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我的肺部壞掉了,直接把氧氣灌到直腸也可以?向泥鰍借鏡的屁之呼吸!

羅夏_96
・2021/06/02 ・3509字 ・閱讀時間約 7 分鐘

呼吸是件稀鬆平常的事,但卻是最重要的生理反應,人可以一周不吃、不喝而不死,但只要短短幾分鐘不呼吸,你的生命就會快速的逝去。

人的呼吸是透過肺臟來達成,在新冠疫情爆發的當下,許多病患因肺部受損面臨著無法呼吸的窘境,這是多麼致命的事!而近期發表在 Med 期刊上的研究,提供了我們呼吸的新思路1——屁之呼吸。

呼吸作用,把美食變成能量代幣

呼吸對生物非常重要,那為何生物需要呼吸呢?其實這與細胞進行的「呼吸作用」有關。

透過呼吸作用,細胞就可將食物分解,並將其轉換為可供細胞使用的能量代幣(三磷酸腺苷,也就是 ATP)。

這麼說起來看似非常簡單,但實際上呼吸作用非、常、複、雜!不是三言兩語可以講完(被生物化學荼毒過的各位夥伴,一起發出怒吼吧!)有機會再專門給大家講解。

呼吸作用的簡單示意。圖/Wikipedia

這邊我們只需要知道:呼吸作用的主要功能就是「產生能量」,而其中需要氧氣,最終產生廢棄物如二氧化碳。簡單來說,這是一種「氣體交換」的過程,提供氧氣給細胞進行呼吸作用的同時,也將呼吸作用產生二氧化碳給排出。

天哪!牠們竟然可以用直腸來呼吸!

不同的生物有不同的呼吸方法,微生物和一些構造簡單的生物(如水母),可靠擴散作用讓細胞直接進行氣體交換,而大型且構造複雜的生物,就需要由「呼吸系統」承接氣體交換的重任。

延伸閱讀:一定要有肺才能呼吸?來認識動物們的花式呼吸大法

以脊椎動物為例,脊椎動物需仰賴紅血球將氧氣提供給全身各個部位,同時將二氧化碳帶走,而紅血球則在呼吸系統中進行氣體交換。

其中,人類是透過「嘴巴、鼻子」將空氣吸入氣管、支氣管、肺部再到肺泡,讓紅血球在肺泡中進行氣體交換,接著再把空氣沿著反方向被鼻子和嘴巴呼出體外,達成我們最熟悉的呼吸模式。

人類的呼吸系統。圖/Wikipedia

提到海裡的生物們,大家應該都能夠很快的說出,魚類是靠「鰓」來進行呼吸,但你能想像嗎?有的水生生物竟然會用「腸子」來呼吸!

聽起來很匪夷所思吧,但其實早在 1950、60 年代,科學家們就發現一些水生動物如海參跟泥鰍,在缺氧的環境中能靠「腸呼吸」的方式來增進氣體交換的效率。因為它們的腸上皮細胞和人的肺泡一樣,細胞較薄且佈滿微血管,非常利於紅血球進行氣體交換。

有些泥鰍在缺氧的環境可以用腸呼吸來增進氣體交換。圖/Wikipedia

當科學家們發現泥鰍的腸呼吸後,就非常好奇:

哺乳動物的直腸上皮細胞也很薄、也佈滿微血管,既然泥鰍可以,那麼哺乳動物是否也能進行腸呼吸呢?

因此,科學家們很早就興致勃勃地開始對此進行研究,可惜當時的研究並沒有給出明確的答案,此後這一直是不少科學家爭論的話題。

近期,一個日、美聯合的研究團隊,重新開始針對這個問題深入研究,並提出了更清楚的答案1

把氧氣直接灌入小鼠屁屁吧!

研究團隊首先設計一個腸道氣體通氣系統 (Enteral ventilation Via Anus , EVA),而 EVA 系統可以輸入純氧到小鼠的直腸。

首先,研究團隊比較了一般小鼠和 EVA 系統小鼠在極低氧條件下的表現:正常小鼠只能存活 11 分鐘,而使用 EVA 系統的小鼠的存活時間也不長,比起一般小鼠僅有增加一點點,延長到了 18 分鐘。

不樂觀的初步結果並沒有擊倒研究團隊,研究團隊進一步實驗發現,當切除小鼠直腸細胞的黏膜層之後,就可以增加氣體在直腸內的通透性,讓腸呼吸的效果更好。最終數據也顯示,切除直腸黏膜層、使用 EVA 系統的小鼠,在極低氧的條件下存活時間可以上升到 50 分鐘!

