Nhiễm khuẩn đường tiết niệu (NKĐTN) là một bệnh lý rất phổ biến, theo thống kê một phần hai số phụ nữ sẽ mắc ít nhất một lần viêm bàng quang trong đời và một phần ba trong số họ sẽ từng bị một lần trước 24 tuổi. Tại Anh, nhiễm khuẩn đường tiết niệu dưới chiếm 22% (tương đương 7 triệu đơn thuốc) trong tổng số thuốc kháng sinh được kê đơn trong giai đoạn 2019 đến 2020, và 41% trong số đó được kê cho người trên 70 tuổi.
Các kỹ thuật tiêu chuẩn hiện tại để chẩn đoán nhiễm khuẩn đường tiết niệu
Trên lâm sàng để chẩn đoán nhiễm khuẩn đường tiết niệu có thể được xác định thông qua việc hỏi bệnh sử và đánh giá các triệu chứng hiện tại trên bệnh nhân. Theo hướng dẫn gần đây nhất của NICE (the National Institute for Health and Care Excellence), nên bắt đầu điều trị bằng kháng sinh theo kinh nghiệm ở phụ nữ dưới 65 tuổi nếu họ có hai hoặc nhiều triệu chứng đường tiết niệu điển hình như: tiểu đau, tiểu đêm mới xuất hiện, hoặc nước tiểu đục, mà không cần phải thực hiện xét nghiệm nước tiểu bằng que thử. Ngoài việc sử dụng que thử nước tiểu, để chuẩn đoán NKĐTN ‘tiêu chuẩn vàng’ vẫn là nuôi cấy nước tiểu.
Que thử nước tiểu (Urine dipstick)
Que thử nước tiểu được sử dụng để phát hiện nhanh Nitrit và men esterase do bạch cầu (leucocyte esterase) sinh ra trong nước tiểu, là dấu hiệu cho thấy có sự hiện diện của vi khuẩn và bạch cầu (hay còn gọi là mủ niệu) trong nước tiểu. Giá trị chẩn đoán của que thử bị hạn chế trong viêm bàng quang không biến chứng nhưng có thể hữu ích khi chẩn đoán không rõ ràng. Nghiên cứu phân tích tổng hợp của Deville et al. báo cáo độ nhạy 45-60% đối với nitrit và 48-86% đối với esterase bạch cầu để chẩn đoán nhiễm khuẩn đường tiết niệu, cho thấy mức độ nhạy tương đối thấp. Nhiều yếu tố cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả của que thăm, dẫn đến cả kết quả dương tính giả và âm tính giả. Ví dụ, các sinh vật không sản xuất nitrit, chẳng hạn như tụ cầu và enterococcus, có thể dẫn đến phản ứng âm tính giả. Phương pháp tế bào học dòng nước tiểu tự động chính xác hơn trong việc phát hiện vi khuẩn, mủ niệu, hồng cầu và tế bào biểu mô.
Nhuộm soi vi khuẩn trong nước tiểu, nuôi cấy nước tiểu định danh vi khuẩn
Các mẫu nước tiểu nghi ngờ nhiễm trùng tiểu được gửi đến phòng thí nghiệm vi sinh. Ban đầu, xét nghiệm bằng nhuộm soi vi khuẩn trong nước tiểu dưới kính hiển vi được thực hiện để phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn, quá trình này thường mất từ 1 đến 2 giờ. Nuôi cấy xác định vi khuẩn là bước tiếp theo có thể mất tới 24 giờ. Sau khi đã xác định được vi khuẩn gây bệnh, sẽ tiến hành thử nghiệm độ nhạy cảm với kháng sinh (AST), quá trình này có thể mất từ 24 đến 48 giờ. Trong trường hợp bệnh nhân có các triệu chứng không điển hình, dấu hiệu của nhiễm trùng tiểu trên hoặc viêm bàng quang phức tạp, nhiễm trùng tiểu tái phát hoặc ở bệnh nhân mang thai, nên xét nghiệm cấy nước tiểu một cách thường quy. Tuy nhiên, ở những bệnh nhân khỏe mạnh, điều trị theo kinh nghiệm được khuyến khích để tránh sự chậm trễ.
