慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者痰培养与铁标志物和炎症指标的关系*

陈森雄 刘康宁 吴靖升 苏群志 唐荣德 苏健婷

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是呼吸科常见疾病，高居全球死亡原因的第四位。急性慢性阻塞性肺疾病（acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD）是诱发患者住院、死亡的重要原因，患者由于气道的慢性炎症状态，气道结构遭受破坏，呼吸道防御功能减弱，支气管清除能力降低，易出现呼吸道感染，诱发呼吸衰竭[1-2]。临床上对呼吸道感染的诊断依据为痰培养，针对性抗生素选择的依据为药敏试验，但由于痰培养及药敏试验耗时较长、费用较高的缺陷，临床医师在培养结果前多选择经验性的抗生素治疗，针对性有所不足。

常规的炎症指标，如血清淀粉样蛋白A（serum amyloid A，SAA）、超敏C 反应蛋白（high-sensitivity C reactive protein，hs-CRP）、降钙素原（procalcitonin，PCT）、白细胞计数（white blood cell count，WBC）及中性粒细胞（neutrophil，NE）等为炎症的判断提供了重要依据，且兼具检测方便、快捷、廉价等优势，连续动态多指标联合检测为AECOPD 早期抗感染治疗及成效判断提供了重要指导[3-4]。铁是机体氧转运不可缺少的成分，参与了某些能量代谢酶的合成、T 淋巴细胞免疫相应过程，但同时铁相关蛋白也给病菌提供了营养，加剧了感染状况[5-6]，铁代谢物可能与感染密切相关。因此，铁代谢物或可用于AECOPD 感染及感染菌种的判断。目前鲜有文献分析铁标志物与痰培养的关联，本研究探讨了AECOPD 患者痰培养与血清铁标志物和炎症指标的关系，旨在为AECOPD 患者抗感染治疗提供指导。

1 资料与方法

1.1 一般资料 将江门市新会区中医院2020 年6 月-2022 年2 月呼吸内科住院部接收的AECOPD 患者为研究对象。纳入标准：符合文献[7]《慢性阻塞性肺疾病急性加重抗感染治疗中国专家共识》中AECOPD 的诊断标准。排除标准：（1）伴自身免疫性疾病、其他感染性疾病、肿瘤、恶性血液病、甲状腺疾病等影响炎症指标的疾病；（2）近1 个月有外伤、手术史；（3）肝炎、肝硬化、肝癌等可能影响铁代谢指标的疾病。122 例痰培养阳性患者作为阳性组，122 例痰培养阴性患者作为阴性对照组。本研究经本院医学伦理委员会批准。患者及家属均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 取材方法 采用咳痰法、纤维支气管镜或人工气道吸引痰、肺泡灌洗等方法选取培养标本。咳痰法要求患者晨起漱口后，用无菌生理盐水漱口3 次，后用力咳出深部的痰，留取标本于无菌集痰器皿中；其余方式取痰均需严格执行无菌操作规范，获取标本。无论何种方法采集的标本均需30 min 内送检。

1.2.2 细菌培养和鉴定 仪器为VITEK2 Compact全自动细菌鉴定仪（法国梅里埃生产）。痰标本培养18～24 h 后细菌分纯，选择不同革兰阳性（G+）菌、革兰阴性（G-）菌等菌种鉴定卡，遵循标准作业流程指导书完成病菌类型的测试。将培养出的病原菌按革兰染色分为G+菌感染、G-菌感染及真菌感染。

1.2.3 血清铁代谢指标及炎症指标 于患者入院次日晨抽取空腹静脉血9 mL，分装3 个试管，每个试管3 mL。其中一个试管用于检测血清铁代谢3 项指标及炎症指标。血清铁代谢3 项指标：血清铁（serum iron，SI）、血清铁蛋白（serum ferritin，SF）、转铁蛋白（transferrin，TRF）；炎症指标：SAA 和hs-CRP。检测仪器为罗氏Cobasc702 全自动生化分析仪。SI 参考范围：男11.0～31.0 μmol/L，女9.0～30.0 μmol/L；SF参考范围：男30～200μg/L；女15～150μg/L；TRF参考范围1.87～3.12g/L；hs-CRP参考范围：0.01～8.20mg/L；SAA参考范围：0.01～10.0mg/L。

1.2.4 PCT 检测 空腹静脉血3 mL，采用万孚免疫荧光层析定量系统FS-113 检测，全血样本加入缓冲液，混匀1 min，后用移液枪吸取75 μL 混合液，均匀滴加至试剂卡，插入试剂卡，点击测试键，5 min 后读取结果。PCT 参考范围：＜0.5 ng/mL。

1.2.5 WBC、NE 检测 空腹静脉血3 mL，采用Sysmex XS-1000i 全自动血细胞分析仪检测血常规，选择静脉血标本适配器，在手工样本号对话框中选择分析模式为“CBC+DIFF”，点击确认，读取结果。WBC 参考范围：（3.5～9.7）×109/L；NE 参考范围：40.0%～75.0%。

