Đặc điểm hệ vi sinh đường ruột ở trẻ em Việt Nam

Luận án tiến sĩ y học Đặc điểm hệ vi sinh đường ruột ở trẻ em Việt Nam. Ruột là nơi cư trú của một quần thể vi sinh vật phong phú bao gồm vi khuẩn, vi khuẩn cổ, nấm, virus và đơn bào, được gọi chung là hệ vi sinh đường ruột (HVSĐR) [1]. Hệ vi sinh này không chỉ tham gia tiêu hóa và hấp thu dưỡng chất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập hàng rào bảo vệ niêm mạc, chuyển hoá các chất, hỗ trợ sự trưởng thành của hệ thần kinh và miễn dịch giúp bảo vệ cơ thể chống lại tác nhân gây bệnh [2]. Giai đoạn đầu đời được coi là “cửa sổ cơ hội” để thiết lập một hệ vi sinh khỏe mạnh và ổn định, tương tự người trưởng thành [1,3].
Trong quá trình này, HVSĐR chịu tác động sâu sắc bởi các yếu tố như lứa tuổi, di truyền, phương thức sinh, chế độ nuôi dưỡng, lối sống và môi trường [1,4]. Sự xáo trộn trong quá trình thiết lập HVSĐR có thể để lại hệ luỵ sức khỏe lâu dài, bao gồm cả các rối loạn về chức năng sinh lý và bệnh lý [1,3].

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng HVSĐR có tác động đến tình trạng dinh dưỡng thông qua trục hạ đồi – tuyến yên – nội tiết. Sự mất cân bằng của HVSĐR có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển thể chất của trẻ [5]. Bên cạnh đó, các nghiên cứu về trục ruột – phổi cũng chứng minh rối loạn HVSĐR là yếu tố then chốt tham gia vào cơ chế bệnh sinh của viêm phổi cộng đồng (VPCĐ) [6]. Ở lĩnh vực tiêu hóa, các nghiên cứu trên trẻ tiêu chảy [7], hội chứng ruột ngắn (HCRN) [8] và vàng da ứ mật (VDƯM) [9] khẳng định rằng sự sụt giảm các lợi khuẩn và gia tăng quá mức các vi khuẩn cơ hội có liên quan trực tiếp đến khả năng phục hồi của niêm mạc ruột, diễn tiến của bệnh và nguy cơ phát triển các biến chứng nặng. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu này được thực hiện tại các quốc gia phát triển, với đặc điểm di truyền, chế độ dinh dưỡng và môi trường sống khác biệt đáng kể so với trẻ em Việt Nam.
Những dữ liệu này không chỉ góp phần làm sáng tỏ cơ chế bệnh sinh mà còn tạo tiền đề cho việc phát triển các chiến lược can thiệp dựa trên HVSĐR.
Trong thập kỷ qua, mặc dù tỷ lệ suy dinh dưỡng (SDD) ở trẻ em giảm nhưng tình trạng thừa cân – béo phì (TC-BP) lại gia tăng nhanh chóng [10]. Song song đó, các bệnh nhiễm trùng như viêm phổi và tiêu chảy vẫn là thách thức lớn đối với ngành2 y tế tại các quốc gia đang phát triển, lần lượt xếp thứ nhất và thứ hai về nguyên nhân mắc và tử vong ở trẻ dưới 5 tuổi [11,12]. Thêm vào đó, các bệnh lý phức tạp như HCRN và VDƯM đang tạo ra những áp lực điều trị lớn do các biến chứng nặng nề và làm giảm chất lượng sống của trẻ [13,14]. Mặc dù vai trò của HVSĐR đã được khẳng định nhưng tại Việt Nam, các nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới để phân tích toàn diện HVSĐR ở trẻ em vẫn còn rất hạn chế. Đặc biệt, hiện chưa có dữ liệu tham chiếu đầy đủ về HVSĐR theo từng giai đoạn phát triển của trẻ em Việt Nam, cũng như chưa làm rõ sự biến đổi của hệ vi sinh trong các bệnh lý từ phổ biến đến phức tạp như VPCĐ, tiêu chảy, HCRN và VDƯM.
