Ученые выясняют, могут ли люди «дышать» с помощью кишечника

Авторы нового исследования пришли к выводу, что грызуны и свиньи могут использовать свой кишечник для дыхания. Поставляя газообразный кислород или насыщенную кислородом жидкость через задний проход, исследователи уменьшили симптомы дыхательной недостаточности у мышей и свиней.

Полученные результаты могут проложить путь к разработке новых методов неотложной помощи для поддержки тяжелобольных людей, когда искусственная вентиляция легких недоступна или непригодна. Ученые надеются продвинуть свои исследования и изучить клиническое использование данного процесса у людей. Научная работа опубликована в журнале Med. 

Актуальность вопроса

«Искусственная респираторная поддержка играет жизненно важную роль в клиническом лечении дыхательной недостаточности тяжелых заболеваний, таких как пневмония или острый респираторный дистресс-синдром», – говорит автор исследования доктор Таканори Такебе (Takanori Takebe). «Хотя побочные эффекты и безопасность должны быть тщательно оценены у людей, наш подход может предложить новую парадигму для поддержки критически больных пациентов с дыхательной недостаточностью».

Кишечное дыхание в животном мире

Некоторые водные организмы приспособились выживать в условиях низкого содержания кислорода, развивая альтернативные механизмы дыхания наряду с легкими и жабрами. Например, вьюнки, морские огурцы, некоторые пресноводные сомы и пауки-растяжки используют свои нижние отделы кишечника для дыхания. Однако до сих пор оставалось загадкой, обладают ли млекопитающие подобными способностями.

«Это первое исследование, показывающее успешное перепрофилирование дистального отдела кишечника для дыхательных аппаратов», – заявил доктор Такебе. «Мы все удивлены, что способность кишечного дыхания, которой обладают вьюнки, поддерживается даже у млекопитающих и достаточна для спасения от смертельной гипоксии/асфиксии».

Материалы и результаты исследования

Таканори Такебе с соавторами использовали модели животных свиней и грызунов, чтобы представить доказательства кишечного дыхания у млекопитающих.

Во-первых, ученые разработали систему вентиляции кишечного газа, которая доставляла чистый кислород через прямую кишку мышей в клизмоподобной процедуре. Затем исследователи подвергли мышей воздействию чрезвычайно низкого содержания кислорода. Без системы вентиляции кишечника ни одно из животных не прожило дольше 11 минут. Введение кислорода через задний проход увеличило среднюю выживаемость мышей до 18 минут. Однако система была наиболее эффективной, когда исследователи провели небольшое повреждение на слизистой оболочке кишечника. Это позволило более эффективно перемещать газ между кишечником и окружающими кровеносными сосудами. Из мышей с повреждением кишечника и газовой вентиляцией 75% прожили в течение 50 минут в условиях, которые обычно были бы смертельными.

Поскольку система вентиляции кишечного газа требует повреждения слизистой оболочки кишечника, то вряд ли будет пригодна для клинического использования у людей, особенно у тяжелобольных людей. В связи с этим исследователи разработали альтернативное решение, которое использует насыщенную кислородом жидкость под названием перфтордекалин (ПФД) и не требует повреждение поверхностного слоя кишечной слизи.

ПФД относится к группе веществ, называемых перфторохимическими веществами, которые, как показали исследования, клинически безопасны для человека. ПФД обладает особенно высокой адсорбирующей способностью к кислороду и углекислому газу, и в предыдущих клинических испытаниях было проверено использование перфторохимических веществ в качестве замены источника, заслуживающего доверия.

После лечения с помощью ПФД мыши в подопытной группе могли прожить значительно дольше, чем мыши в контрольной группе, и больше кислорода достигло их сердца.

Исследователи также попытались закачать повторяющиеся циклы ПФД в кишечник свиней и обнаружили, что у животных уровень кислорода был выше, чем у тех, кто не получал лечение. Кроме того, лечение уменьшило симптомы бледности кожи и холода, которые появляются вследствие недостатка кислорода.

Клинические исследования на людях

Исследование демонстрирует эффективный механизм циркуляции кислорода и уменьшение симптомов дыхательной недостаточности у двух видов млекопитающих. Следующий шаг, по словам доктора Такебе, заключается в расширении исследования, чтобы оценить среднесрочную и долгосрочную безопасность, прежде чем ускорить путь к клиническим испытаниям на людях.

Однако, по словам доктора Калеба Келли (Caleb Kelly), на пути к этому может быть несколько препятствий. 

«Первоначальное восприятие вентиляции кишечника, вероятно, будет параллельным восприятию трансплантации фекальной микробиоты, которая не так давно считалась несостоятельной по «практическим и эстетическим причинам», но теперь имеет меньше стигм, поскольку данные, подтверждающие эффективность, являются подавляющими», – пишет доктор Келли.

Если вентиляция кишечника сможет преодолеть эту стигматизацию, то однажды сможет послужить альтернативной формой искусственной респираторной поддержки для тяжелобольных людей.

«Для большинства пациентов искусственная вентиляция достаточна для доставки кислорода и удаления углекислого газа из кровообращения», – заявляет доктор Келли. «Однако в некоторых ситуациях, с которыми сталкиваются спасатели, искусственная вентиляция недоступна. Кроме того, нынешняя пандемия продемонстрировала, что механические вентиляторы имеют ограниченный ресурс».

Доктор Такебе согласен с тем, что COVID-19 продемонстрировал необходимость в новых технологиях жизнеобеспечения, но предупредил, что его команде «необходимо осторожно оценить безопасность процесса, поскольку COVID-19 имеет очень сложный патогенез».

Авторы другого исследования заявляют, что дополнительная вентиляция во время операции предотвращает осложнения.