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饮食、抗生素和术后感染之间的致命联系

时间:2020-05-15 08:06来源:菌情观察室 作者:菌情观察室 浏览次数:
  大手术后最常见、最致命的并发症是感染。虽然更广泛、更频繁的使用抗生素,术后感染的发生率仍然居高不下。毫无疑问,减少术后感染和了解术后感染的影响因素对于医生和患者都很重要。最近的数据表明,50%的手术部位感染是由于细菌对用于预防的标准抗生素产生了耐药性,而肠道被认为是这些耐抗生素细菌的主要来源。

  患者在接受大手术之前所携带的肠道菌群,不仅受到饮食的影响,还受到最近接触抗生素和已经诊断的疾病等很多因素的影响。很多患者在接受高风险手术之前,往往会长期接触多种抗生素。抗生素的使用对肠道菌群的改变可能对术后感染风险产生影响。此外,肥胖也是术后感染发生的独立危险因素之一。

  美国芝加哥大学的一项发表在《mBio》杂志上的研究调查了饮食和抗生素与肠道菌群之间的相互作用是如何导致致命的术后感染的。研究人员推测,致肥胖的西式饮食加上抗生素暴露,会通过影响宿主的肠道菌群增加重大手术干预后发生感染相关并发症的风险。结果确实表明,致肥胖的西式饮食和抗生素暴露对肠道菌群施加了选择性压力,从而导致在原本可恢复的手术损伤后发生致命性感染。

  研究人员给一组老鼠喂食标准饮食,给第二组老鼠喂食高脂低纤维的西式食物,喂食西式饮食的老鼠体重增加了近35%。然后,两组老鼠均接受了部分肝脏切除手术,这是一种完全可以恢复的外科手术。手术前,两组老鼠都预防性使用抗生素头孢西丁(一种广谱抗生素,第二代头孢菌素)和克林霉素(一种专门针对厌氧菌的林可胺类抗生素)以预防感染,这也是患者在进行手术时的常规做法。

  无论是喂食标准饮食还是喂食西式饮食的老鼠,如果不预防性使用抗生素治疗的情况下,在手术后全部存活且完全恢复到健康状态。然而,经过预防性抗生素处理的两组老鼠的结局却完全不同。手术前预防性使用抗生素,会显著改变老鼠的术后结果,这取决于其饮食情况。暴露于抗生素的西式饮食的老鼠在手术后出现致命性感染。喂食西式饮食的老鼠有70%死于细菌相关的感染,这与喂食标准饮食的老鼠形成鲜明对比,喂食标准饮食的老鼠只有10%出现类似的并发症。

  肺是败血症动物模型中最常受影响的器官。在西式饮食和抗生素处理的老鼠在手术后肺部有大量的炎性细胞浸润和肺泡破裂,而在标准饮食和抗生素处理的老鼠中,这些影响明显减弱,标准饮食和未经抗生素处理的老鼠几乎不受影响。

  这是为什么呢?肠道菌群的变化可能是部分原因。

  在喂食高脂低纤维的西式饮食40天后,老鼠的肠道菌群组成和功能发生了巨大变化,有一类叫拟杆菌的细菌减少到不到原来数量的2%,而变形菌大量繁殖。当给这些老鼠同时预防性使用抗生素时,拟杆菌几乎完全消失。先前的研究表明,拟杆菌能够抑制有害细菌的生长,它们从老鼠肠道中消失可能意味着抵御感染的一条重要防线的丧失。拟杆菌在西式饮食和抗生素处理的老鼠中几近消失,而在标准饮食和抗生素处理的老鼠中持续存在,它们可能通过其产生短链脂肪酸的能力、抑制病原菌以及保护肠道黏膜屏障功能的能力,在预防死亡方面发挥作用。

  从理论上讲,即使不存在拟杆菌,抗生素也应该能够预防感染。毕竟,它们的工作就是对抗细菌感染。然而,奇怪的是,抗生素让一些细菌,尤其是一类叫做沙雷氏菌的细菌,对西式饮食饲喂的超重老鼠的抗生素使用产生了更强的抵抗力,这无疑是雪上加霜。

