Świnie mogą oddychać przez ich tyłki. Czy ludzie mogą?

Myszy, szczury i świnie mają wspólną sekretną supermoc: wszystkie mogą używać jelit do oddychania, a naukowcy odkryli to, pompując tlen do pośladków zwierząt.

Po co przeprowadzać takie eksperymenty, pytasz? Zespół badawczy chciał znaleźć potencjalną alternatywę dla wentylacji mechanicznej, zabiegu medycznego, w którym maszyna wtłacza powietrze do płuc pacjenta przez tchawicę. Respiratory dostarczają tlen do płuc i pomagają usuwać dwutlenek węgla z krwi, ale respiratory nie zawsze są dostępne.

Na przykład na początku pandemii COVID-19 szpitale stanęły w obliczu poważnego niedoboru respiratorów. Chociaż lekarze mogą również stosować technikę zwaną ciągłe pozaustrojowe natlenianie krwi (extracorporeal membrane oxygenation / ECMO), w której krew jest wypompowywana z organizmu i ponownie natleniana, procedura ta niesie ze sobą nieodłączne ryzyko, takie jak krwawienie i skrzepy krwi; i często sprzęt potrzebny do ECMO jest trudniej dostępny niż respirator.

Poszukując innego rozwiązania, autorzy badania czerpali inspirację ze zwierząt wodnych, takich jak ogórki morskie [ang. sea cucumbers]  i ryby słodkowodne z rodziny piskorzowatych [ang. loach] ( Misgumus anguillicandatus ), które wykorzystują swoje jelita do oddychania. Nie było jasne, czy ludzie i inne ssaki mają podobne możliwości, chociaż niektórzy naukowcy próbowali odpowiedzieć na to pytanie w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku.

„Początkowo przyjrzeliśmy się systemowi opartemu na modelu myszy, aby sprawdzić, czy możemy dostarczyć gaz tlenowy do odbytu” – powiedział starszy autor dr Takanori Takebe, profesor na Tokijskim Uniwersytecie Medycznym i Stomatologicznym oraz dyrektor Centrum Komórek Macierzystych i Badania Organoidów i Medycyna w Centrum Medycznym Szpitala Dziecięcego w Cincinnati.

„Za każdym razem, gdy przeprowadzaliśmy eksperymenty, byliśmy dość zaskoczeni” – powiedział Takebe.

Bez wentylacji jelitowej myszy umieszczone w środowisku o niskiej zawartości tlenu przeżywały tylko około 11 minut; z wentylacją do odbytu 75% przeżyło 50 minut dzięki infuzji tlenu, która dotarła do ich serc. Zespół następnie spróbował użyć natlenionej cieczy zamiast gazu u myszy, szczurów i świń i uzyskali podobnie obiecujące wyniki. Zespół zauważył, że nadal trzeba wykonać więcej pracy, aby sprawdzić, czy byłoby to bezpieczne i skuteczne u ludzi, zgodnie z artykułem na temat ich odkryć opublikowanym 14 maja w czasopiśmie Med.

„Pandemia uwydatniła potrzebę rozszerzenia opcji wentylacji i natlenienia, a ta luka będzie trwać nawet po ustąpieniu pandemii”, ponieważ będą chwile, kiedy mechaniczna wentylacja będzie niedostępna lub niewystarczająca sama w sobie, dr Caleb Kelly, pracownik kliniki i lekarz-naukowiec z Yale School of Medicine, napisał w komentarzu do badania. Jeśli po dalszych badaniach wentylacja jelitowa w końcu stanie się powszechną praktyką na oddziałach intensywnej terapii, to nowe badanie „zostanie uznane przez historyków za kluczowy wkład naukowy” – napisał.

Przed rozpoczęciem eksperymentów na gryzoniach zespół bardzo dobrze zapoznał się z wnętrznościami ryb z rodziny piskorzowatych. Ryby pobierają tlen głównie przez skrzela, ale czasami, gdy są narażone na warunki o niskiej zawartości tlenu, zamiast tego wykorzystują część swoich jelit do wymiany gazowej, powiedział Takebe. W rzeczywistości w odpowiedzi na brak tlenu struktura tkanek jelitowych w pobliżu odbytu zmienia się tak, że gęstość pobliskich naczyń krwionośnych wzrasta, a wydzielanie płynów związane z trawieniem maleje.

Te subtelne zmiany pozwalają „bardziej efektywnie zasysać tlen” – powiedział Takebe. Ponadto najbardziej zewnętrzna wyściółka jelita – nabłonek [ang. epithelium] – jest bardzo cienka, co oznacza, że ​​tlen może łatwo przenikać przez tkankę i docierać do naczyń krwionośnych pod spodem – dodał. Aby zasymulować tę strukturę w swoich modelach myszy, zespół rozrzedził nabłonek jelit gryzoni za pomocą środków chemicznych i różnych procedur mechanicznych.

Następnie umieścili myszy w warunkach skrajnie niskiego poziomu tlenu i za pomocą rurki wpompowali tlen w “tyłki” zwierząt do ich jelita grubego.

W porównaniu z myszami, których nabłonek jelita nie został rozrzedzony, myszy z cienkim nabłonkiem przeżywały w eksperymencie znacznie dłużej – większość przeżywała 50 minut w porównaniu z około 18 minutami. Ponownie, myszy, którym nie podano tlenu, przeżywały tylko około 11 minut. Oprócz dłuższego przeżycia, grupa z przerzedzoną wyściółką jelit wykazywała oznaki, braku “głodu tlenowego”; myszy przestały łapać powietrze lub wykazywać oznaki zatrzymania akcji serca, a ciśnienie tlenu w głównych naczyniach krwionośnych uległo poprawie.

