Ossigenoterapia: le influenze della terapia sul microbiota umano

Negli ultimi mesi, l’ossigenoterapia, è stata argomento di dibattito molto frequente, grazie ad un risalto dovuto all’attuale pandemia di coronavirus, meglio conosciuta come COVID-19.
Scopriamo insieme di cosa si tratta e che effetto quest’ultima produce sul microbiota, in particolar modo su quello polmonare e intestinale.

Cos’è l’ossigenoterapia?

Meno comunemente conosciuta come, “supplementazione d’ossigeno“, è una terapia che prevede la somministrazione di ossigeno (considerato un vero e proprio farmaco regolamentato), in casi caratterizzati da quadri clinici diversi a seconda della patologia che affligge il paziente.
Lo scopo della terapia è quello di aumentare l’apporto di quest’ultimo ai polmoni e quindi permetterne un maggior flusso nei tessuti di tutto il corpo (Fig.1). Casi specifici di applicazione possono essere, un eventuale carenza di ossigeno nell’intero organismo o in una sua regione (Ipossia), o un’anomala diminuzione dell’ossigeno contenuto nel sangue (Ipossiemia)

Esistono diversi metodi di somministrazione dell’ossigeno, si dividono fra ventilazioni non invasive ed invasive.
In caso di malattia da COVID-19, si utilizza una maschera con filtro antimicrobico, nei casi meno gravi, o un ventilatore meccanico per i casi più gravi.
Le tecniche di ventilazione che prevedono l’utilizzo di un ventilatore meccanico variano in base alle condizioni del paziente.

Flusso di ossigeno all'interno del corpo (ossigenoterapia)
Figura 1 – Flusso semplificato di ossigeno all’interno del corpo

Il fenomeno dell’iperossia

L’iperossia si verifica quando la concentrazione di ossigeno nell’organismo aumenta a dismisura.
In particolar modo in relazione alla terapia si ha quando quest’ultima non è giustamente regolata o c’è un cambiamento delle condizioni cliniche del paziente.
Essa può apportare diversi danni all’organismo, in particolar modo ai polmoni.

Gli effetti di questo fenomeno, oltre a provocare un danno fisiologico all’interno dell’organismo, possono modificare anche il microbiota di quest’ultimo.
Come ben sappiamo, l’ambiente polmonare e quello intestinale, sono tutto tranne che sterili e possono subire delle modificazioni.
Essi si presentano modificati, in particolar modo quello polmonare, in pazienti con patologie respiratorie.

Figura 2 - Polmoni e microbiota
Figura 2 – Polmoni e microbiota

Alcuni ricercatori americani, hanno cercato di scoprire come l’ossigenoterapia potesse influenzare ulteriormente il microbiota di soggetti malati, attraverso una ricerca recentemente pubblicata su Scienze Translational Medicine.

Studio sulle influenze della terapia

Lo studio, condotto da Shanna L. Ashley e ricercatori dell’Università del Michigan (USA), ha verificato le influenze in vivo e su un gruppo di pazienti scelti, dell’ossigenoterapia. La prima parte dello studio, è stata condotta su dati di pazienti ricoverati in terapia intensiva, che avessero ricevuto un tipo di ventilazione meccanica per più di 24 ore. La principale fonte, da cui i ricercatori hanno ricavato dati sono state le culture batteriche ricavate durante i 6 giorni successivi alla terapia.

Analizzando quindi la popolazione batterica di questi pazienti, si è proceduto dividendo il gruppo in base ai differenti livelli di inalazione di ossigeno (bassa 21-46%, intermedia 43-55%, alta >55%). I pazienti che rientravano nella fascia bassa e intermedia, presentavano un tasso di isolamento di P. aeruginosa (Fig.3) molto più alto rispetto a quelli che subivano alti livelli di inalazione (8,6% e 7,6% nei primi due casi, 3,6 % nell’ultimo).

Popolazione di P. aeruginosa su Blood Agar
Figura 3 – Popolazione di P. aeruginosa su Blood Agar.


Proprio quelli rientranti nell’alta fascia di esposizione, presentavano infatti un raddoppio della concentrazione di S. aureus (Fig.4) se comparata a quella di P. aeruginosa (35,9% contro 14,9% di quest’ultimi).

Popolaione di S. aureus su diversi terreni di coltura, produzione di pigmenti, emolisi e morfologia.
Figura 4 – Popolazione di S. aureus su diversi terreni di coltura, produzione di pigmenti, emolisi e morfologia.

Questi dati suggeriscono ovviamente, anche in base alla capacità di resistere allo stress ossidativo di questi batteri, che la popolazione microbica polmonare è altamente influenzata da questo tipo di terapia.

Ulteriori considerazioni sull’ossigenoterapia

Dopo aver effettuato queste analisi, i ricercatori hanno provveduto a continuare lo studio su modelli murini, cercando di comprendere al meglio la relazione tra l’avanzare della patologia con il cambiamento del microbiota. Ulteriori analisi, hanno evidenziato sia in questi modelli che in topi adulti, la correlazione tra un elevata esposizione ad ossigeno in conseguenza ad ossigenoterapia e le modificazioni del microbiota.

In particolar modo, si è verificata una costante diminuzione dei taxa anaerobi ( per esempio Clostridia e Bacteroidia), e un aumento invece delle popolazioni batteriche che riescono meglio a resistere allo stress ossidativo che si innesca in caso di elevata assunzione di ossigeno. I ricercatori, hanno inoltre evidenziato una modificazione parziale anche del microbiota intestinale.

Si è inoltre verificato che le principali modificazioni avvengono entro le 72 ore della terapia stessa, siccome i cambiamenti che si verificano dopo non sono ad un livello tale da essere considerati significativi. Eventuali decrementi sono stati riscontrati nella popolazione del phylum Firmicutes e della famiglia Ruminococcaceae, con un aumento invece di Bacteroidetes.

Conclusioni

Lo studio ha dimostrato in conclusione che la disbiosi (squilibrio microbico sulla superficie o all’interno del corpo), precede il peggioramento delle condizioni cliniche dei soggetti in vivo, e si attendono invece ulteriori studi per la verifica di queste ripercussioni su soggetti umani. I fenomeni che si presentano sono fenomeni di infiammazione polmonare che vanno ad aggravare il già precario stato di salute dei soggetti.

Ulteriori studi sono però necessari per meglio determinare i meccanismi attraverso i quali l’iperossia aumenta l’espressione di certi taxa e come questi siano correlati con il microbioma intestinale.
Queste ricerche mirate, potrebbero aiutare in un futuro non molto lontano l’ottimizzazione di queste terapie, rendendole sempre più efficaci.

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