尿干化学和尿流式检测结果快速预测肾结石患者尿路细菌感染模型的建立与评价

肖 楠，周 佳，段 宁，祝天阳，王利君

（1.清华大学附属北京清华长庚医院 清华大学临床医学院检验科，北京 102218；2.北京大学第一医院检验科，北京 100034）

肾结石患者相比一般人群更容易罹患尿路感染（urinary tract infection，UTI）[1]，而UTI会导致手术后感染综合征和系统性炎症反应综合征等严重并发症的发生[2-3]，一般建议在排石手术之前针对UTI患者进行目标导向的抗菌治疗。中段尿细菌培养往往需要2～3 d，临床医师通常利用尿液中亚硝酸盐和白细胞酯酶水平辅助诊断UTI。另外，尿流式检测也是一种UTI的快速筛查技术[4-5]。本研究拟建立尿干化学和尿流式检测结果预测肾结石患者泌尿系统细菌感染的模型，通过快速尿液分析来预测泌尿系统细菌感染，及时指导临床合理使用抗菌药物。

1 材料和方法

1.1 研究对象

收集2016年1月1日—6月30日清华大学附属北京清华长庚医院436例肾结石住院患者清洁中段尿样本，同时进行尿常规分析，包括尿干化学和尿流式检测，以及尿培养。依照中华医学会泌尿外科学分会制定的《中国泌尿外科疾病诊断治疗指南：2011版》标准[6]，以菌落数超过103CFU/mL为培养阳性。同时，本研究只评估单一致病菌的预测模型，共纳入414例患者，其中男267例（64.5%）、女147 例（35.5%），年龄（57.1±23.0）岁。本研究通过清华大学附属北京清华长庚医院伦理委员会审核。

1.2 方法

1.2.1 尿常规分析 将患者的清洁中段尿分装入2个无菌试管，分别用于尿常规分析和尿细菌定量培养。

采用AX4030全自动尿干化学分析仪（日本Arkray公司）进行检测。以亚硝酸盐≥0.08 mg/dL为阳性；白细胞酯酶的半定量分级为阴性（0个/μL）、1+（25个/μL），2+（75个/μL）、3+（250个/μL）和4+（500个/μL）。尿液细菌计数和白细胞计数采用UF1000i尿有形成分分析仪（日本Sysmex公司）进行测定。严格按照仪器说明书进行操作。

1.2.2 中段尿定量培养 取1 μL清洁中段尿液接种于哥伦比亚血平皿和麦康凯培养基平皿（英国Oxoid公司）上，35 ℃培养48 h后计数分离的细菌。采用VITEK 2 Compact自动化鉴定药敏仪（法国生物梅里埃公司）进行细菌鉴定。

1.3 统计学方法

采用SPSS 19.0软件进行数据分析。采用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线分析诊断效能。计数资料比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 中段尿培养结果

414例中段尿样本中，146例（35.3%）培养阳性，268例（64.7%）培养阴性。鉴定出的病原菌包括肠杆菌科细菌77株（52.7%）[大肠埃希菌48株（32.9%）、肺炎克雷伯菌10株（6.8%）、奇异变形杆菌6株（4.1%）、其他肠杆菌13株（8.9%）]、肠球菌属细菌27株（18.5%）、葡萄球菌属20株（13.7%）、铜绿假单胞菌12株（8.2%）、链球菌属6株（4.1%）、其他非发酵类杆菌4株（2.7%）。

2.2 尿干化学检验结果

146例培养阳性尿液样本中有62例亚硝酸盐检测阳性、84例阴性；268例培养阴性尿液样本中，有266例亚硝酸盐检测阴性、2例阳性（表1）。亚硝酸盐的敏感性为42.47%、特异性为99.25%、比值比（odds ratio，OR）值为97.74（表2）。

146例培养阳性样本中，白细胞酯酶阳性118例，阴性28例；268例培养阴性样本中，白细胞酯酶阴性145例，阳性123例（表1）。与中段尿培养相比，白细胞酯酶的敏感性、特异性、OR值分别为83.56%、54.1%、6.1（表2）。培养阳性样本亚硝酸盐和白细胞酯酶阳性率较培养阴性样本高（P＜0.000 1）。

