I mammiferi possono usare l’intestino per respirare

La ventilazione del retto per favorire la respirazione potrebbe salvare molte vite umane, anche nei casi più gravi di Covid-19

[21 Maggio 2021]

Per gli animali superiori, respirare è vivere. La respirazione comporta l’assorbimento di ossigeno e l’espulsione di anidride carbonica dalle branchie o nei polmoni. Tuttavia, alcuni animali hanno sviluppato meccanismi di ventilazione alternativi: per sopravvivere in situazioni in cui la disponibilità di ossigeno è limitata, botia, pesci gatto, cetrioli di mare e ragni tessitori possono assorbire ossigeno attraverso il loro intestino posteriore. Il recente  studio “Mammalian Enteral Ventilation Ameliorates Respiratory Failure”, pubblicato su Med   da un team di ricercatori giapponesi della Tokyo Medical and Dental University (TMDU), ha dimostrato che roditori e maiali condividono con alcuni organismi acquatici la capacità di usare il loro intestino per la respirazione e che questo ossigeno «può essere erogato attraverso la parete dell’intestino per compensare la ridotta disponibilità di ossigeno all’interno del corpo che si verifica nelle malattie polmonari che causano insufficienza respiratoria». Inoltre,
ispirati da questi adattamenti unici, il team Ryo Okabe ha ideato strategie per consentire lo scambio di gas attraverso il rivestimento dell’intestino, un processo chiamato ventilazione enterale (EVA). Per prima cosa, i ricercatori giapponesi hanno progettato un sistema di ventilazione intestinale per somministrare ossigeno puro attraverso il retto dei topi, dimostrando che «Senza il sistema, nessun topo è sopravvissuto per 11 minuti in condizioni di ossigeno estremamente basso. Con la ventilazione del gas intestinale, più ossigeno ha raggiunto il cuore e il 75% dei topi è sopravvissuto per 50 minuti a condizioni di basso ossigeno normalmente letali».

Il principale autore dello studio, Ryo Okabe della TMDU, spiega che «Il retto ha una rete di sottili vasi sanguigni appena sotto la superficie del suo rivestimento, il che significa che i farmaci somministrati attraverso l’ano vengono prontamente assorbiti nel flusso sanguigno. Questo ci ha fatto chiedere se anche l’ossigeno potesse essere immesso nel flusso sanguigno nello stesso modo. Abbiamo utilizzato modelli sperimentali di insufficienza respiratoria in topi, maiali e ratti per provare due metodi: fornire ossigeno nel retto sotto forma di gas e infondere un liquido ricco di ossigeno attraverso lo stesso percorso».
I ricercatori hanno preparato il rivestimento del retto dei mammiferi strofinandolo per causare infiammazione e aumentare il flusso sanguigno e spiegano  che «Questi cambiamenti sono stati confermati da un aumento dei marcatori genetici e hanno migliorato l’efficacia della somministrazione di ossigeno». Tuttavia, poiché un tale requisito di preparazione sarebbe inaccettabile per i pazienti umani, i ricercatori hanno anche provato a utilizzare la perfluorodecalina ossigenata (PFD), un liquido che può essere tranquillamente utilizzato nel corpo umano e che  già in uso clinico selettivo e che può trasportare grandi quantità di ossigeno e anidride carbonica».

Il team ha dimostrato che  «L’erogazione di ossigeno sia come gas che in forma liquida era benefica: i livelli di ossigenazione aumentavano e il comportamento si normalizzava, mentre la sopravvivenza era prolungata» ed evidenzia che «Il sistema di ventilazione liquida intestinale ha fornito benefici terapeutici a roditori e maiali esposti a condizioni di basso ossigeno non letali. I topi che ricevono ventilazione intestinale potevano camminare più lontano in una camera di ossigeno al 10% e più ossigeno ha raggiunto il loro cuore, rispetto ai topi che non hanno ricevuto ventilazione intestinale. Risultati simili erano evidenti nei suini. La ventilazione liquida intestinale ha invertito il pallore e il freddo della pelle e ha aumentato i livelli di ossigeno, senza produrre evidenti effetti collaterali. Nel loro insieme, i risultati dimostrano che questa strategia è efficace nel fornire ossigeno che raggiunge la circolazione e allevia i sintomi di insufficienza respiratoria in due sistemi modello di mammiferi».

Il team ha anche confermato il miglioramento dell’ossigenazione a livello cellulare mediante colorazione immunochimica. Inoltre, ha scoperto che «La quantità minima di PFD assorbita insieme all’ossigeno non ha causato danni e che i batteri intestinali non sono stati distrutti, indicando la sicurezza di questi metodi nei modelli animali».

L’autore corrispondente dello studio, Takanori Takebe, della TMDU e che lavora anche per il Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, università di Cincinnati e per le università giapponesi di Keio e Yokohama, sottolinea che «I pazienti in difficoltà respiratoria possono avere il loro apporto di ossigeno supportato da questo metodo per ridurre gli effetti negativi della mancanza di ossigeno durante il trattamento della condizione sottostante. Il supporto respiratorio artificiale gioca un ruolo vitale nella gestione clinica dell’insufficienza respiratoria dovuta a malattie gravi come la polmonite o la sindrome da distress respiratorio acuto. Sebbene gli effetti collaterali e la sicurezza debbano essere valutati a fondo negli esseri umani, il nostro approccio può offrire un nuovo paradigma per supportare i pazienti in condizioni critiche con insufficienza respiratoria».

Il supporto respiratorio terapeutico convenzionale comprende protocolli tecnologici complessi come ventilatori e polmoni artificiali. L’attuale pandemia di SARS-CoV-2 ha evidenziato l’elevata necessità di sviluppare alternative meno invasive come l’EVA per il supporto a breve termine della funzione respiratoria. Queste nuove scoperte dei ricercatori di TMDU potrebbero aprire la strada a nuove strategie di ventilazione in futuro. Grazie al supporto della Japan Agency for Medical Research and Development per combattere la pandemia di Covid-19, i ricercatori hanno in programma di espandere i loro studi preclinici e perseguire misure normative per accelerare il percorso verso la sperimentazione clinica.

Takebe  conclude: «La recente pandemia di SARS-CoV-2 sta sopraffacendo la necessità clinica di ventilatori e polmoni artificiali, provocando una grave carenza di dispositivi disponibili e mettendo in pericolo la vita dei pazienti in tutto il mondo. Il livello di ossigenazione arteriosa fornito dal nostro sistema di ventilazione, se adattato per l’applicazione sull’uomo, è probabilmente sufficiente per trattare i pazienti con grave insufficienza respiratoria, fornendo potenzialmente un’ossigenazione salvavita».