慢性阻塞性肺疾病急性加重患者痰液病原體分布特征及與血氣分析相關性的研究

馮 敏，季穎群，張中和

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種以持續氣流受限為特征的肺部疾病，急性加重及其并發癥將加速患者的病情進展[1]。它是由多種因素構成的疾病，包括肺臟內外結構和功能的改變，炎癥在疾病發病進展過程中起著核心作用[2]。有研究顯示，COPD加重的頻率平均為2.5～3.0次/年，加重頻率隨著疾病嚴重程度的增加而增加，而約有一半的加重并未引起患者的重視[2]。在過去十年，對慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)發病機制的理解已有了相當大的提高。反復急性加重是COPD重要的臨床特征，不僅與顯著的生理功能減退相關，而且也與病毒、細菌和大氣污染等誘因增加氣道炎癥有關。反復加重不僅影響個體健康狀況，還導致醫療費用和死亡率的增加[3-4]。2011年COPD全球策略修訂版對其定義進行了修訂，COPD的新定義為：“COPD是一種可以預防和可以治療的常見疾病，其特征是持續存在的氣流受限。氣流受限呈進行性發展，伴有氣道和肺對有害顆粒或氣體所致慢性炎性反應的增加。急性加重和合并癥影響患者整體疾病的嚴重程度”[5]。在冬季數月急性加重更為常見，這可能是低氣溫和病原微生物感染、大氣污染等誘因相互作用的結果。然而，氣道炎癥、微生物病原體和加重的嚴重程度間的關系還沒有確立。血氣分析是評估AECOPD患者病情嚴重程度和指導機械通氣等治療的重要檢查，在危重病搶救與監護過程中發揮著至關重要的作用。COPD血氣分析異常首先表現為輕、中度低氧血癥，隨疾病進展，低氧血癥逐漸加重，并出現高碳酸血癥[6]。本研究對AECOPD患者進行痰培養和細菌學檢查，同時行動脈血氣分析檢測，了解AECOPD患者的痰液病原體分布特征，并探討其與動脈血氧分壓(PaO2)、二氧化碳分壓(PaCO2)的關系，以期指導臨床經驗性抗感染治療。

1　對象與方法

1.1研究對象2008年12月—2010年3月入住大連醫科大學附屬第一醫院呼吸科共有214例AECOPD患者，有184例患者采集到合格痰標本，其中男122例，女62例；年齡48～93歲，平均年齡(76±9)歲。所有患者COPD的診斷符合2011版《慢性阻塞性肺疾病全球倡議》中的標準[5]，AECOPD的診斷參照Anthonisen標準[7]。按痰培養細菌檢測結果，分為痰培養陽性組56例和陰性組128例。痰培養陽性組中，男32例，女24例，平均年齡(77±8)歲；痰培養陰性組中，男90例，女38例，平均年齡(75±9)歲。兩組性別、年齡間有均衡性。

1.2研究方法

1.2.1痰標本收集和培養方法患者入院后在抗生素使用前及機械通氣治療前，先以無菌0.9%氯化鈉溶液漱口3次，用力咳出深部的痰，棄去第一口痰，第二口痰留入無菌痰杯中。挑取痰液膿性部分涂抹于干凈玻片上，經固定后革蘭染色，在低倍鏡(10×10)下觀察鱗狀上皮細胞和多核白細胞數，如鱗狀上皮細胞數<10個/低倍視野和多核白細胞數>25個/低倍視野，為合格的痰標本[8]，否則重新留取。假使收集到不止一次可分析痰標本，采用下列標準選擇一個標本：低倍鏡下多核白細胞越多和上皮細胞越少的痰越好[9]。如果咳不出痰，參照Sutherland等[10]的方案，吸入沙丁胺醇200 μg，10 min后經超聲霧化器吸入3%無菌高滲氯化鈉溶液10～20 min，用力咳痰至無菌痰杯中。霧化前0.9%氯化鈉溶液漱口3次，以減少唾液污染，誘導出的痰同上處理。

按衛生部微生物操作規程，進行微生物常規分離培養。使用Aris型全自動細菌鑒定分析儀(先德公司，英國)進行細菌的鑒定。質控菌株：大腸埃希菌ATCC25922，銅綠假單胞菌ATCC27853，金黃色葡萄球菌ATCC25923，肺炎鏈球菌ATCC49619及白色念珠菌ATCC60193(菌株由美國BD公司提供)。

