CHƯƠNG 1. Nhiễm khuẩn do Klebsiella pneumoniae 1. Đặc điểm vi sinh và khả năng gây bệnh Klebsiella pneumoniae là vi khuẩn Gram âm thuộc họ vi khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae). Họ Enterobacteriaceae Vi khuẩn Gram âm có cấu tạo bao gồm một số bộ phận chính: vỏ nhày, thành tế Trung tâm DI & ADR Quốc gia - Tài liệu được chia sẻ miễn phí tại website CANHGIACDUOC.VN bào, màng tế bào, tế bào chất, vùng nhân (thể nhân), lông, pili,.
Khác với các vi khuẩn Gram dương, thành tế bào của vi khuẩn Gram âm có cấu trúc hai lớp rõ rệt: lớp peptidoglycan mỏng bên trong và cách một lớp không gian chu chất là lớp màng ngoài (outer membrane). Lớp màng ngoài có cấu tạo 2 lớp gồm một lớp phospholipid bên trong kết hợp với một lớp lipopolysaccharid bên ngoài đan xen với các phân tử protein và lipoprotein [6]. Cấu trúc thành tế bào của vi khuẩn Gram âm cũng là một trong những yếu tố độc lực và ảnh hưởng tới khả năng đề kháng kháng sinh của vi khuẩn Gram âm. Họ vi khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) bao gồm các trực khuẩn Gram âm, hiếu khí hoặc kị khí tùy tiện, lên men glucose và các loại đường khác, khử nitrat thành nitrit, có sinh ra men catalase nhưng không có men oxidase.
Đa số các vi khuẩn trong nhóm này có thể di động nhờ lông quanh thân, không sinh nha bào [2], [10]. Những đại diện của họ vi khuẩn này bao gồm: Escherichia coli, Proteus spp. Các vi khuẩn trong họ Enterobacteriaceae gây nhiễm khuẩn phổ biến ở cả cộng đồng và bệnh viện, trên cả những người khỏe mạnh cũng như người đã có sẵn tình trạng bệnh lý. Đa số các chủng vi khuẩn này phân lập được trong khoa vi sinh, từ các chủng phân lập từ nước tiểu, máu, đường hô hấp, khoang màng bụng cho tới dịch não tủy, hoạt dịch và dịch áp xe.
Những nhiễm khuẩn gây ra bởi các vi khuẩn trong họ vi khuẩn đường ruột có thể xảy ra lẻ tẻ hoặc bùng phát thành đợt dịch [2], [10]. Vi khuẩn Klebsiella pneumoniae Klebsiella pneumoniae là một trong ba loài vi khuẩn trong chi Klebsiella có gây bệnh trên người và là nguyên nhân gây ra 70% những ca nhiễm khuẩn do chi này gây ra. Giống như đa số các vi khuẩn trong chi này, K.pneumoniae là vi khuẩn lên men lactose, tạo ra khuẩn lạc độ nhày cao do tạo ra lớp vỏ polysaccharid phong phú, không 3 c di động và không sinh nha bào [6], [10].pneumoniae đa số khu trú ở đường tiêu hóa, trên da và vòm họng [60].pneumoniae là căn nguyên chính gây ra nhiễm khuẩn đường tiết niệu, áp xe gan và viêm phổi ở người khỏe mạnh. Tuy nhiên, từ những năm 1970, dịch tễ nhiễm khuẩn gây ra bởi K.pneumoniae thay đổi mạnh mẽ khi vi khuẩn này xuất hiện trong bệnh viện và trở thành nguyên nhân quan trọng của nhiễm khuẩn bệnh viện trên các bệnh nhân có thể trạng suy yếu bởi tình trạng đa bệnh lý [60], [80].
Bên cạnh viêm phổi Trung tâm DI & ADR Quốc gia - Tài liệu được chia sẻ miễn phí tại website CANHGIACDUOC.VN và nhiễm khuẩn tiết niệu, nhiễm khuẩn bệnh viện gây ra bởi K.pneumoniae bao gồm: nhiễm khuẩn huyết, nhiễm khuẩn vết thương, nhiễm khuẩn nội mạc, nhiễm khuẩn đường mật, nhiễm khuẩn ổ bụng và viêm màng não [10], [60]. Cơ chế gây bệnh Vi khuẩn khi xâm nhập, phát triển và nhân lên trong các mô của cơ thể có thể gây ra nhiễm trùng cho cơ thể vật chủ. Khả năng gây bệnh của vi khuẩn thông qua các yếu tố: 1 - Khả năng bám vào tế bào vật chủ; 2 - Khả năng xâm nhập của vi khuẩn; 3 - Độc tố của vi khuẩn; 4 - Các enzym ngoại bào vi khuẩn tiết ra. Độc tố và các enzym ngoại bào của vi khuẩn có thể làm rối loạn cơ chế điều hòa của cơ thể, làm mất cân bằng nội môi, dẫn đến biểu hiện lâm sàng của các triệu chứng cơ năng và thực thể như sốt, ho, đau, sưng tấy, nổi mẩn.
