Nghiên cứu cách lợn thở bằng mông để tìm giải pháp thay máy thở cho người điều trị Covid-19

Chuột và lợn đều có chung một siêu năng lực bí mật: Chúng đều có thể sử dụng ruột để thở, và các nhà khoa học đã phát hiện ra điều này bằng cách bơm oxy tới mông của chúng qua trực tràng.

Nhiều người sẽ hỏi tại sao lại chạy những thí nghiệm như vậy? Nhóm nghiên cứu muốn tìm ra một giải pháp thay thế tiềm năng cho việc thở máy, một phương pháp điều trị y tế mà máy đẩy không khí vào phổi của bệnh nhân qua khí quản. Máy thở cung cấp oxy đến phổi và giúp loại bỏ carbon dioxide khỏi máu, nhưng không phải lúc nào máy này cũng có sẵn.

Chẳng hạn như ở giai đoạn đầu của đại dịch Covid-19, các bệnh viện đã phải đối mặt với tình trạng thiếu máy thở trầm trọng, trang The New York Times đưa tin. Mặc dù các bác sĩ cũng có thể sử dụng một kỹ thuật gọi là oxy hóa màng ngoài cơ thể (ECMO), nơi máu được bơm ra khỏi cơ thể và tái oxy hóa bằng máy, quy trình này mang lại những rủi ro cố hữu, chẳng hạn như chảy máu và cục máu đông.

Để tìm kiếm một giải pháp khác, các tác giả nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ các loài động vật sống dưới nước như hải sâm và cá nước ngọt gọi là cá chạch ( Misgumus anguillicandatus), chúng sử dụng ruột để hô hấp. Không rõ liệu động vật có vú có khả năng tương tự hay không, mặc dù một số nhà khoa học từng cố gắng trả lời câu hỏi đó trong những năm 1950 và 1960.

“Ban đầu chúng tôi xem xét hệ thống mô hình chuột để xem liệu chúng có thể được cung cấp khí oxy qua đường hậu môn, trực tràng hay không”, tác giả cấp cao Tiến sĩ Takanori Takebe, giáo sư tại Đại học Y khoa và Nha khoa Tokyo, đồng thời là giám đốc Trung tâm Tế bào gốc và Organoid cho biết.

Takebe nói với Live Science: “Mỗi khi chúng tôi thực hiện các thí nghiệm, chúng tôi đều khá ngạc nhiên”.

Nếu không có hệ thống thông khí ở ruột, những con chuột được đặt trong môi trường ít oxy chỉ sống được khoảng 11 phút; với hệ thống thông khí vào hậu môn tới trực tràng, 75% sống sót trong 50 phút, nhờ được truyền oxy đến tim của chúng. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thử sử dụng chất lỏng có oxy, chứ không phải dạng khí thí nghiệm ở chuột nhắt, chuột cống và lợn, và họ nhận thấy những kết quả hứa hẹn tương tự. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng, vẫn cần phải làm nhiều việc hơn để xem liệu phương pháp này có an toàn và hiệu quả ở người hay không.

“Đại dịch đã nhấn mạnh sự cần thiết phải mở rộng các lựa chọn về máy thở oxy khi đại dịch mang đến sự quá tải tàn khốc, vì sẽ có lúc các máy thở không có sẵn hoặc không đủ”, Tiến sĩ Caleb Kell – một nhà nghiên cứu lâm sàng và bác sĩ-nhà khoa học tại Trường Y Yale đã viết trong một bài bình luận về nghiên cứu này. Ông viết, nếu sau khi đánh giá thêm, việc thông khí trong ruột qua trực tràng sẽ trở thành thông lệ trong các đơn vị chăm sóc đặc biệt, và nó sẽ được các nhà sử học đánh dấu là một đóng góp khoa học quan trọng trong y học hiện đại.

Trước khi bắt đầu thí nghiệm trên loài gặm nhấm, Takebe và các đồng nghiệp của ông đã rất quen thuộc với ruột cá chạch. Cá hấp thụ oxy chủ yếu qua mang, nhưng đôi khi, khi tiếp xúc với điều kiện oxy thấp, thay vào đó, cá chạch sử dụng một phần ruột của chúng để trao đổi khí, Takebe nói. Trên thực tế, để đối phó với tình trạng thiếu oxy, cấu trúc của các mô ruột gần hậu môn thay đổi khiến mật độ các mạch máu gần đó tăng lên và việc tiết chất lỏng liên quan đến tiêu hóa đều giảm lại.

Takebe nói, những thay đổi tinh tế này cho phép loài cá chạch “hút oxy hiệu quả hơn”. Ngoài ra, lớp ngoài cùng của ruột cá chạch – biểu mô rất mỏng, có nghĩa là oxy có thể dễ dàng thấm qua mô để đến các mạch máu bên dưới, ông nói thêm.

