הקשר בין בריאות המעי וחיידקי המעיים לתסמונת מצוקת הנשימה החדה

בעקבות התפרצות מגיפת הקורונה (COVID19) וסיבוכי המחלה כתלות במצב הבריאותי הקודם של הנדבק עולה החשיבות של בריאות מטבולית על מנת להלחם בוירוס ולשמור על הבריאות. בפוסט זה יפורט הקשר בין בריאות המעי לסיכון במחלות נשימתיות.

פוסט זה נעשה בשיתוף ובזכות ד”ר סלבה ברגר, ביולוג וחוקר בתחום מחלות נשימה בשינה ומטבוליזם. מוזמנים לעקוב אחריו בקבוצה שלו בפייסבוק PKDIsrael ובדף האישי שלו Slava Berger, PhD.

רמת הפוסט: מתעניין

הקדמה

תסמונת ARDS) Acute respiratory distress syndrome), אחד הסיבוכים הקשים של הנגיף COVID19, מאופיינת על ידי הצטברות של נוזל שממלא את נאדיות הריאה ומונע את שחלוף הגזים התקין [1]. ככל שיותר נוזל ממלא את הריאה, כך יכולת שחלוף הגזים נפגמת – פחות חמצן מגיע אל זרם הדם ופחות פחמן דו חמצני מסולק ממנו על ידי הריאות. במצבים חמורים, כמו במקרה של הנגיף קורונה יש צורך בהנשמה מלאכותית באמצעות מכונת הנשמה הדוחפת את האוויר אל הריאות ובכך מספקת חמצן בצורה טובה [2].

חיידקים בריאות

נמצא שבחולים עם ARDS יש שינוי דרמטי בהרכב של חיידקי הריאות לעומת אנשים בריאים שאצלם הרכב חיידקי הריאות דומה מאוד להרכב של החיידקים שיש לנו בחלל הפה [3]. אצל חולי ARDS לעומת אנשים בריאים ישנה נוכחות גבוהה של חיידקי המעיים שמגיעים לריאות עקב עלייה בחדירות המעי שמתרחשת כתוצאה מדלקת ופגיעה אקוטית בתאי האפיתל וכלי דם [3].

תמונה 1: תיאור הפגיעה בריאות עקב חדירות חיידקים [3].

הרכב של חיידקי הריאות משחק תפקיד מפתח ביכולת של וירוסים וזיהומים שונים לעורר תגובה דלקתית ולגרום למחלה כמו דלקת ריאות. כך למשל ידוע שבמקרה של שפעת, הרכב של חיידקי מערכת הנשימה ישפיע על יכולת ההדבקה של הווירוס ונמצא שנוכחות גבוהה של חיידקים מסוימים כמו למשל Prevotella יכולה להגביר את הסיכון להדבקה [4]. 

ממצא זה יכול להיות רלוונטי גם במקרה של הנגיף COVID19 מכיוון שאצל חולים קשים עם דלקת ריאות חריפה כתוצאה מהנגיף מצאו נוכחות גבוהה של חיידקי Prevotella וסוגים נוספים [5]. מודלים בבעלי חיים מראים שחיידקים אלה יכולים לגרום לדלקת ריאות ולעודד דלקות כתוצאה  מחיידקים אחרים כמו Streptococcus או ווירוסים של שפעת [6-7], כך למשל אצל ילדים עם שפעת חמורה נמצאו רמות גבוהות של Prevotella בריאות [8]. 

איפה עוד אפשר לראות עלייה בחיידקי Prevotella? במחלות דלקתיות שונות של פה ולסת, דלקות חניכיים ובעיות שיניים שונות יש נוכחות גבוהה של חיידק זה בדרכי הנשימה [9]. בנוסף נמצא שאצל חולי גאוט יש נוכחות גבוהה יותר של Prevotella בחיידקי המעיים וגם במצבים של דלקת פרקים, מחלות מטבוליות ומחלות דלקתיות אחרות כולל השמנת יתר [9].

השפעת אורח החיים על חיידקי המעי

הרכב חיידקי המעיים וגם חיידקים של דרכי הנשימה מושפע ביותר מתזונה ומאורח חיים שלנו. בהקשר של תזונה, ישנן משפחות שלמות של חיידקים שמעדיפים חלבון ושומן מן החי לצורך הפקת אנרגיה ושגשוג וישנן משפחות שמשגשגות על סוכרים פשוטים [10]. Prevotella שייכת לסוג השני והיא אופיינית יותר אצל אוכלוסיות שניזונות יותר מתזונה צמחית עתירת פחמימות [11]

חולים בARDS שנפטרו מהמחלה היו בעלי פרופיל דלקתי (IL-6) יותר מאשר החולים ששרדו וכמו כן הפרופיל הדלקתי נמצא בקורלציה לביטוי של Streptococcus וEnterobacteriaceae בדם שלהם [12]. חדירות המעי מוגברת בין היתר על ידי חיידקי מסוג Enterobacteriaceae כאשר אלו משגשגים על סוכרים פשוטים בלבד [13]. אנדוטוקסין LPS, מרכיב הדופן של חיידקי Enterobacteriaceae ,כאשר החיידקים או ה-LPS חודרים לגוף הם גורמים לדלקתיות והיפרגליקמיה [14-16] ובתורם מגבירים את חדירות המעי [17] כך שנוצר משוב חיובי שמגביר את חדירות המעי. חיידקי E. Coli וסלמונלה הם חלק מהמשפחה של Enterobacteriaceae. .

תמונה 2: הדגמה של חדירות המעי.

