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Il microbiota polmonare è oggi riconosciuto come un ecosistema microbico complesso che gioca un ruolo cruciale nella salute respiratoria e di tutto l’organismo.
Fino agli anni 2000, i polmoni erano generalmente considerati sterili in condizioni di salute, basandosi sulle tecniche di coltura tradizionali che non rilevavano la presenza di microrganismi. Con l’avvento delle tecniche di sequenziamento del DNA, come il sequenziamento dell’rRNA 16S, gli studi hanno dimostrato che i polmoni ospitano una comunità microbica complessa anche in individui sani. Esso comprende infatti virus (il viroma), funghi (il micobioma), l’archeoma, nonché batteri (microbioma).
L’archeoma è l’insieme degli Archaea presenti in un determinato ambiente, incluso il microbiota umano. Nel contesto del microbiota polmonare, l’archeoma è ancora poco studiato rispetto a batteri, virus e funghi, ma recenti ricerche suggeriscono che gli Archaea possano svolgere un ruolo nella salute e nelle patologie respiratorie.
Gli Archaea identificati nei polmoni appartengono principalmente ai seguenti gruppi:
• Methanobrevibacter (es. Methanobrevibacter oralis): metanogeni che potrebbero interagire con altri microrganismi nel biofilm polmonare.
• Nitrososphaera: coinvolti nel ciclo dell’azoto e potenzialmente nella regolazione dell’infiammazione.
• Altri metanogeni: come Methanosarcina e Methanobacterium, che possono contribuire alla produzione di metano e all’omeostasi microbica.
Alcune ipotesi sul ruolo degli Archaea nel microbiota polmonare suggeriscono che questi microrganismi possano contribuire alla regolazione dell’ambiente microbico, entrando in competizione con i batteri patogeni per risorse come nutrienti e spazio. Inoltre, potrebbero influenzare le risposte immunitarie modulando le vie infiammatorie dell’organismo. Non mancano nemmeno i sospetti su un loro possibile coinvolgimento in patologie croniche polmonari, anche se le evidenze attuali sono ancora limitate e richiedono ulteriori approfondimenti. Queste funzioni, peraltro, non si discostano molto da quelle attribuite all’intera comunità microbica presente nei polmoni. L’equilibrio di tale ecosistema gioca un ruolo fondamentale nel mantenimento di una risposta immunitaria efficace e nella protezione contro agenti patogeni opportunisti. Quando questo equilibrio si altera, può aumentare la vulnerabilità dell’organismo a infezioni respiratorie e a malattie croniche.
 
