严重COVID-19的标志之一是呼吸急促，血液中的氧气水平显着降低，称为低氧血症。住院后，为这些患者提供氧气，以使他们的水平恢复正常。然而，一项新的研究表明，这种普遍疗法可能通过意想不到的来源-微生物组而产生意想不到的后果。

UM医学院肺与重症监护医学系的前博士后研究员Shanna Ashley博士说：“人们认为肺是相对干净的，并且没有细菌。”“我们现在知道肺内细菌的平衡非常像肠道一样重要。”Ashley与由肺部和重症监护医学以及微生物学和免疫学助理教授Robert Dickson博士领导的团队合作，该实验室的实验室花了多年时间探索肺微生物组在健康和疾病中的作用。他们的工作发现，氧气破坏了这种平衡，导致了肺损伤。

科学家早就知道氧气会损害肺部。迪克森说：“氧气实际上是一种有效的肺毒素。”“如果我把健康的老鼠置于100%的氧气中，它们将在五天内死亡，并且它们将遭受与COVID-19或其他肺部损伤患者相同的严重肺损伤。”

重症监护患者通常需要长期接受高浓度的氧气治疗。他们的团队开始研究治疗性氧气如何影响肺微生物组。他们对呼吸机上超过24小时的重症患者进行了研究，并研究了从肺部样本中检测到的细菌。他们发现患者样本中存在的细菌种类存在明显差异，具体取决于他们接受的是低，中还是高浓度的氧气。具体而言，接受高氧浓度的患者更有可能生长金黄色葡萄球菌，这是一种非常耐氧的细菌，并且是ICU中肺部感染的常见原因。

迪克森说：“不同类型的细菌在如何处理氧气方面彼此之间有很大不同，因此我们想知道我们给患者提供的氧气是否会影响他们呼吸道中的细菌群落。”

为了更好地了解氧气与肺细菌之间的关系，研究小组设计了一系列小鼠实验。他们首先将健康小鼠暴露于高浓度的氧气中，以确定氧气对健康小鼠肺细菌的影响。

“当我们向健康的老鼠提供高浓度的氧气时，它们的肺部群落迅速变化，就像我们预测的那样，”阿什利说。“不耐氧细菌下降，而耐氧细菌上升。”经过三天的氧气治疗，耐氧性葡萄球菌是迄今为止在小鼠肺部最常见的细菌。

接下来，研究小组设计了实验来回答一个关键的“鸡还是蛋”问题：这些细菌群落的改变是否会导致肺损伤?还是因为肺部受伤而改变了细菌群落?他们首先通过比较与肺损伤发作相比肺细菌变化的相对时间来解决这个问题。

使用小鼠，他们能够证明，尽管仅一天后肺微生物组因高氧浓度而改变，但直到3天后才可检测到肺损伤，证明微生物组破坏后对肺的损害，而不是另一种方式。此外，他们表明，暴露于氧气的小鼠中，肺部细菌的自然变异与炎症严重程度的变异密切相关。

为了进一步加强因果关系，他们转向了完全缺乏微生物组的无菌小鼠。“我们想看看在暴露于治疗性氧气的情况下，拥有无菌细菌的肺是否有选择性的优势或劣势，” Ashley说。比较两组基因相同的小鼠-一只有细菌的小鼠和另一只没有细菌的小鼠-没有细菌的小鼠受到氧气诱导的肺损伤的保护。