Ảnh hưởng của nhiễm trùng huyết với cấu trúc hệ vi khuẩn đường ruột

Bài được viết bởi Thạc sĩ - Bác sĩ Mai Viễn Phương - Trưởng đơn nguyên Nội soi tiêu hóa - Khoa Khám bệnh & Nội khoa - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Central Park

Nhiễm trùng huyết là một tình trạng có thể đe dọa tính mạng, xảy ra khi phản ứng của cơ thể đối với nhiễm trùng làm tổn thương các mô của chính nó. Khi các quá trình chống nhiễm trùng diễn ra trong cơ thể, chúng sẽ khiến các cơ quan hoạt động kém và bất thường. Nhiễm trùng huyết có thể tiến triển thành sốc nhiễm trùng.

Nhiễm trùng huyết đề cập đến tình trạng rối loạn chức năng cơ quan đe dọa tính mạng do phản ứng mất cân bằng với nhiễm trùng. Là nơi chứa vi khuẩn và nội độc tố lớn nhất trong cơ thể, đường ruột được coi là “động cơ” gây nhiễm trùng huyết và hội chứng rối loạn chức năng đa cơ quan. Trong những trường hợp bình thường, hệ vi khuẩn đường ruột đóng những vai trò có lợi trong bối cảnh sinh lý và miễn dịch của con người, tồn tại ở trạng thái cân bằng nội môi quan trọng đối với việc duy trì sức khỏe con người.

Tuy nhiên, trong trường hợp bệnh nặng, cân bằng nội môi bị gián đoạn, dẫn đến những thay đổi bất thường về chủng loại, số lượng, tỷ lệ và vị trí của vi sinh vật trong đường ruột, do đó, làm tăng tính nhạy cảm với nhiễm trùng huyết. Trên thực tế, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, có mối quan hệ giữa liều lượng và đáp ứng giữa mức độ rối loạn vi sinh đường ruột và tỷ lệ nhiễm trùng huyết nặng sau đó. Vì vậy, việc nâng cao hiểu biết về tình trạng và mức độ rối loạn hệ vi khuẩn đường ruột ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết có ý nghĩa rất lớn. Ví dụ, việc thành lập các dấu ấn sinh học dựa trên vi sinh đường ruột mạnh mẽ sẽ cho phép dự đoán chính xác tiên lượng của bệnh nhân nhiễm trùng huyết và kết quả là áp dụng các biện pháp điều trị thích hợp. Tuy nhiên, có rất ít báo cáo về hệ vi khuẩn đường ruột liên quan đến nhiễm trùng huyết và những thay đổi năng động của nó.
Giải trình tự gen 16S rRNA thông lượng cao cho phép hiểu toàn diện về cấu trúc hệ thực vật đường ruột và đây là công nghệ tiêu chuẩn được sử dụng để phân tích hệ vi khuẩn đường ruột của con người. Trong nhiều nghiên cứu, sự đa dạng và thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết, bệnh nhân không nhiễm trùng huyết và người khỏe mạnh đã được phân tích và so sánh. Những thay đổi năng động trong sự đa dạng và cấu trúc của hệ vi khuẩn đường ruột trong suốt thời gian 1 tuần [1, 3 và 7 ngày sau khi nhập viện chăm sóc đặc biệt (ICU)] cũng được nghiên cứu để tiết lộ sự biến đổi của hệ vi khuẩn đường ruột trong bối cảnh điều trị kháng sinh. Ngoài ra, các mối quan hệ tiềm ẩn giữa sự mất cân bằng hệ vi khuẩn đường ruột và các chỉ số lâm sàng trong nhiễm trùng huyết đã được nghiên cứu thông qua phân tích tương quan.

Các tác giả đã thu nhận 10 bệnh nhân nhiễm trùng huyết (nhóm nhiễm trùng huyết) nhập viện tại Khoa Y tế chăm sóc sức khỏe của Bệnh viện Đa khoa, Đại học Y Ninh Hạ, Trung Quốc (bệnh viện đa khoa hạng IIIa) từ tháng 2 năm 2017 đến tháng 6 năm 2017; 10 bệnh nhân không nhiễm trùng huyết nhập viện trong cùng thời kỳ (nhóm không nhiễm trùng huyết) và mười người khỏe mạnh (nhóm chứng) cũng được ghi danh.

