Nhiều người thường thắc mắc tại sao cùng một khẩu phần ăn, người này lại dễ tăng cân hơn người khác dù mức độ vận động tương đương. Lời giải đáp không chỉ nằm ở tốc độ trao đổi chất bẩm sinh, mà còn bắt nguồn sâu xa từ hệ sinh thái vi sinh vật đang sinh sống bên trong đường tiêu hóa.
Đường ruột của người trưởng thành chứa tới 100 nghìn tỷ sinh vật vi sinh vật [1]. Những vi sinh vật này không chỉ điều hòa miễn dịch hay kiểm soát chứng viêm, mà còn quyết định trực tiếp đến hiệu suất cơ thể chiết xuất và tận dụng calo từ thức ăn tiêu thụ hàng ngày [1].
Cơ chế chiết xuất năng lượng của vi khuẩn ruột
Ống tiêu hóa người là nơi diễn ra quá trình hấp thu dưỡng chất thiết yếu nhằm cung cấp năng lượng cho cơ thể [2]. Ở người khỏe mạnh, khoảng 85% lượng carbohydrate, 65-95% protein và hầu như toàn bộ chất béo được ruột non tiêu hóa và hấp thu trước khi di chuyển xuống ruột già [2].
Phần carbohydrate và protein khó tiêu còn sót lại đi vào đại tràng, chiếm khoảng 10-30% tổng năng lượng nạp vào ban đầu [2]. Do ruột già của người có khả năng tiêu hóa hạn chế, lượng dinh dưỡng này thông thường sẽ bị đào thải hoàn toàn qua phân [2].
Tuy nhiên, hệ vi sinh vật đại tràng đảm nhận nhiệm vụ "cứu vãn" nguồn năng lượng này thông qua quá trình lên men [2]. Chẳng hạn, vi khuẩn kỵ khí Gram âm Bacteroides thetaiotaomicron có khả năng phá vỡ hầu hết các liên kết glycoside của nhiều thành phần khó tiêu nguồn gốc thực vật, giúp cơ thể tận dụng thêm 10-15% nhu cầu calo [3]. Nhờ hoạt động sinh khối của vi khuẩn, ước tính ở một nam giới nặng 90 kg, hệ vi sinh đường ruột có thể đóng góp từ 7% đến 22% tổng lượng calo luân chuyển hàng ngày dựa trên mức chuẩn 2.000 kcal [2]. Ngoài ra, vi sinh vật còn tạo ra nhiều hợp chất ảnh hưởng lên cảm giác thèm ăn, nhu động ruột, việc tích trữ mỡ và mức tiêu hao năng lượng của vật chủ [2].
Sự khác biệt giữa các chủng khuẩn: Firmicutes và Bacteroidetes
Không chỉ sự hiện diện đơn thuần của vi khuẩn, mà tỷ lệ tương đối giữa các cộng đồng vi sinh vật, đặc biệt là hai ngành Firmicutes và Bacteroidetes, có ý nghĩa then chốt đối với cân bằng năng lượng cơ thể [1]. Hoạt động chuyển hóa của hệ vi khuẩn giúp chiết xuất calo từ thức ăn và thúc đẩy tích trữ lượng calo dư thừa này vào mô mỡ [6, 7].
Các quan sát cho thấy thành phần khuẩn chí có sự khác biệt rõ rệt giữa cơ thể béo phì và gầy ở cả động vật lẫn người [6, 7]. Hệ khuẩn ruột của chuột và người béo phì thường chứa ít vi khuẩn thuộc ngành Bacteroidetes hơn và nhiều vi khuẩn thuộc ngành Firmicutes hơn so với nhóm gầy [6, 7]. Tỷ lệ này tạo ra sự chênh lệch trong khả năng bòn rút calo từ cùng một lượng thức ăn đưa vào ruột [6, 7].
Bên cạnh đó, tương tác giữa các vi sinh vật trong ruột cũng can thiệp vào cân bằng năng lượng, tiêu biểu như nhóm vi sinh vật sinh methane oxy hóa hydro giúp tăng cường quá trình chuyển hóa của các vi khuẩn lên men [4]. Độc tố lipopolysaccharide từ vi khuẩn đường ruột còn có thể là yếu tố châm ngòi cho tình trạng viêm kết hợp với hội chứng chuyển hóa do chế độ ăn nhiều chất béo gây ra [6, 7].