Hậu quả là làm tổn thương tại chỗ hoặc tổn thương hệ thống khi lan tỏa tới hệ bạch huyết hoặc hệ tuần hoàn [6].pneumoniae, yếu tố độc lực chính đã được mô tả trong y văn là nhờ vỏ nhày polysaccharid. Lớp vỏ rất dày này giúp cho K.pneumoniae có khả năng ức chế quá trình thực bào của bạch cầu đa nhân trung tính. Lớp vỏ nhày còn giúp vi khuẩn hạn chế bị tiêu diệt bởi miễn dịch dịch thể, chủ yếu do ức chế việc hoạt hóa bổ thể, đặc biệt là C3b.pneumoniae cũng tạo ra nhiều loại fimbriae/pili giúp cho vi khuẩn bám vào vật chủ [10]. Ngoài ra, hai cơ chế gây bệnh khác của K.pneumoniae cũng được mô tả, bao gồm: (1) Lớp lipopolysaccharid hoạt hóa C3b ở xa màng tế bào, ức chế quá trình hình thành phức hệ tấn công màng tế bào C5b-C9 do đó ngăn cản phá hủy màng tế bào và tiêu diệt vi khuẩn; (2) Cạnh tranh hấp thu sắt với vật chủ [10].
Hiện tượng đề kháng kháng sinh và cơ chế đề kháng kháng sinh Hiện tượng K.pneumoniae đề kháng kháng sinh đặc biệt bùng nổ từ năm 1980. Các cơ chế đề kháng kháng sinh của K.pneumoniae được mô tả trong y văn, bao gồm: Sinh enzym phân hủy kháng sinh; giảm tính thấm của kháng sinh; tạo bơm tống thuốc và thay đổi đích tác dụng của kháng sinh [10]. Sinh enzym phân hủy kháng sinh Vi khuẩn K.pneumoniae có khả năng sinh ra enzym beta-lactamase phổ mở rộng Trung tâm DI & ADR Quốc gia - Tài liệu được chia sẻ miễn phí tại website CANHGIACDUOC. Các ESBL thuộc lớp A theo phân loại của Ambler, được mã hóa bằng gen trên plasmid, có khả năng phân huỷ các penicilin, cephalosporin từ thế hệ 1 tới thế hệ 4 và aztreonam, trừ carbapenem [85].
Không những tạo ra enzym ESBL phân giải các beta-lactam, K.pneumoniae còn tiết ra các carbapenemase, có khả năng phân hủy các kháng sinh carbapenem. Các carbapenemase rơi vào 3 lớp dựa vào cấu trúc phân tử theo Ambler là lớp A, B và D, trong đó lớp A và D sử dụng serine là vị trí hoạt động trong khi lớp B sử dụng ion kẽm để phân hủy cơ chất [44]. Phân loại các carbapenemase theo Ambler được trình bày ở bảng 1. Phân loại enzym beta-lactamase theo Ambler Lớp Trung tâm Loại enzym Ví dụ Cơ chất hoạt động A Serin Penicilinase SHV-1 Penicilin, cephalosporin phổ hẹp ESBL Các ESBL Các beta-lactam phổ rộng, aztreonam Carbapenemase Các KPC, Penicilin, cephalosporin, IMI cephamycin, carbapenem B Zn Carbapenemase NDM-1, Penicilin, cephalosporin, IMP, VIM, cephamycin, carbapenem C Serin Cephalosporinase AmpC Các cephalosporin.
D Serin Carbapenemase OXA-48 Penicilin, cephalosporin, cephamycin, carbapenem 5 c Những carbapenemase đáng chú ý trong lớp A bao gồm: Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC), GES, IMI, NMC-A, SFC, SME trong đó KPC là loại carbapenem phổ biến nhất trên thế giới. Các KPC có khả năng phân hủy penicilin, cephalosporin, cephamycin, carbapenem, monobactam, và chỉ bị ức chế một phần bởi acid clavulanic, tazobactam, acid boronic, avibactam [60], [85]. Gen mã hóa cho KPC, blaKPC, đều nằm trên plasmid nên có khả năng lây lan dễ dàng trong họ trực khuẩn đường ruột [44]. Các chủng mang gen blaKPC thường tiếp nhận thêm đề kháng với các Trung tâm DI & ADR Quốc gia - Tài liệu được chia sẻ miễn phí tại website CANHGIACDUOC.VN fluoroquinolon, aminoglycosid và trimethoprim-sulfamethoxazol, tạo ra các chủng K.pneumoniae đa kháng [44], [80], [85].