2.3 尿流式检验结果

尿液细菌计数和尿液白细胞计数分别为0～53 812/μL和0.2～25 623.0/μL。培养阳性样本的细菌计数中位数为1 328.200/μL，培养阴性样本的是18.243/μL；培养阳性样本、阴性样本白细胞计数中位数分别为378.8、16.5个/μL（表1）。

表1 尿培养阳性和阴性样本亚硝酸盐、白细胞酯酶、细菌计数和白细胞计数比较

白细胞计数和细菌计数ROC曲线显示，白细胞计数为139.8个/μL时，诊断UTI的敏感性、特异性和OR值分别为69.18%、78.6%和8.28。细菌计数为231.8/μL时，诊断UTI的敏感性、特异性和OR值分别为73.97%、91.14%和28.8。细菌计数的ROC曲线下面积（area under curve，AUC）为0.871[95%可信区间（confidence interval，CI）为0.835～0.902]。白细胞计数的AUC为0.777（95%CI为0.734～0.816）。见图1、表2。

2.4 预测模型及验证

图1 细菌计数和白细胞计数诊断UTI的ROC曲线

表2 3种方法诊断效能

基于中段尿培养、尿干化学和尿流式的检测结果，我们建立了肾结石患者UTI的预测模型，见图2。为预测肾结石患者可能的UTI的病原菌类型，首先通过尿流式检测得到的尿液细菌计数结果来预测该患者是否是尿路细菌感染，当细菌计数为231.8/μL时，这一指标的敏感性为73.97%、特异性为91.14%。其次，对于UTI结果可能为阳性的样本而言，判断到底是革兰阴性菌还是阳性菌感染是第二重要的指标，我们将中段尿培养结果按照革兰染色特性分为革兰阴性菌组和革兰阳性菌组，发现亚硝酸盐阳性率、白细胞酯酶4+率和细菌计数中位数在这2个组之间存在显著差异（表 3）。与革兰阳性菌组相比，革兰阴性菌组亚硝酸盐阳性率更高，白细胞酯酶4+和细菌计数更多。亚硝酸盐阳性（OR值为7.789，95%CI为3.304～18.358，P＜0.000 1）和/或白细胞酯酶4+（OR值为2.738，95%CI为1.358～5.519，P=0.004 9）的尿液样本有更高可能性培养出革兰阴性菌（表4）。相反，如果尿干化学和尿流式联合检测结果显示亚硝酸盐阴性和/或白细胞酯酶低于4+，则尿液培养结果很可能是革兰阳性菌。

图2 肾结石患者尿液培养结果预测模型

表3 革兰阳性菌组和革兰阴性菌组亚硝酸盐、白细胞酯酶、细菌计数、白细胞计数比较

表4 亚硝酸盐、白细胞酯酶预测革兰阴性菌的统计值

3 讨论

肾结石患者非常容易继发UTI，UTI还是最常见的结石治疗并发症[7]。因此，预测尿液培养结果并进行有针对性的抗菌药物治疗，对于结石治疗很有必要。

一些快速尿液检测方法，如尿干化学和尿流式检测等可用来筛查UTI，作为中段尿培养的补充。有研究结果显示，尿流式检测筛查UTI的敏感性为97%、特异性为79%、阳性预测值为70%、阴性预测值为99%[8]，但有学者指出尿流式检测存在高假阴性率，不适合用于筛查UTI[9]。因此，进行针对某一检测项目的能力评价的研究时，需要确认纳入的人群是否有足够的代表性。《全国临床检验操作规程》[10]指出，10%的UTI患者可能在同一份尿液样本中分离到2种细菌，且都是病原菌。不同细菌代谢不一样，会干扰尿常规检测结果，所以我们仅纳入了单一细菌的样本，436例患者非重复中段尿样本，有414例符合要求，符合率达95%，也说明其病原学多为单一细菌，具有研究代表性。