Ngưỡng chẩn đoán UTI dựa trên cấy nước tiểu thường là số lượng vi khuẩn trên 10^5 đơn vị hình thành khuẩn lạc trên mỗi mililit (CFU/ml). Các mẫu cấy có số lượng từ 10² đến 10³ CFU/ml thường không được báo cáo là dương tính trong môi trường phòng thí nghiệm tiêu chuẩn. Tiêu chí 10^5 CFU/ml bắt nguồn từ nghiên cứu ban đầu của Kass et al. từ những năm 1950, người đã mô tả lượng vi khuẩn niệu đáng kể ở phụ nữ bị nhiễm trùng đường tiết niệu trên là 10^5 CFU/ml. Mặc dù điều này chưa bao giờ được xác nhận đối với nhiễm trùng đường tiết niệu dưới, nhưng nó vẫn đang được sử dụng như một tiêu chuẩn toàn cầu để chẩn đoán UTI. Hiện nay người ta nhận thấy rằng 30-50% bệnh nhân mắc UTI đường tiết niệu dưới có nồng độ dưới 10^5 CFU/ml, điều này cho thấy một số trường hợp UTI đường tiết niệu dưới có thể được điều trị. Ngoài ra, một số vi khuẩn nhất định, chẳng hạn như E. coli gây bệnh tiết niệu, có thể hình thành các cộng đồng vi khuẩn nội bào, không bị phát hiện bằng mẫu nước tiểu giữa dòng (MSU) hoặc mẫu nước tiểu qua ống thông (CSU) thông thường.
Vi khuẩn niệu không có triệu chứng có thể bị nhầm lẫn với UTI và dẫn đến việc kê đơn kháng sinh không phù hợp. Tỷ lệ mắc UTI không triệu chứng khác nhau tùy theo nhóm bệnh nhân, từ 5-15% ở người khỏe mạnh đến 30-60% ở bệnh nhân cao tuổi sống tại các cơ sở chăm sóc dài hạn. Hơn nữa, các mẫu nước tiểu có thể vô tình bị vấy nhiễm dẫn đến kết quả dương tính giả.
Nuôi cấy nước tiểu mở rộng
Nuôi cấy nước tiểu mở rộng, trong đó nước tiểu được giữ trong nước canh nuôi cấy thay vì trên đĩa thạch tiêu chuẩn, mang lại sự thể hiện cải thiện về sự phát triển của mầm bệnh. Nếu không thấy tăng trưởng trong vòng ba ngày, thời gian nuôi cấy bệnh phẩm sẽ được kéo dài thêm ba ngày. Phương pháp nuôi cấy mở rộng cho phép phát hiện các sinh vật phát triển chậm hơn như vi khuẩn kỵ khí như lactobacillus và enterococcus. Ngoài ra, nó cho phép xác định các bệnh phẩm nhiễm nấm và cung cấp thông tin về độ nhạy cảm của mầm bệnh. Trong khi môi trường nuôi cấy tiêu chuẩn có thể phát hiện vi khuẩn phát triển nhanh như E. coli, thì mầm bệnh phát triển chậm hơn và những vi khuẩn phát triển mạnh trong điều kiện không thuận lợi có thể cần tới 5 ngày để biểu hiện sự phát triển rõ rệt. Một số mầm bệnh thậm chí có thể không bị phát hiện hoàn toàn bằng các phương pháp nuôi cấy tiêu chuẩn.
