DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2025.1728753
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41584800
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Aleksandra Mikołajczak وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الأعصاب المتعلقة بالتنفس والنوم
نظرة عامة
تدرس الدراسة دور ميكروبات الأمعاء في تنظيم القلب والأوعية الدموية، وخاصة في المرضى الذين يعانون من فشل القلب (HF). تستند إلى النتائج السابقة التي تشير إلى أن التحفيز الحاد للتخمير الميكروبي باستخدام اللاكتولوز يعزز استجابة التهوية في حالات نقص الأكسجين (HVR) لدى الأفراد الأصحاء، مما يقترح آلية محتملة لتعديل الاستجابات المدفوعة بمستقبلات الكيمياء الحيوية لدى مرضى HF. شارك ما مجموعه 12 مريضًا من الذكور يعانون من HF (متوسط العمر 59.2 سنة، 67% في فئة NYHA III) في اختبار نقص الأكسجين العابر قبل وبعد حوالي 120 دقيقة من تناول وجبة تحفز التخمير المعوي. تم تصنيف المرضى إلى مجموعتين: التخمير المبكر العالي (HEF) والتخمير المبكر المنخفض (LEF) بناءً على مستويات الهيدروجين في الهواء المنتهي.
أشارت النتائج إلى أن مرضى HEF أظهروا استجابة HVR أساسية أعلى بكثير (متوسط ± انحراف معياري: 0.680 ± 0.284 لتر/دقيقة/SpO₂ مقابل 0.343 ± 0.122 لتر/دقيقة/SpO₂؛ p = 0.024) واستجابة مقاومة الأوعية الدموية الجهازية (SVR) قبل وبعد تناول اللاكتولوز مقارنة بمرضى LEF. على وجه التحديد، كانت SVR قبل تناول اللاكتولوز 35.40 ± 24.41 دين·ث/سم⁵/SpO₂ لمرضى HEF مقابل 9.96 ± 1.80 دين·ث/سم⁵/SpO₂ لمرضى LEF (p = 0.039)، وكانت SVR بعد تناول اللاكتولوز 37.19 ± 25.75 دين·ث/سم⁵/SpO₂ لمرضى HEF مقابل 9.22 ± 4.33 دين·ث/سم⁵/SpO₂ لمرضى LEF (p = 0.026). بالإضافة إلى ذلك، أظهرت HVR في مجموعة HEF ارتباطًا قويًا مع الإخراج الصافي للهيدروجين خلال اختبار اللاكتولوز (r = 0.85، p = 0.033). تشير هذه النتائج الأولية إلى وجود رابط محتمل بين قدرة التخمير الميكروبي المعوي وحساسية المنعكس الكيميائي المحيطي لدى مرضى HF، على الرغم من أن الطبيعة الاستكشافية للدراسة تتطلب الحذر ومزيد من التحقيق من خلال تجارب أكبر محكومة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور المهم لميكروبات الجهاز الهضمي في عمليات فسيولوجية مختلفة، مع التأكيد على قابليتها للتكيف وتأثيرها على الأعضاء البعيدة من خلال المستقلبات النشطة بيولوجيًا. من الجدير بالذكر أن ميكروبات الأمعاء متورطة في تنظيم القلب والأوعية الدموية، حيث تعمل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة المستمدة من التخمير، مثل الأسيتات والبروبيونات، على تعديل توتر الأوعية الدموية عبر مستقبلات مرتبطة بالبروتين G (مثل GPR41، GPR43، Olfr78). قد تؤثر هذه المستقلبات أيضًا على التحكم في القلب والأوعية الدموية بشكل غير مباشر من خلال تغيير التوازن بين الجهاز العصبي الودي واللاودي وردود الفعل التلقائية.