Composizione e funzione del microbiota polmonare
Il microbiota polmonare è costituito da una varietà di batteri, virus e funghi, tra cui specie appartenenti ai generi Prevotella, Veillonella, Streptococcus e Haemophilus. Questa comunità interagisce con il sistema immunitario innato e adattativo, modulando la produzione di citochine e la risposta infiammatoria locale.
Diverse condizioni possono alterare l’omeostasi del microbiota polmonare, favorendo la crescita di patogeni opportunisti:
• uso di antibiotici: modifica la composizione microbica, riducendo la diversità batterica e favorendo la colonizzazione di patogeni come Pseudomonas aeruginosa e Klebsiella pneumoniae.
• malattie croniche polmonari: condizioni come la BPCO e la fibrosi cistica sono associate a disbiosi microbica e a un aumento della suscettibilità alle infezioni.
• inquinamento ambientale e fumo: possono alterare il microbiota e compromettere le difese immunitarie locali.
Il microbiota polmonare influenza la risposta immunitaria attraverso la competizione con patogeni, la modulazione dell’infiammazione attraverso la la produzione di citochine pro e antinfiammatorie, infine attraverso l’interazione con il microbiota intestinale, attraverso l’asse intestino-polmone.
Il microbiota polmonare è regolato da una serie di meccanismi di selezione che influenzano la composizione e la stabilità della comunità microbica presente nei polmoni. Tra questi, il surfactante polmonare gioca un ruolo chiave nella modulazione dell’omeostasi microbica e della risposta immunitaria.
L’equilibrio microbico dei polmoni è regolato da tre principali fattori di selezione.
1. Filtrazione e rimozione fisica
Le vie aeree superiori rappresentano una prima linea di difesa, agendo come filtro contro l’ingresso di particelle microbiche e agenti patogeni nei polmoni. A questo si aggiunge il trasporto mucociliare, un meccanismo che permette di intrappolare i microrganismi nel muco e spingerli verso la faringe per essere espulsi. Anche la tosse e gli starnuti svolgono un ruolo essenziale, contribuendo all’espulsione attiva di potenziali minacce dall’apparato respiratorio.
2. Risposta immunitaria innata e adattativa
Le cellule epiteliali polmonari producono molecole antimicrobiche, come le defensine e le catelicidine, che contrastano la crescita di microrganismi patogeni. I macrofagi alveolari, invece, intervengono fagocitando i patogeni e regolando la risposta infiammatoria. A completare il sistema di difesa ci sono i linfociti residenti, che orchestrano una risposta immunitaria mirata, utile a preservare l’equilibrio della comunità microbica.
3. Microambiente polmonare e disponibilità di nutrienti
L’ambiente dei polmoni, povero di nutrienti, seleziona naturalmente microrganismi in grado di sopravvivere in condizioni di scarsità. Inoltre, il basso pH degli alveoli e la presenza di specie reattive dell’ossigeno (ROS) creano un contesto ostile che influenza la composizione del microbiota, favorendo microrganismi adattati a queste condizioni.
Il surfactante polmonare, composto da lipidi e proteine secreti dalle cellule alveolari di tipo II, svolge un ruolo fondamentale nella regolazione del microbiota respiratorio. Una delle sue funzioni principali è l’azione antimicrobica diretta: proteine specifiche come SP-A e SP-D sono in grado di riconoscere i patogeni e facilitarne la rimozione da parte del sistema immunitario. Oltre a questo, il surfactante contribuisce a mantenere l’equilibrio immunitario prevenendo risposte infiammatorie eccessive, che potrebbero compromettere la stabilità della comunità microbica.
Un altro meccanismo chiave riguarda la capacità del surfactante di limitare l’adesione dei patogeni all’epitelio alveolare. Questo ostacola la colonizzazione da parte di batteri opportunisti come Pseudomonas aeruginosa o Klebsiella pneumoniae. Inoltre, il surfactante incide sulle dinamiche tra i microrganismi presenti nel polmone, modificando le caratteristiche biofisiche delle secrezioni e influenzando così la formazione di biofilm e la competizione tra diverse specie microbiche.
Quando la funzione del surfactante è alterata, come avviene nella fibrosi cistica, nella broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) o nella sindrome da distress respiratorio neonatale (ARDS), si osservano anche cambiamenti significativi nel microbiota polmonare. Per questo motivo, ripristinare l’attività del surfactante rappresenta una potenziale strategia terapeutica per modulare il microbiota e ridurre il rischio di infezioni respiratorie.

Ruolo dell’alimentazione nella selezione del microbiota polmonare
L’alimentazione svolge un ruolo chiave nella modulazione del microbiota polmonare, sebbene l’interazione tra dieta e salute respiratoria sia ancora oggetto di studio. La connessione principale è mediata dall’asse intestino-polmone, un sistema di comunicazione bidirezionale in cui i metaboliti prodotti dal microbiota intestinale influenzano la composizione e la funzione del microbiota polmonare.
L’intestino e i polmoni sono connessi da una rete complessa di meccanismi immunologici, metabolici e neurologici che costituiscono l’asse intestino-polmone. Uno dei principali canali di comunicazione è rappresentato dai metaboliti batterici intestinali, in particolare gli acidi grassi a corta catena (SCFA) come butirrato, propionato e acetato. Questi composti, prodotti dalla fermentazione delle fibre alimentari da parte del microbiota intestinale, hanno un’importante funzione immunomodulatrice e influenzano direttamente l’equilibrio infiammatorio a livello polmonare.
Un altro meccanismo coinvolto è la traslocazione batterica. In condizioni di disbiosi intestinale, il passaggio di endotossine o di batteri nel circolo sanguigno può contribuire ad alterare la composizione del microbiota polmonare e a compromettere le difese locali. Inoltre, il microbiota intestinale ha un ruolo diretto nella formazione e maturazione delle cellule immunitarie che, una volta attivate, partecipano alla regolazione della risposta infiammatoria nei polmoni.