1.2.2血氣分析檢測所有患者入院后，簽署知情同意書。在安靜的環境中，患者臥床休息3～5 min，不吸氧或停止吸氧30 min后，取橈動脈或股動脈血1 ml。血標本嚴格隔絕空氣，標本20 min內送檢[11]。所使用的血氣分析儀為西門子Rapidlab1245系列血氣分析儀。

1.2.3機械通氣治療AECOPD患者留取合格痰后，根據癥狀、血氣、胸部影像學檢查等評估病情的嚴重程度，合理選擇控制性氧療、抗生素、支氣管舒張劑、糖皮質激素及機械通氣等治療方案。綜合評價所有入組AECOPD患者的病情，并參照2011版《慢性阻塞性肺疾病全球倡議》中急性加重期治療建議[5]，由兩名以上的高年資醫師決定是否進行機械通氣治療。

2　結果

2.1痰標本培養結果和病原體分布情況收集到合格痰標本的184例患者中，痰培養共檢出56株致病病原體，培養陽性率為30.4%。56株病原體中，革蘭陰性菌34株(占60.7%)，其中非發酵菌16株(占28.6%)；革蘭陽性菌8株(占14.3%)；真菌14株(占25.0%)，見表1。

表1　AECOPD患者痰液病原體的分布情況

注：AECOPD=慢性阻塞性肺疾病急性加重

2.2兩組患者PaO2和PaCO2比較痰培養陽性組與陰性組的PaO2和PaCO2比較，差異均有統計學意義(P<0.05，見表2)。

表2　兩組患者PaO2和PaCO2的比較

注：PaO2=動脈血氧分壓，PaCO2=二氧化碳分壓；1 mm Hg=0.133 kPa

2.3兩組患者進行機械通氣治療的情況比較184例患者中，共有24例入院后接受無創或有創輔助通氣治療。痰培養陰性組有6.2%(8/128)的患者接受機械通氣治療，痰培養陽性組有28.6%(16/56)的患者接受機械通氣治療，兩組間比較差異有統計學意義(χ2=17.113，P=0.000)。

3　討論

呼吸道感染是COPD發病和加劇的一個重要因素。Goddard等[12]報道，50%～70%的AECOPD由感染引起，包括細菌、真菌和病毒等，其中40%～50%的感染是由細菌感染引起。關于AECOPD的細菌譜，目前各研究報道存在一定的差異。2002年的一篇回顧性文獻指出，按第1秒用力呼氣容積占預計值百分比(FEV1%pred)分層，肺功能較好的患者(FEV1%pred≥50%)以肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌感染為主，而肺功能較差的患者(FEV1%pred<50%)以腸桿菌科和假單胞菌屬細菌感染為主[13]。許建英等[14]對64例住院和門診就醫的AECOPD患者進行痰定量培養，48例患者痰中檢測出病原體(菌落計數≥107cfu/ml)，陽性率為75.0%，檢測出的病原體以肺炎鏈球菌(37.5%)、腸桿菌(12.6%)、卡他莫拉菌(10.4%)及假單胞菌(8.4%)為多。其中38例同時進行了痰定性培養，細菌陽性檢出率為68.4%，感染病原體以肺炎鏈球菌(30.4%)、表皮葡萄球菌(13.0%)、不動桿菌(10.9%)及腸桿菌(8.8%)為多，真菌感染率為6.5%，主要是白色念珠菌。把痰定量培養和痰定性培養結果比較，檢測出的病原體均以肺炎鏈球菌等革蘭陽性菌及腸桿菌、不動桿菌等條件致病菌為主，兩者培養結果細菌菌株分布的一致率為55.3%。如果按上述肺功能分層來看，FEV1%pred≥50%的患者痰定性培養陽性率為30.8%，感染菌以革蘭陽性菌為主，而FEV1%pred<50%的患者陽性率為88%，革蘭陰性菌及非發酵菌感染率明顯增加。從以上研究結果可以看出，不同國家地區AECOPD患者的感染病原體不完全一致，并且病情不同的患者感染的細菌種類也不同。一般認為，AECOPD患者經口痰標本定量培養中，菌落計數≥107cfu/ml(肺炎鏈球菌≥106cfu/ml)，才能定為潛在的下呼吸道致病菌[15]。如果嚴格按照痰標本收集和送檢流程，定性培養與定量培養陽性結果有較高的一致性，定性培養陽性菌也可以認為是有意義的潛在致病菌。