تشير النتائج الحديثة إلى أن التحفيز الحاد لتخمير الميكروبات المعوية يعزز الاستجابات التهوية لنقص الأكسجين العابر لدى الأفراد الأصحاء، مما يقترح تعديل محتمل لوظيفة الجسم السباتي والتحكم التلقائي في القلب والأوعية الدموية. نظرًا للرابط المثبت بين فرط النشاط الودي، وتغيرات في ردود الفعل القلبية الرئوية، وفشل القلب المزمن (HF)، إلى جانب التغيرات الموثقة في تركيب ميكروبات الأمعاء لدى مرضى HF، تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق فيما إذا كان تعزيز التخمير المعوي يمكن أن يعدل الاستجابات التهوية المدفوعة بمستقبلات الكيمياء الحيوية في هذه الفئة. تتضمن المنهجية تقييم وظيفة مستقبلات الكيمياء الحيوية المحيطية لدى مرضى HF المزمن قبل وبعد تناول وجبة تحفز التخمير المعوي، مع اعتبار محتوى الهيدروجين في الهواء المنتهي كمقياس لشدة التخمير.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تتفصل المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار البحث. يتم وصف المنهجية خطوة بخطوة، مع تسليط الضوء على التقنيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الاختبارات الإحصائية أو النماذج الحاسوبية المطبقة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، والضوابط المطبقة للتحقق من النتائج. يضمن هذا النهج الدقيق أن تكون النتائج موثوقة ويمكن مقارنتها مع دراسات أخرى في هذا المجال. بشكل عام، تعتبر وضوح ودقة الطرق أمرًا حاسمًا لسلامة نتائج البحث.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تجنيد ما مجموعه ستة عشر مريضًا يعانون من فشل القلب (HF) في البداية؛ ومع ذلك، تم استبعاد أربعة مشاركين من التحليلات اللاحقة بسبب بيانات غير مكتملة وتسجيلات منخفضة الجودة. على وجه التحديد، عانى اثنان من المشاركين من عدم الراحة مما أدى إلى إنهاء القياسات، بينما لم يكن من الممكن حساب بيانات المشاركين الآخرين بشكل موثوق بسبب مشكلات مثل التنفس الدوري وتقلبات تشبع الأكسجين في الدم. وبالتالي، يتم تفصيل الخصائص الأساسية للمرضى الاثني عشر المتبقين من الذكور في الجدول 1.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في العلاقة بين تخمير الميكروبات المعوية وحساسية المنعكس الكيميائي المحيطي لدى مرضى فشل القلب (HF). تألفت المجموعة من أفراد يعانون من HF مستقر وأعراض، وتم تصنيفهم إلى مجموعتين بناءً على استجابة إخراج الهيدروجين لديهم لتناول اللاكتولوز: التخمير المبكر العالي (HEF) والتخمير المبكر المنخفض (LEF). كشفت النتائج أن مرضى HEF أظهروا استجابات تهوية نقص الأكسجين (HVR) واستجابات مقاومة الأوعية الدموية الجهازية (SVR) أعلى بكثير مقارنة بمرضى LEF، مما يشير إلى أن تعزيز تخمير الأمعاء قد يرتبط بزيادة حساسية الكيمياء المحيطية في HF. من الجدير بالذكر أن HVR الأولية في مجموعة HEF ارتبطت إيجابيًا مع إخراج الهيدروجين، مما يشير إلى وجود ارتباط محتمل بين تخمير الأمعاء واستجابة المنعكس الكيميائي.
على الرغم من هذه الرؤى، تشمل قيود الدراسة حجم العينة الصغيرة والاعتماد على اختبارات تنفس الهيدروجين، والتي قد لا تعكس تمامًا تعقيد تخمير الأمعاء بسبب التباين الفردي في وقت انتقال الفم إلى القولون. إن غياب تغييرات كبيرة في HVR بعد تناول اللاكتولوز لدى مرضى HF يتناقض مع النتائج من الأفراد الأصحاء، مما يشير إلى أن HF المزمن قد يغير الاستجابات الفسيولوجية المتوقعة. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الروابط الميكانيكية بين ميكروبات الأمعاء، والتنظيم التلقائي، ووظيفة القلب والأوعية الدموية في HF، بينما يدعون أيضًا إلى تقييمات أكثر شمولاً لملفات تخمير الأمعاء في الدراسات المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2025.1728753
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41584800
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Aleksandra Mikołajczak et al.
Primary Topic: Neuroscience of respiration and sleep
Overview
The study investigates the role of gut microbiota in cardiovascular regulation, particularly in patients with heart failure (HF). It builds on previous findings that acute stimulation of microbial fermentation with lactulose enhances hypoxic ventilatory response (HVR) in healthy individuals, suggesting a potential mechanism for modifying chemoreceptor-driven responses in HF patients. A total of 12 male HF patients (mean age 59.2 years, 67% in NYHA class III) participated in a transient hypoxia test before and approximately 120 minutes after consuming a gut-fermentation-stimulating meal. Patients were stratified into high early fermentation (HEF) and low early fermentation (LEF) groups based on hydrogen levels in expired air.