鉴于肾结石患者高发UTI，本研究的尿培养阳性定义为≥103CFU/mL。这个标准比104CFU/mL具有更高的敏感性[9]。根据1 μL尿液接种培养结果，最低检测限为103CFU/mL，是指方法学的培养阳性，而不是指临床诊断价值的判断标准。本研究建模的目的是希望通过尿常规指标甄别革兰阳性菌或革兰阴性菌，所以选择单一细菌的样本进行研究。

本研究中有146例（35.3%）患者尿培养阳性，肠杆菌科细菌是最常见的致病菌（77株，52.7%），其次是肠球菌属（27株，18.5%）。本研究主要针对的检测变量是亚硝酸盐、白细胞酯酶、白细胞计数和细菌计数，4个检测项目的结果在革兰阳性菌组和革兰阴性菌组间都存在显著差异（P＜0.000 1）。为了达到预测UTI病原菌的目的，进行推导的第1步即需要选择一个同时具备高敏感性和高特异性的检测指标，表2中的结果显示，亚硝酸盐的敏感性和特异性分别为42.47%和99.25%，白细胞酯酶的敏感性和特异性分别为83.56%和54.10%。亚硝酸盐的低敏感性和其他研究的结果相似[11]。白细胞酯酶的敏感性很高，但是由于影响其检测结果的因素比较多，所以特异性过低，因此尿亚硝酸盐和白细胞酯酶单独检测均无法有效预测UTI。

与相关研究[4]的结果相似，我们也发现尿流式检测的细菌计数对于预测尿培养结果来说十分可靠。当细菌计数≥231.8/μL时，细菌计数同时具备较高的敏感性和特异性（73.97%和91.14%）。与白细胞计数≥139.8个/μL比较，细菌计数的特异性、敏感性和AUC都更高（图1）。本研究结果显示，除了细菌计数，没有其他变量可以给出更令人满意的尿液培养预测结果。另一方面，用于判断是否存在UTI的具体细菌计数阈值仍需要进一步的研究加以验证。LE等[12]的研究结果显示，细菌计数为38.7/μL时，敏感性为90%、阴性预测值为94.5%。MANONI等[13]认为细菌计数的阈值为125/μL。本研究对文献进行研究后发现，基于不同人群推导的阈值存在各种差异，所以不能轻易应用到其他人群中。

为了检验细菌计数、白细胞计数、亚硝酸盐、白细胞酯酶这4个检测项目在致病菌特征预测中的作用，我们计算了其各自的OR值。首先，将培养阳性的样本按照病原菌革兰染色特征分组，发现革兰阴性菌组和革兰阳性菌组的亚硝酸盐阳性率、白细胞酯酶4+、细菌计数中位数均有显著差异。与革兰阳性菌组相比，革兰阴性菌组亚硝酸盐阳性率、白细胞酯酶4+及细菌计数更多。本研究分别计算出亚硝酸盐阳性、白细胞酯酶4+的OR值，用于预测潜在病原菌的革兰染色特性。亚硝酸盐阳性的尿液样本有更高的概率培养出革兰阴性菌，可能有2点原因：（1）亚硝酸盐检测是产亚硝酸盐细菌存在的标志性检测项目，如果尿液含有足够的硝酸盐且在膀胱中贮存了超过4 h即会呈阳性；（2）大部分革兰阴性的肠杆菌科细菌和非发酵菌都具备硝酸盐还原能力，但是革兰阳性菌中的肠球菌和链球菌则无法还原硝酸盐，因此亚硝酸盐阳性在推导细菌革兰染色特性方面具备最高的OR值。

综上所述，肾结石患者应在进行尿培养的同时进行尿干化学和尿流式联合检测，这样可以节约时间，并可避免抗菌药物滥用。本研究结果表明，细菌计数≥231.8 /μL可以作为预测培养结果的第1步，作为细菌革兰染色特点的预测指标，亚硝酸盐阳性和白细胞酯酶4+则提示了培养结果更有可能是革兰阴性菌，反之亦然。