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小儿败血症的诊断及生物标记物研究进展

2022-03-17李敏闵自立

河北医药 2022年1期
关键词:败血症病原体中性

李敏 闵自立

新生儿败血症是指新生儿出生后1个月内血液或脑脊液等正常无菌液体中存在致病微生物(细菌、病毒或真菌)而导致血流动力学改变和其他全身临床表现的临床综合征[1]。新生儿败血症是导致神经认知后遗症和新生儿死亡的重要原因[2]。根据感染时期,新生儿败血症分为早发性脓毒症(EOS)和晚发性脓毒症(LOS)。这一分类有助于指导抗生素治疗,因为它意味着假定的传播方式和主要相关生物体的不同[3]。早发性败血症是围产期期间母亲垂直细菌传播的结果。在产前,细菌通过从阴道上升到子宫,通过胎盘发生血肿或很少通过输卵管从腹膜后采集而到达胎儿。更常见的是,阴道细菌在胎儿通过产道的过程中播种胎儿的黏膜、肺或肠。迟发性败血症是由出生后暴露于病原菌引起的,在早产儿中发生率较高[4,5]。随着早产儿,包括极低出生体重儿存活率的提高,LOS的患病率也随之升高。>70%的LOS与革兰阳性菌有关,其中48%的LOS与凝固酶阴性葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、粘质沙雷菌和白色念珠菌有关,是新生儿死亡率居高不下的原因[6]。B型链球菌(GBS)感染仍然是新生儿感染的主要原因,无论是否在产期使用抗生素预防。GBS主要导致有严重神经功能障碍的婴儿的脑膜炎。在这种情况下,如果不及时的治疗,早期的轻度和容易遗漏的体征都会发展为严重的疾病,包括生命体征不稳定、中枢神经系统表现(如烦躁,嗜睡或癫痫发作),最终导致多器官功能障碍和失败[7,8]。本篇综述将集中最近几年来新生儿败血症领域的进展、发病原因、当前治疗方法以及生物标记物的研究。

1 新生儿败血症的原因

细菌、病毒或真菌微生物感染是导致新生儿败血症主要原因之一。与早发性新生儿败血症相关的最常见的微生物GBS和大肠杆菌。研究表明,美国的新生儿中心的近400 000例活产婴儿中,43%出现GBS感染和29%由大肠杆菌感染。大多数GBS感染的婴儿是足月的,其感染率随着出生体重的降低而增加。9%的GBS败血症婴儿和33%的大肠杆菌败血症婴儿死亡,但经胎龄调整后,合并大肠杆菌感染的败血症婴儿的死亡风险并不显著高于合并GBS感染的败血症婴儿[5]。研究表明,尽管GBS仍然是最常见的早发感染病原体,但在早产儿和极低出生体重儿中,与早发感染相关的最重要的病原体已经从GBS转变为大肠杆菌[8]。尽管国家指导在产期使用抗生素以减少GBS感染的垂直传播,但仍明显错失了GBS产中化学预防的机会[9,10]。除了GBS和大肠杆菌之外,单核细胞增多性李斯特菌(通常是通过胎盘获得的),非分型嗜血杆菌和除大肠杆菌以外的革兰阴性肠杆菌也与早发性新生儿败血症有关[11-13]。在新生儿重症监护病房,凝血阴性葡萄球菌是新生儿迟发性败血症最常见的分离病原体[14,15]。金黄色葡萄球菌也与迟发性败血症有关,最常见的是使用血管通路导管的新生儿。有研究报道,在英国新生儿病房中117例金黄色葡萄球菌败血症病例中,有7%归因于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。并且,一半的婴儿表现出非局部性败血症的迹象,一半的婴儿在金黄色葡萄球菌感染时有中心静脉通路[16]。其他引起早期和晚期脓毒症的罕见原因是化脓性链球菌、淋球菌、粪肠球菌,在社区新生儿中,还有肺炎链球菌。

