Los cerdos pueden respirar por el culo. ¿Pueden los humanos?
Los ratones, las ratas y los cerdos comparten un superpoder secreto: todos pueden utilizar sus intestinos para respirar, y los científicos lo descubrieron bombeando oxígeno por el trasero de los animales.
¿Por qué realizar estos experimentos? El equipo de investigación quería encontrar una posible alternativa a la ventilación mecánica, un tratamiento médico en el que una máquina introduce aire en los pulmones del paciente a través de la tráquea. Los ventiladores llevan oxígeno a los pulmones y ayudan a eliminar el dióxido de carbono de la sangre, pero las máquinas no siempre están disponibles.
Al principio de la pandemia de COVID-19, por ejemplo, los hospitales se enfrentaron a una grave escasez de ventiladores, informó The New York Times. Aunque los médicos también pueden utilizar una técnica llamada oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO), en la que la sangre se bombea fuera del cuerpo y se reoxigena con una máquina, el procedimiento conlleva riesgos inherentes, como hemorragias y coágulos de sangre; y suele estar menos disponible que los ventiladores, según la Clínica Mayo.
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En busca de otra solución, los autores del estudio se inspiraron en animales acuáticos como los pepinos de mar y los peces de agua dulce llamados lochas(Misgumus anguillicandatus), que utilizan sus intestinos para respirar. No estaba claro si los humanos y otros mamíferos tienen capacidades similares, aunque algunos científicos intentaron responder a esa pregunta en los años 50 y 60.
"Inicialmente examinamos un sistema modelo de ratón para ver si podíamos suministrar gas de oxígeno por vía intraanular", dijo el autor principal, el Dr. Takanori Takebe, profesor de la Universidad Médica y Dental de Tokio y director del Centro de Investigación y Medicina de Células Madre y Organoides del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati.
"Cada vez que realizamos experimentos, nos sorprendimos bastante", dijo Takebe a Live Science.
Sin ventilación intestinal, los ratones colocados en un entorno con poco oxígeno sólo sobrevivieron unos 11 minutos; con ventilación en el ano, el 75% sobrevivió durante 50 minutos, gracias a una infusión de oxígeno que llegó a sus corazones. A continuación, el equipo probó a utilizar líquido oxigenado, en lugar de gas, en ratones, ratas y cerdos, y obtuvo resultados igualmente prometedores. El equipo señaló que todavía hay que trabajar más para ver si el método es seguro y eficaz en humanos, según un artículo sobre sus hallazgos publicado el 14 de mayo en la revista Med.
"La pandemia ha puesto de manifiesto la necesidad de ampliar las opciones de ventilación y oxigenación en las enfermedades críticas, y este nicho persistirá incluso cuando la pandemia disminuya", ya que habrá momentos en los que la ventilación mecánica no esté disponible o sea inadecuada por sí sola, escribió el Dr. Caleb Kelly, becario clínico y médico-científico de la Facultad de Medicina de Yale, en un comentario sobre el estudio. Si, tras una nueva evaluación, la ventilación intestinal acaba convirtiéndose en una práctica habitual en las unidades de cuidados intensivos, este nuevo estudio "quedará marcado por los historiadores como una contribución científica clave", escribió.
Antes de iniciar sus experimentos con roedores, el equipo se familiarizó con las tripas de las lochas. Los peces toman el oxígeno principalmente a través de sus branquias, pero ocasionalmente, cuando se exponen a condiciones de bajo oxígeno, las lochas utilizan una parte de sus intestinos para el intercambio de gases, dijo Takebe. De hecho, en respuesta a la falta de oxígeno, la estructura de los tejidos intestinales cercanos al ano cambia de forma que aumenta la densidad de los vasos sanguíneos cercanos y disminuye la secreción de fluidos relacionados con la digestión.
Estos sutiles cambios permiten a las langostas "absorber el oxígeno de forma más eficaz", afirma Takebe. Además, el revestimiento más externo del intestino de las langostas -el epitelio- es muy fino, lo que significa que el oxígeno puede atravesar fácilmente el tejido para llegar a los vasos sanguíneos que hay debajo, añadió. Para simular esta estructura en sus modelos de ratón, el equipo adelgazó el epitelio intestinal de los roedores utilizando productos químicos y diversos procedimientos mecánicos.
A continuación, colocaron a los ratones en condiciones de muy bajo nivel de oxígeno y utilizaron un tubo para bombear gas de oxígeno por el vientre de los animales hasta su intestino grueso.
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En comparación con los ratones cuyo epitelio intestinal no se había adelgazado, los ratones con epitelios delgados sobrevivieron significativamente más tiempo en el experimento: la mayoría sobrevivió 50 minutos en comparación con unos 18 minutos. Por su parte, los ratones que no recibieron oxígeno sólo sobrevivieron unos 11 minutos. Además de sobrevivir más tiempo, el grupo con el epitelio adelgazado mostró signos de que ya no les faltaba oxígeno; dejaron de jadear o de mostrar signos de paro cardíaco, y la presión de oxígeno en sus principales vasos sanguíneos mejoró.
