Научилась свинка попой дышать... и спасла жизни: открыт «запасной» способ дыхания для млекопитающих
Звучит как завязка для научной фантастики, не правда ли? Идея о том, что млекопитающее, будь то мышь, свинья или даже человек, может получать жизненно необходимый кислород не через лёгкие, а через, скажем так, тыльный проход. Однако недавняя работа японских учёных из Токийского медицинского и стоматологического университета превращает эту фантазию в осязаемую научную реальность. Исследование, которое поначалу кажется курьёзным, на самом деле открывает дорогу к потенциально революционному методу спасения жизней в условиях острой дыхательной недостаточности.
Подсказка от природы: чем рыбы-вьюны вдохновили учёных?
Как это часто бывает в науке, самые смелые идеи приходят из наблюдений за природой. Вдохновением для команды под руководством доктора Таканори Такебе послужили скромные пресноводные рыбы — вьюны. Эти создания обладают удивительной способностью: в условиях гипоксии, то есть острой нехватки кислорода в воде, они могут дышать с помощью своего кишечника, заглатывая воздух с поверхности. Их пищеварительный тракт адаптируется, позволяя стенкам кишечника эффективно поглощать кислород.
Возник логичный, хоть и дерзкий вопрос: а что если такой скрытый потенциал есть и у млекопитающих? Ведь на базовом уровне и лёгкие, и кишечник — это просто органы с обширной площадью поверхности и густой сетью кровеносных сосудов, предназначенные для обмена веществами с внешней средой. Может, эту систему можно «обмануть»?
От теории к практике: мыши, свиньи и жидкий кислород
Первые эксперименты исследователи поставили на мышах. Грызунов помещали в условия с низким содержанием кислорода и пытались доставить его в организм, минуя лёгкие.
Первый шаг: газообразный кислород. Учёные попробовали просто закачать газообразный кислород через анус. И это сработало! Мыши, получившие такую «вентиляцию», прожили значительно дольше контрольной группы. Это уже было доказательством самой концепции.
Второй шаг: повышение эффективности. Однако эффективность была невысокой. Главным барьером на пути кислорода была слизистая оболочка — внутренний слой кишечника, предназначенный для защиты, а не для газообмена. Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи пошли на радикальный шаг: у части мышей они аккуратно соскоблили этот слой. Результаты ошеломили. Эти мыши не просто жили дольше — они полностью перестали задыхаться и не проявляли никаких признаков кислородного голодания. Эксперимент доказал, что кишечник может быть чрезвычайно эффективным органом для дыхания, если убрать барьеры.
Но постойте, скажете вы, такой метод вряд ли применим к человеку. И будете совершенно правы. Удаление слизистой — процедура инвазивная и опасная. Именно здесь учёные и проявили настоящую изобретательность.
Третий шаг: элегантное решение. Вместо того чтобы менять кишечник, они изменили способ доставки кислорода. Команда обратилась к перфторуглеродам, в частности к перфтордекалину. Это инертная жидкость, известная своей способностью растворять огромные объёмы газов, в том числе кислорода. В прошлом её даже пробовали применять в качестве компонента «искусственной крови».
Насыщенную кислородом жидкость ввели мышам, крысам, а затем и свиньям (чья физиология гораздо ближе к человеческой) ректально. Успех был полным. Уровень кислорода в крови животных резко возрастал. Как отметил доктор Такебе, 50-килограммовая свинья в состоянии летальной дыхательной недостаточности смогла прожить 30 минут благодаря такой процедуре. Этого времени в реальной клинической ситуации может быть достаточно, чтобы доставить пациента в больницу или подготовить к традиционной ИВЛ.
Запасной выход для лёгких: медицинский прорыв?
Почему же это так важно? Пандемия COVID-19 наглядно показала, насколько уязвима современная медицина перед лицом массовых респираторных заболеваний. Аппараты искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ) и экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) — сложные, дорогие устройства, требующие квалифицированного персонала. Они спасают жизни, но их ресурсы ограничены, а применение сопряжено с рисками, такими как тромбозы и внутренние кровотечения.
Метод, предложенный японскими учёными, — это, по сути, «план Б», запасной выход для организма, когда основной путь — через лёгкие — заблокирован. Сам Такебе проводит яркую аналогию: он представляет себе портативные устройства с жидким кислородом, которые, подобно автоматическим дефибрилляторам в общественных местах, могли бы быть использованы для оказания первой помощи при внезапной остановке дыхания.
Конечно, путь от экспериментов на свиньях до клинического применения долог. Как справедливо замечают независимые эксперты, вроде Калеба Келли из Йельского университета, реальные пациенты в критическом состоянии — это не здоровые животные в лаборатории. Их организм ослаблен инфекцией, воспалением, возможны проблемы с кровообращением, что может повлиять на эффективность анальной вентиляции.
Тем не менее, команда Таканори Такебе настроена оптимистично и планирует начать клинические испытания на людях уже в ближайшее время. Сначала безопасность метода проверят на здоровых добровольцах, а затем — на пациентах с дыхательной недостаточностью.
Так что, возможно, в недалёком будущем фраза «дышать полной грудью» обретёт совершенно неожиданный, но жизненно важный альтернативный смысл. И всё это благодаря маленькой рыбке и смелости учёных, которые не боятся заглядывать в самые неожиданные уголки биологии.