Bằng chứng lâm sàng về mức chênh lệch 150 calo
Để làm rõ mức độ tác động của hệ vi sinh lên khả năng hấp thu calo ở người, một nghiên cứu nội trú được công bố năm 2011 đã khảo sát 12 người gầy và 9 người béo phì [4, 5]. Các đối tượng tham gia được chỉ định hai chế độ ăn có mức năng lượng khác nhau rõ rệt gồm 2.400 kcal/ngày và 3.400 kcal/ngày [5].
Các nhà nghiên cứu đã phân tích trình tự gene 16S rRNA của vi khuẩn trong phân và đo lường lượng calo nạp vào cũng như lượng calo thải trừ qua phân bằng phương pháp nhiệt lượng kế bom (bomb calorimetry) [4, 5]. Kết quả cho thấy sự thay đổi tải lượng dinh dưỡng gây ra biến đổi nhanh chóng trong cấu trúc hệ vi sinh đường ruột [4, 5].
Ở nhóm người gầy, mức biến đổi vi khuẩn tỷ lệ thuận với lượng calo thất thoát trong phân: khi tỷ lệ vi khuẩn Firmicutes tăng thêm 20% đi kèm với sự suy giảm tương ứng của Bacteroidetes, cơ thể đã chiết xuất thêm khoảng 150 kcal từ chế độ ăn [4, 5]. Ngoài ra, khi ăn quá mức ở mức độ cao, nhóm người gầy có tỷ lệ thất thoát năng lượng qua phân giảm đi rõ rệt, chứng minh hệ khuẩn chí góp phần điều hòa hiệu suất hấp thu dinh dưỡng trong thời gian ngắn [5].
Tác động của từng chủng khuẩn và nhóm enterotype
Nghiên cứu về chuyển hóa vi sinh vật tiếp tục phát triển nhờ các kỹ thuật giải trình tự gene hiện đại, thay thế cho các phương pháp nuôi cấy trước đây chỉ nhận diện được một lượng nhỏ vi sinh vật [2, 5]. Một nghiên cứu công bố năm 2024 trên 67 cá nhân trải qua phẫu thuật chuyển hóa và thu nhỏ dạ dày (MBS) - phương pháp điều trị hiệu quả cho béo phì độ III - đã theo dõi mối liên hệ giữa vi khuẩn ruột, khả năng hấp thu năng lượng và giảm cân [6].
Bằng phương pháp giải trình tự metagenomic từ phân kết hợp đo nhiệt lượng kế bom, các nhà khoa học phát hiện khả năng chiết xuất năng lượng đường ruột đóng vai trò trung gian trong mối liên hệ giữa vi khuẩn Bacteroides caccae và kết quả giảm cân sau 18 tháng [6]. Mối liên quan giữa mật độ B. caccae và tỷ lệ giảm cân sau 18 tháng được trung gian một phần bởi mức chiết xuất năng lượng đo được ở tháng thứ nhất (beta = 0,001 ± 0,001, P = 0,020), chiếm 2,83% tổng hiệu ứng (beta = 0,050 ± 0,047; P = 0,028) [6].
Vào năm 2022, một nghiên cứu trên 85 người trưởng thành thừa cân đã đánh giá mối liên quan giữa việc chiết xuất năng lượng (ước tính qua mật độ năng lượng trong phân khô), thời gian lưu chuyển thức ăn trong ruột và phân loại nhóm vi khuẩn (enterotype) [7]. Kết quả chỉ ra mật độ năng lượng trong phân có mối tương quan thuận với thời gian lưu chuyển ruột [7].
Những người mang enterotype Bacteroides (nhóm B) có mật độ năng lượng trong phân thấp hơn đáng kể, thời gian lưu chuyển ruột ngắn hơn và độ đa dạng alpha thấp hơn so với người mang enterotype Ruminococcaceae (nhóm R), trong khi nhóm mang Prevotella (nhóm P) nằm ở mức trung gian [7]. Mức năng lượng phân thấp hơn ở nhóm B đồng nghĩa với việc họ có thể chiết xuất năng lượng hiệu quả hơn nhóm R; điều này được củng cố bởi việc nhóm R thải trừ nhiều chất chuyển hóa phân giải protein hơn qua phân và nước tiểu và nhóm R có trọng lượng cơ thể thấp hơn đáng kể so với nhóm B [7].
Lợi ích và giới hạn của các bằng chứng hiện có
Các bằng chứng từ chuột vô trùng (gnotobiotic mice) từng cung cấp hiểu biết nền tảng: chuột vô trùng xử lý thức ăn rất kém hiệu quả, nhưng khi được cấy vi khuẩn ruột từ chuột bình thường, chúng nhanh chóng tăng cân do tăng tích trữ năng lượng [2]. Ở người, việc đo lường nhiệt lượng phân và giải trình tự gen khẳng định vi sinh vật thực sự làm thay đổi lượng calo hữu dụng cung cấp cho cơ thể [4, 5].
