脓毒症是PICU常见的危重症，病死率高，临床十分棘手，但其发病机制并未十分明确。目前认为脓毒症早期，胃肠道是最容易受累的器官之一，肠道微生态在脓毒症的发生、发展及转归中起到了重要作用。其中，肠道菌群失调/移位与脓毒症关系密切，互为影响，最终导致并加剧多器官功能障碍。本文就脓毒症中肠道微生态变化及发病机制、治疗进展等方面作一综述。
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脓毒症是由感染诱导的危及生命的器官功能障碍，也是PICU常见的危重症，其病死率可高达50%[1]，对社会医疗资源及家庭经济负担产生巨大的影响。目前脓毒症发病机制并不十分明确，包括感染、炎症、免疫等各方面，此外还与肠道功能障碍及肠道菌群紊乱密切相关。越来越多的研究认为，肠道是脓毒症导致多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)的重要"始动器官"[2]。严重脓毒症和脓毒性休克时，最先受累却最迟恢复的脏器就是肠道，患者可出现肠道菌群失调、肠道功能障碍等情况，而肠道菌群失调又可加快脓毒症MODS进程[3]。近年来，肠道微环境(特别是肠道菌群)在脓毒症中的作用越来越受到重视，本文就脓毒症时肠道微生态变化的发病机制及诊断治疗进展等方面进行综述。
与人体共生的微生物种类繁多，数量巨大，包括细菌、古细菌、真菌及病毒等，共同组成了人体的微生态系统。肠道微生态是人体微生态的重要组成部分，也是肠道菌群与人体相互作用的统一体，与人体健康或疾病密切相关。人体肠道微生态由肠道、肠上皮细胞、肠道分泌物、肠道中的各种营养物质以及肠道菌群构成，其中肠道菌群最为重要。肠道菌群具有重要的生理作用，有助于营养物质消化吸收及防止外袭菌定植，而且还参与维持正常的肠道屏障和机体免疫功能，对保持机体健康具有重要意义[4]。
定植于人体胃肠道的微生物被称为肠道菌群，它是人体微生物群中最大的微生物群落，具有数量大、多样性、复杂性和动态性的特点，有助于维持人体代谢、免疫、内分泌等生理功能[5]。肠道菌群种类繁多，总数可高达1×1014，约为人体细胞总数的10倍[6,7]。肠道菌群多达1 000余种，包括近200万个基因，远远超过了人体的基因数量[8,9]，包含14个菌门，其中绝大多数菌种属于拟杆菌门和厚壁菌门，而变形菌门、放线菌门、梭杆菌科等占比较少；在种属水平上，肠道菌群又分为3个肠型，分别以拟杆菌属、普雷沃菌属及瘤胃球菌属为主要菌属[10]。根据不同的致病性，肠道菌群分为：(1)有益菌/共生菌：此类细菌数量大，对人体无害，具有营养、免疫、生物拮抗等作用，如双歧杆菌、消化球菌等；(2)中间菌/双向菌：其数量介于有益菌和有害菌之间，作用也是双向的，在特定条件下可致病，如大肠埃希菌、链球菌等；(3)有害菌/抗生菌：其数量少，如数量超过一定范围即可致病，如葡萄球菌、假单胞菌等[11]。生理状况下，肠道菌群存在"自我稳态"平衡，维持着人体的健康，正常的肠道菌群可以通过营养竞争来抵抗外来菌群的定植，如大肠杆菌可以通过竞争糖类营养抑制艰难梭菌[12]；而在危重疾病状态下，这种平衡被打破，导致肠道菌群的种类、数量、比例、定位等方面均发生变化[13]。