Các vấn đề tồn tại với chẩn đoán UTI hiện tại
Việc chẩn đoán nhiễm trùng đường tiết niệu (UTI) có thể đặt ra những thách thức ở cả cơ sở chăm sóc y tế ban đầu và chăm sóc phụ do tính chất không đặc hiệu của các dấu hiệu và triệu chứng. Các phương pháp chẩn đoán ‘tiêu chuẩn vàng’ thông thường có thể dẫn đến chẩn đoán quá mức và chẩn đoán dưới mức UTI. Việc xét nghiệm nuôi cấy tốn nhiều công sức và thời gian, không cho phép quản lý UTI tại điểm chăm sóc. Cần có các kỹ thuật chẩn đoán tiên tiến có thể nâng cao khả năng xác định chính xác mầm bệnh với thời gian xử lý nhanh hơn, đồng thời giảm khối lượng công việc liên quan đến kết quả mẫu âm tính.
Các kỹ thuật tiên tiến hơn
Phản ứng chuỗi polymerase
Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) là một kỹ thuật trong phòng thí nghiệm được sử dụng để khuếch đại các chuỗi DNA mục tiêu. Kể từ khi phát triển vào những năm 1980, PCR đã đạt được những tiến bộ lớn trong sinh học phân tử và di truyền. PCR cung cấp khả năng xác định nhanh chóng một mầm bệnh cụ thể với độ nhạy và độ đặc hiệu cao, đồng thời cho phép tỷ lệ phát hiện cao một mầm bệnh so với nuôi cấy nước tiểu. Hơn nữa, nó có khả năng phát hiện nhiều mầm bệnh mà phương pháp nuôi cấy nước tiểu tiêu chuẩn thường không thực hiện được. Đây là một lợi thế, vì 30-40% các ca nhiễm trùng đường tiết niệu là do nhiều loại vi khuẩn và việc phát hiện các mầm bệnh này có thể hỗ trợ điều trị bằng kháng sinh chính xác.
PCR thời gian thực có thể được sử dụng để phát hiện nhanh mầm bệnh và phát hiện sự hiện diện của các gen kháng kháng sinh đã biết. Thật không may, các kỹ thuật PCR hiện tại chỉ có thể phát hiện sự hiện diện của mầm bệnh chứ không thể phát hiện nồng độ của nó. Hạn chế này làm tăng nguy cơ phát hiện các chất gây ô nhiễm hơn là mầm bệnh thực sự. Ngoài ra, PCR không thể được sử dụng để kiểm tra độ nhạy cảm với kháng sinh và đắt hơn so với nuôi cấy nước tiểu tiêu chuẩn.
Ở Anh, xét nghiệm chẩn đoán PCR UTI chỉ được thực hiện tại các phòng thí nghiệm tư nhân. Bệnh nhân có thể yêu cầu xét nghiệm trực tuyến và nhận gói lấy mẫu mà họ yêu cầu để đăng. Vì các xét nghiệm nhóm này chỉ có thể phát hiện một nhóm mầm bệnh thường được biết đến nên chúng có thể bỏ sót tới 60% các loài chiếm ưu thế. Ngoài ra, có thể mất đến bảy ngày để bệnh nhân nhận được kết quả.
Hiện tại, vẫn chưa xác định được liệu lợi ích của xét nghiệm UTI chẩn đoán PCR có lớn hơn chi phí tài chính và hậu cần hay không.
Lai huỳnh quang tại chỗ (FISH)
Kỹ thuật lai huỳnh quang tại chỗ (FISH) sử dụng các đầu dò axit nucleic có đánh dấu huỳnh quang để lai với các trình tự gen cụ thể trên nhiễm sắc thể, cho phép phát hiện bằng kính hiển vi. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong các bệnh di truyền, lập bản đồ gen và xác định gen gây ung thư.
Bộ xét nghiệm FISH đã được phê duyệt để phát hiện mầm bệnh trong môi trường cấy máu dương tính. Những xét nghiệm này có thể giúp xác định mầm bệnh bao gồm S. tụ cầu vàng , E. faecalis , E. coli , P. aeruginosa , K. pneumoniae và nhiều loài Candida [5]. Các xét nghiệm nhanh có thể được xử lý trong vòng 20 phút với độ nhạy và độ đặc hiệu trên 96%.