Tuy nhiên, bằng chứng lâm sàng vẫn còn những giới hạn nhất định. Các nghiên cứu đo lường can thiệp năng lượng nội trú chặt chẽ thường có quy mô mẫu tương đối nhỏ, chẳng hạn như nghiên cứu của Jumpertz và cộng sự chỉ thực hiện trên 21 người (12 người gầy và 9 người béo) [4, 5]. Nghiên cứu về vi khuẩn B. caccae được thực hiện trên 67 người trải qua phẫu thuật cắt dạ dày [6], trong khi nghiên cứu về enterotype tiến hành trên 85 người thừa cân [7]. Dữ liệu lâm sàng về việc can thiệp trực tiếp vào hệ vi sinh bằng men vi sinh (probiotic), prebiotic hoặc kháng sinh để điều trị béo phì hiện vẫn còn hạn chế và cần thêm các thử nghiệm quy mô lớn để xác nhận [2, 5].
Hiểu lầm thường gặp về hấp thu calo và vi khuẩn ruột
Nhiều người lầm tưởng rằng bảng thành phần dinh dưỡng in trên nhãn sản phẩm phản ánh chính xác lượng calo mà mọi cơ thể hấp thu được như nhau. Trên thực tế, ruột người không hấp thu hết 100% chất dinh dưỡng đưa vào, và khoảng 10-30% năng lượng từ carbohydrate cùng protein khó tiêu sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào hệ vi sinh ruột già để quyết định đào thải hay hấp thu thêm [2].
Một hiểu lầm khác là việc dùng tùy tiện men vi sinh hay các sản phẩm hỗ trợ tiêu hóa có thể lập tức giúp giảm cân. Dù vi khuẩn ruột có liên quan trực tiếp đến cân nặng và hấp thu dưỡng chất, việc tự ý bổ sung các chủng men vi sinh không rõ nguồn gốc chưa được chứng minh là giải pháp thay thế cho chế độ kiểm soát calo và tập luyện thể chất [2, 7].
Ai nên thận trọng khi quan tâm đến hệ khuẩn ruột?
Những người mắc các bệnh lý đường tiêu hóa mạn tính, bệnh chuyển hóa hoặc người béo phì mức độ nặng cần can thiệp phẫu thuật nên cẩn trọng khi tự ý điều chỉnh chế độ ăn uống nhằm thay đổi hệ khuẩn.
Việc thay đổi đột ngột lượng calo nạp vào hoặc lạm dụng các sản phẩm bổ sung có thể làm mất cân bằng vi sinh đường ruột và gây rối loạn tiêu hóa [5]. Đối với bệnh nhân đái tháo biểu, người mắc hội chứng chuyển hóa hoặc người chuẩn bị và sau phẫu thuật dạ dày, mọi thay đổi trong dinh dưỡng cần có sự tư vấn từ bác sĩ chuyên khoa hoặc chuyên gia dinh dưỡng để đảm bảo an toàn [1, 5, 6].
Cách ứng dụng cải thiện hệ tiêu hóa hàng ngày
Chế độ dinh dưỡng và mức năng lượng nạp vào hàng ngày có khả năng điều chỉnh nhanh chóng cấu trúc hệ khuẩn ruột [4, 5]. Việc hạn chế calo kết hợp với hoạt động thể chất đều đặn đã được chứng minh là có tác động tích cực đến thành phần vi sinh vật đường ruột liên quan tới giảm trọng lượng cơ thể [3].
Để hỗ trợ một hệ tiêu hóa khỏe mạnh, người dân nên xây dựng chế độ ăn cân bằng, bổ sung nguồn chất xơ tự nhiên từ rau củ, quả chín và các loại ngũ cốc nguyên hạt. Không nên dung nạp quá nhiều chất béo xấu vì độc tố từ vi khuẩn đường ruột có thể kích hoạt các phản ứng viêm liên quan đến rối loạn chuyển hóa [6, 7].
Hệ vi sinh đường ruột là một mắt xích then chốt trong chu trình chuyển hóa năng lượng, với khả năng quyết định lượng calo thực tế mà cơ thể chiết xuất từ khẩu phần ăn hàng ngày. Dù các đặc tính vi khuẩn mở ra hướng đi mới trong việc cá nhân hóa dinh dưỡng, chế độ ăn uống khoa học phối hợp cùng lối sống vận động lành mạnh vẫn là nền tảng cốt lõi để duy trì cân nặng ổn định và thể trạng tốt.
