脓毒症实验室诊断的若干进展

不才

作者：上海交通大学附属胸科医院检验科  谢惠英, 娄加陶

脓毒症是目前急诊和重症监护病房(intensive care unit, ICU)所面临的一个棘手难题, 特别是由其诱发的脓毒性休克和多器官功能障碍综合征(MODS) , 已成为ICU 危重患者主要死亡原因[1]。我国尚无确切的统计学数据, 但毋庸讳言其也是临床上面临的一个重要问题。全身性炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome, SIRS)是1991年美国胸科医师学会和危重病学会(ACCP/SCCM)提出的, 其可由感染或非感染因素如创伤和化学物质引起。脓毒症是指由感染引起的SIRS, 并证实有细菌存在或高度可疑感染病灶。尽管应用了新的更有效的抗菌药物、液体复苏及相关脏器的功能支持等综合治疗措施, 但脓毒症的总体死亡率仍居高不下。因此, 对感染和脓毒症及其并发症进行早期诊断和治疗显得尤为重要。然而由于危重患者SIRS感染与非感染临床表现相互混淆, 而感染和脓毒症的传统诊断指标如体温、白细胞计数、红细胞沉降率、C反应蛋白(CRP)等敏感性和特异性均难以满足临床需要。严重脓毒症、脓毒性休克最初的表现通常是非特异性的, 严重程度也含糊不清。一个相对良好的或临床感染不明显的患者可以在数小时内进展为一种破坏性的疾病形式, 故临床上需要一种理想的脓毒症生物学指标进行早期诊断、预测病程, 并能够区分细菌感染、病毒感染以及非感染引起的SIRS。近年来陆续发现血浆降钙素原(pro-cacitonin, PCT)、前肾上腺髓质素(pro-adrenomedullin, Pro-ADM)、前心房尿钠肽(pro- atrial natriureticpeptide, Pro-ANP)及前内皮素(pro-enothelin, Pro-ET)等在感染和脓毒症的预警、诊断和鉴别诊断中具有重要的临床应用价值, 引起了广泛的关注。

一、血浆PCT

PCT是无激素活性的降钙素(calcitonin, CT) 前肽物质, 是由116 个氨基酸组成、相对分子质量近13 000 的糖蛋白, 为CALC -1 基因编码。PCT由下钙素(katacalcin, 21肽) 、活性CT(32 肽) 和N 端84个氨基酸(含25个氨基酸的信号肽) 组成。人体内半衰期约20~24 h , 在体内外稳定性很好。正常情况下, PCT 在甲状腺C 细胞中生成并裂解出CT。当发生全身严重细菌感染和脓毒症等异常情况下, 血浆PCT 浓度异常升高, 可能与甲状腺以外的器官(主要是肝脏的肥大细胞和单核细胞) 产生有关, 因为在甲状腺切除后严重感染患者血中PCT的浓度仍然升高。实验条件下PCT 的主要诱导源是细菌内毒素脂质多糖(LPS) , 健康志愿者静脉注射小剂量细菌内毒素可诱导PCT生成。LPS 注射后2 h, 血浆中可检测到PCT, 6~8 h PCT浓度快速升高, 12~48 h 达到峰值, 2~3 d 后恢复正常[2] 。

1. PCT的检测方法及参考范围 血浆PCT测量开始是采用放射免疫分析法和夹心免疫放射分析法, 虽然敏感性高, 但放射性元素的污染致该方法使用受限。近年来德国柏林Brahms 公司生产了一种便宜且快速、简便的检测血浆PCT 的试剂, 为双夹心免疫发光法, 仅需要20 μ L 血浆或血清, 半定量30 min、定量2 h 即可得出结果。此法可排除交叉反应, 提高特异性, 同时也具有很高的敏感性(0.1 ng/L) 。另外, 法国生物梅里埃公司新近研发出检测PCT的即时检测(POCT)试剂盒, 满足了临床对快速检测的要求。

健康人PCT血清浓度很低, 通常< 0.1 μ g/L, 0.5 μ g/L 被认为是感染性疾病诊断的分界值。慢性炎症、病毒以及局部感染等通常< 0.5 μ g/L, SIRS、多发创伤、烧伤大多为0.5~2 μ g/L, 严重的细菌感染、脓毒症、MODS则> 2 μ g/L, 通常为正常值的10~100倍[3]。

