Czy człowiek może oddychać przez odbyt?
____________________________________________
Wpis jest tłumaczeniem wniosków badania "Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure" / Ryo Okabe, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Satona Tanaka, Akihiko Yoshizawa, Wendy L. Thompson, Gokul Kannan, Eiji Kobayashi, Hiroshi Date, Takanori Takebe / 14-5-2021 / https://www.cell.com/med/fulltext/S2666-6340(21)00153-7#%20
___________________________________________
Wiele organizmów wodnych, takich jak piskorz, wykształciło unikalne jelitowe mechanizmy oddechowe, umożliwiające przeżycie w warunkach silnego niedotlenienia. Do tej pory jest wysoce kontrowersyjne, czy taka zdolność może być zaadaptowana u ssaków jako kolejne miejsce wymiany gazowej. Tutaj donosimy o pojawieniu się zjawiska oddychania jelitowego u ssaków poprzez wykorzystanie EVA (enteral ventilation via anus).
W doświadczalnym modelu niewydolności oddechowej badano dwa różne tryby EVA: wewnątrzodbytniczą wentylację gazowym tlenem O2 (g-EVA) lub wentylację płynem (l-EVA) z natlenionym perfluorowęglowodorem. Po indukcji niewydolności oddechowej typu 1 analizowano skuteczność g-EVA i I-EVA u myszy i świń, a następnie przeprowadzono przedkliniczną analizę bezpieczeństwa u szczurów.
Wykazano, że zarówno doodbytnicze podawanie O2-gazu, jak i oksygenowanej cieczy zapewnia istotne ratowanie eksperymentalnych modeli niewydolności oddechowej, poprawiając przeżywalność, zachowanie i systemowy poziom O2. Badania na modelach gryzoni i świń potwierdziły tolerowane i powtarzalne cechy procedury l-EVA przypominającej lewatywę, bez większych oznak powikłań.
EVA okazał się skuteczny u ssaków, dotleniając krążenie systemowe i łagodząc niewydolność oddechową. Ze względu na udowodnione bezpieczeństwo stosowania perfluorochemikaliów w klinice, EVA potencjalnie może stanowić pomocniczy środek dotleniający dla pacjentów w warunkach niewydolności oddechowej.
Zainspirowani organizmami wodnymi, wykorzystaliśmy mechanizmy wentylacji jelitowej u wielu gatunków ssaków. Zbiorowe dowody wskazują, że efektywna wymiana gazowa drogą wewnątrzodbytniczą może być możliwa na poziomie terapeutycznym zarówno przy zastosowaniu protokołów g-EVA, jak i l-EVA.
U Misgurnus anguillicaudatus, jelitowa funkcja oddychania powietrzem zaczyna się rozwijać około 10 dnia po wykluciu. Przeprowadzona niedawno analiza sekwencjonowania RNA (RNA-seq) różnych etapów rozwoju tylnego odcinka jelita M. anguillicaudatus wykazała istnienie sygnatur genowych ściśle związanych z nabywaniem funkcji oddychania powietrzem w jelitach, takich jak wzrost ekspresji genów odpowiedzialnych za unaczynienie (VEGFA, SPON1B) i zapalenie błony śluzowej (ANXA1) oraz spadek ekspresji genów odpowiedzialnych za fosforylację oksydacyjną (GDH). Podobne zmiany ekspresji genów w jelicie dystalnym myszy zaobserwowano, oceniając mysie homologi Vegfa, Spon1, Anxa1 i Glud1 za pomocą g-EVA (Figura S1A). Loaches normalnie używają oddychania oskrzelowego w standardowym środowisku natlenionym, ale w środowisku hipoksyjnym przełączają tylną część jelita na dodatkowe miejsce oddychania w celu przeżycia. Kiedy żyją w warunkach przedłużającego się niedotlenienia, brzany i inne gatunki przekształcają swoje jelitowe funkcje trawienne w oddychanie jelitowe poprzez modyfikację genów transporterów i unaczynienia, wzmacniając jednocześnie swoje systemy antyoksydacyjne i obronę immunologiczną. Jest również możliwe, że zmodyfikowane funkcje trawienne, takie jak zmniejszenie aktywności transporterów przez g-EVA lub l-EVA, byłyby czynnikiem przyczyniającym się do natlenienia, co zaobserwowano u brzan. Wyjaśnienie dalszych cech fizjologicznych i sygnatur molekularnych zmaksymalizuje wydajne natlenianie w jelitach.
Zastosowanie perfluorochemikaliów jest zachęcające w kierunku klinicznego przełożenia, ponieważ liczne badania kliniczne z różnymi metodami podawania podkreślają bezpieczne i tolerowane cechy u pacjentów.