  虽然在两组老鼠中都发现了沙雷氏菌,但只有在西式饮食喂养的老鼠中,这种细菌才产生了抗生素耐药性,并扩散到内脏器官,导致致命的败血症。更令人不安的是,这种致命性的沙雷氏菌似乎起源于老鼠自己的肠道。不仅如此,在这些老鼠体内还发现了其它的抗生素耐药性细菌。这些耐药性的细菌,包括沙雷氏菌,通常也是器官衰竭和败血症的危重患者中发现的细菌。但是由于它们通常隐藏在肠道的隐蔽位置,比如隐窝处,所以在术前难以发现。

  在人类和动物脓毒症模型中,菌血症都是比较罕见的,只有不到三分之一的严重脓毒症患者会在血液中发现细菌。西式饮食和抗生素处理的老鼠在术后出现明显的菌血症,肝脏和脾脏中均呈细菌培养阳性,而在标准饮食和抗生素处理的老鼠中均呈阴性。

  在这一模型中,多重耐药性菌株的出现有多种可能的原因:首先,可能是从当地环境进入老鼠肠道的;其次,它们可能是正常肠道菌群的一部分,在西式饮食、预防性使用抗生素和手术等选择压力下产生;最后,肠道共生菌可能通过饮食和抗生素等对其进化轨迹的影响而转化为多重耐药性菌株。这是非常有可能的,因为微生物可以在不接触产生耐药性的特定抗生素的情况下而产生耐药性。

  此外,肥胖患者也更容易携带细菌耐药基因,也更容易发生术后感染。肥胖宿主胆汁酸的合成增加,胆汁酸强大的抗菌活性,包括破坏细菌细胞膜、蛋白质变性、铁和钙的螯合、DNA的氧化损伤等等,可以直接调节肠道菌群组成。此外,西式饮食也会增加氧化应激,这些都会影响抗生素耐药性的出现。

  最后,西式饮食、抗生素和手术可能消除肠道上皮保护性的拟杆菌和其它竞争性抑制病原菌的微生物。在没有拟杆菌和其它保护性细菌的情况下,这些耐药性的肠道病原菌可能迅速扩散,造成感染。

  当然,发生术后感染,手术是必需的。手术损伤的生理应激也会导致肠道菌群结构和功能的崩溃,而且还会改变肠道屏障功能。然而,单独手术损伤后肠道屏障功能的改变几乎不可能导致致命性。在其它一些因素的选择压力下,会增加术后致命性感染的风险,本研究总结起来有几个关键信息:

  无论是饲喂标准饮食还是西式饮食,如果不预防性使用抗生素的情况下,老鼠在手术后全部存活且最终完全恢复到健康状态。

  如果预防性使用抗生素,反而增加老鼠术后感染并发症的风险,其风险高低取决于饮食。

  手术前预防性使用抗生素的老鼠,如果饲喂的是西式饮食,死亡率更高,达到70%,而饲喂的是标准饮食的话只有10%。

  西式饮食似乎会导致肠道多重耐药性细菌的出现,饮食、抗生素和手术可能杀死肠道保护性细菌,导致耐药性细菌扩散,造成感染。

  因此,在不引入外源性病原体的情况下,饮食的选择压力、抗生素暴露和手术损伤可能共同影响肠道菌群,导致致命性的脓毒症和多器官损伤。这种情形可能也正在很大一部分外科手术患者身上上演,特别是肥胖或超重患者以及那些饮食不健康的患者,它们可能形成一种致命的组合:不健康的饮食(肥胖或超重)和预防性使用抗生素。

  当然,这些还有待进一步的研究,更好地了解饮食、抗生素和术后感染之间的联系将有助于医疗专业人员为患者制定最佳的外科护理标准,并挽救更多的生命。对于高风险的患者在手术前应该考虑改变他们的饮食,并在手术前开出更有针对性的抗生素方案。

参考文献:
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.





 
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