彼らはイグノーベル賞を獲るためではなく、命を救うために哺乳類の肛門呼吸を研究した

制作：中国科学普及協会

著者: 李金娟 (中国農業科学院)

プロデューサー: 中国科学博覧会

何？哺乳類は肛門から呼吸できますか？

最近、日本とアメリカの科学者たちは、哺乳類が実際に肛門から酸素を摂取できることを発見しました。この研究は、2024年のイグ・ノーベル生理学賞を彼らにもたらしただけでなく、さらに重要なことに、重度の呼吸不全の治療にまったく新しい道を開く可能性がある。

（画像出典：参考文献）

動物の驚くべき呼吸法

広大な動物界において、呼吸法の多様性は自然の壮大な光景です。私たち人間やほとんどの陸上動物は肺で呼吸しますが、これは正常なことのようです。しかし、より広い自然界に目を向けると、さまざまな種が驚くほど多様な呼吸方法を持っていることがわかります。

魚がその完璧な例です。彼らは、水中から溶存酸素を効率的に抽出できる洗練された鰓構造を進化させました。水中環境に適応したこの呼吸法により、魚は広大な水中の世界を自由に泳ぐことができます。

昆虫の呼吸器系はそれとは全く対照的です。これらの小さな生物は、体全体に気管のネットワークを持ち、酸素をすべての細胞に直接届けることができます。この効率的な呼吸法は、昆虫の活発な活動を支える一定のエネルギー源を提供します。

しかし、自然の創造性はこれをはるかに超えています。特殊な生活環境に適応するために、一部の動物はより魔法のような呼吸法を進化させました。

ミミズやカエルなどの一部の動物は、湿った皮膚を通して直接ガスを交換することができます。 「皮膚呼吸」と呼ばれるこの方法により、酸素が不足した環境でも生命活動を維持することができます。

チチカカガエルの顕著な皮膚のひだは皮膚呼吸のための表面積を増やす

(画像出典: Wikipedia)

水蜘蛛はさらに賢いです。彼らは水中で空気で満たされた泡の網を編みます。この小さな「酸素タンク」のおかげで、彼らは頻繁に水面に浮上することなく、水中で自由に移動することができます。さらに驚くべきことは、淡水ガメの中には、肛門近くにある特殊な鰓のような組織を通して水中から酸素を吸収できるものがあるということです。この独特の「えら呼吸」方法により、彼らはより長い時間水中に留まることができます。

クイーンズランド肺魚（肺魚は通常、えらで呼吸し、水が干上がると浮き袋を肺として使うことができます）

(画像出典: Wikipedia)

インスピレーションが湧いてきます！哺乳類は腸で呼吸できないのですか？

変わった呼吸法といえば、ドジョウがその代表格といえるでしょう。この小さな魚から人命を救うインスピレーションが生まれるなんて、誰が想像したでしょうか?科学者たちは、ドジョウなどの一部の水生動物が酸素が不足した環境でも腸で呼吸できることを突き止めた。このことが研究チームにひらめきを与えた。魚がそれができるのなら、哺乳類はなぜできないのだろうか？

科学者たちはドジョウの腸の構造を注意深く研究し、後腸に血管と赤血球で覆われた極めて薄い上皮層があり、それが単なる自然の呼吸器官であることを発見した。この発見は科学者たちを大いに興奮させ、彼らはそれを哺乳類で試してみることにしました。

腸はどのように呼吸するのでしょうか？ガスから液体へ

研究チームは、ガス腸管換気（g-EVA）と液体腸管換気（l-EVA）という2つの新しい呼吸法を開発しました。

ガス腸換気実験は、マウスの腸に対する特別な「美容トリートメント」のようなものです。科学者たちは、マウスの腸粘膜を薄くして、酸素が血液に入りやすくすることを試みた。結果は、この方法が実際に酸素吸収の効率を改善できることを示しました。

しかし、病院で患者の「腸をすりつぶす」ことを想像してみてください。その光景はあまりにも美しく、見るのがほとんど耐えられないほどです。そこで科学者たちは液体腸換気法を考案しました。彼らは、大量の酸素を溶解できるパーフルオロデカン（PFD）と呼ばれる特殊な液体を使用しました。この「酸素水」をマウスの直腸に注入すると、マウスの血中酸素濃度が大幅に改善されます。

驚くべき発見：お尻呼吸は本当に効果がある

最初の実験結果は驚くべきものだったと言わざるを得ません。重度の呼吸不全を模擬した状況下で、「肛門呼吸」治療を受けたマウスは生き延びただけでなく、健康に生きていました。

さらに驚くべきことは、液体腸換気治療を受けたマウスでは、血中酸素濃度が改善しただけでなく、運動能力も大幅に向上したということです。低酸素環境での彼らのパフォーマンスは、血液を注入された鶏のそれのようなものです。

これがマウスだけの特別な能力ではないことを証明するために、研究チームはブタを使った実験も行いました。実験結果によると、豚は「肛門呼吸」によって血中酸素濃度を高めることができ、その効果は約20分間持続した。今では、「豚の鼻に玉ねぎを突っ込む」は「豚のお尻に酸素チューブを突っ込む」に変更する必要があるかもしれません。

肛門から呼吸するのは安全ですか?

新たな医療技術は安全性試験に合格する必要があり、パーフルオロデカンの生物学的安全性に関する研究結果は安心できるものである。

科学者たちは治療を受けた動物の体内のパーフルオロデカンのレベルを測定したところ、ほとんど検出できないほど低いことがわかった。これは、パーフルオロデカンが腸を通じて動物の体内を移動しないことを示しています。同時に、実験動物の生化学的指標は正常であり、その内臓は「酸素を呼吸」していなかった同種の動物のものと何ら変わらないように見えた。

全体的に、少なくとも短期的には、肛門呼吸は安全であると思われます。これにより、将来的には人間を対象とした臨床試験への道も開かれます。

異なるアプローチ：肛門呼吸が医学に新たな希望をもたらす

医学界と生理学界にとって、この研究は単なる笑い以上の意味を持っています。重度の喘息発作や新生児無呼吸などの特定の緊急事態では、酸素を迅速に供給することで命を救うことができます。人工呼吸器や人工肺などの従来の呼吸補助方法は効果的ではあるものの、複雑な装置と専門の人員が必要になる場合が多いです。これに対し、「肛門呼吸」法は単純かつ直接的な方法であり、人命を救う新たな武器となる可能性がある。

この一見空想的な「腸呼吸」技術が人体にうまく応用できれば、その影響は救急医療の分野をはるかに超えるものになるかもしれない。医療の世界では、一部の特殊な手術に新たな可能性が開かれる可能性があります。たとえば、患者の通常の呼吸を一時的に停止する必要がある複雑な手術では、この技術によって新しい酸素供給方法が提供され、外科チームは手術により多くの時間とスペースを確保できるようになります。

それだけでなく、この技術はいくつかのまれな肺疾患の患者に新たな希望をもたらすかもしれません。肺機能が著しく低下した患者にとって、「腸呼吸」が効果的な補助治療になるかもしれないと想像してみてください。これにより、肺移植やその他の治療を待つ間、患者がよりよく生存し、生活の質を向上させることができる可能性があります。

もちろん、これらのアイデアはまだ理論段階にあることを認めなければなりません。これらを現実のものにするには、実現可能性と安全性を検証するための多くの研究が必要です。それでも、潜在的な応用は刺激的です。

いつか、医者が「深呼吸してください」と言ったら、私たちは「どの臓器で？」と尋ねなければならない日が来るかもしれません。

参考文献:

1.哺乳類の経腸換気は呼吸不全を改善する