla zcela jinak.
Co zatím nevíme a proč na tom záleží
Výzkum surfaktantu zdaleka není uzavřen. Liší se vzory u zdravých a nemocných plic? Mění se s věkem, nebo se individuálně liší složením? Odpovědi zatím nejsou jednoznačné a vědci se nad nimi stále klonívají.
To, co víme, je klinicky naléhavé. Předčasně narozené děti mívají surfaktantu nedostatek, protože ho plíce nestihly před porodem dostatečně vyrobit. Výsledkem je syndrom dechové tísně novorozenců, závažný stav, který byl ještě nedávno jednou z hlavních příčin novorozenecké úmrtnosti. Podávání surfaktantu přímo do plic nedonošených dětí patří k zásadním pokrokům neonatologie za posledních několik desetiletí.
Takže ten „módní potisk“ z laboratorního snímku není jen hezký obrázek. Je to mapa procesu, na jehož porozumění závisí životy.