1.3 统计学处理 数据处理采用SPSS 22.0 统计学软件。计数资料以率（%）表示，采用χ2检验；计量资料符合正态分布用（±s）表示，多组比较采用单因素方差分析（One-Way ANOVA），两两比较采用LSD 法；不符合正态分布的计量资料采用四分位数法[M（P25，P75）]表示，多组间比较采用Kruskal-Wallis 检验，两两比较采用Mann-WhitneyU检验；AECOPD 患者炎症指标与铁代谢指标相关性分析采用Pearson、Spearman 相关性分析；以接受者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线分析SI、SF 及TRF 在AECOPD 患者痰培养阳性的预测价值，并分析SI、SF 及TRF 在AECOPD患者真菌鉴别中的诊断价值，其中0.5＜AUC≤0.7 为预测效能较低，0.7＜AUC≤0.85 为预测效能中等，0.85＜AUC≤0.95 为预测效能良好。以P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料比较 阳性组男89 例，女33 例；年龄64～89 岁，平均（72.40±6.85）岁；病程4～20 年，平均（13.60±2.86）年；吸烟39 例。阴性对照组男94 例，女28 例；年龄59～86 岁，平均（71.88±7.06）岁；病程3～22 年，平均（13.88±2.95）年；吸烟43 例。两组患者年龄、性别、病程及吸烟比例比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

2.2 AECOPD 患者痰培养结果 痰培养阳性的122例AECOPD患者中，G+菌感染37例，占比30.33%；G-菌感染73 例，占比59.84%；细菌感染110 例，占比90.16%；真菌感染12 例，占比9.84%。见表1。

表1 AECOPD患者痰培养阳性结果

2.3 AECOPD 患者痰培养结果与血清铁代谢指标的关联 三组间SI、TRF、SF 水平比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）；真菌感染及细菌感染的AECOPD 患者SI、TRF 水平均低于阴性对照组，SF 水平均高于阴性对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；真菌感染的AECOPD 患者SF 水平低于细菌感染组，TRF 水平高于细菌感染组（P＜0.05）。见表2。

表2 AECOPD患者痰培养与血清铁代谢指标的关联（±s）

表2 AECOPD患者痰培养与血清铁代谢指标的关联（±s）

#与阴性对照组比较P＜0.05；*与细菌感染组比较，P＜0.05。

2.4 AECOPD 患者痰培养结果与炎症指标的关联 三组间炎症指标水平比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）；真菌感染及细菌感染的AECOPD 患者的WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 水平均高于阴性对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；真菌感染AECOPD患者的WBC、hs-CRP、PCT及SAA水平均低于细菌感染组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表3 AECOPD患者痰培养与炎症指标的关联

2.5 AECOPD 患者炎症指标与铁代谢指标的相关性分析 AECOPD 患者的SI、TRF 与WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈负相关，SF 与WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈正相关（P＜0.05）。见表4。

表4 AECOPD患者炎症指标与铁代谢指标的相关性分析

2.6 AECOPD 患者铁标志物对AECOPD 患者痰培养阳性预测价值 将所有AECOPD 患者作为样本（244 例），以AECOPD 患者痰培养阳性作为状态变量，SI、SF 及TRF 作为检验变量，不同铁代谢指标在预测AECOPD 患者痰培养结果阳性的价值为SF＞TRF＞SI（P＜0.05）。见表5、图1。

图1 SI、SF及TRF预测AECOPD患者痰培养阳性的ROC曲线图

表5 铁标志物对AECOPD患者痰培养阳性预测的ROC分析结果

2.7 AECOPD 患者铁标志物对AECOPD 患者痰培养菌种的预测价值 将AECOPD 患者痰培养阳性患者作为总样本（122 例），以痰培养为真菌作为状态变量，SI、SF 及TRF 作为检验变量，不同铁代谢指标在预测AECOPD 患者痰培养为真菌的预测价值为SF＞TRF（P＜0.05）。见图2、表6。

表6 铁标志物对AECOPD患者痰培养阳性患者中真菌的预测价值

图2 SI、SF及TRF预测AECOPD患者痰培养真菌结果的ROC曲线分析

3 讨论

COPD 患者以老年人群为主，由于身体脏器功能的退化、抵抗能力下降，常受到病菌的侵蚀，引发感染。报道显示，AECOPD 患者中感染比例高达40.0%～60.0%[8]。AECOPD 感染后，肺泡巨噬细胞可放大炎症反应程度，引起肺组织损伤，导致病情加重。此外，AECOPD 患者病情加重还与肿瘤坏死因子、白介素-2、白介素-4 等炎症因子失衡，诱发或加重中性粒细胞介导肺功能损伤进程有关。报道显示，AECOPD 患者下呼吸道病原菌以鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌为代表的G-菌种为主[9]。本组122 例痰培养阳性的AECOPD 患者中G+菌感染37例，占比30.33%，G-菌感染73 例，占比59.84%，真菌感染12 例，占比9.84%；G+菌种以金黄色葡萄球菌及肺炎链球菌为主，G-菌种以鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌为主，真菌感染以白色念珠菌感染为主，与杨家盛等[10]对广东地区AECOPD 下呼吸道感染病原菌调查结果较为接近。