2. PCT的临床应用 许多学者研究发现, ICU 危重患者合并全身性细菌感染和脓毒症时, PCT是一项具有较高敏感性和特异性的新的预警指标, 不仅有益于细菌感染的鉴别诊断, 还可以反映疾病的严重程度及炎症活动。另外, PCT与急性生理与慢性健康状况(APACHE Ⅱ )评分的综合分析, 对脓毒症的诊断、治疗效果及预后的判断具有很高的临床实用性[4]。

在对342例各种感染的大样本临床对照研究中发现, 若以血清PCT ≥ 0.5 μ g/L 为阳性阈值, 则血清PCT检测对细菌感染诊断的敏感性为75.0 %, 特异性为70.2 %, 认为血清PCT是细菌感染的重要指标, 其诊断价值明显优于传统的外周血白细胞计数和分类, 并可根据血清PCT水平选择抗菌药物, 能够降低抗菌药物的使用率, 以减少抗菌药物费用和总住院费。

在一项前瞻、随机、对照、单盲的干预实验中, Christ-Crain等[1]将243例下呼吸道感染患者随机分为常规抗菌药物治疗组和PCT指导抗菌药物治疗组, 后者即根据血浆PCT的浓度决定是否使用抗菌药物。当PCT< 0.1 ng/mL时被认为缺乏细菌感染, 避免应用抗菌药物; 0.1 ng/mL≤ PCT< 0.25 ng/mL被认为细菌感染不可能, 不鼓励应用抗菌药物; 0.25 ng/mL≤ PCT< 0.5 ng/mL被认为细菌感染可能, 建议应用抗菌药物; PCT≥ 0.5 ng/mL被认为存在细菌感染, 强烈建议应用抗菌药物。

有研究认为, PCT值:SIRS患者为0.6 μ g/L, 脓毒症为3.5 μ g/L, 严重脓毒症为 6.2 μ g/L, 脓毒性休克为21.3 μ g/L[5]。PCT还与感染性休克患者器官衰竭的严重程度和病死率有关, 在治疗24 h后PCT水平下降者预后较好。

二、Pro-ADM

肾上腺髓质素前体肽原(Prepro.adre-nomedullin, Prepro-ADM)由185个氨基酸残基组成, 经剪切后形成多个片段, 包括氨基端信号肽(1~21位氨基酸)、肾上腺髓质素前体N端20肽(PAMP)、肾上腺髓质素前体中段(Prepro-ADM45-95)、肾上腺髓质素(Prepro-ADM95-146)、腺髓质加压素(Prepro-ADM153-185)。Prepro-ADM 95-146即肾上腺髓质素(ADM)是最主要的活性片段, 具有舒张血管、降低血压的作用, 对心血管系统功能稳态具有重要的调节作用。PAMP亦具有重要的血管调节作用。既往研究认为Prepro-ADM 45-95无显著生物学作用, 近来有报道, Pro-ADM 浓度测定在脓毒症的预测和危险分层中是一个新的有用的标志物[6]。

人ADM作为循环激素, 通过自分泌与旁分泌途径参与心血管系统及肾功能的调节, 具有有效的血管舒张、降压、促尿钠排泄和利尿作用, 还可能参与内毒素性休克及炎症反应等病理生理反应。有研究表明, 内毒素性休克时很可能是肿瘤坏死因子-2β (TNF-2β )、白细胞介素21(IL-21)等细胞因子刺激血管平滑肌产生ADM, ADM反过来舒张血管, 引起难治性低血压。另外也发现, ADM能剂量依赖性地抑制肺泡巨噬细胞分泌中性粒细胞趋化因子, 而该因子是中性粒细胞向炎症部位移动过程中的主要介质, 此时脓毒症患者血浆中ADM 升高就不足为奇了。ADM的量化有助于脓毒症的诊断与预测。不足的是, ADM的测量几乎不可能, 因为他在血循环中很快被清除, 另外他与一种蛋白质(补充因子H)结合使得免疫分析几乎不可能。最近, 在脓毒症患者中可检测相当稳定的中间起源的Pro-ADM, 可直接反应迅速降解的ADM 活性肽。Christ - Crain等[1]检测53例脓毒症、严重脓毒症、脓毒性休克和48例SIRS, 结果发现, 平均Pro-ADM值:健康志愿者为0.4 nmol/L, SIRS 为1.1 nmol/L, 脓毒症为1.8 nmol/L, 严重脓毒症为2.3 nmol/L, 脓毒性休克为4.5 nmol/L, Pro-ADM与病情的严重程度呈正相关, 且发现死亡者的Pro-ADM较存活者Pro-ADM明显升高。经分析Pro-ADM 与其他已知脓毒败血症预测标志物白细胞介素6(IL-6)和CRP具有相似的敏感性和特异性, 而且Pro-ADM的预测价值与脓毒败血症的分类无关。因此, Pro-ADM可能成为脓毒败血症独立的危险预测标志物。