Xuất phát từ những lý do trên, nghiên cứu này được thực hiện nhằm làm rõ đặc điểm thành phần và độ đa dạng của HVSĐR ở trẻ em Việt Nam trong nhiều tình trạng sức khỏe khác nhau. Kết quả nghiên cứu kỳ vọng sẽ góp phần bổ sung dữ liệu ban đầu về HVSĐR ở trẻ em tại Việt Nam, qua đó cung cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm làm rõ vai trò và tiềm năng ứng dụng của HVSĐR trong chăm sóc sức khỏe trẻ em. Trên cơ sở đó, nghiên cứu được tiến hành nhằm trả lời câu hỏi: "Thành phần và độ đa dạng của HVSĐR ở trẻ em Việt Nam biến đổi như thế nào theo lứa tuổi, tình trạng dinh dưỡng và trong một số bệnh lý hô hấp, tiêu hóa?"  Các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm:
1. Xác định thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ khoẻ theo lứa tuổi (sơ sinh, 1-6 tháng, 6-12 tháng, 1-5 tuổi) và tình trạng dinh dưỡng (bình thường, suy dinh dưỡng cấp, suy dinh dưỡng mạn, thừa cân và béo phì).
2. So sánh thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ mắc viêm phổi cộng đồng với trẻ khoẻ tương ứng theo độ tuổi.
3. So sánh thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ mắc một số bệnh lý tiêu hoá (tiêu chảy cấp, tiêu chảy kéo dài, hội chứng ruột ngắn, vàng da ứ mật) với trẻ khoẻ tương ứng theo độ tuổi

MỤC LỤC
Trang
Danh mục các chữ viết tắt i
Danh mục các bảng ii
Danh mục các sơ đồ, hình iii
ĐẶT VẤN ĐỀ …………………………………………………………………………………………….. 1
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU …………………………………………………………… 3
1.1. Một số thuật ngữ dùng trong nghiên cứu hệ vi sinh đường ruột ………………… 3
1.2. Thành phần và chức năng của hệ vi sinh đường ruột ……………………………….. 5
1.3. Rối loạn hệ vi sinh đường ruột trong một số tình trạng và bệnh lý…………… 22
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………….. 38
2.1. Thiết kế nghiên cứu …………………………………………………………………………… 39
2.2. Đối tượng nghiên cứu ………………………………………………………………………… 39
2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ……………………………………………………….. 41
2.4. Cỡ mẫu của nghiên cứu ……………………………………………………………………… 41
2.5. Xác định các biến số độc lập và phụ thuộc……………………………………………. 44
2.6. Phương pháp và công cụ đo lường, thu thập số liệu……………………………….. 49
2.7. Quy trình nghiên cứu…………………………………………………………………………. 55
2.8. Phương pháp phân tích số liệu…………………………………………………………….. 57
2.9. Đạo đức trong nghiên cứu ………………………………………………………………….. 59
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ……………………………………………………….. 61
3.1. Đặc điểm đối tượng nghiên cứu và dữ liệu giải trình tự gen……………………. 62
3.2. Thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ khoẻ theo nhóm tuổi
và tình trạng dinh dưỡng…………………………………………………………………………… 65
3.3. So sánh thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ viêm phổi
cộng đồng với trẻ khoẻ …………………………………………………………………………….. 74
