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      飲食、抗生素和術后感染之間的致命聯系

      發布日期:2020-05-15
              大手術后最常見、最致命的并發癥是感染。雖然更廣泛、更頻繁的使用抗生素,術后感染的發生率仍然居高不下。毫無疑問,減少術后感染和了解術后感染的影響因素對于醫生和患者都很重要。最近的數據表明,50%的手術部位感染是由于細菌對用于預防的標準抗生素產生了耐藥性,而腸道被認為是這些耐抗生素細菌的主要來源。

        患者在接受大手術之前所攜帶的腸道菌群,不僅受到飲食的影響,還受到最近接觸抗生素和已經診斷的疾病等很多因素的影響。很多患者在接受高風險手術之前,往往會長期接觸多種抗生素??股氐氖褂脤δc道菌群的改變可能對術后感染風險產生影響。此外,肥胖也是術后感染發生的獨立危險因素之一。

        美國芝加哥大學的一項發表在《mBio》雜志上的研究調查了飲食和抗生素與腸道菌群之間的相互作用是如何導致致命的術后感染的。研究人員推測,致肥胖的西式飲食加上抗生素暴露,會通過影響宿主的腸道菌群增加重大手術干預后發生感染相關并發癥的風險。結果確實表明,致肥胖的西式飲食和抗生素暴露對腸道菌群施加了選擇性壓力,從而導致在原本可恢復的手術損傷后發生致命性感染。

        研究人員給一組老鼠喂食標準飲食,給第二組老鼠喂食高脂低纖維的西式食物,喂食西式飲食的老鼠體重增加了近35%。然后,兩組老鼠均接受了部分肝臟切除手術,這是一種完全可以恢復的外科手術。手術前,兩組老鼠都預防性使用抗生素頭孢西?。ㄒ环N廣譜抗生素,第二代頭孢菌素)和克林霉素(一種專門針對厭氧菌的林可胺類抗生素)以預防感染,這也是患者在進行手術時的常規做法。

        無論是喂食標準飲食還是喂食西式飲食的老鼠,如果不預防性使用抗生素治療的情況下,在手術后全部存活且完全恢復到健康狀態。然而,經過預防性抗生素處理的兩組老鼠的結局卻完全不同。手術前預防性使用抗生素,會顯著改變老鼠的術后結果,這取決于其飲食情況。暴露于抗生素的西式飲食的老鼠在手術后出現致命性感染。喂食西式飲食的老鼠有70%死于細菌相關的感染,這與喂食標準飲食的老鼠形成鮮明對比,喂食標準飲食的老鼠只有10%出現類似的并發癥。

        肺是敗血癥動物模型中最常受影響的器官。在西式飲食和抗生素處理的老鼠在手術后肺部有大量的炎性細胞浸潤和肺泡破裂,而在標準飲食和抗生素處理的老鼠中,這些影響明顯減弱,標準飲食和未經抗生素處理的老鼠幾乎不受影響。

        這是為什么呢?腸道菌群的變化可能是部分原因。

        在喂食高脂低纖維的西式飲食40天后,老鼠的腸道菌群組成和功能發生了巨大變化,有一類叫擬桿菌的細菌減少到不到原來數量的2%,而變形菌大量繁殖。當給這些老鼠同時預防性使用抗生素時,擬桿菌幾乎完全消失。先前的研究表明,擬桿菌能夠抑制有害細菌的生長,它們從老鼠腸道中消失可能意味著抵御感染的一條重要防線的喪失。擬桿菌在西式飲食和抗生素處理的老鼠中幾近消失,而在標準飲食和抗生素處理的老鼠中持續存在,它們可能通過其產生短鏈脂肪酸的能力、抑制病原菌以及保護腸道黏膜屏障功能的能力,在預防死亡方面發揮作用。

        從理論上講,即使不存在擬桿菌,抗生素也應該能夠預防感染。畢竟,它們的工作就是對抗細菌感染。然而,奇怪的是,抗生素讓一些細菌,尤其是一類叫做沙雷氏菌的細菌,對西式飲食飼喂的超重老鼠的抗生素使用產生了更強的抵抗力,這無疑是雪上加霜。