Các enzym lớp B, metallo-beta-lactamase (MBL), mặc dù là một nhóm enzym phức tạp với các cấu trúc amino acid đa dạng, nhưng có chung 3 tính chất đặc trưng: (1) khả năng phân hủy carbapenem, (2) đề kháng với các chất ức chế beta-lactamase, (3) nhạy cảm với các chất chelat (ví dụ: EDTA) do đặc tính cần ion Zn để phân hủy cơ chất [80].pneumoniae, các enzym chủ yếu trong lớp này là NDM, VIM và IMP, trong đó NDM là loại carbapenemase thường gặp nhất [60], [80].pneumoniae có MBL thường kháng với các penicilin, cephalosporin, carbapenem, nhưng còn nhạy với monobactam và không bị ức chế bởi các chất ức chế beta-lactamase hiện có [60], [44]. Các gen mã hóa VIM, IMP, NDM-1 đều được tìm thấy trên nhiều loại plasmid khác nhau. Các vi khuẩn sinh ra carbapenemase NDM-1 thường có thêm các cơ chế đề kháng khác: các beta-lactamase (AmpC, ESBL, carbapenemase khác), có enzym 16S rRNA methyltransferase giúp đề kháng aminoglgycosid, yếu tố quyết định đề kháng quinolon, các enzym thay đổi cấu trúc macrolid và rifampicin [60]. Loại carbapenemase duy nhất của lớp D được tìm thấy trên K.pneumoniae là OXA-48 và các dẫn xuất [60].
OXA-48 chỉ phân hủy hoàn toàn được penicilin phổ hẹp, tác dụng yếu trên carbapenem và không tác dụng trên cephalosporin phổ mở rộng [44], [60], [80], [85]. Gen blaOXA-48 mã hóa OXA-48 nằm trên plasmid, giúp cho enzym này phát tán giữa các vi khuẩn K.pneumoniae và những vi khuẩn đường ruột khác [80]. Bên cạnh ESBL và carbapenemase, K.pneumoniae còn sản xuất ra các enzym phân hủy các kháng sinh khác, trong đó có các enzym phân hủy fosfomycin. Ít nhất 10 loại enzym biến đổi fosfomycin đã được phát hiện, trong đó các enzym fosA, fosA3, fosA6 đã được tìm thấy trong các chủng K.
Giảm tính thấm của kháng sinh Hiện tượng đề kháng carbapenem không phải do một mình carbapenemase gây ra. Những chủng vi khuẩn sinh ESBL hoặc AmpC (một cephalosporinase) kết hợp với việc số lượng kênh porin bị giảm đi cũng dẫn tới đề kháng với carbapenem. Porin là kênh protein ở màng ngoài giúp vận chuyển các chất thân nước vào trong tế bào, bao gồm cả kháng sinh. Khi xuất hiện đột biến, kênh porin bị mất hoặc thiểu năng, dẫn đến ngăn cản sự khuếch tán kháng sinh carbapenem vào màng tế bào vi khuẩn với tốc độ Trung tâm DI & ADR Quốc gia - Tài liệu được chia sẻ miễn phí tại website CANHGIACDUOC.VN chậm đủ để ESBL và AmpC có thể phân hủy được carbapenem [44],[85],.
Vi khuẩn giảm số lượng kênh porin cũng gây giảm tính thấm với fluoroquinolon, làm kháng sinh này không thể tiếp cận được các enzym gyrase hoặc topoisomerase IV bên trong tế bào vốn là đích tác dụng của các kháng sinh nhóm fluoroquinolon. Từ đó xuất hiện đề kháng của K.pneumoniae với quinolon [58]. Tạo bơm tống thuốc Vi khuẩn có thể đề kháng với carbapenem thông qua cơ chế hình thành bơm tống thuốc. Nhiều loại bơm tống thuốc có bản chất đa thành phần, vận chuyển tích cực do đó có thể đẩy được nhiều loại kháng sinh khác nhau.
Đây cũng là cơ chế đề kháng các nhóm kháng sinh fluoroquinolon, beta-lactam, tetracyclin, aminoglycosid [10], [85]. Bơm tống thuốc RND (resistance-nodulation-cell division) là loại bơm tống thuốc có cấu trúc phức hợp 3 phần: protein màng ngoài, thành phần ở khoang chu chất và protein màng trong. Các nghiên cứu chỉ ra việc tăng biểu hiện của bơm tống thuốc này có vai trò vận chuyển kháng sinh tigecyclin ra khỏi tế bào, làm giảm nồng độ nội bào của tigecyclin, giúp cho K.pneumoniae đề kháng với tigecyclin [24],[28]. Thay đổi cấu trúc đích tác dụng K.