铁是人体重要的微量元素，在DNA 合成、血红蛋白合成、氧的转运与氧化还原过程中均有重要作用。血液中和TRF 相结合的铁为SI，SI 是形成血红素的必须元素，血红素是血红蛋白与肌红蛋白的原料，是维生素B 代谢的重要物质，在细胞代谢中发挥重要作用。AECOPD 急性感染后，T 淋巴细胞介导的细胞免疫进程将发挥免疫调节作用，T 淋巴免疫系统激活需消耗大量的核酸及SI，引起SI 下降。此外，SF 合成增加后，需经TRF 运载，TRF合成亦将加剧SI 消耗，而TRF 在运载SF 中可由于消耗而降低。本研究发现，真菌感染及细菌感染的AECOPD 患者SI、TRF 水平均显著低于阴性对照组，SF 水平均显著高于阴性对照组（P＜0.05），说明痰培养阳性的AECOPD 患者较痰培养阴性的AECOPD患者，SF 合成明显增加，SI 及TRF 水平下降。

AECOPD 患者急性感染后，除引起铁代谢指标异常外，还将引起相关炎症标志物的高表达。WBC可通过变形穿过毛细血管壁，集中在病菌部位，将病菌包围、吞噬，发挥抗炎作用。hs-CRP 是病菌感染的急性相关蛋白，在AECOPD 患者感染的数小时后，hs-CRP 即可出现迅速上升，且随着病菌的控制，逐渐恢复至正常水平。PCT 是反映AECOPD患者全身炎症反应活跃程度的重要指标，在全身炎症反应综合征、多器官功能紊乱综合征、严重休克后、脓毒症中均可检测到明显上升[11-13]。NE在感染、肿瘤、组织损伤后将出现异常上升，在AECOPD 感染后，NE 含量上升可经趋化作用、吞噬作用与杀菌作用发挥免疫调节功能；但NE 免疫调节的作用是双相的，感染后NE 大量聚集在肺泡中可加重肺功能损伤进程，引起呼吸功能衰竭[14-15]。SAA 是评估急性炎症反应的相关蛋白，AECOPD 患者急性感染后，机体炎症迅速放大，SAA 快速上升。研究发现，AECOPD 患者SAA 的水平显著高于稳定期COPD 患者[16]。本研究显示，真菌及细菌感染的AECOPD 患者WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 水平均显著高于痰培养阴性的AECOPD 患者（P＜0.05），说明与AECOPD 痰培养阴性患者比较，AECOPD 痰培养阳性患者的相关炎症指标出现了显著上升，与既往报道较为一致[17]。本研究进一步分析了AECOPD 患者铁代谢指标与炎症指标的相关性，结果显示，AECOPD 患者的SI、TRF 与WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈负相关性，SF 与WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈正相关性，提示AECOPD 患者的铁代谢指标与炎症指标有良好的相关性，AECOPD 患者的SI、TRF 随炎症反应加剧而下降，而SF 随炎症反应加剧而上升。

痰培养微生物鉴定及药敏试验结果通常需3～5 d，由于AECOPD 患者病情急迫，抗感染治疗是AECOPD 的基础性治疗方式，在此期间等待痰培养微生物鉴定及药敏试验结果将延误患者治疗时机[18-19]。临床上常用的抗感染方式为经验性广谱抗生素治疗，该方式尽管对多数AECOPD 患者抗感染有效，但仍旧有10.0%～20.0%的患者经验性抗感染失败[20-21]。本研究发现，SI、SF 及TRF 预测AECOPD 患者痰培养结果阳性的效能中等（0.7＜AUC≤0.85），说明检测SI、SF及TRF 对AECOPD 患者是否感染有中等的预测价值。从表2 可以发现，SF 及TRF 在细菌感染与真菌感染的AECOPD 患者中显示了统计学差异，利用AECOPD患者血清铁代谢指标或有助于细菌感染与真菌感染的鉴别。本研究发现SF、TRF 在真菌和细菌预测的AUC 分别为0.711、0.672，说明SF、TRF 在预测AECOPD 真菌与细菌感染有一定的价值。

综上，AECOPD 痰培养阳性患者的SI、TRF 低于痰培养阴性的AECOPD 患者，SF 高于痰培养阴性AECOPD 患者，SI、TRF、SF 与WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 炎症指标有一定的相关性；SI、SF及TRF 可用于早期预测AECOPD 患者痰培养阳性结果，而SF 及TRF 在早期预测AECOPD 患者真菌感染有一定的价值。由于本研究样本数量较少，痰培养菌种类不多，可能对结果产生偏倚；此外SF及TRF 在AECOPD 真菌与细菌感染鉴别的生理病理学机制仍需基础研究加以明确。