Когда большинство людей думают о дыхании, можно с уверенностью сказать, что они представляют, как вдыхают воздух через нос и выпускают его через рот (или снова через нос). Но можно ли будет в будущем дышать через задний проход? Это может показаться новостью из разряда научной фантастики, но результаты нового исследования показали, что некоторые млекопитающие способны дышать с помощью кишечника. На самом деле науке уже довольно давно известно, что некоторые водные организмы способны выживать в условиях низкого содержания кислорода, всасывая его не через жабры, а через слизистую оболочку кишечника. Как выяснила команда исследователей из Японии, мыши, крысы и свиньи могут получать кислород аналогичный способом. Более того, согласно полученным в ходе работы выводам, в будущем в этот список, возможно, войдут и люди. Выходит, системы вентиляции кишечника, которые перекачивают кислород через прямую кишку, могут спасти миллионы людей во всем мире от дыхательной недостаточности (что делает исследование особенно важным, учитывая пандемию COVID-19 и спрос на аппараты искусственной вентиляции легких).

Группа японских ученых показала, что млекопитающие могут поглощать кислород через задний проход.

Можно ли дышать через анус?

Это кажется удивительным, но некоторые водные организмы, например морские огурцы, черепахи и пресноводные рыбы (включая вьюнков и сомов) могут использовать собственный кишечник, чтобы выжить в местах с низким уровнем кислорода: прямая кишка окружена сетью тонких кровеносных сосудов, что позволяет быстро всасывать вещества в кровоток (на этом принципе, к слову, основано действие ректальных свечей). Такой способ называется энтеральной вентиляцией через задний проход или EVA (enteral ventilation via anus).

Использование анального отверстия для газообмена позволяет насыщать кровь кислородом – по большому счету, организму все равно, откуда откуда именно в него попадает газ – главное, чтобы его концентрация в крови была на должном уровне. Но несмотря на хорошо изученные свойства некоторых водных организмов, вопрос о том, обладают ли млекопитающие такой же способностью, является причиной споров в научном сообществе.

Все виды морских огурцов дышат с помощью клоаки (она позволяет им засасывать внутрь тела воду, из которой и получают кислород)

Учитывая свойства прямой кишки, которая имеет сетку тонких кровеносных сосудов прямо под поверхностью ее слизистой оболочки и позволяет лекарствам, вводимым через задний проход, легко всасываться в кровоток, исследователи из Токийского университета задались вопросом о том, может ли кислород поступать в кровоток таким же образом.

«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», – пишут авторы научной работы.

Новые способы дышать

Итак, чтобы ответить на вопрос о том, смогут ли сапиенсы когда-нибудь научиться дышать с помощью кишечника, авторы нового исследования решили провести эксперименты на мышах, свиньях и крысах, лишенных кислорода используя два метода: доставку кислорода в прямую кишку в форме газа и вливание богатой кислородом клизмы тем же путем.

Полученные результаты показали, что доставка кислорода как в газообразной, так и в жидкой форме увеличивала насыщение кислородом, нормализовала поведение животных и продлевала их выживание. Команда также подтвердила улучшение оксигенации на клеточном уровне с помощью метода под названием иммунохимическое окрашивание.

Возможно, в будущем многие респираторные заболевания можно будет лечить с помощью прямой кишки.

Примечательно, что небольшое количество жидкости, которая была поглощена вместе с кислородом, не причинило никакого вреда и не нарушило работу кишечных бактерий, что указывает на безопасность метода. Как пишут авторы исследования, пациенты, страдающие респираторными заболеваниями, с помощью нового метода «могут поддерживать подачу кислорода в кровь, чтобы уменьшить негативные последствия кислородного голодания во время лечения основного заболевания».

«Искусственная респираторная поддержка играет жизненно важную роль в клиническом лечении дыхательной недостаточности из-за тяжелых заболеваний, таких как пневмония или острый респираторный дистресс-синдром», — отмечает ведущий автор исследования доктор Таканори Такебе из Токийского медицинского и стоматологического университета в официальном пресс-релизе работы.

Исследователи протестировали новую систему на грызунах и свиньях, подвергшихся воздействию низкого, но нелетального уровня кислорода. И мыши, и свиньи на такой специфической вентиляции, получали больше кислорода и могли быстрее передвигаться по камере с 10-процентным содержанием кислорода. В общем и целом, полученные результаты показывают, что эта стратегия эффективна в обеспечении организма кислородом.

Борьба с COVID-19

Итак, полученные результаты показали, что в условиях крайне низкого кислорода, мыши смогли прожить не более 11 минут (без системы дыхания с помощью кишечника). С другой стороны, при вентиляции, 75% мышей смогли прожить в тех же обычно летальных условиях около 50 минут. К сожалению, система требовала разрушения кишечного барьера животных и поэтому не была клинически осуществима для людей, особенно среди тяжелобольных пациентов.

Чтобы исправить это, исследователи разработали альтернативный аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ) на жидкой основе (он использует химические вещества, безопасные для человека). Авторы научной работы протестировали новую систему на грызунах и свиньях, подвергшихся воздействию низкого, но нелетального уровня кислорода. Оказалось, что и мыши, и свиньи, получавшие вентиляцию, получали больше кислорода и могли быстрее ходить в камере с 10-процентным содержанием кислорода.

Млекопитающие могут поглощать кислород через свой кишечник

Отмечу, что во время пандемии COVID-19 поиск новых способов лечения дыхательной недостаточности является приоритетом для многих исследователей. По этой причине в будущем ученые планируют расширить доклинические исследования и предпринять необходимые шаги для вывода своей системы на рынок.