Nutraceutica e modulazione del microbiota
Le abitudini alimentari influenzano in modo significativo la composizione del microbiota, sia intestinale che polmonare. La dieta occidentale, caratterizzata da un elevato apporto di grassi e zuccheri e da un basso contenuto di fibre, è associata a una riduzione della diversità microbica intestinale. Questo squilibrio può riflettersi anche a livello polmonare, contribuendo a un aumento dell’infiammazione sistemica e a una maggiore predisposizione alle infezioni respiratorie.
Al contrario, la dieta mediterranea – ricca di fibre, acidi grassi omega-3 e antiossidanti – promuove un microbiota più equilibrato sia nell’intestino che nei polmoni. Questo tipo di alimentazione è stato associato a un minor rischio di sviluppare patologie polmonari croniche, come asma e BPCO.
Infine, la dieta chetogenica e le diete iperproteiche, se non adeguatamente bilanciate con fibre e antiossidanti, possono avere un effetto pro-infiammatorio. Un’eccessiva assunzione di proteine animali, in particolare, potrebbe compromettere l’equilibrio del microbiota polmonare, favorendo la crescita di microrganismi opportunisti.
Oltre alla dieta, diversi nutraceutici offrono un supporto in questo ambito.
- Fibre e Prebiotici
• Promuovono la crescita di batteri intestinali benefici (Bifidobacterium, Lactobacillus), con effetti positivi anche sui polmoni.
• Gli SCFA derivati dalle fibre riducono l’infiammazione polmonare e favoriscono un microbiota equilibrato.
• La dieta povera di fibre è associata a un microbiota polmonare disbiotico, con maggiore presenza di patogeni.
- Probiotici
• Alcuni ceppi (Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium breve) hanno dimostrato effetti benefici nel ridurre l’incidenza di infezioni respiratorie.
• Possono modulare la risposta immunitaria e influenzare la composizione microbica polmonare indirettamente.
- Acidi Grassi e Lipidi
• Omega-3 (DHA, EPA): riducono l’infiammazione e favoriscono un microbiota polmonare più stabile.
• Grassi saturi e Omega-6 in eccesso: possono aumentare lo stato infiammatorio e alterare negativamente il microbiota polmonare.
- Aminoacidi e Proteine
• Glutammina: supporta la funzione immunitaria e la barriera epiteliale intestinale, con effetti positivi sulla salute polmonare.
• Dieta iperproteica squilibrata: può favorire la crescita di microbi opportunisti, alterando l’omeostasi polmonare.
- Antiossidanti e Micronutrienti
• Vitamina D: modula la risposta immunitaria e il microbiota polmonare, riducendo il rischio di infezioni respiratorie.
• Vitamina A e C, polifenoli: contribuiscono a una maggiore diversità microbica e alla protezione dell’epitelio polmonare.
• Zinco e selenio: regolano la funzione immunitaria e la resistenza alle infezioni polmonari.

Il rapporto del microbiota polmonare con altri organi
Il microbiota polmonare non è un’entità isolata, ma interagisce dinamicamente con altri distretti del corpo attraverso meccanismi immunologici, metabolici e neurologici. Questa connessione è particolarmente evidente nel dialogo tra intestino e polmoni (asse intestino-polmone), ma coinvolge anche il sistema cardiovascolare, il fegato, il sistema nervoso e il metabolismo sistemico. 
Vediamo nel dettaglio queste connessioni:
1. Asse intestino-polmone
Il collegamento tra intestino e polmoni è il più studiato tra le interazioni tra il microbiota polmonare e altri distretti corporei. Questo asse funziona attraverso diversi meccanismi. I metaboliti prodotti dal microbiota intestinale, in particolare gli acidi grassi a corta catena (SCFA), svolgono un ruolo chiave nella modulazione della risposta immunitaria polmonare. In presenza di disbiosi intestinale, può verificarsi la traslocazione di endotossine e microrganismi nel circolo sistemico, influenzando negativamente la composizione del microbiota polmonare. Inoltre, molte cellule immunitarie maturano nell’intestino e, una volta attive, possono influenzare le risposte immunitarie locali a livello dei polmoni.
Le evidenze cliniche confermano queste connessioni: alterazioni del microbiota intestinale sono state associate all’insorgenza di asma, BPCO e infezioni respiratorie. È stato osservato che diete ricche di fibre migliorano la risposta immunitaria polmonare, mentre un’alimentazione di tipo occidentale, ricca di grassi saturi e zuccheri, ha un impatto negativo sul microbiota respiratorio. Anche l’uso di probiotici e prebiotici si è dimostrato utile nel supportare la funzione respiratoria e nel ridurre i livelli di infiammazione.

2. Asse polmone-cuore
Il microbiota polmonare può influenzare la salute cardiovascolare attraverso l’attivazione di processi infiammatori e metabolici. Quando l’equilibrio microbico nei polmoni si altera, aumenta la produzione di citochine pro-infiammatorie come IL-6 e TNF-α, che possono contribuire allo sviluppo di aterosclerosi e ipertensione. Inoltre, la presenza di tossine batteriche o endotossine può avere effetti dannosi a livello endoteliale, favorendo lo sviluppo di patologie vascolari. Anche il metabolismo lipidico può essere influenzato da uno stato di disbiosi polmonare, aumentando il rischio di malattie cardiovascolari.
Dal punto di vista clinico, i pazienti con BPCO o affetti da infezioni respiratorie croniche presentano un rischio aumentato di insufficienza cardiaca e di eventi cardiovascolari. È stato inoltre osservato che la periodontite, una condizione spesso legata a disbiosi orale, è associata a un maggiore rischio di infarto e ictus. Questo suggerisce l’esistenza di un’ulteriore connessione tra microbiota orale, polmonare e salute cardiaca.

