Пошкодження легенів при кисневому отруєнні виявилося пов'язане зі зміною складу бактеріальних спільнот цього органу. Як говориться в статті, опублікованій у журналі, при високих концентраціях кисню в мікробному складі легенів відбувається зсув у бік аеробних мікроорганізмів, таких як патогенний, які сприяють пошкодженню легенів.
Вдихання чистого кисню широко використовується при корекції гострої і хронічної гіпоксемії - зниженому рівні кисню в крові. Проте гіпероксія - підвищений вміст кисню у вдихуваному повітрі і, як наслідок, його підвищений парціальний тиск у крові, - викликає летальні ушкодження легенів у тварин, а у людей вона пов'язана з підвищеною смертністю, важким ушкодженням легенів і пневмонією. Однак механізми, за допомогою яких гіпероксія провокує дифузне запалення і пошкодження альвеол легенів, залишаються недостатньо вивченими.
Вчені під керівництвом Шанни Ешлі (Shanna L. Ashley) з Медичної школи Університету Мічигану вивчили, як змінюється легенева мікробіота при гіпероксії у мишей і людей. Спочатку вони проаналізували легеневий мікробіом 1523 важкохворих пацієнтів, які перебували на штучній вентиляції легенів понад добу. Пацієнти були розділені на групи, у відповідність з фракцією вдихуваного кисню (FiO2): низька (FiO2 від 21 до 46 відсотків), середня (FiO2 від 43 до 55 відсотків) і висока (FiO2 більше 55 відсотків) гіпероксія.
У пацієнтів з низьким рівнем FiO2 відсоток бактерій і в посіві секретів дихальних шляхів склав 28,3 і 22,6 відсотка відповідно. Навпаки, респіраторні зразки пацієнтів з високим FiO2 при культивуванні давали в два рази більше колоній порівняно з (35,9 проти 14,9 відсотка). При багатовимірному аналізі з поправками на стать, вік, расу і лікування з'ясувалося, що частота виділення була вищою у пацієнтів, які отримували низькі і середні концентрації FiO2 (8,6 і 7,6 відсотка відповідно; р = 0,001 і р = 0,007 відповідно). При цьому темпи зростання достовірно не відрізнялися у пацієнтів, які отримували суміші з низьким, середнім або високим FiO2 (р > 0,05 для всіх порівнянь). Таким чином, вчені дійшли висновку, що гіпероксія незалежно пророкує подальше зростання бактерій у легких важкохворих пацієнтів.
Гостра гіпероксія також змінила склад бактеріальної спільноти мікробіоти легенів дорослих мишей (p = 0,0064). При гіпероксії у мишей спостерігалося швидке і стійке зниження відносної великої кількості анаеробних таксонів. Навпаки, кисень-толерантне сімейство стафілококів збільшувалося після 72 годин гіпероксії (р = 0,0007).
При порівнянні відносних термінів порушення мікробіоти легенів при впливі кисню виявилося, що зміни бактеріального складу починалися через 24 години гіпероксії (р = 0,0001), а виявлювані пошкодження легенів визначалися тільки через 72 години (р = 0,0001). Вчені дійшли висновку, що дисбактеріоз легеневої мікробіоти, викликаний підвищеним вмістом кисню, передував появі виявлюваного пошкодження легенів, що вказує на те, що зміна мікробіома легенів не була наслідком пошкодження легенів.
Як уже повідомлялося раніше, легеневі концентрації ФНО-лід та інтерлейкіна-17 збільшуються пропорційно часу гіпероксії. Після 48 годин гіпероксії обидва цитокіни назад корелювали з мікробним складом (р = 0.0013 для ФНО-лід і р = 0,0012 для інтерлейкіна-17). При цьому жодна таксономічна група не була відповідальна за кореляцію між бактеріальними спільнотами легенів і концентраціями цитокінів, що вказує на комплексний ефект спільноти, а не на прямий вплив одного виду бактерій.
Гіпероксія також суттєво впливала на склад спільноти кишкових бактерій (р = 0,005), хоча статистично значущий ефект проявлявся тільки після 72 годин впливу кисню (р = 0,001). Більш того, зміна мікробного складу кишкових бактерій позитивно корелювало із запаленням в легенях через 48 годин після початку впливу кисню (р = 0,0039 для ФНО-лід і р = 0,0008 для інтерлейкіна-17).
У мишей зі звичайною мікробіотою високі концентрації кисню провокували дифузне пошкодження альвеол легенів з підвищенням концентрації альвеолярного білка через 72 години (р = 0,0018). Легкі гнотобіотичні миші, що зазнали впливу гіпероксії, містили значно менше альвеолярного білка, ніж легкі мишей зі звичайною мікробіотою (Р < 0,0001).
Через 96 годин гіпероксії в легенях мишей зі звичайною мікробіотою виявлялися ознаки гострого пошкодження легенів, включаючи дифузний епітеліальний некроз з гіаліновими мембранами. На відміну від цього, легкі гнотобіотичних мишей зберігали свою альвеолярну структуру, в них не було ознак пошкодження епітелію або утворення гіалінових мембран. Ці результати підтвердили, що гнотобіотичні миші були захищені від пошкодження легенів, викликаного киснем.
Ця робота показує, що легенева мікробіота, що змінюється при гіпероксії, вносить свій внесок у патогенез кисневого пошкодження легенів у мишей. Більш глибоке розуміння ролі кисню в мікробному гомеостазі і його порушення дозволить змінювати склад мікробіоти легенів і кишечника для профілактики та лікування викликаних киснем пошкоджень легенів.
Втім, навіть пошкоджені легені можна врятувати. Нещодавно ми розповідали, що вченим вдалося пошкоджені донорські легені вдалося відновити, підключивши їх до кровоносної системи свині.