Chociaż ten początkowy eksperyment sugerował, że tlen może przechodzić przez jelita i trafiać do układu krążenia, rozrzedzenie nabłonka jelita prawdopodobnie nie byłoby możliwe u ludzi, powiedział Takebe.

Szczególnie u pacjentów w stanie krytycznym „Myślę, że dodatkowe uszkodzenie jelita byłoby naprawdę niebezpieczne z punktu widzenia leczenia” – powiedział Takebe. Ale „w trakcie eksperymentów zdaliśmy sobie sprawę, że nawet nienaruszone jelita mają pewną, niezbyt wydajną, ale pewną zdolność do wymiany gazu” – zauważył, co oznacza, że ​​może istnieć sposób na wprowadzenie tlenu przez jelita bez wcześniejszego rozrzedzenia tkanki.

Dlatego w innym eksperymencie, zamiast używać tlenu w postaci gazu, zespół wypróbował perfluorodecalin (perfluorodecalin / PFD), płynny fluorowęglowodór, którym można dostarczyć poprzez infuzje duże ilości tlenu. Płyn jest już stosowany u ludzi, np. u niemowląt z ciężką niewydolnością oddechową – zauważyli autorzy w swoim raporcie.

Płyn działa również jako środek powierzchniowo czynny – substancja zmniejszająca napięcie powierzchniowe; ponieważ środek powierzchniowo czynny wypełnia worki powietrzne płuc i pomaga zwiększyć wymianę gazową w narządzie, PFD może pełnić podobny funkcje w jelitach, powiedział Takebe.

Podobnie jak w eksperymentach z tlenem i gazem, natleniony PFD uratował myszy przed skutkami umieszczenia w komorze z niską zawartością tlenu. Już po jednym wstrzyknięciu 0,03 uncji (1 mililitr) płynu gryzonie funkcjonowały przez około 60 minut.

„Nie jesteśmy do końca pewni, dlaczego działa to [natleniony PFD] znacznie dłużej niż pierwotnie oczekiwano” – zauważył Takebe, ponieważ autorzy spodziewali się, że efekty ustąpią w ciągu zaledwie kilku minut.

Następnie zespół przeszedł do badania niewydolności oddechowej u świń. Świnie zostały podłączone pod respiratory i zapewniono im tylko niski poziom tlenu, a następnie wstrzyknięto PDF w tylne części świń za pomocą długiej rurki. U świń, którym podano PFD, poprawiło się nasycenie krwi tlenem, a kolor i ciepło skóry powróciło do normy. Wlew o pojemności 13,5 uncji (400 ml) utrzymywał tę poprawę przez około 18 do 19 minut, a zespół odkrył, że może podawać świniom dodatkowe dawki bez zauważalnych skutków ubocznych.

Zespół przetestował również bezpieczeństwo wielokrotnego podawania u szczurów i odkrył, że podczas gdy poziom ich tlenu wzrósł, zwierzęta nie wykazały żadnych znaczących skutków ubocznych, markerów uszkodzenia narządów lub “zabłąkanego” PFD utrzymującego się w ich komórkach.

Takebe powiedział, że jego zespół ma nadzieję rozpocząć badanie kliniczne na ludziach w przyszłym roku. Powiedział, że prawdopodobnie zaczną od przetestowania bezpieczeństwa tego podejścia u zdrowych ochotników i zaczną ustalać, jakie poziomy dawek byłyby rozsądne. Aby jednak przejść od zwierząt do ludzi, zespół będzie musiał odpowiedzieć na kilka krytycznych pytań.

Na przykład terapia może potencjalnie stymulować nerw błędny – długi nerw łączący jelita i mózg – więc organizatorzy badań powinni prawdopodobnie zwracać uwagę na skutki uboczne, takie jak spadek ciśnienia krwi lub omdlenie, zauważył Takebe. Dodał, że dolna część jelita zawiera stosunkowo mało tlenu w porównaniu z innymi narządami organizmu. Powiedział, że społeczność bakterii i wirusów żyjących w jelitach jest przystosowana do tych warunków o niskiej zawartości tlenu, a nagła infuzja tlenu może zakłócić działanie tych drobnoustrojów.

„Konsekwencje zaburzenia tego „fizjologicznego niedotlenienia” są nieznane” – zauważył Kelly. U ludzi ważne będzie określenie, ile dawek natlenionego płynu można bezpiecznie podać do jelit bez powodowania niezamierzonych zmian w środowisku jelitowym – napisał.

Ponadto modele zwierzęce w badaniu nie w pełni odzwierciedlają to, czego krytycznie chorzy pacjenci doświadczają podczas niewydolności oddechowej, stanu, który często wiąże się z infekcją, stanem zapalnym i niskim przepływem krwi, zauważył Kelly. Zatem u krytycznie chorych pacjentów mogą istnieć dodatkowe czynniki, które nie miały znaczenia w przypadku gryzoni i świń. W zależności od stanu pacjenta mogą potrzebować wyższej lub niższej dawki PFD – wszystkie te drobne szczegóły będą wymagały dokładnej oceny w przyszłych badaniach, powiedział Takebe.

Źródło: Nicoletta Lanese

There Aren’t Enough Ventilators to Cope With the Coronavirus

Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO)

Intragastric administration of oxygen

Intragastric oxygen and resuscitation of the newborn

Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure

Zdjęcie: Shutterstock

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x