Thế giới sinh vật bao gồm động vật, thực vật và sinh vật đơn bào (protista); vì kích thước nhỏ bé của chúng nên người ta thường gọi chung là vi sinh vật. Dựa vào cấu tạo chúng được chia thành hai loại: vi sinh vật bậc cao và vi sinh vật bậc thấp. Vi sinh vật bậc cao là những tế bào có nhân thật (Eucaryota, giống tế bào động hoặc thực vật) bao gồm nấm và động vật nguyên sinh. Vi sinh vật bậc thấp trái lại, có tiền nhân (Procaryota, không có màng nhân) bao gồm vi khuẩn và tảo lam (không gây bệnh). Virus là vi sinh vật nhỏ hơn và cấu tạo đơn sơ hơn nữa - tức không phải là tế bào mà chỉ là những hạt có chức năng sống - nhân lên (sinh sản) khi ở trong những tế bào sống. Bài này chỉ giới thiệu về vi khuẩn.
KHÁI QUÁT VỀ VI KHUẨN
Độ lớn: rất nhỏ (đường kính thân thường từ 0,5 đến 1μm và chiều dài từ 2 đến 5μm); đơn vị tính độ lớn của vi khuẩn là micromet, viết tắt là μm (10-6 m hay 10-3 mm).
Hình thể: có ba loại hình thể chính là hình cầu (gọi là cầu khuẩn; ví dụ: tụ cầu, liên cầu, phế cầu, lậu cầu, não mô cầu…), hình ống (gọi là trực khuẩn; ví dụ E. coli, mủ xanh, than, uốn ván…) và hình cong mềm mại xoắn lò xo (gọi là xoắn khuẩn; ví dụ giang mai…). Ngoài ra, có một số hình dạng khác như: trực khuẩn ngắn gọi là cầu trực khuẩn như vi khuẩn dịch hạch hoặc trực khuẩn cong cứng hình helix như Helicobacter pylori hay hình dấu phẩy như vi khuẩn tả.
Tính chất bắt màu: vì vi khuẩn rất nhỏ nên phải nhuộm cho chúng có màu rực rỡ mới có thể phát hiện được hình thể của chúng dưới kính hiển vi phóng đại 1000 lần.
Nhuộm Gram: là phương pháp nhuộm quan trọng, được áp dụng cho phần lớn các loại vi khuẩn và hỗ trợ đắc lực cho việc chẩn đoán và điều trị sớm bệnh nhiễm khuẩn. Nhuộm Gram vừa giúp ta nhận định được hình dạng của vi khuẩn, vừa phân biệt được nó là Gram-dương hay Gram-âm; từ đó ta có hướng chọn kháng sinh thích hợp để diệt vi khuẩn nghi ngờ là tác nhân gây bệnh. Ví dụ, nếu tác nhân gây bệnh nghi ngờ là vi khuẩn Gram-dương thì nên chọn những kháng sinh có phổ tác dụng chọn lọc trên Gram-dương nhiều hơn như penicilin G hoặc cephalosporin thế hệ 1; ngược lại nếu vi khuẩn gây bệnh nghi ngờ là trực khuẩn Gram-âm thì nên chọn amoxicilin hay cephalosporin thế hệ 3 hoặc nhóm aminosid. Sự khác biệt cơ bản giữa vi khuẩn Gramdương và Gram-âm là ở cấu trúc vách của tế bào (cell wall). Nhuộm Ziehl-Neelsen là phương pháp nhuộm dành riêng cho các vi khuẩn kháng cồn và acid (do vách có chứa nhiều lipid và acid mycolic) như vi khuẩn lao, phong.
