Nội độc tố vi khuẩn là gì? Vì sao gây viêm và suy giảm miễn dịch

Nội độc tố vi khuẩn là gì? Đây là một trong những tác nhân có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hệ miễn dịch của cơ thể, vừa đóng vai trò kích hoạt phản ứng bảo vệ, vừa có thể gây ra những rối loạn nguy hiểm nếu đáp ứng miễn dịch bị quá mức. 

Nội độc tố vi khuẩn là gì?

Nội độc tố vi khuẩn (endotoxin), chủ yếu là phân tử lipopolysaccharide (LPS), là một độc tố có nguồn gốc từ thành tế bào của vi khuẩn Gram âm như E. coli, Salmonella, Pseudomonas ... Khác với ngoại độc tố được bài tiết ra ngoài, nội độc tố của vi khuẩn gắn chặt vào màng ngoài của vi khuẩn và chỉ được phóng thích ồ ạt khi vi khuẩn chết đi hoặc bị phá vỡ.

Khi vào máu, LPS liên kết với các protein vận chuyển và trở thành tín hiệu cảnh báo khẩn cấp, kích hoạt một cơn bão phản ứng viêm trong hệ miễn dịch. Đây chính là cơ chế then chốt dẫn đến các tình trạng nguy hiểm như sốc nhiễm khuẩn (septic shock) trong nhiễm trùng huyết.

Khi thực hiện nghiên cứu tổng quan hệ thống từ các bằng chứng đã được công bố về vai trò của LPS trong các bệnh viêm (2025), tác giả Priyanka Arya và cộng sự ghi nhận nội độc tố không chỉ tấn công tế bào miễn dịch mà còn gây rối loạn chức năng tế bào nội mô lót mạch máu, làm tăng tính thấm thành mạch, dẫn đến phù nề và suy đa tạng. Vai trò của LPS thể hiện rõ ở hai khía cạnh:

• Cấp tính: Gây phản ứng viêm quá mức, sốc nhiễm khuẩn.
• Mạn tính: Hiện diện lâu dài của LPS thúc đẩy viêm kéo dài, dẫn đến tổn thương mô, thúc đẩy xơ vữa động mạch, kháng insulin, bệnh gan nhiễm mỡ, bệnh tim mạch, ung thư, thoái hóa thần kinh và các rối loạn chuyển hóa khác.

Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của nội độc tố

Nội độc tố không phải là chất do vi khuẩn chủ động tiết ra như nhiều độc tố vi khuẩn khác, mà là thành phần cấu trúc gắn liền với vách tế bào của vi khuẩn Gram âm. Khi vi khuẩn chết, bị phá hủy hoặc phân chia, nội độc tố của vi khuẩn sẽ được giải phóng ra môi trường xung quanh và xâm nhập vào cơ thể người.

Về bản chất hóa học, nội độc tố chủ yếu là lipopolysaccharide (LPS) – một phân tử phức hợp gồm lipid và polysaccharide, nằm ở lớp màng ngoài của vi khuẩn Gram âm. Cấu trúc LPS gồm ba phần chính. Phần lipid A là thành phần quan trọng nhất, quyết định độc tính sinh học và khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch.

Phần lõi polysaccharide nằm ở giữa, có chức năng liên kết lipid A với chuỗi đường bên ngoài, góp phần ổn định cấu trúc của nội độc tố của vi khuẩn. Trong khi đó, chuỗi O-antigen là phần polysaccharide kéo dài ra ngoài bề mặt vi khuẩn, có tính biến đổi cao giữa các chủng khác nhau, giúp vi khuẩn né tránh hệ miễn dịch của vật chủ.

Chính cấu trúc hóa học đặc thù này khiến nội độc tố trở thành một dạng độc tố vi khuẩn có khả năng gây đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ. Khi xâm nhập vào cơ thể, LPS dễ dàng được các tế bào miễn dịch nhận diện, từ đó kích hoạt hàng loạt phản ứng viêm.

Cơ chế tác động lên hệ miễn dịch của nội độc tố vi khuẩn

 Nội độc tố vi khuẩn, chủ yếu là lipopolysaccharide (LPS) của vi khuẩn Gram âm, có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch rất mạnh ngay cả khi chỉ hiện diện với nồng độ thấp. Cơ chế tác động của nội độc tố không mang tính đặc hiệu với một loại vi khuẩn riêng lẻ, mà ảnh hưởng rộng lên toàn bộ hệ thống miễn dịch bẩm sinh của cơ thể.

Nhận diện nội độc tố bởi hệ miễn dịch bẩm sinh

Khi xâm nhập vào máu hoặc mô, LPS nhanh chóng được các tế bào miễn dịch như đại thực bào, bạch cầu đơn nhân và tế bào tua nhận diện. Cụ thể, lipid A – phần quyết định độc tính của LPS – sẽ gắn với phức hợp thụ thể CD14, MD-2 và Toll-like receptor 4 (TLR4) trên bề mặt tế bào miễn dịch.