目前研究认为，母体内胎儿的肠道就有少量细菌定植；出生后，婴儿肠道开始出现外界微生物；2~3岁后，儿童的肠道菌群才与成人相似，达到相对稳态[14]。肠道菌群参与机体多种生理活动，具有重要的生理意义，主要表现为：(1)肠道菌群可以在肠道内形成生物屏障，保证肠壁的完整，并通过占位效应、营养竞争以及所分泌的各种代谢产物和细菌素等各种机制，抑制致病菌的过度生长，如乳酸杆菌不仅能抑制肠道内致病菌的黏附与侵袭，而且可以促进肠内其他有益菌生长，改善肠壁屏障功能[15]；(2)参与肠道内分泌功能的调控，促进营养物质的代谢、吸收，如拟杆菌可转运和分解多种多糖，辅助营养物质的消化吸收[16]；(3)调节免疫功能，促进免疫系统的发育。肠道菌群可通过增强黏液分泌和产生抗菌肽来调节先天免疫；也可通过产生代谢产物(如短链脂肪酸)，增强黏膜屏障功能[17]。
国外研究发现，婴幼儿肠道菌群演变大致分为发育阶段、过渡阶段和稳定阶段[18]，并由许多内在和外在因素共同塑造。喂养方式、环境、年龄、疾病、药物及遗传等均是儿童肠道菌群的重要影响因素。
是影响婴儿期肠道菌群发展的主要因素。母乳是肠道最早定植细菌的来源，可以为婴儿提供多达8×105 CFU/d(约800 mL/d)的细菌[19]。研究发现，母乳喂养的婴儿肠道中双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌等有益菌的丰度较高，而大肠杆菌等致病菌的丰度较低[18]。母乳中具有生物活性的物质，如乳铁蛋白、分泌型IgA、溶菌酶等能够调节肠道菌群，为肠道营造最适宜的微环境。
新生儿肠道菌群往往受分娩方式、胎龄等因素的影响。自然分娩新生儿的肠道菌群类似于母亲阴道菌群，而剖宫产新生儿肠道菌群更接近母亲皮肤菌群[20]。与足月儿相比，早产儿肠道细菌的种类减少90%，且肠道内潜在致病菌的相对丰度更高[21]。婴幼儿期食物逐渐接近成人，肠道菌群的多样性和丰度也不断增加，3岁以上儿童肠道菌群才表现出与成人相同的多样性，肠道功能逐渐趋于稳定。
不同种族人群拥有不同的肠道菌群特征，遗传因素可影响肠道菌群的组成和结构。有研究发现，部分肠道细菌有遗传现象，遗传因素对肠道菌群的影响具有特异性[22]。也有研究发现，双胞胎比随机2个孩子的肠道菌群更相似，而同卵双胞胎又比异卵双胞胎更相似[22,23]。但是，人类遗传基因与肠道细菌之间的关系极其复杂，还需更多研究阐明这些可能的机制。
药物使用，尤其是抗生素，会对肠道菌群造成严重的影响。抗生素应用可直接影响儿童肠道菌群的建立和发育，不同的抗生素种类、使用剂量、给药方式和用药时间的差异对肠道菌群的影响程度也有所不同。大量研究证实，应用抗生素会降低其肠道菌群的稳定性、多样性，促进机体的炎症反应[24]。抗生素所致的肠道菌群紊乱，严重者可引起伪膜性肠炎，合并肠穿孔、脓毒性休克等严重并发症，甚至危及生命。
脓毒症相关的胃肠功能障碍与肠道微生态失衡密不可分，此时胃肠道出现肠屏障破坏、菌群失衡、肠道动力障碍，临床表现为喂养不耐受、腹胀、肠鸣音消失、胃肠道出血及麻痹性肠梗阻等症状。
肠道屏障主要由机械屏障、化学屏障、生物屏障和免疫屏障四部分组成，各屏障结构不尽相同，通过各种作用机制结合在一起，共同抵抗化学、物理和病原微生物的伤害，保持肠内环境的稳定。组织灌注减少是脓毒症的一个重要特征，肠道可出现缺血、缺氧及微循环障碍，进而使肠道黏膜破坏。此时肠道黏膜中损伤相关分子、病原微生物、脂多糖等增多，促进炎症细胞聚集，并产生大量炎症因子，使得肠道通透性增加，增加了细菌移位的风险[27]。还有研究发现，脓毒症患者肠上皮细胞凋亡显著增加，肠道黏膜通透性增加，肠道菌群的多样性显著下降，致病菌群过度生长[28]。
