Hai người ăn cùng khẩu phần, tập luyện như nhau nhưng một người tăng cân, người kia giữ dáng. Thắc mắc phổ biến này thường được đổ lỗi cho "cơ địa", nhưng khoa học hiện đại chỉ ra thủ phạm thực sự nằm ở đường ruột. Cách cơ thể chiết xuất calo từ thức ăn phụ thuộc lớn vào quần thể vi sinh vật sống trong hệ tiêu hóa [1].

Hệ vi sinh đường ruột trực tiếp điều chỉnh lượng năng lượng cơ thể thu nhận từ khẩu phần ăn hàng ngày [1]. Khi tỷ lệ ngành vi khuẩn Firmicutes tăng lên và Bacteroidetes giảm xuống, ruột sẽ vắt kiệt thức ăn hiệu quả hơn, làm giảm lượng calo thải qua phân và cung cấp thêm năng lượng dư thừa cho cơ thể [1].

Giải mã nhà máy thu hoạch năng lượng ở đại tràng

Đường tiêu hóa là giao diện tiếp xúc giữa dưỡng chất nạp vào và cơ thể [2]. Ở người trưởng thành khỏe mạnh, khoảng 85% carbohydrate, 65-95% protein và gần như toàn bộ chất béo được hấp thu trước khi đi vào đại tràng [2]. Quá trình hấp thu đường, axit amin và axit béo tại ruột non cần các protein vận chuyển công suất cao nằm trên tế bào biểu mô ruột [3].

Phần carbohydrate và protein khó tiêu hóa đi xuống đại tràng chiếm từ 10% đến 30% tổng năng lượng ăn vào [2]. Khả năng tự tiêu hóa của đại tràng con người rất hạn chế [2]. Nếu không có hệ vi sinh vật đại tràng, nguồn dưỡng chất này sẽ bị đào thải qua phân mà không được hấp thu thêm [2].

Vi sinh vật tại đại tràng giải phóng năng lượng bằng cách lên men các thành phần thức ăn vốn không thể tiêu hóa, quá trình này gọi là "thu hoạch năng lượng" (energy harvest) [4]. Nguồn năng lượng này được cơ thể hấp thu gián tiếp thông qua các axit béo chuỗi ngắn (SCFA) do vi khuẩn tạo ra [4]. Một ước tính cho thấy ở nam giới trưởng thành nặng trung bình 90 kg với chế độ ăn 2.000 kcal/ngày, sinh khối vi khuẩn đường ruột đóng góp từ 7% đến 22% tổng lượng calo luân chuyển hàng ngày [2].

Tỷ lệ Firmicutes/Bacteroidetes và con số 150 kcal

Mối liên hệ giữa vi khuẩn đường ruột và béo phì đã được ghi nhận từ 3 thập kỷ trước, khi các nhà khoa học phát hiện phẫu thuật nối tắt dạ dày hoặc tổn thương vùng dưới đồi làm thay đổi hệ sinh thái vi sinh vật [5]. Khi công nghệ giải trình tự gen 16S rRNA ra đời, bức tranh về các ngành vi khuẩn mới được làm rõ mà không phụ thuộc vào phương pháp nuôi cấy truyền thống [5].

Một nghiên cứu nội trú công bố năm 2011 (đăng ký mã NCT00414063) đã đo lường trực tiếp hiện tượng này trên 12 người gầy và 9 người béo phì [1]. Người tham gia được áp dụng các chế độ ăn thay đổi mức năng lượng giữa 2.400 kcal/ngày và 3.400 kcal/ngày [1]. Nhóm nghiên cứu giải trình tự gen 16S rRNA vi khuẩn trong phân và đo calo thức ăn nạp vào cũng như calo mất qua phân bằng nhiệt lượng kế bom [1].

Kết quả cho thấy việc thay đổi tải lượng dinh dưỡng làm biến đổi nhanh chóng cấu trúc quần thể vi khuẩn đường ruột chỉ trong thời gian ngắn [1]. Ở nhóm người gầy, khi vi khuẩn ngành Firmicutes tăng 20% và ngành Bacteroidetes giảm tương ứng, cơ thể thu hoạch tăng thêm khoảng 150 kcal mỗi ngày từ thức ăn [1]. Tình trạng ăn dư thừa calo mức độ cao ở người gầy đi kèm với việc giảm tỷ lệ năng lượng thất thoát qua phân [1]. Dữ liệu này khẳng định lượng calo nạp vào là biến số chính chi phối cấu trúc vi khuẩn phân, từ đó điều chỉnh ngược lại hiệu suất hấp thu dinh dưỡng [1].

Phẫu thuật và ăn kiêng làm thay đổi hiệu suất hấp thu thế nào?