Các mẫu phân thu thập từ ba nhóm được giải trình tự gen 16S rRNA và xác định sự đa dạng, cấu trúc và thành phần của hệ thực vật đường ruột. Ngoài ra, động lực học của sự đa dạng, cấu trúc và thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết đã được khảo sát thông qua rRNA 16s giải trình tự gen của các mẫu được thu thập 0 ngày, 3 ngày và 7 ngày sau khi nhập viện chăm sóc đặc biệt. Mối tương quan giữa nồng độ huyết thanh của procalcitonin, endotoxin, diamine oxidase, và axit D-lactic và thành phần hệ vi khuẩn đường ruột của bệnh nhân nhiễm trùng huyết cũng được nghiên cứu.

So với nhóm đối chứng khỏe mạnh, bệnh nhân nhiễm trùng huyết và không nhiễm trùng huyết cho thấy sự đa dạng của hệ vi khuẩn đường ruột giảm và cấu trúc hệ thực vật khác biệt, với Firmicutes là loài chiếm ưu thế và tỷ lệ vi khuẩn giảm đáng kể chủng ở Bacteroidetes, cũng như Prevotella và Lachnospira, trong số các chi khác.

Đáng chú ý, tỷ lệ Enterococcus tăng lên đáng kể trong đường ruột của bệnh nhân nhiễm trùng huyết. Điều thú vị là độ đa dạng trong nhóm nhiễm trùng huyết giảm dần, từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 7 của đợt điều trị. Tuy nhiên, so sánh theo cặp cho thấy cả sự đa dạng và cấu trúc của hệ vi khuẩn đường ruột đều không khác biệt đáng kể khi xét đến ba thời điểm khác nhau được nghiên cứu. Thật kỳ lạ, nồng độ procalcitonin, endotoxin, diamine oxidase và axit D-lactic trong huyết thanh ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết tương quan với tỷ lệ lưu hành của các chi vi khuẩn khác nhau. Ví dụ, sự phổ biến của Ruminococcus có tương quan thuận với procalcitonin huyết thanh, nội độc tố và diamine oxidase. Tương tự, tỷ lệ Roseburia có tương quan thuận với procalcitonin huyết thanh, nội độc tố và axit D-lactic.

Nhiễm trùng huyết có liên quan đến tỷ lệ mắc bệnh và tử vong cao trên toàn thế giới, việc xác định và điều trị kịp thời rất khó khăn. Do đó, việc cải thiện chẩn đoán và điều trị nhiễm trùng huyết là điều cần thiết trên quan điểm y tế toàn cầu. Vào tháng 2 năm 2016, SCCM và Hiệp hội Y học Chăm sóc Đặc biệt Châu Âu đã cùng đưa ra định nghĩa về nhiễm trùng huyết như sau: “Nhiễm trùng huyết là rối loạn chức năng cơ quan đe dọa tính mạng do phản ứng của vật chủ bị rối loạn điều chỉnh đối với nhiễm trùng”. Định nghĩa này nhấn mạnh mối quan hệ chặt chẽ giữa nhiễm trùng huyết và rối loạn chức năng cơ quan. Cần lưu ý, đường ruột được coi là “động cơ” gây rối loạn chức năng của các cơ quan. Hệ vi khuẩn đường ruột, là một thành phần quan trọng của đường ruột, đóng vai trò sinh lý chính trong bối cảnh sinh tổng hợp và trao đổi chất. Tuy nhiên, các bệnh hiểm nghèo dẫn đến nhiều thay đổi về sự đa dạng của hệ vi khuẩn đường ruột, gây ra sự phát triển quá mức của vi khuẩn gây bệnh.
Có sự khác biệt rõ rệt về sự phong phú, phân bố và cấu trúc của hệ vi khuẩn đường ruột trong bối cảnh nhiễm trùng huyết:
Bằng cách so sánh hệ vi khuẩn đường ruột của bệnh nhân nhiễm trùng huyết và nhóm chứng khỏe mạnh, các tác giả xác nhận rằng có sự khác biệt rõ rệt về sự phong phú, phân bố và cấu trúc của hệ vi khuẩn đường ruột trong bối cảnh nhiễm trùng huyết. Ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết, vi khuẩn bình thường giảm hoặc biến mất, trong khi lượng vi khuẩn bất thường phong phú tăng mạnh.