2 小儿败血症的诊断方法与不足传统的诊断方法

败血症的症状是非特异性的,可以在非感染性条件下看到,这使得诊断变得困难。目前,实验室确认新生儿败血症是通过从无菌的身体部位(血液、脑脊液、尿液、胸水、关节液和腹腔液)分离出病原体来诊断的。对于血液培养,至少应获得1 ml的血液,从2个不同的部位进行2次不同的静脉穿刺。真正的病原体更有可能出现在两种培养样本中。在中心静脉导管存在的情况下,同时进行血培养,1份来自外周,1份来自血管导管,评估不同的阳性时间[17]。这有助于识别外周菌血症与导管相关的血流感染,并对临床治疗有一定的指导意义。对于有症状的新生儿,败血症评估还应该包括腰椎穿刺程序[18]。(1)血培养这种方法诊断速度太慢,受假阴性结果的限制;(2)该方法采集的液体体积<1 ml不太可能足以鉴定低度菌血症,对于小儿败血症,在符合败血症指南的人群中,漏诊多达75%;(3)腰椎穿刺术在新生儿人群中仍然存在争议,应该保留给血培养显示微生物生长、实验室检测结果强烈提示细菌败血症的新生儿,以及那些在接受抗菌治疗期间病情恶化的新生儿。

3 非培养独立性诊断

PCR是一种高度敏感和快速的技术,它越来越多地直接应用于体液,而不需要首先培养病原体。基于细菌16S核糖体DNA的定量实时扩增系统(qPCR)具有很高的阴性预测值,结果及时。此外,小体积的样本通常就足够了,可以对手术组织和体液进行测试。qPCR的缺点包括不能进行药敏试验,以及不能区分活动性感染和最近已痊愈的感染,检测到污染物的可能性也很高[19]。

其他常用的非培养诊断试验包括白细胞总数和分类、未成熟中性粒细胞计数,以及未成熟中性粒细胞与总中性粒细胞的比率[20]。虽然白细胞计数在敏感性方面有局限性,但未成熟的中性粒细胞与总中性粒细胞的比率为0.2或更高,提示存在细菌感染。然而,白细胞计数异常也可能是胎儿暴露于宫内炎症而不是母亲绒毛膜羊膜炎后常见的脓毒症所致[21,22]。中性粒细胞的绝对计数、条带的存在以及幼稚中性粒细胞与总中性粒细胞的比率通常更有助于排除脓毒症的诊断,而不是确认它,中性粒细胞减少会随着孕周、分娩类型、取样地点和海拔的不同而不同,也增加了结果的不确定性。

4 蛋白质组和代谢组学诊断

蛋白质组和代谢组学是一种旨在检测个体代谢特征的方法,能快速识别具有新生儿败血症感染的代谢物[23-25]。基于核磁共振和质谱检测尿代谢物浓度,Fanos等[26]对9例EOS/LOS和16例健康新生儿研究发现,患有败血症新生儿和健康新生儿之间存在独特的尿代谢谱,差异有统计学意义。Sarafidis等[27]也发现16例LOS新生儿的尿代谢谱显示与未感染的新生儿相比,LOS的尿代谢谱明显不同。然而这些技术也存在局限性,难以检测血液中的低水平,无法明确区分所识别的蛋白质是否与败血症有关[23]。

5 新生儿败血症的治疗

5.1 经验性治疗 新生儿败血症感染的治疗可分为针对经验性或已知病原体的抗菌治疗。经验性治疗的抗生素选择取决于病原菌[28]。一般来说,经验性治疗应该以新生儿重症监护病房或社区环境中常见的细菌分离株的抗菌素耐药模式为指导。早期细菌感染的初步经验性治疗应包括氨苄青霉素和氨基糖苷,第三代或第四代头孢菌素药物用于疑似革兰阴性脑膜炎。使用氨苄青霉素和庆大霉素来消除GBS和大肠杆菌,这是最常见的病原体。在大肠杆菌感染中发现的超广谱β-内酰胺酶(ESBL)对β-内酰胺类抗生素和氨基糖苷类抗生素具有耐药性。另外,在指南中广谱抗生素常用于新生儿败血症的经验性治疗。这可能会促进其他细菌的生长,或者可能为真菌留下广阔的生态位。例如,产期使用抗菌药物预防措施降低链球菌发病率与革兰阴性菌感染率的增加相关[29]。