3. Asse polmone-fegato
Il legame tra microbiota polmonare e funzione epatica si sviluppa attraverso l’infiammazione sistemica e la gestione dei metaboliti. Le citochine pro-infiammatorie rilasciate dai polmoni, in risposta a infezioni o squilibri microbici, possono alterare l’attività epatica, in particolare quella legata al metabolismo lipidico. Al contempo, il fegato gioca un ruolo importante nella rimozione delle tossine batteriche e dei metaboliti provenienti dal microbiota polmonare, rappresentando un filtro metabolico tra l’apparato respiratorio e il resto dell’organismo.
Evidenze cliniche mostrano che i pazienti con fibrosi epatica avanzata tendono a presentare una disbiosi del microbiota polmonare, con una maggiore predisposizione alle infezioni respiratorie. Inoltre, è stato osservato che le infezioni respiratorie croniche possono contribuire allo sviluppo di patologie epatiche metaboliche, come la steatosi epatica non alcolica (NAFLD), attraverso un’infiammazione sistemica persistente.

4. Asse polmone-cervello
Anche il sistema nervoso centrale può essere influenzato dal microbiota polmonare. L’attivazione del sistema immunitario a livello polmonare può innescare una risposta infiammatoria sistemica che raggiunge il cervello, dando origine a una condizione nota come infiammazione neurogena. Inoltre, modificando il microbiota intestinale, il microbiota polmonare può indirettamente alterare il metabolismo di neurotrasmettitori fondamentali come GABA e serotonina, con potenziali effetti sul comportamento e sullo stato cognitivo.
Dal punto di vista clinico, i pazienti affetti da malattie respiratorie croniche come la BPCO o l’asma grave presentano una maggiore incidenza di disturbi cognitivi e sintomi depressivi. Un ulteriore fattore di rischio è rappresentato dall’ipossiemia cronica, comune nei soggetti con infezioni respiratorie persistenti, che può compromettere la funzione cerebrale a lungo termine.

5. Asse polmone-metabolismo
Il microbiota polmonare partecipa anche alla regolazione del metabolismo generale. Interagendo con il microbiota intestinale e contribuendo all’infiammazione sistemica, può influenzare sia l’assorbimento dei nutrienti sia la sensibilità insulinica. In questo contesto, uno stato infiammatorio cronico può favorire lo sviluppo di insulino-resistenza e obesità.
Studi clinici hanno evidenziato che i pazienti con diabete di tipo 2 mostrano un’alterazione del microbiota polmonare, associata a una maggiore predisposizione alle infezioni respiratorie. L’obesità, inoltre, è collegata a una ridotta diversità microbica a livello polmonare e a un rischio più elevato di sviluppare patologie respiratorie croniche, come la BPCO e l’asma.
Comprendere queste connessioni può aprire la strada a nuove strategie terapeutiche, come modulare il microbiota attraverso dieta, probiotici e interventi mirati per prevenire patologie sistemiche.

Implicazioni cliniche e prospettive future
La modulazione del microbiota polmonare si sta affermando come un’area promettente nella prevenzione e nel trattamento delle infezioni respiratorie. Le strategie attualmente allo studio mirano a ristabilire un equilibrio microbico favorevole, con effetti potenzialmente benefici sia a livello locale che sistemico. L’utilizzo di probiotici e prebiotici rappresenta una delle opzioni più accessibili e già sperimentate, in grado di promuovere una composizione microbica più stabile e resistente all’insediamento di patogeni.
Un altro approccio in fase di sviluppo riguarda le terapie mirate, progettate per influenzare selettivamente specifiche popolazioni microbiche, agendo direttamente sul microbiota respiratorio. Infine, il trapianto di microbiota polmonare – ispirato al già consolidato trapianto di microbiota fecale – viene considerato come un potenziale intervento terapeutico innovativo, soprattutto nei casi più gravi o resistenti alle terapie convenzionali.
Queste prospettive aprono la strada a un nuovo modo di intendere la salute respiratoria, integrando la cura del microbiota nella gestione clinica delle malattie polmonari.