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“直肠吸氧”在猪和小鼠中成功,那人类呢?

时间: 2021年05月17日 | 作者: Admin | 来源: 科研圈
实验证明,通过直肠提供氧气或含氧液体,能够帮助小鼠等实验动物在低氧条件下存活。该方法可能提供一个挽救呼吸衰竭的危重患者的新范式。


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图片来源:Pixabay


编译 戚译引


近日,一项新研究发现,小鼠和猪等哺乳动物能够通过直肠吸收氧气,为挽救呼吸衰竭的危重患者提供了新的思路。使用一种肠道气体流通系统,通过小鼠的直肠提供纯氧,能让 75% 的小鼠在致命的低氧条件下存活 50 分钟。该研究 5 月 14 日刊登于细胞出版社(Cell Press)旗下期刊 Med。


“人工呼吸支持在肺炎或急性呼吸窘迫综合征等严重疾病引起的呼吸衰竭的临床管理中发挥着重要作用。”该论文资深作者、日本东京医科大学和美国辛辛那提儿童医院医疗中心的武部贵则(Takanori Takebe)说,“尽管副作用和安全性需要在人类中进行评估,但我们的方法可能提供一个挽救呼吸衰竭的危重患者的新范式。”


一些水生生物已经进化出独特的肠道呼吸机制,以便在低氧条件下生存,例如海参、泥鳅和某些淡水鲶鱼。但人类和其他哺乳动物是否也有类似的能力一直备受争议。20 世纪 50 到 60 年代的一些研究显示存在这样的可能,但主要关注上消化道器官。


但是,基于直肠的解剖学特征,研究团队认为这个部位有进行气体交换的潜力。哺乳动物的直肠具备较薄的黏膜,尤其在肛管周围,即从直肠末端到肛门的消化管。这个部位存在丰富的血管丛,肛门内给药的药物也能在直肠周围区域被迅速吸收。


为了检验这个猜想,武部和合作者对大鼠、小鼠和猪使用了两种直肠输氧方式,分别使用气态纯氧和含氧液体。


他们首先尝试使用气态的纯氧。为了模拟泥鳅的肠道解剖学特征,更好地进行气体交换,他们削薄了直肠的黏膜屏障,使用化学或机械方式去除部分直肠上皮组织,例如使用牙缝刷摩擦小鼠直肠内壁。初步实验表明,这种方式确实能促进直肠对氧气的吸收。


接下来,他们检验了直肠给氧能否带来治疗效果,例如提升小鼠在低氧条件下的生存能力。大气中氧气的含量约为 21%,研究团队将小鼠置于含氧量仅有 8% 的环境中,对照组小鼠全部死亡,中位数存活时间 <700 秒(11 分钟)。而在通过直肠给氧的小鼠中,直肠组织完好的小鼠中位数存活时间达到 1127 秒(18 分钟),去除部分直肠粘膜的小鼠在经过 50 分钟后仍有 75% 存活,存活时间显著高于其他两组。


由于肠道给氧需要磨损肠道粘膜,这种方案在临床上不太可行,尤其是对重症患者。因此,研究人员还开发了一种替代方案,使用液态的全氟萘烷(perfluorodecalin,简称 PFD)进行气体交换,这种液体对氧气和二氧化碳都有很强的吸收能力,并且已经被临床证明具有生物相容性并对人类安全。


研究团队制备了富含氧气的全氟萘烷,对每只小鼠的直肠注射 1 毫升(mL)。他们将这些小鼠和直肠注射生理盐水的对照组小鼠放在低氧条件下(含氧量 9.5%),观测小鼠每 20 秒的行走距离。实验证明,与对照小鼠相比,接受肠内液体通气的小鼠可以走得更远,到达心脏的氧气也更多。


如果持续使用直肠注射的方式供氧,能否带来治疗收益?研究团队分别使用大鼠和猪进行了安全性和有效性实验。实验没有发现明显的副作用,且表明肠道液体通气系统为暴露在非致命低氧条件下的实验动物提供了治疗益处。对于呼吸衰竭模型猪,肠道液体通气逆转了它们皮肤的苍白和寒冷,增加了体内的氧气水平。


综上所述,研究结果表明,在两种哺乳动物模型中,这种策略在让氧气到达循环系统和缓解呼吸衰竭症状方面是有效的。


在日本医学研究开发署的支持下,研究人员计划扩大该方法的临床前研究,并采取监管措施,加快其临床转化。


“最近的新冠肺炎大流行导致呼吸机和人工肺临床需求的激增,可用设备出现严重短缺,并危及全世界患者的生命。”武内说,“如果适用于人类,我们的肠道通风系统提供的动脉氧合水平,很可能足以治疗严重呼吸衰竭患者,拯救更多生命。”


论文信息:

Okabe et al., Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure, Med (2021), http://dx.doi.org/10.1016/j.medj.2021.04.004 

参考来源:

https://eurekalert.org/emb_releases/2021-05/cp-mcu050621.php