כפי שניתן לראות הורדת סוכרים פשוטים ופחמימות תוביל לירידה בחיידקי Prevotella וEnterobacteriaceae ובהתאם להורדת הסיכון בתחלואה בARDS דרך איזון של אוכלוסיות חיידקי המעיים והריאות, הורדת חדירות המעי ושיפור הפרופיל הדלקתי בגוף. ניתן לשקול טיפול מניעתי בARDS דרך שינוי הרגלי תזונה על מנת לשפר את בריאות המעי והדלקתיות בגוף כפי שהודגם ככלי יעיל לטיפול במחלות נשימתיות [19-20].

סיכום

האם יכול להיות שחיידקי Prevotella עוזרים לנגיף הקורונה ולנגיפים אחרים להדביק תאים של מערכת הנשימה? זאת שאלה לא פתורה כיום אבל לא מעט ממצאים מובילים לכך שמדובר באפשרות סבירה והיפותזת מחקר מעניינת שהבחינה שלה יכולה לשפוך אור על המנעד הגדול שיש בין נדבקי הנגיף COVID19 בצפי שלהם לפתח סיבוכים כמו דלקת ריאות חריפה וגם למצוא בסיס מנגנוני לקשר החזק בין סיבוכי הנגיף לתחלואת רקע שמאופיינת גם בנוכחות גבוהה של חיידקי Prevotella וגם בעלייה של חדירות המעי.

הפוסט הבא שמומלץ לקרוא: הורמוני המעי ומזון מעובד

מקורות

1.  Umbrello M, Formenti P, Bolgiaghi L, Chiumello D. Current Concepts of ARDS: A Narrative Review. Int J Mol Sci. 2016;18(1):64. Published 2016 Dec 29. 
2.  Michael A Matthay, J Matthew Aldrich, Jeffrey E Gotts, Treatment for severe acute respiratory distress syndrome from COVID-19, The Lancet Respiratory Medicine, 2020, ISSN 2213-2600
3. Mukherjee, Samiran Shanti and Dusan Hanidziar. “More of the Gut in the Lung: How Two Microbiomes Meet in ARDS.” The Yale journal of biology and medicine (2018).
4.  Lee KH, Gordon A, Shedden K, Kuan G, Ng S, et al. (2019) The respiratory microbiome and susceptibility to influenza virus infection. PLOS ONE 14(1): e0207898.
5.  Chakraborty, S. (2020, February 3). The 2019 Wuhan outbreak could be caused by the bacteria Prevotella, which is aided by the coronavirus – Prevotella is present (sometimes in huge amounts) in patients from two studies in China and one in Hong Kong.
6.  Nagaoka K, Yanagihara K, Morinaga Y, et al. Prevotella intermedia induces severe bacteremic pneumococcal pneumonia in mice with upregulated platelet-activating factor receptor expression. Infect Immun. 2014;82(2):587–593. 
7.  Hanada S, Pirzadeh M, Carver KY, Deng JC. Respiratory Viral Infection-Induced Microbiome Alterations and Secondary Bacterial Pneumonia. Front Immunol. 2018;9:2640. Published 2018 Nov 16.
8.  Langevin S, Pichon M, Smith E, et al. Early nasopharyngeal microbial signature associated with severe influenza in children: a retrospective pilot study. J Gen Virol. 2017;98(10):2425–2437. doi:10.1099/jgv.0.000920
9.  Larsen JM. The immune response to Prevotella bacteria in chronic inflammatory disease. Immunology. 2017;151(4):363–374.
10.  Cheng M, Ning K. Stereotypes About Enterotype: the Old and New Ideas. Genomics, Proteomics & Bioinformatics. 2019 Feb;17(1):4-12.
11.  Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Chen Y.Y., Keilbaugh S.A. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes. Science. 2011;334:105–108.
12. Shinichiro Ohshimo & Nobuaki Shimeת Unique patterns of lower respiratory tract microbiota are associated with inflammation and hospital mortality in acute respiratory distress syndrome, Respiratory Research volume 20, Article number: 246 (2019)
13. Erwin G Zoetendal, Jeroen Raes, Bartholomeus van den Bogert, The human small intestinal microbiota is driven by rapid uptake and conversion of simple carbohydrates, The ISME Journal volume 6, pages1415–1426(2012)
14. Changes in Gut Microbiota Control Metabolic Endotoxemia-Induced Inflammation in High-Fat Diet–Induced Obesity and Diabetes in Mice, Patrice D. Cani12, Rodrigo Bibiloni3, Diabetes 2008 Jun; 57(6): 1470-1481.
15. Omar S Al-Attas, Nasser M Al-Daghri, Khalid Al-Rubeaan, Changes in endotoxin levels in T2DM subjects on anti-diabetic therapies, Cardiovascular Diabetology volume 8, Article number: 20 (2009)
16. M Fukuzumi, H Shinomiya, Y Shimizu, K Ohishi, S Utsumi, Endotoxin-induced enhancement of glucose influx into murine peritoneal macrophages via GLUT1, American Society for Microbiology Journals, Published online January 1, 1996.
17. Hyperglycemia drives intestinal barrier dysfunction and risk for enteric, infection, Christoph A. Thaiss1, Maayan Levy1, Science  23 Mar 2018: Vol. 359, Issue 6382, pp. 1376-1383
18. Glucose alters the symbiotic relationships between gut microbiota and host physiology, Fernando F. Anhê, Nicole G. Barra, and Jonathan D. Schertzer, Volume 318, Issue 2, February 2020, Pages E111-E116
19. N. M. Al-Saady, C. M. Blackmore & E. D. Bennett, High fat, low carbohydrate, enteral feeding lowers PaCO2 and reduces the period of ventilation in artificially ventilated patients, Intensive Care Medicine volume 15, pages290–295(1989)