Results indicated that HEF patients exhibited significantly higher baseline HVR (mean ± SD: 0.680 ± 0.284 L/min/SpO₂ vs. 0.343 ± 0.122 L/min/SpO₂; p = 0.024) and systemic vascular resistance (SVR) responses both pre- and post-lactulose ingestion compared to LEF patients. Specifically, pre-lactulose SVR was 35.40 ± 24.41 dyn·s/cm⁵/SpO₂ for HEF versus 9.96 ± 1.80 dyn·s/cm⁵/SpO₂ for LEF (p = 0.039), and post-lactulose SVR was 37.19 ± 25.75 dyn·s/cm⁵/SpO₂ for HEF versus 9.22 ± 4.33 dyn·s/cm⁵/SpO₂ for LEF (p = 0.026). Additionally, HVR in the HEF group showed a strong correlation with net hydrogen excretion during the lactulose test (r = 0.85, p = 0.033). These preliminary findings suggest a potential link between gut microbial fermentation capacity and peripheral chemoreflex sensitivity in HF patients, although the exploratory nature of the study necessitates caution and further investigation through larger controlled trials.
Introduction
The introduction highlights the significant role of the gastrointestinal microbiota in various physiological processes, emphasizing its adaptability and influence on distant organs through bioactive metabolites. Notably, the gut microbiota is implicated in cardiovascular regulation, with fermentation-derived short-chain fatty acids, such as acetate and propionate, modulating vascular tone via G-protein-coupled receptors (e.g., GPR41, GPR43, Olfr78). These metabolites may also affect cardiovascular control indirectly by altering sympathovagal balance and autonomic reflexes.
Recent findings indicate that acute stimulation of gut microbial fermentation enhances ventilatory responses to transient hypoxia in healthy individuals, suggesting a potential modulation of carotid body function and autonomic cardiovascular control. Given the established link between sympathetic overactivation, altered cardiopulmonary reflexes, and chronic heart failure (HF), alongside documented changes in gut microbiota composition in HF patients, this study aims to investigate whether enhancing intestinal fermentation can modify chemoreceptor-driven ventilatory responses in this population. The methodology involves assessing peripheral chemoreceptor function in chronic HF patients before and after consuming a gut-fermentation-stimulating meal, with hydrogen content in expired air serving as a measure of fermentation intensity.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the research. The methodology is described step-by-step, highlighting the techniques for data collection and analysis, such as statistical tests or computational models applied to interpret the results.
Additionally, the section may include information on the experimental conditions, such as temperature, duration, and controls implemented to validate the findings. This rigorous approach ensures that the results are reliable and can be compared with other studies in the field. Overall, the clarity and precision of the methods are crucial for the integrity of the research outcomes.
Results
In this study, a total of sixteen heart failure (HF) patients were initially recruited; however, four participants were excluded from subsequent analyses due to incomplete data and low-quality recordings. Specifically, two participants experienced discomfort that led to the termination of measurements, while the data from the other two could not be reliably computed due to issues such as periodic breathing and fluctuations in blood oxygen saturation. Consequently, the baseline characteristics of the remaining twelve male patients are detailed in Table 1.
Discussion
In this study, the relationship between gut microbial fermentation and peripheral chemoreflex sensitivity was investigated in patients with heart failure (HF). The cohort consisted of individuals with symptomatic, stable HF, who were categorized into two groups based on their hydrogen excretion response to lactulose ingestion: High Early Fermentation (HEF) and Low Early Fermentation (LEF). The findings revealed that HEF patients exhibited significantly higher hypoxic ventilatory responses (HVR) and systemic vascular resistance (SVR) responses compared to LEF patients, suggesting that enhanced gut fermentation may be linked to increased peripheral chemosensitivity in HF. Notably, the initial HVR in the HEF group positively correlated with hydrogen excretion, indicating a potential connection between gut fermentation and chemoreflex responsiveness.
Despite these insights, the study’s limitations include its small sample size and reliance on hydrogen breath tests, which may not fully capture the complexity of gut fermentation due to individual variability in oro-cecal transit time. The absence of significant changes in HVR post-lactulose ingestion in HF patients contrasts with findings from healthy individuals, suggesting that chronic HF may alter the expected physiological responses. The authors emphasize the need for further research to explore the mechanistic links between gut microbiota, autonomic regulation, and cardiovascular function in HF, while also advocating for more comprehensive assessments of gut fermentation profiles in future studies.