Na przykład, gdy emulgowana forma perfluorochemikaliów była podawana bezpośrednio do naczyń krwionośnych lub dróg oddechowych, zgłaszano stosunkowo skromne efekty uboczne, w tym wzrost ciśnienia krwi i uszkodzenie narządów.
Poziom natlenienia tętniczego, jeśli skalowany do zastosowania u ludzi, jest prawdopodobnie wystarczający do złagodzenia pacjentów z ciężką niewydolnością oddechową. Podanie 200-400 mL PFD świniom ważącym 10-20 kg poprawiło PaO2 o 13 mm Hg (z 57,2 ± 13,5 do 70,8 ± 6,22 mm Hg), a SaO2 o 7% (z 84% do 91%).20 Korzystając ze wzoru na zawartość O2 (CaO2 = 1,34 × Hb × SaO2 + 0,003 × PaO2), oblicza się, że 13,1 mL rozpuszczonego O2 jest wchłaniane przez wentylację dojelitową.
Zakładając, że 60-kg pacjent ma taką samą sprawność wymiany gazowej przez EVA, dostarczenie 38,6 mL O2 spowodowałoby poprawę SaO2 o 5%, a PaO2 o 10-20 mm Hg. Ponieważ PFD zastosowany w tym badaniu ma rozpuszczalność O2 równą 50 mL/dL, ekspozycja szacunkowo 600-1200 mL O2-PFD potencjalnie zapewnia oksygenację ratującą życie, przy czym istnieje dodatkowa możliwość poprawy skuteczności wymiany gazowej. Warto również zauważyć, że w l-EVA stosuje się znacznie mniejszą ilość w porównaniu z 1800 mL (30 mL/kg) stosowanymi w całkowitej wentylacji płynami przez płuca.
Biorąc pod uwagę, że w naszym badaniu przedklinicznym nie stwierdzono żadnych oczywistych zdarzeń toksycznych, przynajmniej w krótkim czasie, potencjalne wskazania do stosowania l-EVA obejmowałyby pacjentów, którzy mogą odnieść korzyści z natychmiastowego wsparcia oksygenacji, takich jak ataki astmy oskrzelowej, zwężenie dróg oddechowych, zamartwica noworodków i ostra niewydolność oddechowa.
Co ciekawe, ciśnienie tętnicze CO2 miało tendencję do obniżania się w grupie l-EVA, przypuszczalnie ze względu na doskonałą zdolność perfluorochemikaliów do przenoszenia O2 i CO2 (odpowiednio 50 mL O2/dL i 160-210 mL CO2/dL), podczas gdy pH tętnicze nie zmieniło się w naszym eksperymencie. Wyniki te wskazują, że perfluorochemikalia działają również jako adsorbent dla podwyższonego CO2, co wskazuje na potrzebę dalszych badań mechanizmów wymiany gazowej.
Sztuczne wspomaganie oddychania odgrywa istotną rolę w postępowaniu klinicznym w przypadku niewydolności oddechowej spowodowanej ciężkimi chorobami, takimi jak zapalenie płuc czy zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS). Wentylacja mechaniczna jest najczęściej stosowaną na świecie techniką krótkotrwałego podtrzymywania życia.
Sztuczne płuco, zwane pozaustrojowym utlenowaniem membranowym (extracorporeal membrane oxygenation, ECMO), jest alternatywnym sposobem postępowania u krytycznie chorych pacjentów, stosowanym jako czasowa terapia paliatywna.
Jednak oprócz obaw związanych z jatrogennymi powikłaniami, takimi jak uszkodzenie płuc wywołane przez respirator, krwawienie i zakrzepica, niedawna pandemia zespołu ostrej ciężkiej niewydolności oddechowej z koronawirusem-2 (SARS-CoV-2) spowodowała wzrost zapotrzebowania klinicznego na respiratory i ECMO, co doprowadziło do krytycznego niedoboru dostępnych urządzeń i zagroziło życiu pacjentów na całym świecie.
Bez konieczności stosowania tego typu urządzeń, EVA zaoferuje nowy paradygmat jako pomocnicze wsparcie dla pacjentów, którzy w krytycznym momencie potrzebują wsparcia oddechowego przez krótki okres czasu.
___________________
Dołącz do grupy Nauka - to społeczność dla wszystkich zainteresowanych nauką, jej zdobyczami, rozwojem, sukcesami i porażkami; dla głodnych wiedzy i sprawdzonych informacji!
https://www.hejto.pl/spolecznosc/nauka
Obserwuj też wartościowe tagi #qualitycontent #nauka oraz @arcy