由此可知,小鼠確實能透過腸呼吸來克服缺氧環境。

EVA系統示意(左);EVA 系統用在直腸黏膜層切除的小鼠上,在缺氧環境下能存活更久(右)。圖/參考資料 1

進化!I-EVA 系統將含氧液體輸入直腸

雖然這個結果證實了小鼠確實能進行腸呼吸,但鑒於 EVA 必須切除直腸的黏膜層才可以有效,這顯然不適合人類使用。因此研究團隊決定改變策略,將高含氧的「液體」直接灌入直腸內。

研究團隊選中全氟萘烷這個氟碳化合物,全氟萘烷是一種惰性液體,常溫下幾乎不會和人體反應且非常穩定,而且全氟萘烷有著極高的溶氧量,正常情況下每 100 mL 的全氟萘烷能溶解 49 mL 的氧氣,在醫療上不僅可做為液體氧氣使用,臨床上也證實將全氟萘烷灌入呼吸衰竭的病患肺部內,能有效緩解病患氧氣不足的問題2

全氟萘烷的化學式。圖/Wikipedia

研究團隊把這種使用充氧全氟萘烷的腸道通氣系統稱為 I-EVA (liquid-based Enteral ventilation Via Anus)。和沒有使用 I-EVA 的小鼠相比,使用 I-EVA 的小鼠在低氧氣室中(含氧量 9.5%)走得更遠,並且有更多的氧氣到達它們的心臟。

(A)I-EVA 系統示意。(B)使用I-EVA系統的小鼠上在缺氧環境下能移動更長距離(D、E、F) 使用 I-EVA 系統的會有更多氧氣到小鼠的心臟中。圖/參考資料 1

大鼠與豬:血液含氧量上升、少副作用

I-EVA 在大鼠與豬的實驗中也得到不錯的結果:

  • 大鼠和小鼠一樣,使用 I-EVA 後,大鼠能在缺氧環境中行走更遠的距離。
  • 豬在缺氧環境下,皮膚會呈現蒼白無血色的冰冷狀態,但使用 I-EVA 後,豬的皮膚就變得溫暖且充滿血色,和豬在正常氧的情況下很接近。

另外,不論大鼠還是豬,在缺氧環境下使用 I-EVA,其血液內的含氧量皆有明顯上升;測試 I-EVA 的在大鼠和豬身上的生理影響後,數據也顯示 I-EVA 幾乎不會產生甚麼副作用!

 I-EVA 系統在豬身上使用的流程圖。圖/參考資料 1

綜合以上的結果,顯示 I-EVA 確實能緩解哺乳動物的缺氧問題,也證實了哺乳動物確實也能進行「腸呼吸」!

人類也能用屁屁進行腸呼吸嗎?

既然小鼠、大鼠到豬都能進行腸呼吸,那人類可以嗎?答案是:不確定。

雖然從上述的結果來看,理論上人類應該也能使用 I-EVA 系統進行腸呼吸,但這需要更多的實驗與測試。對此,研究團隊非常樂觀,也表示已經開始著手臨床試驗的相關準備了。

研究團隊認為腸呼吸法應該也能應用在人類身上。圖/參考資料 1

雖然知道人類也可能進行「腸呼吸」、從屁股灌入含氧液體讓人印象深刻,但這項研究真正的重要性在於提供氣體交換的新方法。

近期新冠疫情的爆發,讓許多病患的肺部受到嚴重的損害,而肺部的損傷會降低紅血球在肺部氣體交換的效率,這時即便使用呼吸治療器也未必能讓病患的紅血球獲得充分的氣體交換。因此,面對肺功能受損的病患,腸呼吸也許有可能成為不錯的替代方案。

那些人類進行「腸呼吸」前的二三事

真要施行起來,恐怕還是有不少問題要克服。

你也想來個屁之呼吸嗎?圖/Pixabay

首先,既然是將全氟萘烷灌入直腸內,那是否需要先將病患的腸子洗乾淨呢?再來要用腸替代肺呼吸,那勢必要持續灌入全氟萘烷,腸子能承受住液體這樣持續的灌入嗎?最後是腸道功能的問題,腸畢竟不是拿來呼吸的器官,而是吸收營養與排便的,讓腸替代肺作為呼吸器官,勢必會影響腸的正常功能。

上述這些問題,在正式施行腸呼吸前,都要審慎思考。

雖然仍有不少問題有待解決,但腸呼吸作為肺功能衰竭病患的替代方案仍有著不錯的吸引力,就讓我們期待未來「腸呼吸」這種詭異的方式是否也能應用在人類身上吧!