肠道菌群失调是指由于内外环境变化引起的肠源细菌失衡、细菌数量变化和肠道细菌移位的病理状态[29]。脓毒症患者的肠道微环境被破坏，肠道菌群比例和数量会发生明显改变，主要表现为肠内有益菌减少，而肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、变形杆菌等肠内条件致病菌取代肠内原有优势菌而大量增殖。国内学者对脓毒症患儿肠道菌群进行测序分析发现，脓毒症患儿的肠道菌群多样性明显减少，其中肠球菌胆固醇水平明显升高，并与血液感染指数呈正相关；而双歧杆菌的胆固醇水平则明显降低，与血液感染指数呈负相关[12]。也有研究认为，与非脓毒症患者相比，脓毒症患者肠道菌群的多样性并无变化，但肠道菌群组成结构却发生了改变[30]。此外，脓毒症时肠道通透性增加，肠内细菌移位也可造成菌血症，促进病情进一步加重。细菌移位是指肠腔内的细菌或内毒素穿过肠黏膜屏障，通过肠系膜淋巴结、门静脉系统进入体循环以及肝、肺等远隔器官的过程。因此，肠道菌群也被认为与远隔器官病变有关，关于"肠-肺"轴、"肠-肝"轴、"肠-脑"轴等的研究结果提示，肺、肝、脑等器官的损伤与肠道菌群变化存在密切相关性[31,32,33]。
脓毒症导致肠道菌群失调的病理机制目前尚不明确，其可能机制包括以下方面。
脓毒症时，外源性致病微生物或毒素既可直接攻击肠黏膜上皮，也会诱导肠黏膜上皮的炎症反应。动物模型研究提示，脓毒症小鼠肠黏膜中大量炎症细胞浸润，并发现肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、白细胞介素-6等促炎因子持续高水平表达，而肠黏膜修复因子如转化生长因子-β1和三叶肽因子3表达下降[34]。肠上皮炎症反应可导致肠黏膜上皮细胞的坏死、脱落及凋亡，肠黏膜不易迅速重建修复，最终导致菌群失调。此外，脓毒症诱导的炎症反应累及肠道后，肠道黏膜中的吞噬细胞在吞噬和分解病原体的过程中会产生大量的活性氧，可引起肠上皮氧化应激反应[35]，使得肠道菌群失去定植能力，并向肠外移位。
肠道免疫系统由肠道内的免疫细胞、免疫分子以及肠淋巴结等组成。脓毒症大鼠模型发现，脓毒症可导致肠道淋巴结中淋巴细胞总数、T细胞(CD4+/CD8+)和B细胞比例及数量、肠黏膜内分泌型IgA含量均明显减少，T细胞凋亡增加[36]，可引起肠道菌群失调而发生肠源性感染。
脓毒症时，炎症因子浸润肠道并释放抑制性神经递质如一氧化氮、血管活性肠多肽等物质，可影响消化道肌肉收缩力，并造成肠道动力减退。研究发现脓毒症可损伤肠道平滑肌中Cajal细胞，导致肠管扩张，小肠动力下降、肠道平滑肌自主收缩频率和波幅明显降低[37]。消化道动力下降后，可导致肠道内食物残渣及细菌清除减少、肠腔内细菌过度繁殖。
为保证心、脑等重要器官的血供及氧供，脓毒症患者血液会重新分布，肠道血管会痉挛性收缩，肠道灌注减少，肠道微循环会发生障碍。国外学者通过激光内镜研究发现，脓毒症患者消化道黏膜中的毛细血管密度和平均血管直径均显著降低，胃肠道毛细血管内血液瘀滞[38]。肠道微循环障碍可造成肠黏膜溃疡、脱落，继而导致肠道菌群失调。