Không chỉ chế độ ăn dư thừa, các can thiệp giảm cân cũng làm biến đổi khả năng thu hoạch năng lượng của vi khuẩn [6]. Một nghiên cứu công bố năm 2015 (mã NCT01344525) đã theo dõi 10 người béo phì trong 6 tháng, chia đều làm 2 nhóm (5 người/nhóm): một nhóm phẫu thuật cắt dạ dày hình ống nội soi (LSG) và một nhóm ăn kiêng rất ít calo [6]. Cả hai nhóm đều đạt mức giảm cân tương đương nhau sau 6 tháng [6].

Phân tích giải trình tự thế hệ mới và chuyển hóa mục tiêu trên mẫu phân cho thấy kết quả trái ngược giữa hai phương pháp [6]. Tiềm năng tái hấp thu năng lượng của hệ vi sinh giảm xuống sau phẫu thuật LSG (biểu hiện qua sự thay đổi tỷ lệ Bacteroidetes/Firmicutes), nhưng lại tăng lên ở nhóm ăn kiêng ít calo [6]. Sự biến đổi của ngành Firmicutes ở cả hai nhóm đều do các loài vi khuẩn sản xuất butyrate quyết định [6]. Dù lượng butyrate trong phân không đổi, khả năng lên men tạo butyrate của vi khuẩn đã giảm sau phẫu thuật LSG và tăng lên khi ăn kiêng [6]. Phẫu thuật LSG giúp cải thiện hệ vi sinh theo hướng giống người gầy, đồng thời làm tăng bài tiết axit béo không este hóa và axit mật qua phân, gây kém hấp thu các cơ chất giàu năng lượng [6]. Trong khi đó, việc ăn kiêng đơn thuần không tạo ra kiểu hình vi sinh vật giống người gầy mà còn kích thích vi khuẩn tận thu năng lượng mạnh hơn [6].

Một nghiên cứu khác công bố năm 2024 tiếp tục làm rõ vai trò trung gian của quá trình thu hoạch năng lượng trên 67 bệnh nhân trước và sau phẫu thuật chuyển hóa và giảm cân (MBS) [7]. Các nhà khoa học sử dụng giải trình tự metagenomic phân, nhiệt lượng kế bom đo năng lượng phân và bảng câu hỏi chế độ ăn, kết hợp phân tích trung gian và thuật toán học máy [7].

Kết quả tại thời điểm 18 tháng sau phẫu thuật cho thấy khả năng thu hoạch năng lượng đường ruột đóng vai trò trung gian trong mối liên hệ giữa vi khuẩn Bacteroides caccae và tốc độ giảm cân [7]. Cụ thể, mức thu hoạch năng lượng ở tháng thứ nhất làm trung gian một phần cho tác động của vi khuẩn Bacteroides caccae lên kết quả giảm cân ở tháng thứ 18 (hệ số beta = 0,001 ± 0,001, P = 0,020), chiếm 2,83% tổng hiệu ứng (beta = 0,050 ± 0,047, P = 0,028) [7]. Việc kết hợp dữ liệu vi sinh vật và mức thu hoạch năng lượng giúp mô hình máy học dự đoán chính xác hơn kết quả giảm cân của bệnh nhân [7].

Lợi ích và giới hạn của bằng chứng hiện tại

Các nghiên cứu từ động vật đến con người đã thiết lập bằng chứng vững chắc rằng vi sinh vật đường ruột tham gia điều hòa cân bằng năng lượng [2]. Thí nghiệm trên chuột vô trùng (chuột gnotobiotic) cho thấy chúng xử lý thức ăn rất kém hiệu quả [2]. Khi được cấy hệ vi sinh vật từ chuột bình thường, chuột vô trùng tăng cân nhanh chóng do tăng tích trữ năng lượng [2]. Ngoài việc lên men chất xơ, vi khuẩn còn tiết ra hàng loạt hợp chất tác động lên mô vật chủ, điều chỉnh cảm giác thèm ăn, nhu động ruột, quá trình chuyển hóa axit mật, hệ miễn dịch và tiêu hao năng lượng [2][8].

Tuy nhiên, giới hạn của các bằng chứng trên người vẫn còn lớn. Nghiên cứu nội trú năm 2011 chỉ thực hiện trên cỡ mẫu nhỏ (21 người) trong thời gian ngắn, cần được xác nhận thêm trên quy mô dân số lớn hơn [1][5]. Nghiên cứu năm 2015 về phẫu thuật và ăn kiêng cũng chỉ có 10 người tham gia [6]. Bên cạnh đó, các tổng quan năm 2011 và 2021 chỉ ra rằng vẫn còn nhiều bằng chứng mâu thuẫn về mức độ khác biệt của hệ vi sinh giữa người béo phì và người không béo phì [4]. Tác động cụ thể của hệ vi sinh liên quan đến béo phì lên các protein vận chuyển chất dinh dưỡng tại biểu mô ruột non vẫn là khoảng trống khoa học cần nghiên cứu sâu hơn [3].

