Gryzonie i świnie dzielą z niektórymi organizmami wodnymi zdolność wykorzystywania jelit do oddychania – wynika z nowych badań. Naukowcy wykazali, że dostarczanie tlenu lub natlenionej cieczy w ten sposób, może zapewnić ratunek w przypadku niewydolności oddechowej u tych dwóch gatunków ssaków. Jeśli tę zdolność uda się także wykazać u ludzi, może to pewnego dnia pomóc ocalić ludzkie życie, jeśli konwencjonalne metody wentylacji będą niedostępne.
Gdy oddychamy, powietrza trafia do płuc przez górne drogi oddechowe, w tym usta i nos. Po dostarczeniu cennego ładunku – tlenu, wraca tą samą drogą. Zakładamy, że tak oddycha większość ssaków - ale może nie być to pełny obraz. Według nowych badań, gryzonie i świnie mogą również oddychać przez jelita.
Oddychanie jelitowe brzmi nieco dziwnie, ale tak naprawdę jest znane od jakiegoś czasu - w każdym razie jeśli chodzi o organizmy morskie. Kilka organizmów wodnych wyewoluowało unikalne jelitowe mechanizmy oddychania, aby przetrwać w warunkach niskiego poziomu tlenu przy użyciu narządów innych niż płuca lub skrzela. Strzykwy czy sumy mogą maksymalizować pozyskanie tlenu poprzez oddychanie jelitami.
Te zdolności zmusiły badaczy do postawienia pytania, czy inne zwierzęta, jak chociażby ssaki, mogą w ten sam sposób pozyskiwać tlen z otoczenia? Technicznie rzecz biorąc, dostarczanie tlenu przez jelita sugeruje nowy, podobny do lewatywy sposób wentylacji pacjentów z niewydolnością oddechową. Zatem gdyby udało się potwierdzić taką zdolność również u ludzi, lekarze mogliby zyskać nową opcję terapeutyczną.
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. Rozwijając stare eksperymenty, zespół japońskich i amerykańskich naukowców pod kierunkiem Ryo Okabe z Uniwersytetu w Kioto postanowił to sprawdzić, mając nadzieję na określenie wykonalności respiratorów jelitowych dla ludzi.
- Sztuczne wspomaganie oddychania odgrywa kluczową rolę w leczeniu klinicznym niewydolności oddechowej spowodowanej ciężkimi chorobami, takimi jak zapalenie płuc lub zespół ostrej niewydolności oddechowej - mówi starszy autor badań Takanori Takebe z Tokijskiego Uniwersytetu Medycznego i Stomatologicznego. - Chociaż skutki uboczne i bezpieczeństwo muszą być dokładnie ocenione, nasze podejście może zaoferować nowy paradygmat wspierania krytycznie chorych pacjentów z niewydolnością oddechową – dodaje.
Jak zauważa zespół, standardowe opcje medyczne dla pacjentów z niewydolnością oddechową opierają się na wentylacji mechanicznej lub sztucznych płucach. Jednak obecna pandemia doprowadziła do krytycznego niedoboru takich urządzeń, a bezpieczna metoda alternatywna może zapewnić dodatkowe wsparcie, ratując życie pacjentom w tragicznych sytuacjach.
W nowych badaniach uczeni przetestował kilka metod wentylacji jelit myszy i świń, które na krótko pozbawiono tlenu. Najpierw zaprojektowali system jelitowej wentylacji do podawania tlenu przez odbyt. Do eksperymentów wybrano 11 mysz. U czterech z nich rozrzedzono błonę śluzową jelit w celu poprawy wchłaniania tlenu. Następnie te zwierzęta oraz cztery inne, nie poddane zabiegom rozrzedzającym śluz w jelitach, podłączono do systemu wentylacji jelitowej w warunkach skrajnie niskiego poziomu tlenu.
Trzy myszy, które nie zostały podłączone do respiratora jelitowego, przeżyły średnio 11 minut. Myszy, które otrzymywały tlen przez odbyt, wytrzymały 18 minut. Godzinny eksperyment przeżyło tylko 75 proc. wentylowanych systemem jelitowym myszy z rozrzedzoną błoną śluzową jelit.
To fascynujący wynik, ale wymagał interwencji w błonę śluzową jelita, aby uzyskać najbardziej efektywne dostarczanie tlenu. Tego typu interwencji raczej nie będzie dało się zastosować u ludzi, zwłaszcza w przypadku pacjentów na tyle chorych, by wymagali alternatywnej drogi wentylacji.
Dlatego naukowcy opracowali również system wentylacji jelitowej na bazie cieczy, wykorzystując perfluorowęglowodory (PFC). To klasa związków chemicznych, w których atomy wodoru zostały zastąpione fluorem. Klinicznie wykazano już, że te chemikalia są biokompatybilne i bezpieczne dla ludzi. Mają też kilka właściwości, które były pożądane w eksperymentach. W przeszłości stosowano je jako nośnik tlenu w próbach leczenia pacjentów cierpiący na niewydolność oddechową. Próby te były przeprowadzane przy użyciu płynnych związków PFC, częściowo wypełniając płuca pacjentów w celu ułatwienia transferu tlenu, z różnym skutkiem.
Zespół naukowców wzbogacił PFC w tlen i użył związku do eksperymentów z gryzoniami i świniami. Naukowcy wstrzyknęli bogate w tlen perfluorowęglowodory do odbytu trzech niedotlenionych myszy i siedmiu niedotlenionych świń. Grupa kontrolna składająca się z dwóch myszy i pięciu świń otrzymała roztwór soli do jelit.
Podczas gdy poziomy tlenu we krwi w grupie kontrolnej gwałtownie spadły, poziomy tlenu u myszy wentylowanych cieczą ustabilizowały się. U wentylowanych świń nasycenie krwi tlenem wzrosło o około 15 proc., łagodząc objawy niedotlenienia. Kolor i ciepło wróciły do ich skóry i kończyn w ciągu kilku minut.
Jak twierdzi Takabe, te dwa odkrycia są dowodem na to, że ssaki mogą wchłaniać tlen z jelit i że ich nowe podejście jest bezpieczne. Nie jest jasne, czy podobne podejście zadziałałoby w przypadku ludzi. Trzeba będzie to ustalić w oddzielnych eksperymentach.
Badania zostały opublikowane w piśmie „Med”.
Źródło: Science, fot. ArtBrom/ Flickr/ CC BY-SA 2.0