3.4. So sánh thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ mắc một số
bệnh lý tiêu hoá với trẻ khoẻ …………………………………………………………………….. 77
Chương 4. BÀN LUẬN ……………………………………………………………………………… 964.1. Đặc điểm đối tượng nghiên cứu và dữ liệu giải trình tự gen……………………. 96
4.2. Thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ khoẻ theo nhóm tuổi
và tình trạng dinh dưỡng…………………………………………………………………………… 98
4.3. So sánh thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ viêm phổi
cộng đồng và trẻ khoẻ…………………………………………………………………………….. 108
4.4. So sánh thành phần và độ đa dạng của hệ vi sinh đường ruột ở trẻ mắc một số
bệnh lý tiêu hoá và trẻ khoẻ…………………………………………………………………….. 111
4.5. Tính mới và hạn chế của đề tài………………………………………………………….. 129
KẾT LUẬN …………………………………………………………………………………………….. 131
KIẾN NGHỊ……………………………………………………………………………………………. 133
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Hệ vi sinh đường ruột ở trẻ nhũ nhi theo chế độ ăn cơ bản………………… 10
Bảng 2.1. Chiều dài ruột non theo tuổi ………………………………………………………….. 40
Bảng 2.2. Chỉ số Shannon và hệ số ảnh hưởng từ các nghiên cứu trước…………….. 42
Bảng 2.3. Ước lượng cỡ mẫu tối thiểu cho từng mục tiêu nghiên cứu ……………….. 43
Bảng 2.4. Biến số nghiên cứu ………………………………………………………………………. 44
Bảng 2.5. Thời điểm và số lượng mẫu phân thu thập ………………………………………. 50
Bảng 3.1. Đặc điểm chung của đối tượng nghiên cứu ……………………………………… 62
Bảng 3.2. Số lượng đơn vị phân loại vi sinh vật theo nhóm nghiên cứu …………….. 63
Bảng 3.3. Đặc điểm nền của trẻ khoẻ theo nhóm tuổi ……………………………………… 65
Bảng 3.4. Đặc điểm nền của trẻ theo tình trạng dinh dưỡng……………………………… 69
Bảng 3.5. Đặc điểm nền của trẻ viêm phổi cộng đồng và nhóm so sánh…………….. 74
Bảng 3.6. Đặc điểm nền của nhóm tiêu chảy cấp và nhóm so sánh……………………. 78
Bảng 3.7. Đặc điểm nền của nhóm tiêu chảy kéo dài và nhóm so sánh………………. 82
Bảng 3.8. Đặc điểm nền của nhóm hội chứng ruột ngắn và nhóm so sánh …………. 88
Bảng 3.9. Đặc điểm nền của nhóm vàng da ứ mật và nhóm so sánh ………………….. 92iii
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH
Tên hình Trang
Hình 1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ vi sinh đường ruột trẻ em………………………. 6
Hình 1.2. Các mối nối giữa các tế bào biểu mô ruột………………………………………… 20
Hình 1.3. Trục ruột – não……………………………………………………………………………… 21
Hình 1.4. Ảnh hưởng của hệ vi sinh đường ruột lên sự tăng trưởng…………………… 22
Hình 1.5. Trục ruột – phổi ……………………………………………………………………………. 28
Hình 1.6. Trục ruột – gan……………………………………………………………………………… 36
Hình 2.1. Dụng cụ bảo quản mẫu phân ………………………………………………………….. 49
Hình 2.2. Quy trình chiết tách và tinh sạch DNA bằng cột quay Mini QIAamp ….. 51
Hình 2.3. Bốn bước giải trình tự gen thế hệ mới Illumina MiSeq ……………………… 52
Hình 2.4. Quy trình phân tích dữ liệu giải trình tự gen 16S rRNA…………………….. 54
Hình 2.5. Lưu đồ tóm tắt quy trình nghiên cứu……………………………………………….. 56
