Cell研究顛覆想像!動物實驗證實:腸道肛門氣有望改善呼吸衰竭病情

衆所周知,新冠肺炎對患者的影響主要集中在肺部,嚴重時會導致呼吸困難甚至呼吸衰竭。呼吸器在新冠肺炎的治療方面就發揮了重要作用。然而,人類只能透過肺來呼吸嗎?科學家在哺乳類動物的研究證實,腸道乃至於肛門也有協助呼吸的潛力。

實際上,很多水生生物都具有腸道呼吸機制,例如海參。海參的消化道兩側長有一對呼吸樹,這就是它的呼吸器官。這對呼吸樹由泄殖腔的前端發出主幹,主幹又分出大量分支,分支再分出更多的分支,在這些分支的末端長有小囊,小囊內滿是體腔液。在呼吸的時候,海蔘通過泄殖腔有節奏地收縮,以使水流入和流出,並在這一過程中完成氣體交換。

既然人工肺的需求壓力大,又有很多水生生物擁有腸道呼吸系統,那麼哺乳動物是否也可以利用腸道呼吸呢?那樣就可以大大緩解呼吸機與人工肺的需求重負了。

從動物身上找靈感:科學家嘗試腸道透氣治療改善呼吸衰竭

近日,有科研人員們在Cell出版社旗下刊物發表了一篇題爲「哺乳動物腸道透氣改善呼吸衰竭」的研究。研究人員證明,通過直腸(肛門)輸送氧氣或含氧液體可以爲兩種哺乳動物的呼吸衰竭提供重要的氧氣救助,有效緩解呼吸衰竭現象。

該研究爲全球首個成功將遠端腸道重新利用於水生生物的呼吸裝置的研究。該方法可能提供了一種新模式,以支持呼吸衰竭的危重病人。

科研人員在呼吸衰竭的實驗模型中研究了兩種不同的EVA(肛門腸內透氣)模式:直腸內氧氣氣體透氣(g-EVA)或含氧全氟碳的液體透氣(I-EVA)。 在呼吸衰竭時,科研人員分析了g-EVA和I-EVA在小鼠和豬中的有效性,然後在大鼠中進行了臨床前安全性分析。

可以肯定的是,利用EVA,哺乳動物出現了腸道呼吸現象。直腸內氧氣氣體和含氧液體的輸送均顯示出對呼吸衰竭的改善,局部和全身性的氧氣水平均顯著提高,從而提高了生存率。

首先,研究人員設計了一個腸道氣體通風系統,透過小鼠的直腸以類似灌腸的方式輸送純氧氣體。

然後他們將小鼠暴露在極低的氧氣條件下。將腸透氣小鼠與沒有腸道透氣系統小鼠進行比較,研究發現,沒有腸道透氣系統小鼠沒有一隻活過11分鐘。透過肛門釋放氧氣,小鼠的中位生存時間增加到18分鐘。

隨後,研究人員在腸道粘膜上做了一個小擦傷,這種擦傷使得氣體在腸道和周圍血管之間更有效地流動。在有腸道擦傷和氣體通氣的小鼠中,75%的小鼠在極低的氧氣條件下存活了50分鐘。

由於腸道氣體透氣系統需要對腸道粘膜造成損傷,因此它臨床使用中不太可行,特別是在重病患者身上。由此,研究人員開發了一種替代解決方案,使用一種名爲全氟萘烷(PFD)的含氧液體,不需要磨損腸道粘膜層。PFD屬於一組被稱為全氟化學品的物質,在人類臨床中安全。PFD對氧氣和二氧化碳有明顯的高吸附能力。

透氣治療成為未來呼吸衰竭病人的潛在救星

腸道液體透氣治療爲暴露於非致命性低氧條件下的小鼠模型和豬模型提供了治療意義。接受腸液體通氣的小鼠可以在10%的氧氣室內走得更遠,並且更多的氧氣到達心臟。在豬身上也有類似的結果,腸道液體透氣可逆轉皮膚蒼白和寒冷,並增加其氧氣含量,而不會產生明顯的副作用。

以上結果表明,腸道液體透氣可有效地提供氧氣並緩解兩個哺乳動物模型系統中的呼吸衰竭症狀。同時研究證實,類似於灌腸的EVA程式具有可容忍和可重複的特點,沒有發生嚴重併發症。

該研究可謂是醫學史上里程碑式研究,l-EVA有望為呼吸窘迫的病人提供一種輔助性的吸氧手段,為緊急治療鋪路,以便協助治療沒有或不適合使用呼吸機的病人。

該實驗目前還在動物實驗階段,期待更多臨床試驗研究。這樣的研究不僅有意思,也更有意義。從動物身上找到靈感,然後再開發人類未知的潛能!

參考資料:Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure

文、圖 / 林以璿

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