5.2 定向治疗 一旦确定了病原体,确定了一个或多个感染部位,使用最合适的一种或多种抗菌药。青霉素或氨苄青霉素对GBS有效,庆大霉素提供协同作用,直到血液和脑脊液培养无菌,此时可以停止使用。氨苄青霉素单独对L单核细胞增多症是足够的。肠球菌应该使用含有青霉素的抗生素治疗,如果有证据表明协同作用可以提供杀菌和抗生素后作用,则应添加氨基糖苷类药物。当培养无菌或临床状况改善时,氨基糖苷类药物可以停用。由氨苄青霉素耐药肠球菌引起的感染用万古霉素治疗,不加氨基糖苷。由于大多数凝固酶阴性葡萄球菌分离株对β-内酰胺类药物具有抗药性,万古霉素仍然是已证实的感染的首选药物。

5.3 替代/辅助治疗 中性粒细胞的耗尽与新生儿败血症的不良预后和死亡率有关。增加中性粒细胞数量或改善其功能是治疗新生儿败血症的方法之一,包括粒细胞输注、重组粒细胞巨噬细胞刺激因子 (GM-CSF)、重组粒细胞集落刺激因子(G-CSF)和静脉免疫球蛋白(IVIG)。研究结果显示,G-CSF和 GM-CSF均可增强早产儿白细胞的中性粒细胞功能[30]。El-Ganzoury等[31]发现60例患有临床败血症的新生儿接受G-CSF治疗后抗生素利用率和住院时间减少,与30名未接受G-CSF治疗的新生儿相比。这些研究表明,在常规治疗的基础上补充G-CSF或GM-CSF可以增强免疫应答。IVIG已经在一个小病例系列中被证明可以增加血液中未成熟的中性粒细胞数量。己酮可可碱用于治疗,因为它调节网状内皮系统的活性,降低中性粒细胞的激活[32]。粒细胞集落刺激因子用于治疗早产儿脓毒症。然而及时输注粒细胞是有问题的,而且没有足够的时间来筛选潜在的捐献者。

5.4 预防治疗 根据大数据显示,GBS是EOS的主要病原体。GBS主要与消化道有关,但也定植于阴道,因此增加了GBS从孕妇传染给新生儿的机会。这导致了更大的GBS感染。为了减少传播的机会,已经推荐了各种预防方案。怀孕期间,孕妇服用青霉素G或氨苄青霉素,以防GBS在阴道内定植。在β-内酰胺过敏的情况下,使用红霉素或克林霉素。通过实施以前的预防措施,降低了GBS感染的流行率[33]。青霉素对β-内酰胺类耐药菌的选择性较低,作用范围较窄,可以作为产中抗菌药物。根据最新的指南,在筛查方法的基础上实施了产中抗生素预防,使EOS患病率下降65%。

6 用于诊断小儿败血症的生物标记物

C-反应蛋白(CRP)和降钙素原(PCT)是最常用于诊断小儿败血症急性期生物标记物。血清CRP在感染后6~10 h内升高,并在感染开始后2~3 d达高峰[34]。血清PCT在发病后4 h内升高,在18~24 h达到最高血药浓度[35]。Altunhan等[34]发现401例疑似败血症的新生儿中,CRP独立预测血培养阳性。Ehl等[36]报道176例新生儿,CRP的阴性预测值为99%。这些报道证明了该生物标记物在指导疑似早发性新生儿细菌感染早期停止抗菌治疗方面的潜在作用。脐带血PCT具有足够的敏感性和特异性,被认为是一种可靠的排除试验[37,38]。笔者总结了被鉴定为新生儿败血症感染的潜在生物标记。见表1。

表1 新生儿败血症的生物标记物

细胞因子水平在新生儿败血症过程中变化迅速。白介素-6(IL-6)、IL-8和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等细胞因子水平升高主要是对细菌感染的反应。这些升高发生在婴儿出现临床症状或标准化诊断试验阳性之前。Ye等[39]研究发现,在患有败血症的新生儿中IL-6、IL-10等细胞因子水平显著高于对照组,其在治疗后显著降低。细胞因子水平表明新生儿在出生后最初几个小时感染的风险,能准确预测婴儿的LOS,其敏感度和特异度分别为78%和84%[40]。

CD64是一种受体,可增强其在感染时的表达,是诊断小儿败血症的生物标记物之一。粒细胞表面CD64在细菌入侵后1~6 h内表达上调,并在感染开始后24 h内保持稳定。CD64作为EOS和LOS的生物标志物,其敏感性、特异性和截断值差异很大。Shi等[41]研究发现3 478例新生儿的17项检测结果显示,其合并的敏感度、特异度值分别为77%、74%。与此同时,CD64作为生物标记物也存在一定的局限性,需与其他生物标记物结合使用。Yang等[42]在对60例患有脓毒症的新生儿和60例非脓毒症新生儿的研究显示,当CD64与CRR、PCT或白细胞计数联合检测时,CD64和PCT联合检测的准确性较高(敏感性:90.9%,阴性预测值:89.2%),其中CD64与PCT或白细胞计数联合检测的准确性更高(敏感性:90.9%)。