TLR4 là thụ thể trung tâm trong đáp ứng miễn dịch với nội độc tố. Nghiên cứu của Chu và cộng sự (1999) cho thấy, chuột thiếu TLR4 gần như không có phản ứng viêm khi tiếp xúc với LPS, khẳng định vai trò then chốt của con đường này trong nhận diện nội độc tố vi khuẩn.

Kích hoạt tín hiệu viêm và sản xuất cytokine

Sau khi LPS gắn vào TLR4, một chuỗi tín hiệu nội bào được kích hoạt, đặc biệt là các con đường NF-κB và MAPK. Kết quả là tế bào miễn dịch sản xuất và giải phóng hàng loạt cytokine tiền viêm như TNF-α, IL-1β, IL-6 và interferon.

Nồng độ TNF-α và IL-6 tăng cao ở bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết do vi khuẩn Gram âm và mức tăng này có tương quan với mức độ nặng của bệnh. Điều này giải thích vì sao nội độc tố vi khuẩn có thể gây sốt, mệt mỏi, đau nhức toàn thân và trong trường hợp nghiêm trọng là sốc nhiễm khuẩn.

Ảnh hưởng đến cân bằng miễn dịch và tổn thương mô

Ở mức độ vừa phải, phản ứng miễn dịch do nội độc tố kích hoạt có vai trò bảo vệ, giúp cơ thể nhanh chóng tiêu diệt vi khuẩn xâm nhập. Tuy nhiên, khi nội độc tố xuất hiện với số lượng lớn hoặc hệ miễn dịch phản ứng quá mức, đáp ứng viêm trở nên mất kiểm soát.

Nghiên cứu của Cohen (2002) chỉ ra rằng, tình trạng “bão cytokine” do LPS có thể gây giãn mạch toàn thân, tăng tính thấm thành mạch, rối loạn đông máu và tổn thương đa cơ quan. Đây chính là cơ chế bệnh sinh cốt lõi của nhiễm trùng huyết và sốc nhiễm khuẩn.

Tác động lâu dài lên hệ miễn dịch

Ngoài phản ứng viêm cấp tính, nội độc tố còn có thể gây hiện tượng “dung nạp LPS” (endotoxin tolerance). Theo đó, sau khi tiếp xúc lặp đi lặp lại với LPS, tế bào miễn dịch giảm khả năng đáp ứng viêm. Hiện tượng này vừa có lợi trong việc hạn chế viêm quá mức, vừa có hại vì làm suy yếu khả năng chống lại các nhiễm trùng thứ phát.

Phân biệt nội độc tố và ngoại độc tố vi khuẩn

Bảng so sánh dưới đây giúp phân biệt rõ hai loại độc tố vi khuẩn:

Trong thực hành y học, việc phân biệt nội độc tố và ngoại độc tố vi khuẩn có ý nghĩa quan trọng trong chẩn đoán và điều trị. Nếu ngoại độc tố thường gây bệnh lý đặc hiệu và có thể phòng ngừa bằng vaccine, thì nội độc tố vi khuẩn lại là nguyên nhân chính gây nhiễm trùng huyết và sốc nhiễm khuẩn – những tình trạng đe dọa tính mạng và cần xử trí cấp cứu kịp thời.

Làm thế nào phát hiện và đo lượng nội độc tố vi khuẩn?

Việc phát hiện và định lượng nội độc tố vi khuẩn có ý nghĩa rất quan trọng trong y học, dược phẩm và thiết bị y tế, bởi chỉ một lượng nhỏ nội độc tố cũng có thể kích hoạt phản ứng viêm mạnh hoặc gây sốc nhiễm khuẩn. Dưới đây là các phương pháp phổ biến, giúp xác định sự hiện diện và mức độ của nội độc tố một cách chính xác.

Thử nghiệm LAL (Limulus Amebocyte Lysate) – phương pháp tiêu chuẩn

Thử nghiệm LAL là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để phát hiện nội độc tố vi khuẩn. Phương pháp này dựa trên phản ứng đông tụ của lysate từ tế bào amebocyte của cua móng ngựa (Limulus polyphemus) khi tiếp xúc với lipopolysaccharide (LPS).

LAL có độ nhạy rất cao, có thể phát hiện nội độc tố ở nồng độ cực thấp (đơn vị endotoxin units – EU). Do đó, LAL được các cơ quan quản lý như FDA và dược điển châu Âu chấp nhận để kiểm tra nội độc tố trong thuốc tiêm, dịch truyền và vaccine.

Các biến thể chính của LAL gồm:

• Gel-clot: Xác định có hay không nội độc tố;
• Turbidimetric: Đo độ đục để định lượng;
• Chromogenic: Đo cường độ màu, cho kết quả định lượng chính xác hơn.