Tính chất chuyển hóa: dựa vào nhu cầu oxy tự do cho quá trình chuyển hóa, người ta chia vi khuẩn thành các loại sau:
Hiếu khí bắt buộc (obligate aerobe): có oxy mới phát triển tốt, ví dụ trực khuẩn mủ xanh, phẩy khuẩn tả…
Kị khí bắt buộc (obligate anaerobe): chỉ phát triển được trong điều kiện hoàn toàn hoặc gần như hoàn toàn không có oxy; thậm chí gặp oxy tự do là chết, ví dụ trực khuẩn uốn ván, hoại thư sinh hơi, Bacteroides…
Hiếu kị khí tùy tiện (facultative anaerobe): phát triển được cả khi có hay không có oxy, ví dụ các trực khuẩn đường ruột (E. coli, thương hàn, lỵ…) tụ cầu, liên cầu…
Vi hiếu khí (microaerophile): cần một lượng nhỏ O2 và nhiều CO2 hơn, ví dụ lậu cầu, phế cầu, trực khuẩn Haemophilus influenzae…
CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN
Bốn thành phần cấu tạo quan trọng từ ngoài vào trong của tế bào vi khuẩn là:
Vách (cell wall): bộ khung murein của vách là do peptidoglycan tạo thành. Ở vi khuẩn Gram-dương bộ khung này gồm nhiều lớp peptidoglycan xếp lên nhau; ở Gram-âm chỉ là một lớp peptidoglycan nhưng lại được một màng ngoài có cấu tạo phức tạp bao bọc. Vách có nhiệm vụ: tạo hình dạng và bảo vệ cơ học cho tế bào và tham gia vào quá trình sinh sản (nhân lên) của tế bào.
Màng bào tương (plasma membrane) có chức năng thẩm thấu chọn lọc.
Bào tương với rất nhiều ribosome là nơi sinh tổng hợp protein - các enzym và thành tố thiết yếu cho quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào.
Acid nucleic gồm nhiễm sắc thể - vùng nhân (ADN) và các phân tử ADN ngoài nhân (plasmid); ADN chứa mật mã di truyền (gen) qui định các đặc tính của tế bào. Plasmid có thể tự truyền được các gen của nó từ tế bào này sang tế bào khác. Đáng lưu ý là: trên nhiễm sắc thể và plasmid có thể tồn tại transposons - “gen nhảy” (đoạn ADN có thể nhảy từ nhiễm sắc thể vào plasmid và ngược lại hoặc từ plasmid này sang plasmid khác).
Bốn thành phần cấu tạo cơ bản nêu trên cũng chính là bốn vị trí tác động của thuốc kháng sinh trên tế bào vi khuẩn.
HỆ VI KHUẨN Ở CƠ THỂ NGƯỜI BÌNH THƯỜNG
Vi hệ bình thường ở người
Khái niệm:
Những quần thể vi sinh vật cư trú trên da và niêm mạc các hốc tự nhiên của cơ thể người gọi là vi hệ bình thường (normal microflora – normal microbiota). Hầu hết những quần thể vi sinh vật đó là vi khuẩn nên người ta còn gọi chúng là hệ vi khuẩn bình thường (normal bacteriaflora).
Trên da và niêm mạc các hốc tự nhiên - khoang rỗng có tiếp xúc với môi trường bên ngoài của cơ thể như miệng, mũi, họng, âm đạo, … luôn có rất nhiều vi sinh vật cư trú; nó bao gồm: những vi sinh vật có mặt thường xuyên (resident) tại đó và những vi sinh vật chỉ có mặt thoáng qua (transient). Một số phần của cơ thể như máu, dịch não tủy, các mô, các cơ quan nội tạng do cấu trúc và hàng rào miễn dịch, ở điều kiện bình thường hoàn toàn không có vi sinh vật.
Số lượng: tùy từng vị trí trên cơ thể mà số lượng và chủng loại vi sinh vật có khác nhau (Hình I.4).
Số lượng các loài và số lượng cá thể của từng loài vi khuẩn thuộc vi hệ bình thường tại mỗi địa điểm thường đã không được nhìn nhận đúng. Trong thực tế, ví dụ ở da có tới 106/cm2; trong khoang miệng có tới 109/ml nước bọt; ở đại tràng có tới 1011/gam phân khô và trong dịch âm đạo có tới 107/ml dịch. Số lượng vi khuẩn trong tá tràng (duodenum) và hỗng tràng (jejunum) có ít hơn, chỉ khoảng <104/ml và chủ yếu là Streptococcus và Lactobacteria.
Về số lượng vi khuẩn kị khí so với vi khuẩn hiếu khí: ở chỗ nào vi khuẩn kị khí cũng nhiều hơn. Ví dụ, tỉ lệ vi khuẩn kị khí/vi khuẩn hiếu khí là 10/1 ở da, ở bộ phận sinh dục (ngoài), âm đạo, đường tiểu dưới; là 30/1 ở niêm mạc miệng và 100-1000/1 ở đại tràng.
