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氧气有毒,细菌作乱 精选

已有 3671 次阅读 2020-10-4 09:00 |系统分类:海外观察

这是美国密歇根大学学者在《科学转化医学》发表的最新研究论文,值得临床氧气相关研究的学者关注。

氧气在能量代谢等多种生物学过程中发挥不可或缺的重要作用,氧气是人类等需氧生物维持生命不可缺少的物质。氧也是多种急性慢性缺氧相关疾病的最常用治疗方法。但是,吸入高分压氧气可导致人和动物肺损伤,这种损伤在潜水医学领域被称为慢性氧中毒。临床上遇到氧中毒的情况可导致患者死亡、严重肺损伤和肺炎。高氧肺损伤在多种动物中都可发生,但是这种损伤机制比较复杂,特别是导致肺组织弥漫性炎症反应的基础病理原因仍然不清楚。

一般认为,氧气毒性敏感性存在个体遗传学差异。最近研究提示,肺组织并非绝对无菌环境,也存在菌群。肺微生物在健康和疾病人群都有发现,且菌群和肺泡免疫功能存在相关性,也和疾病的转归有关。肺相关菌群一般都具有耐受氧化应激的能力,肺微生物在吸氧治疗患者中发生显著改变。

高氧治疗在非住院患者普遍存在,但肺泡氧化应激对菌群类型产生决定性影响。从氧化应激耐受性角度,肺内菌群存在非常大的差异。有的是专性需氧菌 Mycobacteria  tuberculosis,有的兼性厌氧Pseudomonas aeruginosa,有的厌氧 Prevotella spp 。金黄色葡萄球菌是最常见的呼吸机相关肺炎致病菌,能通过多种机制耐受氧化应激。

肺炎症的一个典型特征是高氧化应激,因为免疫反应可通过炎症细胞产生大量活性氧或活性氮。呼吸系统微生物能生存就需要适应呼吸系统高氧化环境。

也有研究发现,肠道微生物也和肺炎敏感性有关。但吸氧对肠道微生物的影响目前并不了解。

本研究发现,肺和肠道微生物在氧气诱导肺损伤小鼠中发挥重要作用,急性高氧能改变小鼠肺和肠道内菌群种类,其中肺内耐氧微生物金黄色葡萄球菌比例增加。氧诱导肺内微生物改变会影响肺损伤,无菌动物能降低肺氧毒性,系统注射抗生素的研究也印证需氧菌是增加氧中毒敏感性的原因。进一步研究确定金黄色葡萄球菌是氧毒性的重要协同微生物。

氧气对生物的作用非常重要,对微生物产生影响也容易理解。本研究的重要性发现是证明氧气吸入影响到呼吸道和消化道菌群,这种影响理解为氧气作为环境毒性因素促进了菌群的适应性进化,但这种进化给人体带来了不利后果,就是加重了氧气对人体的毒性。这并不是一个非常符合逻辑的发现。氧气对人有毒,氧气对细菌也有毒,氧气吸入让某些耐受氧气的细菌产生生存优势,结果增加了对人的毒性。是不是有一些无厘头,不过这种发现才具有更重要的意义。

我考虑的问题是,常压高氧会产生这样的影响。那么高压氧吸入的患者是不是也会产生这样的影响。潜水活动会不会对人类的呼吸道和消化道微生物产生影响。简单逻辑是应该产生影响,这些都是非常值得研究的课题。文章实验方法中第一部分关于研究设计的描述非常好,我是第一次看到这种内容,非常值得其他杂志学习和效仿。

因为这种金黄色葡萄球菌是典型的常见致病菌,如何避免这些细菌增殖,大概一个思路是保护其他细菌,让这种细菌生存优势不那么重要。一个简单的办法就是吸氧的同时吸入具有抗氧化作用的气体,例如氢气。这或许是避免这种恶劣致病菌增加的有效方法。

Shanna L Ashley et al. Lung and gut microbiota are altered by hyperoxia and contribute to oxygen-induced lung injury in mice Sci Transl Med . 2020 Aug 12;12(556):eaau9959.  



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