豬可以用屁股呼吸,人也可以嗎?
2021年05月20日14:31

  新浪科技訊 北京時間5月20日消息,老鼠和豬,都擁有一個相同的神秘超能力:用腸道呼吸。科學家通過向這些動物的屁股充入氧氣,發現了這一超能力。

  那麼,你可能要問了,為什麼要做這樣的實驗?因為該研究小組希望找到一種可以替代機械通氣的潛在方法。機械通氣,是一種醫療方法,用機器將空氣通過管子直接輸入患者肺部。呼吸機可以將氧氣送至肺部,並帶走血液中的二氧化碳。然而,這種機器有時候會不夠用。

  例如,在新冠疫情初期,醫院的呼吸機嚴重短缺。儘管醫生也可以使用一種稱為“體外膜氧合(ECMO)”的技術(即用機器將血液抽出體外再進行氧和),但這種方法存在固有的風險,例如出血和血栓;以及ECMO往往比呼吸機更稀缺。

  為了找到其他的解決辦法,研究人員從海參和淡水魚泥鰍等水生動物身上汲取靈感,這些動物可以使用腸道進行呼吸。儘管上世紀五十年代和六十年代已有一些科學家試圖回答這個問題,但人們尚不清楚人類和其他哺乳動物是否也具有類似的能力。

  最初進行研究的是小鼠模型系統,想知道是不是可以向肛門輸送氧氣,每次進行的實驗都會令研究人員都感到十分驚訝。

  沒有腸道通氣,置於低氧環境下的小鼠只能存活約11分鐘;通過肛門通氣的小鼠,有75%存活了50分鐘,因為有氧氣輸送到它們的心臟。接著,研究小組還嚐試在小鼠、大鼠和豬身上使用含氧液體,而非氣體,同樣得到了類似的十分有希望的結果。研究小組在論文中指出,確定這種方法是否對人類安全且有效,還需要進行更多的研究。

  疫情讓我們看到,我們需要在危重疾病中擴大通氣和供氧的選擇,並且即便在疫情得到控制之後,這種需求將持續存在,因為總有些時候機械通氣不可用或設備匱乏。如果,經過進一步評估之後,腸道通氣最終成為重症監護病房的普遍操作,那麼“歷史學家們會把”這項新研究“視為一個重要的科學貢獻”。

  開始在囓齒動物身上開展實驗之前,研究團隊已經對泥鰍的腸道有了充分的瞭解。泥鰍主要通過鰓呼吸,但有時候,暴露在低氧條件下時,泥鰍也會使用部分腸道用來交換空氣。事實上,為了應對氧氣的缺乏,肛門附近的腸組織結果會發生變化,附近的血管密度增加,與消化有關的液體分泌則減少。

  這種細微的變化可以讓泥鰍“更有效地吸收氧氣”。另外,泥鰍腸道的最外層——上皮層——非常薄。這意味著氧氣可以輕易地滲透組織,進入下方的血管。為了在他們的小鼠模型中模擬這種結構,研究小組用化學物質和各種機械方式“打薄”了小鼠的腸道上皮。接著,他們把小鼠置於極端低氧環境下,同時用管子從小鼠的屁股向大腸打入氧氣。

  與腸道上皮沒有打薄的小鼠相比,具有更薄腸道上皮層的小鼠在實驗中的生存時間顯著變長,大多數可以生存50分鐘之久,而腸道上皮沒有打薄的小鼠只能生存約18分鐘。而沒有給予任何氧氣的小鼠,僅生存了約11分鐘。除了生存時間更長之外,具有更薄腸道上皮層的小鼠也表現出它們不再缺氧的跡象;這些小鼠不再掙紮著呼吸,或表現出心臟驟停的跡象,而且主要血管中的氧分壓也得到了改善。

  儘管最初的實驗表明氧氣可以通過腸道進入循環系統,但打薄腸道上皮層在人類患者身上似乎不可行,尤其是在重症患者身上,從治療的角度來看,對腸道的額外損害會十分危險,但是在整個實驗過程中,研究人員也發現完整的腸道也具備一定程度的——不是真的有效,但確實有交換氣體的能力。這意味著,也許無需打薄腸道組織也可以通過腸道輸入氧氣。

  所以,在另一個實驗中,研究小組沒有使用氣態氧氣,而是嚐試使用一種可以加入大量氧氣的液態碳氟化合物——全氟萘烷(PFD),這種液體已經在人類身上使用,例如用於患有嚴重呼吸窘迫的嬰兒肺部。

  全氟萘烷還能夠充當表面活性劑,即可以減少表面張力的一種物質。由於表面活性劑附著在肺泡上且有助於促進肺部的氣體交換,全氟萘烷也許可以在腸道中實現類似的功能。

  和氣態氧實驗類似,含氧的全氟萘烷可以讓小鼠免受處於低氧環境下時的不良影響。和沒有經過治療的小鼠相比,這些給予了治療的小鼠在籠子裡堅持的時間更長。僅注射0.03盎司(1毫升)的液體,小鼠的情況改善大約可以持續60分鐘。

  目前還太確定為什麼這種改善情況持續的時間比最初預期的更長。起初,研究人員預期,全氟萘烷的效果會在短短幾分鐘內便消失,但是觀察結果也的確可以重複,且非常可靠。

  接著,研究小組又繼續研究豬的呼吸衰竭模型。他們給豬戴上呼吸機,僅提供少量氧氣,然後用長導管將全氟萘烷從豬的屁股注射進去。跟沒有接受全氟萘烷治療的豬相比,接受全氟萘烷治療的豬的血氧飽和度有所改善,皮膚顏色和溫度也逐漸恢復。13.5盎司(400毫升)的全氟萘烷注射劑量可以使這些改善持續大約18分鐘到19分鐘。研究小組還發現,他們可以給豬增加註射劑量,且沒有明顯的副作用。

  研究小組還用大鼠測試了重複給藥的安全性。他們發現,儘管它們血液中的含氧水平上升了,但這些大鼠並沒有表現出明顯的副作用、器官損壞的跡象或全氟萘烷滯留在細胞中的跡象。

  在動物模型身上獲得成功後,研究團隊希望在明年某個時候開始在人人身進行臨床治療試驗,可能會先在健康的誌願者身上測試該治療方案的安全性,然後確定合理的劑量水平。但是,要完成從動物到人類患者的轉變,研究小組還需要解決一系列關鍵問題。

  例如,這種治療方案可能會刺激迷走神經(一種連接腸道和大腦的長神經)。所以,試驗組織者需要警惕血壓下降或昏厥等副作用。另外,與人體其他器官相比,下腸道的氧含量相對更低。下腸道內的菌群和病毒已經適應了這些低氧環境,氧氣含量突然上升可能會破壞這些微生物。

  另外,該研究中的動物模型並不能完全反映重症患者在呼吸衰竭期間的經曆。重症患者在呼吸衰竭期間,往往伴隨感染、炎症和低血流量。所以,對於重症患者而言,研究人員可能還需要考慮與囓齒動物或豬不相關的其他因素。根據指定患者的病情,他們可能需要更高或更低的全氟萘烷給藥劑量,所有細節都需要在未來的試驗中仔細評估。(勻琳)

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