        雖然在兩組老鼠中都發現了沙雷氏菌,但只有在西式飲食喂養的老鼠中,這種細菌才產生了抗生素耐藥性,并擴散到內臟器官,導致致命的敗血癥。更令人不安的是,這種致命性的沙雷氏菌似乎起源于老鼠自己的腸道。不僅如此,在這些老鼠體內還發現了其它的抗生素耐藥性細菌。這些耐藥性的細菌,包括沙雷氏菌,通常也是器官衰竭和敗血癥的危重患者中發現的細菌。但是由于它們通常隱藏在腸道的隱蔽位置,比如隱窩處,所以在術前難以發現。

        在人類和動物膿毒癥模型中,菌血癥都是比較罕見的,只有不到三分之一的嚴重膿毒癥患者會在血液中發現細菌。西式飲食和抗生素處理的老鼠在術后出現明顯的菌血癥,肝臟和脾臟中均呈細菌培養陽性,而在標準飲食和抗生素處理的老鼠中均呈陰性。

        在這一模型中,多重耐藥性菌株的出現有多種可能的原因:首先,可能是從當地環境進入老鼠腸道的;其次,它們可能是正常腸道菌群的一部分,在西式飲食、預防性使用抗生素和手術等選擇壓力下產生;最后,腸道共生菌可能通過飲食和抗生素等對其進化軌跡的影響而轉化為多重耐藥性菌株。這是非常有可能的,因為微生物可以在不接觸產生耐藥性的特定抗生素的情況下而產生耐藥性。

        此外,肥胖患者也更容易攜帶細菌耐藥基因,也更容易發生術后感染。肥胖宿主膽汁酸的合成增加,膽汁酸強大的抗菌活性,包括破壞細菌細胞膜、蛋白質變性、鐵和鈣的螯合、DNA的氧化損傷等等,可以直接調節腸道菌群組成。此外,西式飲食也會增加氧化應激,這些都會影響抗生素耐藥性的出現。

        最后,西式飲食、抗生素和手術可能消除腸道上皮保護性的擬桿菌和其它競爭性抑制病原菌的微生物。在沒有擬桿菌和其它保護性細菌的情況下,這些耐藥性的腸道病原菌可能迅速擴散,造成感染。

        當然,發生術后感染,手術是必需的。手術損傷的生理應激也會導致腸道菌群結構和功能的崩潰,而且還會改變腸道屏障功能。然而,單獨手術損傷后腸道屏障功能的改變幾乎不可能導致致命性。在其它一些因素的選擇壓力下,會增加術后致命性感染的風險,本研究總結起來有幾個關鍵信息:

        無論是飼喂標準飲食還是西式飲食,如果不預防性使用抗生素的情況下,老鼠在手術后全部存活且最終完全恢復到健康狀態。

        如果預防性使用抗生素,反而增加老鼠術后感染并發癥的風險,其風險高低取決于飲食。

        手術前預防性使用抗生素的老鼠,如果飼喂的是西式飲食,死亡率更高,達到70%,而飼喂的是標準飲食的話只有10%。

        西式飲食似乎會導致腸道多重耐藥性細菌的出現,飲食、抗生素和手術可能殺死腸道保護性細菌,導致耐藥性細菌擴散,造成感染。

        因此,在不引入外源性病原體的情況下,飲食的選擇壓力、抗生素暴露和手術損傷可能共同影響腸道菌群,導致致命性的膿毒癥和多器官損傷。這種情形可能也正在很大一部分外科手術患者身上上演,特別是肥胖或超重患者以及那些飲食不健康的患者,它們可能形成一種致命的組合:不健康的飲食(肥胖或超重)和預防性使用抗生素。

        當然,這些還有待進一步的研究,更好地了解飲食、抗生素和術后感染之間的聯系將有助于醫療專業人員為患者制定最佳的外科護理標準,并挽救更多的生命。對于高風險的患者在手術前應該考慮改變他們的飲食,并在手術前開出更有針對性的抗生素方案。

      參考文獻:
      Hyoju, S.K., et al. (2019). Mice Fed an Obesogenic Western Diet, Administered Antibiotics, and Subjected to a Sterile Surgical Procedure Develop Lethal Septicemia with Multidrug-Resistant Pathobionts. mBio 10.

      來源:網絡


       
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