Giống như PCR, FISH không thể kết hợp tính nhạy cảm với kháng sinh. Trong một nghiên cứu của Wu và cộng sự, người ta báo cáo rằng xét nghiệm FISH không xác định được một số chủng E. coli trong mẫu nước tiểu. Hạn chế này có thể là do đột biến trong RNA của E. coli , đặt ra thách thức trong việc xác định mầm bệnh đột biến [13].
Kỹ thuật phát triển mới
Cảm biến sinh học
Cảm biến sinh học là một thiết bị cảm biến phân tử được thiết kế để phát hiện các thực thể sinh học. Nó bao gồm một phần tử nhận dạng, tương tác cụ thể với chất phân tích mục tiêu và bộ chuyển đổi tín hiệu chuyển đổi tương tác này thành tín hiệu có thể đo được. Cảm biến sinh học có khả năng phát hiện và định lượng mầm bệnh và cung cấp thông tin về độ nhạy cảm với kháng sinh.
Có nhiều loại cảm biến sinh học khác nhau có sẵn. Ví dụ, cảm biến sinh học điện hóa sử dụng các đầu dò DNA cụ thể để nhắm mục tiêu RNA của vi khuẩn và cảm biến sinh học quang học được tích hợp với vi lỏng có thể tạo ra hình ảnh huỳnh quang để phát hiện mầm bệnh và độ nhạy cảm với kháng sinh.
Cảm biến sinh học rất phù hợp để thử nghiệm tại chỗ vì chúng cung cấp kết quả nhanh chóng theo thời gian thực và có độ nhạy cao, đặc biệt khi kết hợp với công nghệ vi lỏng. Chúng đóng vai trò như những công cụ phân tích thu nhỏ và chỉ yêu cầu khối lượng mẫu nhỏ, khiến chúng trở nên thân thiện và thuận tiện với người dùng.
Cần nghiên cứu sâu hơn về việc sử dụng cảm biến sinh học vì nhiều yếu tố, bao gồm phản ứng hóa học, thiết bị điện tử, công nghệ nano và vật liệu sinh học, có thể gây nhiễu. Một thách thức lớn nằm ở việc phát triển các cảm biến sinh học có khả năng phát hiện nhiều mầm bệnh và những mầm bệnh có chủng kháng thuốc. Ngoài ra, tính khả dụng của cảm biến sinh học UTI hiện còn hạn chế.
Vi lỏng
Vi lỏng là một lĩnh vực khoa học và công nghệ tập trung vào việc tạo ra các thiết bị nhỏ chứa vi kênh mà chất lỏng có thể chảy qua đó. Cơ chế vật lý đằng sau hoạt động của những thể tích chất lỏng nhỏ (femolít – fL) khá khác biệt so với các đặc điểm vật lý của thể tích chất lỏng hàng ngày. Những tính năng độc đáo này cho phép chip vi lỏng trở thành một công cụ hiệu quả và nhanh chóng trong phân tích sinh học. Một ví dụ nổi tiếng về thiết bị vi lỏng phi y tế là máy in phun, sử dụng các nguyên tắc vi lỏng để gửi chính xác những giọt mực nhỏ lên bề mặt.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vi lỏng để chẩn đoán là các thiết bị chăm sóc tại chỗ, vì một lượng nhỏ chất lỏng có thể được xử lý và phân tích nhanh hơn nhiều so với các kỹ thuật phòng thí nghiệm truyền thống. Bằng cách tích hợp cảm biến sinh học với hệ thống xử lý vi lỏng, các xét nghiệm phân tử phức tạp cần thiết để phát hiện mầm bệnh và kiểm tra độ nhạy cảm với kháng sinh có thể được thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn.
