氧气疗法危害肺部微生物组在老鼠身上

的特点之一严重COVID-19气短,显著降低血液中的氧气水平,称为血氧不足。住院治疗,这些患者进行氧气,试图将其恢复到正常水平。然而,一项新的研究提示,这种普遍的治疗可能通过一个意想不到的源头——微生物产生意想不到的后果。

“它一直认为肺相对干净的和自由的细菌,”莎娜阿什利说,博士,博士后研究员前的肺和危重病医学在密歇根大学医学院。“我们现在知道,肺里面的细菌的平衡问题就像它在肠道。”Ashley worked with a team led by Robert Dickson, M.D., Assistant Professor of Pulmonary & Critical Care Medicine and Microbiology and Immunology, whose lab has spent years exploring the role of the肺微生物在健康和疾病。他们的工作已经发现氧气破坏这种平衡,导致肺损伤。

科学家早已知道,氧气会伤害肺部。“氧实际上是一个有效的肺部毒素,”迪克森说。“如果我把健康老鼠在100%的氧气,他们会死在五天,他们会有同样的严重肺损伤患者COVID-19或其他肺损伤。”

重症监护的病人往往是处理高浓度的氧气很长一段时间。他们的球队开始探索如何治疗影响肺氧微生物。他们观察危重患者在呼吸机超过24小时,研究肺标本中发现的细菌。他们发现细菌物种之间的显著区别存在于样本病人取决于他们收到低,中间或高浓度的氧气。具体地说,病人高氧气浓度更有可能成长金黄色葡萄球菌,细菌非常oxygen-tolerant和ICU肺部感染的常见原因。

“不同类型的细菌相互各异他们如何处理氧气,”迪克森说,“我们想知道氧气给我们的病人可能会影响呼吸道的细菌社区。”

为了更好地理解氧气和肺部细菌之间的关系,团队设计了一系列实验老鼠。他们首先将健康小鼠暴露在高浓度的氧气来确定氧气的影响在健康小鼠的肺部细菌。

“当我们给健康的老鼠,高浓度的氧肺社区迅速改变,就像我们预测的那样,”阿什利说。“oxygen-intolerant细菌下降,oxygen-tolerant细菌上去。”After three days of oxygen therapy, oxygen-tolerant Staphylococcus was by far the most commonly detected bacteria in mouse lungs.

团队下一个设计实验来回答一个关键的“鸡还是先有蛋”的问题:这些改变细菌社区导致肺损伤吗?还是细菌社区改变因为肺部受伤了吗?他们首先解决这个比较的相对时间变化肺部细菌与肺损伤的发病。

使用老鼠,他们能够证明在肺部微生物改变了高氧浓度仅仅一天后,肺损伤后才可检测3天,证明损害肺部微生物的破坏,而不是相反。此外,他们表明,自然变异在肺部细菌有密切关系变化在oxygen-exposed小鼠炎症的严重程度。

进一步加强因果关系,他们转向无菌鼠,完全缺乏微生物。“我们想看看是否有选择性的优势或劣势无菌肺部暴露在氧气治疗,”阿什利说。当比较两组完全相同基因的小鼠一细菌和一个没有没有细菌的小鼠免受oxygen-induced肺损伤。

“对我们来说是一个不同寻常的发现,”迪克森说。“与传统的老鼠相比,这些无菌鼠相同的遗传学和接收相同的氧剂量,但肺部免受伤害。没有在我们当前的理解oxygen-induced肺损伤可以解释这一发现。”

“这真的使微生物的情况在某种程度上在肺损伤中发挥作用,”阿什利说。

针对微生物

危重病人接受氧气通常服用抗生素。团队在想:抗生素能改变的严重程度oxygen-induced肺受伤在老鼠呢?“简短的回答是肯定的,我们可以影响严重,但它不是在我们预测的方向,”迪克森说。万古霉素抗生素,革兰氏阳性目标细菌像葡萄球菌,没有影响肺损伤革兰氏阴性的抗生素,头孢曲松钠,让情况变得更糟。

“微生物是并不是所有的好并不是所有坏,”迪克森的评论。“这就是为什么重要的是我们这里的机制。我们目前使用非常非特异性干预,当我们需要的是有针对性的操纵的微生物。”

阿什利表示同意。“我们需要考虑使用微生物作为治疗目标,防止造成进一步损害病人的肺在呼吸机或接收氧气。”

迪克森警告,过早地改变临床实践基于这些发现。“多少氧气的问题给危重病人是一个复杂的一个,和主题的研究,”迪克森说。“我们的研究结果是令人兴奋的,但我仍然期待随机对照试验通知我的决定如何在病人剂量氧。”

部门主任詹姆斯•凯利-肺部疾病在国家心脏、肺、血液研究所,国立卫生研究院的一部分,对此表示赞同。“这项研究提供了重要的见解微生物组的贡献对炎症和损伤肺部暴露于不同水平的氧气,并支持继续了解的重要性微生物组和肺部疾病和临床相关因素影响的结果。”