药物应用也是肠道菌群失调的机制之一，非甾体抗炎药和肠外营养可增加肠道通透性；抗生素、皮质类固醇和阿片类等可促进肠道菌群移位；镇静剂、儿茶酚胺等可增加细菌毒力[39]。肠道菌群失调的脓毒症患者还可能存在相关基因的变异，但未得到明确证实。
目前抗生素是脓毒症的主要治疗手段，但长期大剂量应用可引起各种不良反应，如过敏、消化道反应、肝肾功能损伤及细菌耐药等并发症。抗生素(尤其是广谱抗生素)的应用可减少肠道微生物种类的多样性，降低肠道微生物功能的多样性，使得肠道共生菌对抗病原微生物定植的能力降低，同时增加了耐药基因在肠道微生物群中的传播。国内研究显示，危重患者出现重度肠道菌群失调时，若调整或停用抗生素后，腹泻症状缓解，粪检恢复正常；若继续使用抗生素，部分患者可进展为多器官功能衰竭[40]。因此，临床医师应严格掌握抗生素的使用指征，合理应用抗生素，避免长期联合使用。待明确病原微生物及药敏结果后，及时调整抗生素，尽可能使用有针对性的窄谱抗菌药物。
益生菌可影响肠道菌群组成，改善肠道免疫反应，保护肠上皮细胞和肠黏膜屏障，减轻腹痛、腹泻等临床症状。益生菌也可以促进肠黏膜分泌型IgA的分泌，阻止致病菌定植，维持肠道菌群稳态[41]。国外研究发现，给予危重脓毒症患儿7 d的益生菌后，虽病死率无显著改变，但患儿促炎因子水平降低，抑炎因子水平升高[42]。因此，益生菌的早期应用可以加速脓毒症患者的肠道菌群恢复，提高机体免疫力，改善肠道功能。
粪菌移植的目的是将健康人粪便中的功能菌群移植到患者消化道内，重建新的肠道菌群。有研究认为，粪菌移植能治疗耐药菌感染与腹泻等疾病，同时通过利用肠道微生物群可以抵消生态失调，也可用于脓毒症的治疗[43]。目前有关粪菌移植治疗脓毒症的报道，大多是个例报道，国内学者报道合并多器官功能衰竭及严重腹泻的脓毒症患者在接受粪菌移植后，临床症状得到缓解，且粪便菌群分析显示肠道中厚壁菌门细菌数量显著增加，机会致病菌数量减少，血液炎症指标水平亦快速下降[44]。但也有研究认为，粪菌移植会引入新的细菌群，可能导致过度的免疫反应，破坏黏膜的完整性，促使炎症性肠病的发生[45]。近年来，粪菌移植作为脓毒症治疗的新方法之一，相关的伦理问题尚存在争议，且其机制需要进一步探讨，还需要广泛的高质量临床研究来证明其疗效。
危重患者禁食后可出现肠道机械、生物及免疫屏障不同程度的功能障碍，是引起肠道菌群失调及细菌移位的重要原因之一。肠内营养有利于刺激肠蠕动及肠道功能的恢复，目前认为，在没有禁忌证的情况下，在入住ICU后应早期给予肠内营养。动物实验显示肠内营养有助于维持肠道微生物正常组成，而全肠外营养导致黏膜屏障功能紊乱及细菌移位[46]。近年来，多数研究认为早期开始肠内营养是防止肠道菌群失调的重要措施，有利于改善患者预后。
近年来，肠道微生态的相关研究越来越多，其在脓毒症发生发展中的作用也逐渐受到重视，但目前尚不十分明确。随着医学研究的发展，相信肠道微生态与脓毒症的关系会更加清晰。在脓毒症的治疗过程中，早期识别肠道微生态紊乱、尽早恢复肠道微生态平衡，将成为治疗脓毒症的重要方法，对改善脓毒症患者的预后具有重要意义。
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