Aunque este experimento inicial sugería que el oxígeno podía atravesar el intestino y llegar a la circulación, el adelgazamiento del epitelio intestinal probablemente no sería factible en pacientes humanos, dijo Takebe.
Especialmente en los pacientes en estado crítico, "creo que un daño adicional al intestino sería realmente peligroso, desde el punto de vista del tratamiento", dijo Takebe. Pero "en el transcurso de los experimentos, nos dimos cuenta de que incluso el intestino intacto tiene cierta capacidad, no realmente eficiente, pero sí de intercambio de gases", señaló, lo que significa que puede haber una forma de introducir oxígeno a través del intestino sin adelgazar primero los tejidos.
Por eso, en otro experimento, en lugar de utilizar oxígeno gaseoso, el equipo probó la perfluorodecalina (PFD), un fluorocarbono líquido que puede infundirse con una gran cantidad de oxígeno. Este líquido ya se utiliza en las personas, por ejemplo, en los pulmones de los bebés con problemas respiratorios graves, señalan los autores en su informe.
El líquido también actúa como tensioactivo, una sustancia que reduce la tensión superficial; dado que un tensioactivo recubre los sacos de aire de los pulmones y ayuda a impulsar el intercambio de gases en el órgano, el PFD podría cumplir un propósito similar en los intestinos, dijo Takebe.
Al igual que en los experimentos con oxígeno-gas, el PFD oxigenado rescató a los ratones de los efectos de ser colocados en una cámara con poco oxígeno, permitiendo a los roedores deambular por su jaula más que los ratones que no recibieron el tratamiento. Tras una sola inyección de 1 mililitro del líquido, las mejoras de los roedores se mantuvieron durante unos 60 minutos.
"No estamos muy seguros de por qué esta mejora persiste durante mucho más tiempo que las expectativas originales", señaló Takebe, ya que los autores esperaban que los efectos desaparecieran en apenas un par de minutos. "Pero la observación es realmente reproducible y muy robusta".
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A continuación, el equipo pasó a un modelo porcino de insuficiencia respiratoria, en el que colocaron a los cerdos en respiradores y sólo les proporcionaron un bajo nivel de oxígeno y luego les inyectaron PDF en la parte posterior de los cerdos con un tubo largo. En comparación con los cerdos a los que no se les administró el tratamiento con PDF, los cerdos a los que se les administró la PDF mejoraron en cuanto a la saturación de oxígeno de su sangre, y el color y el calor volvieron a su piel. Una infusión de 400 ml (13,5 oz) mantuvo estas mejoras durante unos 18 o 19 minutos, y el equipo descubrió que podía administrar dosis adicionales a los cerdos sin efectos secundarios apreciables.
El equipo también probó la seguridad de repetir la dosis en ratas y descubrió que, aunque sus niveles de oxígeno aumentaban, los animales no mostraban efectos secundarios notables, ni marcadores de daños en los órganos, ni restos de PFD en sus células.
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Tras este éxito en modelos animales, Takebe dijo que su equipo espera iniciar un ensayo clínico del tratamiento en humanos en algún momento del próximo año. Probablemente empezarán por comprobar la seguridad del método en voluntarios sanos y empezarán a determinar qué niveles de dosis serían razonables, dijo. Sin embargo, para dar el salto de los animales a los pacientes humanos, el equipo tendrá que abordar una serie de cuestiones fundamentales.
Por ejemplo, el tratamiento podría estimular el nervio vago -un largo nervio que conecta el intestino y el cerebro-, por lo que los organizadores del ensayo deberían estar atentos a efectos secundarios como la caída de la presión arterial o los desmayos, señaló Takebe. Además, el intestino inferior contiene relativamente poco oxígeno en comparación con otros órganos del cuerpo, añadió. La comunidad de bacterias y virus que vive en el intestino está adaptada a estas condiciones de poco oxígeno, y una infusión repentina de oxígeno podría alterar esos microbios, dijo.
"Se desconocen las consecuencias de revertir esta llamada 'hipoxia fisiológica'", señaló Kelly en su comentario, haciéndose eco de los sentimientos de Takebe. En los seres humanos, será importante determinar cuántas dosis de líquido oxigenado podrían administrarse con seguridad en el intestino sin causar cambios no deseados en el entorno intestinal, escribió.
Además, los modelos animales del estudio no reflejan plenamente lo que experimentan los pacientes en estado crítico durante la insuficiencia respiratoria, una condición que a menudo coincide con la infección, la inflamación y el bajo flujo sanguíneo, señaló Kelly. Por lo tanto, puede haber factores adicionales a tener en cuenta en los pacientes en estado crítico que no eran relevantes en los roedores y los cerdos. Además, según el estado de un paciente determinado, puede necesitar una dosis mayor o menor de PFD; todos estos detalles deberán evaluarse cuidadosamente en futuros ensayos, señaló Takebe.