Ở cấp độ phylum, sự phong phú của Firmicutes tăng lên đáng kể, trong khi vi khuẩn Bacteroidetes giảm đáng kể trong hệ vi khuẩn đường ruột của bệnh nhân nhiễm trùng huyết so với bệnh nhân nặng không nhiễm trùng. Lưu ý, số lượng vi khuẩn trong phylum Fusobacterium cũng giảm đáng kể.

Ở cấp độ chi, ngoài sự suy giảm số lượng vi khuẩn cộng sinh có lợi như Prevotella và Lachnospira, cũng như các chi khác, bao gồm cả Fusobacterium và Peptostreptococcus. Các tác giả nhận thấy rằng, sự phong phú của Enterococcus tăng đáng kể trong hệ vi khuẩn đường ruột của bệnh nhân nhiễm trùng huyết so với bệnh nhân nặng không nhiễm trùng. Do đó, kết quả của các tác giả gợi ý rằng, chứng loạn khuẩn ở nhiễm trùng huyết cho thấy ba đặc điểm chính.

Đầu tiên, khi sự phong phú và đa dạng của hệ vi khuẩn đường ruột giảm, cấu trúc của hệ vi khuẩn đường ruột thay đổi và sự khác biệt giữa các cá thể lớn hơn. Thứ hai, sự phong phú của các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc ưu thế giảm và số lượng các vi khuẩn kỵ khí ưa thích tăng lên. Thứ ba, sự phong phú của vi khuẩn cộng sinh có lợi giảm, trong khi vi khuẩn gây bệnh tăng lên, có thể trở thành ưu thế.

Sự xuất hiện của các rối loạn vi sinh đường ruột ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết:
Sự xuất hiện của các rối loạn vi sinh đường ruột ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết không có gì đáng ngạc nhiên. Thứ nhất, trạng thái sinh lý của bệnh nhân nhiễm trùng huyết hoàn toàn khác so với lúc cân bằng nội môi. Cụ thể là tổn thương giảm tưới máu và tái tưới máu ở ruột dẫn đến thay đổi môi trường ruột và cung cấp máu cho niêm mạc ruột, dẫn đến viêm niêm mạc ruột và hậu quả là một loạt các thay đổi trong môi trường ruột. Chẳng hạn như tăng nồng độ nitrat và bị thay đổi gradient oxy niêm mạc.

Những thay đổi này thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn Proteobacteria, dẫn đến sự phát triển của nhiều loại trực khuẩn Gram âm gây bệnh quen thuộc trên lâm sàng, chẳng hạn như Pseudomonas aeruginosa và Escherichia coli, cũng như Staphylococcus aureus và Enterococcus. Thứ hai, bệnh nhân ICU tiếp xúc với các chất điều hòa nội sinh khác nhau (chẳng hạn như tăng sản xuất catecholamine và thay đổi chuyển hóa glucose) và các can thiệp lâm sàng (như thuốc ức chế bơm proton, opioid, hỗ trợ dinh dưỡng và kháng sinh), ảnh hưởng đến môi trường sống của hệ vi khuẩn đường ruột ở các mức độ khác nhau và do đó, ảnh hưởng đến cấu trúc hệ thực vật. Cuối cùng, niêm mạc ruột sẽ bị tổn thương và mỏng đi ở những bệnh nhân nặng; tổn thương niêm mạc như vậy dẫn đến mất môi trường sống bình thường của vi sinh vật cộng sinh, sau đó, dẫn đến rối loạn vi sinh đường ruột.