Presepsin(P-SEP)是可溶性CD14的切割截短形式,是诊断新生儿EOS和LOS的可靠标志物。Poggi等[43]首次报道P-SEP作为早产儿LOS的生物标志物的有效性,即使在研究人群规模较小的情况下也是如此。他们发现在LOS组和21例非感染对照组妊娠32周时,LOS组的P-SEP明显高于对照组,其AUC值为0.972 ng/L,灵敏度为94%,特异度为100%。此外,一项研究对70例早产儿(32例EOS和38例未感染的早产儿)进行了评估,发现EOS组的P-SEP值在不同时间间隔显著高于未感染组,其中以出生后24 h的准确度最高,截止水平为788 ng/L[44,45]。

SAA属于载脂蛋白,由肝脏合成,其水平由IL-1和IL-6控制[46,47]。SAA是在受伤或感染时分泌的。SAA的特异性为95%,敏感性为82%。SAA水平可以作为EOS的指示性指标,取决于宿主的营养状况和肝功能。SAA水平在早期检测新生儿感染方面具有较高的准确性,并且与新生儿死亡率呈负相关[48,49]。

生物物理标记物/中心-外周温差(CpTD)的测量也能有效反应正在成为LOS。研究表明超过2℃持续>4 h的cpTD与LOS的发生相关,其敏感度和特异性分别为82.8%和82.8%[50]。他们还发现,cpTD可以在70%的病例中及早发现LOS,这表明这可能是新生儿败血症的另一个早期标志。

除此之外,生物技术还发现了一些新的可用于诊断新生儿败血症感染基因生物标记物,如大肠杆菌毒力相关的基因有hlyA基因(溶血素产生)、cnf1基因(细胞毒性坏死因子1)、sat1基因(毒素自身转运蛋白表达)、PapA、-C、-G和-EF基因(P菌毛表达)、fimA基因(菌毛表达)、foG基因(F1C菌毛表达)、sfas基因(S菌毛表达)、fyuA基因(Yersiniabactin表达)、Aer和iucc基因(Aerobactins表达)、铁基因(铁受体表达)、IHA基因(黏附恶性载体表达)、IBEA基因(侵袭因子表达)[51]。由于技术与成本的问题,这些基因生物标记物还未在临床中使用,未来需进一步实验验证其特异性和敏感性。

综上所述,新生儿败血症由全身性细菌感染引起的疾病,是导致全球早产儿和足月儿发病率和死亡率的主要原因。新生儿败血症的治疗一直是一个挑战,它的诊断很困难,因为临床体征是非特异性的,补充检查的准确性很低[52,53]。未来需加强研究识别、开发和改进快速、灵敏和特异的诊断工具,这些工具可以可靠地筛查和识别与新生儿败血症相关的所有病原体,而不受既往抗菌药物暴露的限制,也不受获得的小血量的限制。新的技术,如分析呼吸中的挥发性有机化合物,已被证明是相当敏感和特异性[54,55],并能够在大鼠模型中区分败血症和炎症[49,50],但它们还没有在人体研究中得到证实。

除此之外,为了加快改善预后的步伐,我们必须对新生儿败血症制定并确认公认的共识定义。进一步探讨和调整非培养方法在新生儿败血症中的治疗,如新生儿护理、基因测序、宿主反应生物标志物[例如来自基因表达、蛋白质组和(或)代谢组的生物标志物]和先进的分子工具的组合可能被证明是最终的诊断组合[56,57],它可以确认检测到的病原体确实引起了提示败血症的宿主反应,其可能是早期和更有针对性地治疗新生儿败血症的可靠工具。预防新生儿感染是最终目标,但维持早产儿病原体受限的新生儿环境仍然是一项挑战,因为需要长期的血管通路和呼吸支持。随着新生儿年龄的增长,监测和评估新生儿败血症的长期结果仍然是一个值得注意的卫生保健挑战。

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