Trong cuộc sống chung, các loài vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy tạo ra môi trường vi khí hậu thuận lợi cho các vi khuẩn kị khí; vi khuẩn kị khí phát triển lại cung cấp cho vi khuẩn hiếu khí những sản phẩm chuyển hóa cần thiết, tạo ra sự hiệp đồng vi sinh (microbial synergism). Bằng nhiều cơ chế khác nhau, trong điều kiện bình thường các quần thể vi sinh vật sinh sống và phát triển ở trạng thái cân bằng sinh học tại nơi cư trú (Hình I.4).
Vai trò của vi hệ bình thường
Những vi sinh vật luôn cư trú trên bề mặt của cơ thể là những vi sinh vật hội sinh (commensal), chúng không hẳn có lợi và cũng không hẳn có hại. Chúng sinh sản nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố sinh lí khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm và một số chất dinh dưỡng hay ức chế nhất định. Cho sự sống của cơ thể thì không quan trọng, nhưng ở một số vùng của cơ thể thì vi hệ bình thường đóng vai trò nhất định trong việc giữ thăng bằng cho sức khỏe và chức năng bình thường của cơ thể.
Ở trong đường ruột, các thành viên của vi hệ sinh tổng hợp vitamin K và hỗ trợ cho việc hấp thu thức ăn. Trên niêm mạc và da, các vi sinh vật cư trú thường xuyên có tác dụng ngăn cản sự tồn tại và xâm lấn của vi sinh vật gây bệnh, có thể do cơ chế “cạnh tranh sinh học”.
Ở bất kì nơi cư trú nào cũng tồn tại những vi sinh vật có thể gây bệnh (facultative pathogen) khi có cơ hội, đó là khi môi trường thay đổi hoặc do bị chấn thương và chúng xâm nhập được vào mô hoặc vào máu. Ví dụ, liên cầu cư trú ở họng và đường hô hấp trên; nhưng khi một số lượng lớn vi khuẩn vào máu (do tổn thương tại chỗ) có thể gây bệnh viêm nội tâm mạc (endocarditis). Bacteroides là “cư dân” ở đại tràng thì vô hại, nhưng nếu chúng xâm nhập vào ổ bụng hoặc do chấn thương chúng cùng các vi khuẩn khác xâm nhập vào mô sẽ gây nên những nhiễm khuẩn có mủ và có thể dẫn đến nhiễm khuẩn máu.
Như vậy, các vi sinh vật thuộc vi hệ bình thường còn được coi là những tác nhân gây bệnh cơ hội (opportunistic pathogens). Cần chú ý điều này để chọn kháng sinh phù hợp khi dùng kháng sinh dự phòng trong các phẫu thuật sạch; ví dụ: từ da, vi khuẩn đứng hàng đầu có thể gây nhiễm khuẩn sau mổ là tụ cầu vàng thì ta chọn cephalosporin thế hệ 1; từ đường tiêu hóa, thường là do các trực khuẩn Gram-âm (họ Enterobacteriaceae) thì chọn cephalosporin thế hệ 3.
Đáng lưu ý: mỗi một lần điều trị bằng kháng sinh là một lần tác động vào sự cân bằng của vi hệ bình thường: vi khuẩn nhạy cảm bị tiêu diệt, dưới áp lực chọn lọc, những vi sinh vật đề kháng kháng sinh (đang sử dụng) được giữ lại, sinh sản mạnh (quá sản) thay thế những vi khuẩn đã bị tiêu diệt, làm mất cân bằng cho đại sinh vật – cơ thể người. Mất cân bằng trong vi hệ bình thường cũng có thể phát triển thành bệnh, ví dụ rối loạn tiêu hóa sau khi dùng kháng sinh phổ rộng đường uống dài ngày hoặc viêm đại tràng giả mạc do Clostridium difficile hoặc bị viêm âm đạo do nấm sau khi đặt kháng sinh kháng khuẩn dài ngày.
Kết luận: chỉ dùng thuốc kháng khuẩn khi có nhiễm khuẩn do vi khuẩn gây ra và phải giám sát diễn biến ở người bệnh trong quá trình điều trị bằng kháng sinh (không chỉ theo dõi hiệu quả diệt vi khuẩn gây bệnh mà còn cả những ảnh hưởng không mong muốn của thuốc tới cơ thể và vi hệ bình thường)
Bệnh viện Nguyễn Tri Phương - Đa khoa Hạng I Thành phố Hồ Chí Minh