三、Pro-ANP

尿钠肽家族分心房尿钠肽(ANP)、脑钠肽(BNP)、C-尿钠肽(CNP)。ANP初产生于心房, 一系列激素和神经递质如内皮素、抗利尿激素和儿茶酚胺直接刺激ANP 的分泌。ANP 的mRNA 约1 kb, 编码一个126 个氨基酸的蛋白前体即Pro-ANP, 人类Pro-ANP分裂释放一个98个氨基酸N 末端片段和一个28 个氨基酸C末端片段即成熟的ANP, 2种片段均存在于血浆中。两者均具有利钠、利尿、扩张血管、拮抗肾素- 血管紧张素- 醛固酮系统等作用[7]。

近期人们对ANP、Pro-ANP作为脓毒症中的一个生物标记产生了兴趣。动物实验证实, 注射脂多糖引起内毒素休克, 2~6 h内ANP即升高。Pro-ANP的半衰期比成熟ANP的半衰期长得多, 这使得Pro-ANP具有更好的敏感性和预测性。Morgenthaler等[8]研究发现, Pro-ANP在脓毒症患者中明显升高, 且入院第1天Pro-ANP在死亡者中较存活者升高更多, Pro-ANP达530 nmol/L时, 死亡率的敏感性为86.7% , 特异性为88.6%, 同时测定的其他几个指标如IL- 6、CRP、PCT均未达到这个标准。Pro-ANP与APACHEⅡ 在预测脓毒症的死亡方面可相互媲美, 但Pro-ANP容易测定, 且可反映不同的病理生理变化。

四、 Pro-ET

1. 结构和分类 内皮素(ET)是由21个氨基酸残基组成的酸性多肽, 相对分子质量为2 492, 其N端为胱氨酸, C端为色氨酸。ET的前体是内皮素原, 由203个氨基酸残基组成。ET家族中有3种异构体, 即ET-1、ET-2、ET-3, 各异构体间仅有2~6个氨基酸不同。

2. 脓毒症患者血浆ET水平的变化 脓毒症患者也存在着血管内皮细胞受损这一病理生理改变, 经检测血浆ET-1和ET-2水平分别升高约2.3~10.2倍和4.3倍, 且有革兰阴性菌脓毒血症和循环衰竭患者, 其ET水平明显高于培养阴性和一般脓毒症患者。在脓毒症患者中, 血浆ET-1水平升高程度与内毒素血症严重程度和肿瘤坏死因子-α (TNF-α )水平高低均呈明显正相关, 其死亡组患者ET-1水平也明显高于存活组患者。脓毒症患者除释放ET-1, 还伴随着释放其他物质, 如TNF-α 、磷脂酶A2、PAF乙酰水解酶(PAFAH)、白三烯B4(LTB4)、血栓调素(thrombomodulin)和补体3a(C3a), 他们之间许多呈明显正相关, 这提示为血管内皮细胞功能障碍所致。脓毒症时ET-1升高, 但其检测困难。而Pro-ET-1是间接评价ET-1释放的可靠指标, 故用C-末端Pro-ET-1代替ET-1的测量[9] 。但迄今为止还没有报道阐述Pro-ET-1在脓毒症早期诊断中的具体截止值及诊断敏感性和特异性[10] 。

五、结语

脓毒症及脓毒症休克的基础研究虽然已深入到生物化学、细胞生理学甚至基因水平, 但其诊断仍然主要依赖临床症状和体征[11]。作为辅助诊断指标, PCT已被应用于临床, 用于监测机体是否发生了感染或脓毒症, 以及脓毒症是否进展到严重脓毒症和脓毒症休克。其他生物标记分子Pro-ADM、Pro-ANP、Pro-ET、内毒素和IL-6等具有潜在的应用价值, 其特异性和敏感性引起了广泛的关注, 有待于进一步研究[12]。目的在于寻找更好的生物标志物, 可以监测脓毒症的发生、发展过程, 而且可以判断其预后及治疗效果, 作为感染和脓毒症患者的常规、有效的监测指标, 指导临床医生早期诊断及制定合理的治疗方案, 从而为早期积极干预和改善脓毒症的预后提供更好的技术支持。

参考文献
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