Những hiểu lầm thường gặp về vi khuẩn đường ruột và cân nặng

Hiểu lầm phổ biến nhất là coi vi khuẩn đường ruột như "kẻ thù" chỉ gây tích mỡ. Thực tế, khả năng thu hoạch từ 10-30% năng lượng từ thức ăn khó tiêu hóa là cơ chế sinh tồn giúp con người tránh lãng phí dưỡng chất [2]. Các axit béo chuỗi ngắn sinh ra từ quá trình lên men này còn tham gia điều hòa hormone đường ruột, giảm viêm và duy trì cấu trúc biểu mô ruột [4][8].

Hiểu lầm thứ hai là chỉ cần nhịn ăn khắt khe sẽ làm "chết đói" vi khuẩn gây béo. Nghiên cứu năm 2015 cho thấy khi áp dụng chế độ ăn rất ít calo, hệ vi sinh vật đường ruột không những không giảm khả năng hấp thu mà còn tăng tiềm năng tái thu hoạch năng lượng và tăng khả năng lên men tạo butyrate để bù đắp sự thiếu hụt [6]. Điều này giải thích một phần lý do nhiều người giảm cân bằng cách cắt giảm calo cực đoan rất khó duy trì kết quả lâu dài [8].

Ai nên thận trọng khi can thiệp vào hệ vi sinh để kiểm soát cân nặng?

Cân nặng được điều hòa bởi mạng lưới phức tạp gồm hormone, thần kinh và chuyển hóa [8]. Do đó, không nên tự ý dùng kháng sinh, thuốc nhuận tràng hay các chế phẩm truyền miệng để "tẩy ruột" giảm hấp thu.

Những người mắc bệnh béo phì độ III (béo phì bệnh lý) hoặc có các bệnh đồng mắc như đái tháo đường tuýp 2, tăng huyết áp, bệnh tim mạch, gan nhiễm mỡ không do rượu, viêm khớp, trầm cảm cần đặc biệt thận trọng [7][6]. Với nhóm bệnh nhân sau phẫu thuật thu nhỏ dạ dày, sự thay đổi tuần hoàn axit mật và tình trạng kém hấp thu chất béo tuy giúp giảm cân nhưng cần được theo dõi y tế sát sao để tránh thiếu hụt vi chất [6]. Người có bệnh nền tiêu hóa hoặc đang dùng thuốc điều trị mạn tính cần tham khảo ý kiến bác sĩ trước khi thay đổi đột ngột chế độ ăn hoặc dùng thực phẩm bổ sung tác động lên hệ vi sinh.

Cách áp dụng thực tế để kiểm soát hiệu suất hấp thu calo

Để quản lý lượng calo thực tế đi vào cơ thể thông qua hệ vi sinh, có thể áp dụng các nguyên tắc dựa trên bằng chứng khoa học:

  • Tránh nạp dư thừa calo đột ngột: Việc ăn vượt mức năng lượng (như mức 3.400 kcal/ngày trong nghiên cứu) sẽ nhanh chóng kích thích nhóm Firmicutes tăng sinh, làm giảm thất thoát năng lượng qua phân và khiến cơ thể hấp thu thêm tới 150 kcal mỗi ngày [1]. Duy trì khẩu phần vừa phải giúp giữ tỷ lệ Bacteroidetes/Firmicutes ở mức cân bằng [1].
  • Lựa chọn nguồn carbohydrate và chất xơ hợp lý: Khả năng thu hồi năng lượng từ chất xơ phụ thuộc lớn vào lượng ăn vào, thời gian lưu thông ruột và thành phần hệ vi sinh [4]. Các nghiên cứu trên người béo phì cho thấy việc điều chỉnh lượng carbohydrate hoặc sử dụng các loại carbohydrate không tiêu hóa khác nhau sẽ làm thay đổi trực tiếp thành phần loài vi khuẩn trong ruột [4].
  • Không ép cân bằng chế độ ăn quá ít calo: Ăn kiêng kiệt quệ làm tăng khả năng tận thu năng lượng của vi khuẩn đường ruột [6]. Thay vào đó, cần kết hợp giảm calo vừa phải với tăng cường vận động để thiết lập lại cân bằng giữa năng lượng nạp vào và tiêu hao [8].

Hệ vi sinh đường ruột là mắt xích quan trọng quyết định lượng calo thực sự đi vào máu từ mâm cơm hàng ngày [1][2]. Thay vì tìm kiếm các giải pháp cực đoan, việc kiểm soát tổng tải lượng calo ăn vào và duy trì chế độ dinh dưỡng cân bằng chính là cách trực tiếp nhất để huấn luyện hệ vi khuẩn làm việc có lợi cho vóc dáng [1][4]. Khi gặp khó khăn trong kiểm soát cân nặng kèm bệnh lý chuyển hóa, người bệnh nên đến cơ sở y tế để được tư vấn phác đồ toàn diện [8].