參考資料

  1. Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure
  2. 全氟萘烷

相關標籤: 呼吸 腸呼吸
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在家防疫很疲勞?還想堅持下去能怎麼做?

林希陶_96
・2021/06/23 ・2973字 ・閱讀時間約 6 分鐘

台灣正面臨 COVID-19 的襲擊,全國上下還處於三級警戒之中。看目前疾病的趨勢,可能相關的限制依舊會持續下去。如何在疫情之下,仍讓社會大眾願意配合相關保護措施變得至關重要。

6/23 指揮中心再次延長全國三級警戒維持至7/12。 圖 / 疫情指揮中心

但是,當時間一拉長,對於嚴格的防疫作為可能會覺得是否有必要,甚至在情緒上會有所反彈,也不願意配合政府相關限制或措施,這就是所謂的「防疫疲勞」(pandemic fatigue)[註1]。

而要特別說明的是,這裡所稱的防疫疲勞,並不是醫學上的正式診斷。此處的疲勞是指筋疲力竭、疲倦、氣力放盡,與一般日常用語相同。從 2019 年至今,COVID-19 在全球各地引發大流行,各國也頒布各種不同程度的封城、隔離、限制命令。防疫疲勞導因於動機降低,消極應對各項指示,甚至不遵守相關指引。根據 WHO 的調查,高達60%的人會出現「防疫疲勞」1

嗚嗚⋯⋯疫情到底哪時能結束?圖/GIPHY

世界各國對於此現象也有所警覺,但如何再次重振國民的動機都有手足無措之感。

疫情在全世界已經延燒超過一年的時間,台灣在第一年並未明顯感受到防疫的不便。但隨著疫情增溫,不便的程度越來越大。吃飯只能外帶,出外就必須戴口罩。所有的公營場所、娛樂活動全部都被限制,不能隨心所欲地出門逛街、散步、運動。

台灣眼前所面臨的一切,一年前世界各國都已經示範給我們看過了。當時,WHO 歐洲分部也知道防疫疲勞正在削減各國的防疫能量,如何重新提振社會大眾的動機與信心變成首要任務。因此他們發佈了「防疫疲勞指引」1,協助政府調整作法,以利民眾配合整體抗疫行為。

這個指引說穿了並不是多麼偉大的創見,就是從民眾的角度出發,以同理的方式去瞭解老百姓需要什麼東西,而不只是單純地關閉所有地方,叫大家待在家裡就好。

「防疫疲勞指引」裡有四個部分,非常值得好好深思一番,讓政府單位更深刻的理解何謂民眾內心真正需求,唯有如此,動機才可能再次被增強,防疫疲勞的狀況才能真的減少。

如何繼續防疫?「防疫疲勞指引」

了解民眾:溝通資訊準確,少即是多

在疫情之下,民眾已經接收過多資訊,並對於這些資訊會多所質疑。因此與民眾溝通,最好是使用高品質、有證據、量身訂做的資料,並遵守「少即是多」的原則。像是法國衛生部從民眾的經驗中學習,針對特殊族群,每周以問卷方式得知對抗疫情有無創意性做法。而德國對於限制區域如何制定,除了徵詢病毒學家、醫學專家之外,對於進一步考慮限制自由的合法性,也會請教哲學家、歷史學家、科學家、神學家、教學專家等不同專家的意見。

讓人民自己成為解決問題的一部分

人類感覺活著的一個基本需求,就是可以自己控制自己的生活,如果自主能力受到威脅,動機很容易消失。從心理學的角度可知,改變想法就可以改變心情,面對疫情不停地侵蝕我們的生活,我們可以轉念,從「疫情控制了我們的生活」,改變成「我們改變自己的行為進而控制疫情」。主導權回歸到我們身上,自我效能的感覺自然就會增加。

大家要好好把握現在!待在家也能成為英雄,控制疫情!圖/GIPHY

而媒體不是只能報導一些雞毛蒜皮的行車紀錄器或是負面取向的新聞,而是可以從社區中收集正向、有希望、有趣的故事,進而啟發自己。像是BBC就報導了百歲老兵湯姆‧摩爾的故事。一開始他的心願很小,他只是希望繞自家花園一百圈,每一圈募得10英鎊,一共是1000英鎊,然後將這些錢捐給英國全民醫療服務系統(NHS)。他的善心感動了英國及世界各地的人,短短時間之內捐款即突破百萬英鎊,在他百歲生日時,捐款已經超過3000萬英鎊2

見賢思齊,我們在疫情之下,是不是也有自己可以辦到的事?