Những thay đổi năng động trong cấu trúc của hệ vi khuẩn đường ruột của bệnh nhân nhiễm trùng huyết trong vòng 1 tuần sau khi bắt đầu điều trị:

Nghiên cứu của các tác giả cho thấy rằng, sự phong phú, phân bố và đa dạng của hệ vi khuẩn đường ruột ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết không thay đổi đáng kể trong vòng 1 tuần sau khi nhập viện ICU. Tuy nhiên, liên quan đến hệ vi sinh vật đường ruột của những người khỏe mạnh, số lượng hầu hết các vi khuẩn có lợi, chẳng hạn như Prevotella và Bifidobacterium, thấp hơn giới hạn phát hiện ở bệnh nhân nhiễm trùng huyết. Trong khi sự phong phú của vi khuẩn liên quan đến nhiễm trùng, chẳng hạn như Enterococcus và Haemophilus, tăng lên bất chấp tác dụng của thuốc kháng sinh (ngoại trừ Coprococcus, giảm mức độ phong phú xuống dưới giới hạn phát hiện).

Những kết quả này chỉ ra rằng, những bệnh nhân bị rối loạn hệ vi khuẩn đường ruột liên quan đến nhiễm trùng huyết không thể hồi phục trong một thời gian ngắn và trong khi thuốc có hiệu quả chống lại vi khuẩn gây nhiễm trùng, chúng cũng ảnh hưởng đến vi khuẩn trong ruột. Trên thực tế, tác động của điều trị bằng thuốc, đặc biệt là kháng sinh, đối với vi khuẩn không chỉ giới hạn ở vi khuẩn có hại; tỷ lệ vi khuẩn có lợi cho đường ruột cũng giảm theo.

Sử dụng kháng sinh trong thời gian dài làm thay đổi hệ vi khuẩn đường ruột khỏe mạnh bình thường và dẫn đến sự xuất hiện của tình trạng kháng thuốc:

Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng, việc sử dụng kháng sinh trong thời gian dài làm thay đổi hệ vi khuẩn đường ruột khỏe mạnh bình thường và dẫn đến sự xuất hiện của tình trạng kháng thuốc. Đáng lo ngại là việc sử dụng kháng sinh lâu dài có khả năng tạo ra các ổ chứa sinh vật có nguồn gen đa kháng thuốc. Ma và cộng sự đã sử dụng mô hình chuột bị bỏng độ ba trên 30% tổng diện tích bề mặt của lưng và định lượng / xác định vi khuẩn đường ruột sau khi điều trị. Kết quả cho thấy, số lượng cầu khuẩn trong đường tiêu hóa của chuột tăng lên đáng kể, và tỷ lệ cầu khuẩn / trực khuẩn bị đảo ngược nghiêm trọng sau khi điều trị bằng Rocephin. Người ta cho rằng, kháng sinh phổ rộng đã phá hủy sự cân bằng vi sinh đường ruột. Lưu ý, hệ vi khuẩn đường ruột gây bệnh có khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe, bệnh tật và tác dụng của thuốc. Nghiên cứu của các tác giả cũng tiết lộ rằng, sự phong phú của Enterococcus tăng lên đáng kể ở những bệnh nhân nhiễm trùng huyết, điều này có thể liên quan đến việc sử dụng kháng sinh phổ rộng.

Trên đây là một số thông tin về ảnh hưởng của nhiễm trùng huyết với cấu trúc hệ vi khuẩn đường ruột. Hãy theo dõi trang web: Vinmec.com thường xuyên để cập nhật nhiều thông tin hữu ích khác.

Tài liệu tham khảo: Yang XJ, Liu D, Ren HY, Zhang XY, Zhang J, Yang XJ. Effects of sepsis and its treatment measures on intestinal flora structure in critical care patients. World J Gastroenterol 2021; 27(19): 2376-2393 [DOI: 10.3748/wjg.v27.i19.2376]