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為什麼燒燙傷容易被細菌感染?或許是腸內細菌的背叛

細菌感染是燒燙傷患者的噩夢。傳統的理論認為,人體失去了皮膚的屏障,使得環境和醫療器械上的細菌大舉入侵,再隨著血液感染全身,最終惡化成敗血症。

你也有份嗎?腸道菌

今年7月,美國喬治亞健康科學大學(Georgia Regents University)的Zachary M. Earley學者團隊,提出了嶄新的觀點,認為肆虐在傷者們體內的細菌並非是外界的入侵者,而是體內平常與我們和平共存的腸道菌,趁著宿主虛弱大舉反叛,全面襲擊的後果 [1]。

口腔是人體裡少數能接觸到外界的開口,而吃飯時都會順便把細菌吃進肚子裡,如果細菌穿越腸壁進入人體,那可就糟了,那人體是怎麼預防的呢?細菌跟人類一樣,有著許多的族群,其中有致病的害菌,也有抑制害菌的益生菌,而腸道像是運作良好的城市,害菌和益生菌維持一定的比例。而對細菌來說,腸壁是個難以穿越的圍牆,有著良好的屏蔽性,許多的蛋白質(如:tight junction)填補了任何可能讓細菌突破的縫隙,避免細菌穿越腸壁進入人體。

而嚴重的燒傷會損害全身所有的器官,即便遠離皮膚的腸道。嚴重的燒燙傷會引起劇烈的發炎反應,風暴般的白血球和發炎物質奔襲全身,所到之處無不摧枯拉朽。暴增的發炎物質刺激腸道血管,血管猛然地收縮,接續的反應如骨牌效應似地引發,小腸細胞紛紛死亡,平時無堅不催的腸壁,也隨著細胞失去生命後跟著倒下。更糟的是,小腸細胞的屍體成了滋養細菌的食物,遍地的細胞殘屍和劇變的環境,也牽動了害菌和益生菌族群間的變化 [2, 3]。

broken wall

Source from Jim Barton

為了證明上述的故事,Zachary M. Earley等人和芝加哥洛約拉大學醫學中心(Loyola University Medical Center)合作,分別取得燒燙傷者的糞便樣本,並萃取樣品內細菌的DNA和RNA,藉此分析傷患的腸道菌落。而燒燙傷者分為二組,嚴重燒燙傷組的4名患者,其燒傷面積為25%;32%;44%;57%,分別在傷後5-17天進行多次採樣。控制組的8名患者燒傷的面積,皆小於10%。

結果猶如研究員們當初的假設,有三種細菌的比例在兩組燒燙傷者體內有明顯的差異。其中腸道菌科,嚴重燒燙傷組的31.9%,遠高於控制組的0.5%。而腸道菌科是普遍導致院內感染的兇手(如志賀菌/Shigella及克雷白氏桿菌/Klebsiella),研究員也因此證明,在嚴重燒燙傷患者的腸道中,有致命的細菌在傷後迅速的崛起。

控制組 嚴重燒燙傷組
腸道菌科(Enterobacteriaceae 0.5% 31.9%
類桿狀菌科(Bacteroidaceae 40.3% 19.3%
瘤胃菌科(Ruminococcaceae 17.5% 1.8%

除了人體的結果,研究員也設計了動物實驗。研究員餵食帶有綠色螢光的微粒,居然在實驗組的動物血液裡偵測到隱隱的綠光,而原本應該無菌的小腸淋巴結(mesenteric lymph nodes),在經歷嚴重燒燙傷後,卻培養出了細菌。長滿菌落的培養皿顯示了經歷了重大浩劫的小腸,昔日保護身體的銅牆鐵壁,如今就只剩下殘垣斷瓦了(結果顯示屏蔽性降低了約30%)。

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菌落示意圖. Source from Nathan Reading

在該研究的文末,研究員認為若能確定腸道細菌才是導致敗血症的主要兇嫌,或許可使用細菌界的「自然生態工法」,引入益生菌改變腸道的菌落組成,以益生菌的數量優勢來壓制有害菌。

筆者的感慨:燒燙傷真的是非常難以應付,上文提及的4名嚴重燒燙傷的傷者,最終只有燒傷面積最小的傷者存活,其餘皆在研究期間因敗血症而離世,令人感到五味雜陳。願台灣的醫者、傷者及家屬朋友們,一日比一日更有勇氣面對未來。

註:嚴重燒傷的患者若死亡,約75%的死因是因為細菌感染而致命的 [4]。

參考文獻

  1. Zachary M. Earley, Suhail Akhtar, Stefan J. Green, Ankur Naqib, Omair Khan, Abigail R. Cannon, Adam M. Hammer, Niya L. Morris, Xiaoling Li, Joshua M. Eberhardt, Richard L Gamelli, Richard H. Kennedy, Mashkoor A. Choudhry (2015) Burn Injury Alters the Intestinal Microbiome and Increases Gut Permeability and Bacterial Translocation. PLoS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0129996
  2. Mingzhang Guo, Sarah Y. Yuan, Chongxiu Sun, Bert J. Frederich, Qiang Shen, Danielle L. McLean, and Mack H. Wu (2013) Role of Non-muscle Myosin Light Chain Kinase in Neutrophil-mediated Intestinal Barrier Dysfunction During Thermal Injury. Shock. 38(4), 436-443
  3. Magnotti LJ, Deitch EA. (2005) Burns, bacterial translocation, gut barrier function, and failure. Journal of Burn Care & Research 26, 383–391. DOI: 10.1097/01.bcr.0000176878.79267.e8
  4. Church D, Elsayed S, Reid O, Winston B, Lindsay R. (2006) Burn wound infections. Clinical Microbiology Reviews 19, 403–434. DOI: 10.1128/cmr.19.2.403-434.2006

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關於作者

Chiang Wei-Lun

蔣維倫。喜歡虎斑、橘子、白底虎斑、三花貓。曾意外地先後收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學PanSci專欄作家、故事專欄作家、udn鳴人堂專欄作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。
文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9
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