讓人民過自己的生活,但想辦法降低危機

雖在疫情之下,讓民眾還是可以想辦法過自己想要的生活,但盡量減少不當行為。這裡所採用的是「危害減低策略」。既然我們無法完全停止不當行為,但盡量讓行為相關的危害盡可能減到最低。

在三級警戒的現在,除了WFH,透過網路線上與朋友相聚也是不錯的社交方式。圖/GIPHY

有的人天性就是喜歡社交,既然舉辦派對是危險的,但就允許他們從事小團體社交,也可以減低大規模群聚的現象。政府要想辦法發展各種防疫指引,如安全的晚宴如何舉辦;小孩如何遊玩互動;工作場所如何防疫;約會、喪禮、婚禮、旅行如何進行。而多數人最在乎的戶外活動與運動,如何在保持安全的社交距離之下,從事這些活動。

而不是一味的禁止有風險的活動,應當站在民眾的角度,好好想想如何在疫情之下好好生活。政府也可以試著以科學的角度去檢驗什麼方式可以避免被傳染,像英國在五月時就舉辦實驗性質的演唱會,參加民眾只要篩檢陰性,進場既不用戴口罩,也不用保持社交距離。但五天之後,需要接受第二次篩檢。由此得到的數據來研究群聚與感染之間的關係3

反覆的感謝人民艱難的配合

因為防疫而隨之而來的限制,可能會讓許多人遭受各式各樣的損失,有的人可能丟了工作;有的人可能經濟上陷入困境;有的人家人過世卻無法舉辦喪禮;有的人婚期訂了卻無法舉辦婚禮;有的人撐到畢業,典禮卻取消了。

在這些過程中,大家遭逢各式各樣的損耗,心裡也承受或多或少的壓力,這樣的經歷對於心理健康而言是相當不利的,甚至在未來有不良影響。

防疫不出門,在家也能看展覽!圖片截自/線上故宮

政府在這方面可以做得事情非常多,而不是只會頒布限制令,只叫全民在家就好,其他公共服務完全停擺。除了發錢紓困之外,其他相關服務可做得更加細膩。如心理支持方面,可轉而提供線上諮詢,對於個案的心理困境即時給予簡單的支持。再者所有公家機關都可以強化線上服務能力,像是博物館可以舉辦線上展覽[註2]*,圖書館可以宅配圖書至家裡。最不好的,就是採用中世紀的做法,鐵門一拉,雙手一攤,全部都覺得防疫或是想辦法度過難關,都是民眾自動自發要做好的事。

總而言之,從民眾的角度出發,理解對抗疫情大流行是相當不容易的事,如何將不便減低,才有可能讓防疫疲勞消散,進而使全民都順利度過此疾病。

  • 註1:pandemic fatigue 可翻成防疫疲勞、抗疫疲勞或者直譯為大流行疲勞。個人覺得抗疫疲勞較為傳神,既有抵抗又有抗議的雙關意味,但本文沿用台灣常用的防疫疲勞。
  • 註2*故宮的網站「線上故宮」做得很棒,線上策展也很值得一看。

參考資料:

  1. 世界衛生組織歐洲分部所提供的關於防疫疲勞之指引。
  2. 肺炎疫情正能量 盤點五大溫暖人心的抗疫故事。
  3. 英國舉辦5000人無口罩演唱會 藉此研究群聚與傳染關係。

林希陶_96
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作者為臨床心理師,專長為臨床兒童心理病理、臨床兒童心理衡鑑、臨床兒童心理治療與親子教養諮詢。近來因生養雙胞胎,致力於嬰幼兒相關教養研究,並將科學育兒的經驗,集結為《心理師爸爸的心手育嬰筆記》。與許正典醫師合著有《125遊戲,提升孩子專注力》(1)~(6)、《99連連看遊戲,把專心變有趣》、《99迷宮遊戲,把專心變有趣》。並主持FB專頁:林希陶臨床心理師及部落格:暗香浮動月黃昏。
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