Hình 3.1. Sơ đồ tuyển chọn và phân bố đối tượng nghiên cứu ………………………….. 61
Hình 3.2. Độ sâu giải trình tự của dữ liệu hệ vi sinh vật theo nhóm nghiên cứu….. 64
Hình 3.3. Phân bố cấp ngành theo nhóm tuổi …………………………………………………. 66
Hình 3.4. Phân bố 10 chi phổ biến theo nhóm tuổi………………………………………….. 67
Hình 3.5. Độ đa dạng alpha theo nhóm tuổi……………………………………………………. 67
Hình 3.6. Độ đa dạng beta theo nhóm tuổi……………………………………………………… 68
Hình 3.7. Phân bố cấp ngành theo tình trạng dinh dưỡng…………………………………. 70
Hình 3.8. Tỉ lệ Bacteroidota/Firmicutes ở các tình trạng dinh dưỡng ………………… 70
Hình 3.9. Phân bố 10 chi phổ biến theo tình trạng dinh dưỡng …………………………. 71
Hình 3.10. Các đơn vị phân loại đặc trưng cho các tình trạng dinh dưỡng………….. 72
Hình 3.11. Độ đa dạng alpha theo tình trạng dinh dưỡng …………………………………. 73
Hình 3.12. Độ đa dạng beta theo tình trạng dinh dưỡng …………………………………… 73
Hình 3.13. Phân bố cấp ngành ở nhóm viêm phổi cộng đồng và trẻ khoẻ…………… 75
Hình 3.14. Phân bố 10 chi phổ biến ở nhóm viêm phổi cộng đồng và trẻ khoẻ …… 75
Hình 3.15. Các đơn vị phân loại đặc trưng ở nhóm viêm phổi cộng đồng ………….. 76iv
Hình 3.16. Độ đa dạng alpha ở nhóm viêm phổi cộng đồng và trẻ khoẻ…………….. 76
Hình 3.17. Độ đa dạng beta ở nhóm viêm phổi cộng đồng và trẻ khoẻ………………. 77
Hình 3.18. Phân bố cấp ngành ở nhóm tiêu chảy cấp và trẻ khoẻ ……………………… 79
Hình 3.19. Phân bố 10 chi phổ biến ở nhóm tiêu chảy cấp và trẻ khoẻ ………………. 79
Hình 3.20. Các đơn vị phân loại đặc trưng ở nhóm tiêu chảy cấp ……………………… 80
Hình 3.21. Độ đa dạng alpha ở nhóm tiêu chảy cấp và trẻ khoẻ………………………… 81
Hình 3.22. Độ đa dạng beta ở nhóm tiêu chảy cấp và trẻ khoẻ………………………….. 81
Hình 3.23. Phân bố cấp ngành ở nhóm tiêu chảy kéo dài và trẻ khoẻ ………………… 83
Hình 3.24. Phân bố 10 chi phổ biến ở nhóm tiêu chảy kéo dài và trẻ khoẻ…………. 84
Hình 3.25. Các đơn vị phân loại đặc trưng ở nhóm tiêu chảy kéo dài ………………… 85
Hình 3.26. Độ đa dạng alpha ở nhóm tiêu chảy kéo dài và trẻ khoẻ…………………… 86
Hình 3.27. Độ đa dạng beta ở nhóm tiêu chảy kéo dài và trẻ khoẻ…………………….. 87
Hình 3.28. Phân bố cấp ngành ở nhóm hội chứng ruột ngắn và trẻ khoẻ ……………. 89
Hình 3.29. Phân bố 10 chi phổ biến ở nhóm hội chứng ruột ngắn và trẻ khoẻ…….. 89
Hình 3.30. Các đơn vị phân loại đặc trưng ở nhóm hội chứng ruột ngắn ……………. 90
Hình 3.31. Độ đa dạng alpha ở nhóm hội chứng ruột ngắn và trẻ khoẻ ……………… 91
Hình 3.32. Độ đa dạng beta ở nhóm hội chứng ruột ngắn và trẻ khoẻ ……………….. 91
Hình 3.33. Phân bố cấp ngành ở nhóm vàng da ứ mật và trẻ khoẻ…………………….. 93
Hình 3.34. Phân bố 10 chi phổ biến ở nhóm vàng da ứ mật và trẻ khoẻ …………….. 93
Hình 3.35. Các đơn vị phân loại đặc trưng ở nhóm vàng da ứ mật…………………….. 94
Hình 3.36. Độ đa dạng alpha ở nhóm vàng da ứ mật và trẻ khoẻ ………………………. 94
Hình 3.37. Độ đa dạng beta ở nhóm vàng da ứ mật và trẻ khoẻ ………………………… 9