在本研究中，AECOPD患者痰定性培養陽性率為30.4%，致病菌以革蘭陰性菌為主，其中肺炎克雷伯桿菌和鮑曼不動桿菌的檢出率較高；真菌感染率偏高；而革蘭陽性菌檢出率較低，并且主要為金黃色葡萄球菌感染，與上述資料顯示的AECOPD感染病原體不完全一致。考慮可能原因有：(1)本地區致病菌地域分布及其流行病學特征與上述研究不同；(2)本研究入選患者均為住院患者，年齡較大，并且病情較重(入選患者中有13.0%在住院期間接受機械通氣治療)；(3)入選患者在住院前多有不規律口服或靜脈使用抗生素治療的病史；(4)有些病原體，如肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌等，為苛養菌，營養要求高，不易體外常規培養檢出。鮑曼不動桿菌、嗜麥芽假單胞菌和銅綠假單胞菌等非發酵菌已經成為本地區住院AECOPD患者的常見致病菌。非發酵菌是條件致病菌，對常用抗生素多重耐藥，甚至是泛耐藥，給臨床治療帶來困難。最近國內報道各地區非發酵菌感染有逐年上升的趨勢[16-17]，應引起臨床高度重視。

經支氣管鏡肺泡灌洗或肺組織活檢等侵襲性檢查能提高肺部侵襲性真菌感染診斷的正確性和有效性。但有文獻報道，進行侵襲性采樣帶來的危險要高于經驗性抗真菌治療帶來的不利作用[18]。并且AECOPD患者可疑真菌感染時，一般狀況均較差，無法耐受侵襲性檢查采樣。所以本研究采用痰涂片鏡檢篩查合格痰標本，再對合格痰標本用無菌0.9%氯化鈉溶液充分洗滌以去除口咽部正常定植菌污染，這樣獲取的痰標本可以反映下呼吸道細菌感染情況。易震南等[19]報道，在119例AECOPD患者中，22例檢測到下呼吸道真菌感染，占病例總數的18.5%，致病菌主要為白色念珠菌感染。這與本研究痰真菌培養結果是一致的。COPD患者易并發真菌感染可能與下列因素有關：(1)COPD患者，特別是頻繁加重住院的患者，多是老年人群，體質較差，機體抵抗力下降，易導致本來寄存在上呼吸道條件致病菌如真菌向下蔓延引致感染；(2)長期應用廣譜抗生素和不規范應用抗生素，導致機體菌群失調；(3)糖皮質激素的不規范使用，致使機體免疫功能下降，呼吸道防御機制破壞。在臨床診治過程中，應提高對真菌感染的認識和警惕性，避免醫源性危險因素的產生。

細菌性病原體促成AECOPD的潛在途徑包括：下呼吸道的初次感染；病毒感染后的二次感染；細菌抗原誘發的氣道高反應和嗜酸粒細胞性炎癥。研究已經證實不僅有細菌的存在，而且細菌數目[20]、新菌株獲取[21]和可能與病毒的相互作用[22]都與COPD加重的特征相關。這些證據表明感染是AECOPD的主要原因，還可能參與了 COPD 的發病。

在細菌感染期間，細菌病原體、宿主及其體內復雜的相互作用導致氣道炎癥增加，從而引起AECOPD癥狀出現。氣道上皮細胞損傷，破壞正常的纖毛活性而降低黏膜纖毛清除率，同時腺體黏液分泌增加。這些因素的綜合作用將導致氣道阻力增加，氣流受限加重，臨床上表現為患者加重期肺功能顯著下降。在小氣道固有狹窄基礎上的氣道阻力增加，是導致加重期病理生理紊亂的關鍵環節。通氣量減少和氣體交換功能受損，進而可以引起PaO2下降和二氧化碳潴留，甚至導致加重期呼吸功能衰竭。所以，本研究中細菌培養陽性患者的PaO2和PaCO2水平與細菌培養陰性患者相比有顯著差異，并且在機械通氣治療的應用上也有顯著的區別。

總之，本研究顯示，本地區住院AECOPD患者的痰液病原體以革蘭陰性菌為主，痰培養陽性患者通氣和換氣功能障礙進一步加重。初始抗生素的選擇要充分考慮致病菌地域分布及其流行病學特征的不同，重視條件致病菌和真菌感染的治療。血氣分析提示病情危重的AECOPD患者，在細菌學結果回報前，應盡早給予合理抗生素治療，避免延誤治療時機。

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