NICE xem xét việc phát triển các kỹ thuật chẩn đoán
Một ủy ban của NICE gần đây đã xem xét các bằng chứng xung quanh các xét nghiệm tại điểm chăm sóc khác nhau đối với các trường hợp nghi ngờ nhiễm trùng đường tiểu trong chăm sóc ban đầu và chăm sóc phụ. Các xét nghiệm được phân loại là nhanh (cung cấp kết quả trong vòng chưa đầy 40 phút) hoặc dựa trên nuôi cấy (cung cấp kết quả sau khoảng 16-24 giờ). Mặc dù ủy ban không khuyến nghị bất kỳ xét nghiệm nhanh nào để chẩn đoán UTI sớm, nhưng chúng cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc hướng dẫn kê đơn thuốc kháng sinh và có thể chứng minh tính hữu ích khi có thêm bằng chứng. Nghiên cứu TOUCAN ở Anh hiện đang tuyển dụng người tham gia để đánh giá các thiết bị chăm sóc tại chỗ nhằm chẩn đoán nhiễm trùng tiểu ở cơ sở chăm sóc ban đầu. Nó nhằm mục đích so sánh các thiết bị này với các phương pháp xét nghiệm tiêu chuẩn hiện hành dành cho những phụ nữ đến tư vấn bác sĩ về các triệu chứng UTI.
Ủy ban không khuyến nghị xét nghiệm tại điểm chăm sóc dựa trên nuôi cấy vì chúng mất quá nhiều thời gian (16-24 giờ) để cung cấp kết quả, điều này sẽ không cải thiện việc kê đơn kháng sinh trong chăm sóc ban đầu hoặc cộng đồng.
Trong số các xét nghiệm nhanh tại điểm chăm sóc cho thấy hứa hẹn trong việc hướng dẫn kê đơn thuốc kháng sinh là máy phân tích Astrego PA-100 với bảng PA AST U-0501 (Sysmex Astrego) và Uriscreen™ (Savyon Diagnostics), cả hai đều được cơ quan quản lý phê duyệt.
Máy phân tích dựa trên vi lỏng Astrego PA-100 phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn trong mẫu nước tiểu sau 10-15 phút. Nếu phát hiện vi khuẩn, hệ thống sẽ đánh giá độ nhạy cảm của 5 mầm bệnh tiết niệu phổ biến ( E. coli , P. mirabilis , K. pneumoniae , S. saprophyticus và E. faecalis ) đối với 5 loại kháng sinh – amoxicillin / axit clavulanic, ciprofloxacin, fosfomycin, nitrofurantoin và trimethoprim. Astrego PA-100 là xét nghiệm nhanh duy nhất hiện đang đánh giá độ nhạy cảm với kháng sinh và nó đang được đánh giá trong nghiên cứu TOUCAN ở chăm sóc ban đầu.
Uriscreen là một xét nghiệm dựa trên enzyme giúp phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn catalase trong mẫu nước tiểu, phát hiện cả vi khuẩn niệu và tiểu mủ, và có kết quả sau hai phút.
Kết luận
Lĩnh vực chẩn đoán UTI đang chứng kiến những tiến bộ đầy hứa hẹn trong các công nghệ như mảng PCR và FISH mới, cảm biến sinh học và vi lỏng. Những phương pháp tiếp cận đổi mới này có tiềm năng cải thiện đáng kể việc phát hiện vi khuẩn niệu, cho phép xác định chính xác vi sinh vật, tạo điều kiện thuận lợi cho xét nghiệm độ nhạy cảm với kháng sinh (AST) và cung cấp khả năng xét nghiệm tại điểm chăm sóc. Sự phát triển và nghiên cứu liên tục trong các lĩnh vực này mang lại triển vọng chẩn đoán UTI hiệu quả, chính xác và kịp thời hơn, cuối cùng dẫn đến kết quả cải thiện cho bệnh nhân.
