嚴重COVID-19的標志之一是呼吸急促，血液中的氧氣水平顯著降低，稱為低氧血癥。住院后，為這些患者提供氧氣，以使他們的水平恢復正常。然而，一項新的研究表明，這種普遍療法可能通過意想不到的來源-微生物組而產生意想不到的后果。
UM醫學院肺與重癥監護醫學系的前博士后研究員Shanna Ashley博士說：“人們認為肺是相對干凈的，并且沒有細菌?！薄拔覀儸F在知道肺內細菌的平衡非常像腸道一樣重要。”Ashley與由肺部和重癥監護醫學以及微生物學和免疫學助理教授Robert Dickson博士領導的團隊合作，該實驗室的實驗室花了多年時間探索肺微生物組在健康和疾病中的作用。他們的工作發現，氧氣破壞了這種平衡，導致了肺損傷。
科學家早就知道氧氣會損害肺部。迪克森說：“氧氣實際上是一種有效的肺毒素?！薄叭绻野呀】档睦鲜笾糜?00%的氧氣中，它們將在五天內死亡，并且它們將遭受與COVID-19或其他肺部損傷患者相同的嚴重肺損傷。”
重癥監護患者通常需要長期接受高濃度的氧氣治療。他們的團隊開始研究治療性氧氣如何影響肺微生物組。他們對呼吸機上超過24小時的重癥患者進行了研究，并研究了從肺部樣本中檢測到的細菌。他們發現患者樣本中存在的細菌種類存在明顯差異，具體取決于他們接受的是低，中還是高濃度的氧氣。具體而言，接受高氧濃度的患者更有可能生長金黃色葡萄球菌，這是一種非常耐氧的細菌，并且是ICU中肺部感染的常見原因。
迪克森說：“不同類型的細菌在如何處理氧氣方面彼此之間有很大不同，因此我們想知道我們給患者提供的氧氣是否會影響他們呼吸道中的細菌群落。”
為了更好地了解氧氣與肺細菌之間的關系，研究小組設計了一系列小鼠實驗。他們首先將健康小鼠暴露于高濃度的氧氣中，以確定氧氣對健康小鼠肺細菌的影響。
“當我們向健康的老鼠提供高濃度的氧氣時，它們的肺部群落迅速變化，就像我們預測的那樣，”阿什利說?！安荒脱跫毦陆?，而耐氧細菌上升。”經過三天的氧氣治療，耐氧性葡萄球菌是迄今為止在小鼠肺部最常見的細菌。
接下來，研究小組設計了實驗來回答一個關鍵的“雞還是蛋”問題：這些細菌群落的改變是否會導致肺損傷?還是因為肺部受傷而改變了細菌群落?他們首先通過比較與肺損傷發作相比肺細菌變化的相對時間來解決這個問題。
使用小鼠，他們能夠證明，盡管僅一天后肺微生物組因高氧濃度而改變，但直到3天后才可檢測到肺損傷，證明微生物組破壞后對肺的損害，而不是另一種方式。此外，他們表明，暴露于氧氣的小鼠中，肺部細菌的自然變異與炎癥嚴重程度的變異密切相關。
為了進一步加強因果關系，他們轉向了完全缺乏微生物組的無菌小鼠。“我們想看看在暴露于治療性氧氣的情況下，擁有無菌細菌的肺是否有選擇性的優勢或劣勢，” Ashley說。比較兩組基因相同的小鼠-一只有細菌的小鼠和另一只沒有細菌的小鼠-沒有細菌的小鼠受到氧氣誘導的肺損傷的保護。