Mặc dù thí nghiệm ban đầu này cho thấy oxy có thể đi qua ruột và vào tuần hoàn, nhưng việc làm mỏng biểu mô ruột có thể sẽ không khả thi ở cơ thể người, Takebe nói.

“Đặc biệt ở những bệnh nhân bị bệnh nặng, Tôi nghĩ rằng tổn thương thêm ở ruột sẽ thực sự nguy hiểm đối với quan điểm điều trị thực tiễn”, Takebe nói.

Vì vậy, trong một thí nghiệm khác, thay vì sử dụng khí oxy, nhóm đã thử perfluorodecalin (PFD), một loại fluorocarbon lỏng có thể truyền một lượng lớn oxy. Các tác giả lưu ý trong báo cáo của mình, chất lỏng từng được sử dụng cho người, chẳng hạn như để sử dụng cho phổi của trẻ sơ sinh bị suy hô hấp nặng.

Chất lỏng này cũng hoạt động như một chất hoạt động bề mặt – một chất làm giảm sức căng bề mặt; Takebe cho biết, vì một chất hoạt động bề mặt tạo đường dẫn cho các túi khí của phổi và giúp tăng cường trao đổi khí trong cơ quan, PFD có thể thực hiện một mục đích tương tự trong ruột, Takebe nói.

Giống như trong các thí nghiệm khí oxy, dùng chất PFD oxy hóa có thể giải cứu những con chuột khỏi tác động của việc được đặt trong một buồng oxy thấp, cho phép loài gặm nhấm đi lại trong lồng của chúng nhiều hơn, so với những con chuột không được điều trị. Chỉ sau một lần tiêm 0,03 ounce (1 mililit) chất lỏng qua trực tràng, sự cải thiện mức tồn tại của loài gặm nhấm này cao trong khoảng 60 phút.

Takebe lưu ý: “Chúng tôi không chắc tại sao sự cải tiến này vẫn tồn tại lâu hơn nhiều so với mong đợi ban đầu, vì các tác giả dự kiến các hiệu ứng sẽ biến mất chỉ sau vài phút. Nhưng quan sát thực tế cho thấy, nó hấp thụ phản ứng và hiệu quả rất mạnh mẽ”.

Sau đó, nhóm nghiên cứu chuyển sang mô hình lợn bị suy hô hấp, trong đó họ đặt lợn vào máy thở và chỉ cung cấp một lượng oxy thấp và sau đó tiêm PDF vào cơ thể lợn bằng một ống dài qua trực tràng. So với lợn không được điều trị PFD, lợn được điều trị PFD đã cải thiện về độ bão hòa oxy của máu, màu sắc và độ ấm trở lại trên da của chúng. Một dịch truyền 13,5 oz (400 ml) duy trì những cải thiện này trong khoảng 18 đến 19 phút, và nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, họ có thể tiêm liều bổ sung cho lợn mà không có tác dụng phụ đáng chú ý nào cả.

Sau thành công này trong các mô hình động vật, Takebe nói rằng, nhóm của ông hy vọng sẽ bắt đầu thử nghiệm lâm sàng phương pháp điều trị này trên người vào năm tới. Họ có thể sẽ bắt đầu bằng cách thử nghiệm tính an toàn của phương pháp này ở những người tình nguyện khỏe mạnh và bắt đầu tìm ra mức liều lượng nào là hợp lý, ông nói. Tuy nhiên, để thực hiện chuyển đổi từ động vật sang bệnh nhân người, nhóm nghiên cứu sẽ cần giải quyết một số câu hỏi quan trọng.

Ví dụ, phương pháp điều trị tải oxy qua trực tràng, đường ruột có khả năng kích thích dây thần kinh phế vị – một dây thần kinh dài kết nối ruột và não hay không, nếu có thì những người tổ chức thử nghiệm có thể nên đề phòng các tác dụng phụ như tụt huyết áp hoặc ngất xỉu, Takebe lưu ý.

Ngoài ra, phần ruột dưới chứa tương đối ít oxy so với các cơ quan khác trong cơ thể, ông nói thêm. Thậm chí, cộng đồng vi khuẩn và virus sống trong ruột thích nghi với những điều kiện thiếu oxy này, và việc truyền oxy đột ngột có thể phá vỡ những vi khuẩn đó.

“Hậu quả của việc đảo ngược cái gọi là ‘tình trạng thiếu oxy sinh lý’ này vẫn chưa được biết rõ”, Kelly lưu ý trong bài bình luận của mình, lặp lại quan điểm của Takebe. Ở người, điều quan trọng là phải xác định xem có bao nhiêu liều chất lỏng chứa oxy có thể được đưa vào ruột một cách an toàn, mà không gây ra những thay đổi ngoài ý muốn đối với môi trường ruột, ông viết.