哺乳類也能透過腸道「呼吸」嗎？

演化之聲
8月10日
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呼吸衰竭的人要維持血液中的氧氣濃度是搶救生命時迫切的工作，臨床上可以透過呼吸器協助肺部換氣，病情極度嚴重時需要葉克膜（extracorporeal membrane oxygenation）維持氣體交換。有些動物早已演化出相當特殊的生存能力，當環境缺氧時牠們可以利用腸道吸收氧氣。所以一個日本研究團隊提出了大膽的問題，如果哺乳類的肺暫時無法提供足夠氧氣時，能不能把腸道變成另一條供氧途徑？

這想法的靈感來自泥鰍（Misgurnus anguillicaudatus）等具有腸道呼吸能力的動物，泥鰍在氧氣充足時依賴鰓來呼吸，但遭遇嚴重缺氧時，後段腸道可以參與氣體交換。這段腸道有較薄的上皮與豐富的微血管，讓腸腔中的氧氣比較容易進入循環系統。研究者也注意到哺乳類的直腸同樣有相對薄的黏膜，而且肛門與直腸附近存在豐富的血管網，理論上具備讓腸腔內物質快速接近血液循環的條件。

泥鰍能透過腸道獲得氧氣（圖片來源：Timur Kalininsky，採用 CC BY 4.0 授權）

此概念被稱為經肛門腸道通氣（enteral ventilation via anus，EVA）。他們首先把純氧送入小鼠的腸道，不過發現正常哺乳類腸道有完整的黏膜屏障，氧氣並不容易大量通過，研究者因此以機械方式適度磨損小鼠遠端腸道的黏膜，使氧氣更容易接觸黏膜下方的血管。處理後確實大幅提高了接收氧氣的效果。在極端低氧環境，未接受腸道通氣的小鼠全部死亡，中位存活時間不到 11 分鐘。腸道保持完整只接受氧氣灌入的小鼠，中位存活時間延長到約 18 分鐘；經過適度黏膜磨損的小鼠，50 分鐘時仍有 75% 存活。

這證明了氧氣的確可以經由哺乳類遠端腸道進入循環系統，而且在嚴重缺氧時產生足以影響生存的效果。但實際醫療上不可能為了讓病人從腸道吸氧，先把直腸黏膜磨掉一層。研究者將注意力轉向另一種方法，希望在保持腸道完整的情況下也能增加氧氣交換效率。

他們選擇的材料是全氟萘烷（perfluorodecalin，PFD），屬於全氟碳化合物。這類液體有很高的氣體攜帶能力，可以溶解大量氧氣，也能攜帶二氧化碳。研究者先讓純氧持續通過全氟萘烷，讓其液體充分含氧，再將含氧的全氟萘烷注入直腸。

低氧環境裡的小鼠接受含氧的全氟萘烷後，行為很快出現改善。缺氧會讓小鼠活動量大幅下降，但接受含氧全氟萘烷的小鼠行走距離顯著增加。持續監測血氧也發現在 60 分鐘內能維持較佳的血氧狀態。120 分鐘後小鼠下腔靜脈氧分壓還比對照組高約 9.4 mmHg，左心室血液的氧分壓差距更達約 23.8 mmHg。

於是研究者接著把實驗推進到豬身上，先降低豬的通氣量，讓牠們進入低氧狀態，再向直腸注入 400 毫升含氧全氟萘烷。處理後血氧飽和度從平均約 66.6% 上升到 81.8%，動脈氧分壓也由約 57.2 mmHg 提高到 70.8 mmHg。含氧全氟萘烷中的氧氣逐漸被消耗後，可以將液體移除，再補入新的含氧全氟萘烷。

接受含氧全氟萘烷的動物除了循環系統的氧氣增加之外，血液中的二氧化碳分壓也有下降趨勢。研究者認為這可能與全氟碳化合物同時有良好的氧氣與二氧化碳攜帶能力有關。如果這項機制得到進一步證實，腸道中的全氟萘烷可能同時參與氧氣輸入與二氧化碳的移除。

要把這種奇特的現象變成醫療技術，安全性很重要。研究者以大鼠進行重複灌入全氟萘烷的測試，即使一天給予 6 次，在研究所涵蓋的短期觀察期間內，沒有看到明顯腹瀉或脫水。血球、白蛋白、電解質與多項肝臟與組織損傷指標也沒有出現代表明顯毒性的異常變化。血液中的全氟萘烷濃度低於研究設定的定量下限，豬與大鼠的腸道、肝臟、膽道及脾臟病理檢查也沒有發現全氟萘烷累積的情形。此外小鼠與豬血液中的細菌內毒素均低於檢測下限，沒有證據顯示這些操作在短期內造成明顯的腸道細菌轉位（bacterial translocation）。

如果一名 60 公斤的人能擁有相近的腸道氣體交換效率，推估約 600 至 1,200 毫升含氧全氟萘烷能提供具有臨床意義的氧合改善。未來若能將此技術發展完善，可能的應用情境包括氣喘急性發作、氣道狹窄、新生兒窒息與急性呼吸衰竭等需要迅速補充氧氣的狀況，其定位會偏向短時間的輔助性氧合手段。