Phương pháp rFC – xu hướng thay thế hiện đại

rFC (recombinant Factor C) là phương pháp mới sử dụng yếu tố C tái tổ hợp thay vì chiết xuất từ cua móng ngựa. Cơ chế vẫn dựa trên khả năng nhận diện đặc hiệu LPS, nhưng có ưu điểm là tính bền vững sinh học cao và giảm phụ thuộc vào nguồn động vật.

rFC có độ nhạy và độ đặc hiệu tương đương hoặc cao hơn LAL trong việc phát hiện nội độc tố vi khuẩn, và đang được khuyến khích sử dụng trong ngành dược phẩm hiện đại.

Đo gián tiếp qua đáp ứng miễn dịch

Trong lâm sàng, nội độc tố đôi khi được đánh giá gián tiếp thông qua các dấu ấn sinh học phản ánh đáp ứng viêm của cơ thể. Nồng độ các cytokine như TNF-α, IL-6 hoặc procalcitonin thường tăng cao khi cơ thể tiếp xúc với nội độc tố của vi khuẩn Gram âm.

Tuy nhiên, phương pháp này không đo trực tiếp lượng nội độc tố mà chỉ phản ánh hậu quả sinh học của nó, do đó chủ yếu được sử dụng để đánh giá mức độ nặng của nhiễm trùng hoặc nhiễm khuẩn huyết.

Các kỹ thuật nghiên cứu chuyên sâu

Một số phương pháp như sắc ký, khối phổ hoặc xét nghiệm miễn dịch (ELISA đặc hiệu LPS) có thể được sử dụng để phân tích cấu trúc và định lượng nội độc tố. Dù có độ chính xác cao, các kỹ thuật này đòi hỏi trang thiết bị phức tạp và ít được áp dụng trong thực hành thường quy.

Cách phòng tránh và giảm thiểu tiếp xúc với nội độc tố vi khuẩn

Mặc dù không dễ loại bỏ hoàn toàn nhưng có nhiều biện pháp giúp giảm thiểu tác động của nội độc tố vi khuẩn lên sức khỏe, cụ thể:

• Củng cố hàng rào bảo vệ tự nhiên – sức khỏe đường ruột: Đây là biện pháp phòng ngừa chủ động quan trọng nhất. Một chế độ ăn giàu chất xơ hòa tan (từ rau củ, yến mạch), kết hợp với thực phẩm lên men (sữa chua, kim chi) cung cấp probiotic, giúp duy trì hệ vi sinh khỏe mạnh và củng cố hàng rào ruột. 
• Tuân thủ vệ sinh và kiểm soát nhiễm khuẩn: Rửa tay thường xuyên, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và nguồn nước sạch. Tuân thủ nghiêm ngặt quy trình kiểm soát nhiễm khuẩn bệnh viện, đặc biệt với các thủ thuật xâm lấn, để ngăn ngừa nhiễm trùng bệnh viện – nguồn phát tán nội độc tố nguy hiểm.
• Giảm thiểu tiếp xúc từ môi trường: Nội độc tố có mặt trong bụi nhà, đặc biệt ở những nơi ẩm thấp, thảm trải sàn. Do đó nên vệ sinh nhà cửa thường xuyên, dùng máy lọc không khí HEPA và đảm bảo thông thoáng là biện pháp hữu hiệu.
• Tuân thủ quy chuẩn nghiêm ngặt trong sản xuất dược phẩm: Trong sản xuất thuốc tiêm và vật liệu y sinh, việc tuân thủ giới hạn nội độc tố theo quy định của FDA, USP là bắt buộc để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Nhìn chung, phòng tránh và giảm thiểu tiếp xúc với nội độc tố vi khuẩn đòi hỏi sự kết hợp giữa vệ sinh cá nhân, an toàn thực phẩm, môi trường sống – làm việc lành mạnh và chăm sóc sức khỏe chủ động. Những biện pháp này không chỉ giúp giảm nguy cơ phơi nhiễm nội độc tố mà còn góp phần bảo vệ hệ miễn dịch và nâng cao chất lượng sống.

Tóm lại, hiểu rõ nội độc tố vi khuẩn là gì không chỉ giúp chúng ta nhận diện chính xác mối nguy tiềm ẩn từ vi khuẩn Gram âm, mà còn nâng cao ý thức phòng ngừa và bảo vệ sức khỏe một cách chủ động. Đây chính là nền tảng quan trọng giúp cơ thể chống chọi hiệu quả với bệnh tật và duy trì sức khỏe bền vững lâu dài.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Bacterial endotoxin-lipopolysaccharide role in inflammatory diseases: An overview – PMC
• The structural basis of LPS recognition by the TLR4-MD-2 complex
• Pathological and Therapeutic Approach to Endotoxin-Secreting Bacteria Involved in Periodontal Disease
• Effects of a multi-strain probiotic supplement for 12 weeks in circulating endotoxin levels and cardiometabolic profiles of medication naïve T2DM patients: a randomized clinical trial – PubMed