超氧化物歧化酶及常用生物標志物檢測對繼發性肺結核并發呼吸衰竭的診斷價值

劉秋月 潘麗萍 駱寶建 韓芬 張宗德 李琦

·論著·

超氧化物歧化酶及常用生物標志物檢測對繼發性肺結核并發呼吸衰竭的診斷價值

劉秋月 潘麗萍 駱寶建 韓芬 張宗德 李琦

目的分析超氧化物歧化酶(SOD)及臨床常用生物標志物用于診斷繼發性肺結核并發呼吸衰竭的應用價值。方法收集首都醫科大學附屬北京胸科醫院2015年3—12月確診為繼發性肺結核的143例患者的外周血標本，其中，繼發性肺結核患者(肺結核組)71例，繼發性肺結核并發呼吸衰竭患者(呼吸衰竭組)72例。檢測并分析研究對象外周血標本SOD、超敏C反應蛋白(HCRP)、紅細胞沉降率(ESR)及N末端-前腦鈉肽(NT-proBNP)水平。結果呼吸衰竭組的SOD水平為(524.16±225.97) mg/ml，低于肺結核組的(725.34±325.63) mg/ml；HCRP水平為(68.51±43.6) mg/L，高于肺結核組的(56.07±39.56) mg/L；ESR水平為(50.05±29.03) mm/1 h，高于肺結核組的(37.13±27.58) mm/1 h；NT-proBNP水平為(882.19±182.36) ng/L，高于肺結核組的(360.26±73.99) ng/L；差異均有統計學意義(t值分別為3.90、1.78、2.69、22.78，P值均<0.05)。經logistic多因素分析顯示，肺結核患者的SOD水平≥300 mg/ml時，發生呼吸衰竭的風險是SOD<300 mg/ml時的89%(OR=0.89；95%CI=0.76～0.92)；肺結核患者的NT-proBNP水平≥80 ng/L時發生呼吸衰竭的風險是NT-proBNP<80 ng/L時的1.21倍(OR=1.21；95%CI=1.12～1.28)。SOD、ESR、HCPR、NT-proBNP在預測肺結核患者是否易發生呼吸衰竭的受試者工作特征曲線分析顯示SOD的曲線下面積(AUC)值最高為0.862，敏感度為73.2%，特異度為93.1%，臨界值(cut-off值)為478.51 mg/ml。NT-proBNP的AUC值為0.764，敏感度72.5%，特異度82.7%，cut-off 值為340.20 ng/L。結論繼發性肺結核患者血漿中SOD及NT-proBNP水平對患者是否并發呼吸衰竭具有良好的輔助診斷價值。

結核，肺； 呼吸功能不全； 超氧化物歧化酶； 診斷； 評價研究

呼吸衰竭是肺結核嚴重的并發癥，也是導致肺結核患者死亡的主要原因之一。結核分枝桿菌在肺內生長、繁殖，導致炎性細胞在肺部聚集、活化，產生大量氧自由基，造成細胞損傷，嚴重時甚至引起肺組織破壞，導致呼吸衰竭的發生。氧化應激在肺結核并發呼吸衰竭的發生中起重要作用，而超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是氧自由基的清除劑，與肺結核并發呼吸衰竭密切相關[1]。為此，筆者將探討比較SOD及臨床常用標志物在繼發性肺結核并發呼吸衰竭患者中的應用價值。

資料和方法

1.研究對象：收集首都醫科大學附屬北京胸科醫院2015年3—12月確診為繼發性肺結核的143例患者的外周血標本，其中，繼發性肺結核患者(肺結核組)71例，繼發性肺結核并發呼吸衰竭患者(呼吸衰竭組)72例。本研究獲得首都醫科大學附屬北京胸科醫院倫理委員會的批準，所有研究對象均簽署知情同意書。

2.診斷標準：肺結核診斷參照《肺結核診斷標準(WS288-2008)》[2]，呼吸衰竭診斷標準[3]：患者吸室內空氣時動脈血氣PaO2<8 kPa(60 mm Hg；1 mm Hg=0.133 kPa)和(或)PaCO2>6.67 kPa(50 mm Hg)，并出現明顯臨床癥狀。排除標準：(1)年齡<18 歲；(2)既往有支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病病史；(3)惡性腫瘤患者；(4)免疫系統疾病或接受免疫治療者；(5)HIV、乙型肝炎病毒，或丙型肝炎病毒感染者；(6)處于妊娠期或哺乳期者。

3.試劑和儀器：Varioskan Flash酶標儀由美國Thermo公司提供，Olympus AU-2700全自動生化分析儀由日本Olympus公司提供。SOD試劑由USCN Business公司提供。超敏C-反應蛋白(hypersensitive C-reactive protein，HCRP)試劑由美國Beckman公司提供。瑞普熒光干式定量分析儀、N末端-前BNP(N-terminal B-type natriuretic peptide，NT-proBNP)檢測試劑盒均為加拿大Response Biomedical 公司生產。

4.檢測方法：所有研究對象均在禁食12 h后，次日清晨空腹抽取肘靜脈血，采用免疫熒光法檢測NT-proBNP；采用免疫比濁法檢測HCPR；采用魏氏法測定血紅細胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate，ESR)；采用ELISA檢測SOD。所有操作過程嚴格按試劑使用說明及儀器操作手冊進行。同時，收集所有患者臨床資料及血氣分析結果。

結 果

1.基本情況：肺結核組71例，其中男46例，女25例，平均年齡(50.43±17.27)歲；呼吸衰竭組72例，其中男48例，女24例，平均年齡(55.31±18.24)歲。兩組研究對象年齡、性別分布、體質量指數(BMI)、并發糖尿病比率等因素差異無統計學意義。呼吸衰竭組的PaO2、PaO2/FiO2較肺結核組降低，PaCO2較肺結核組升高，差異均有統計學意義，見表1。

表1 研究對象不同臨床特征在肺結核組和呼吸衰竭組間的比較

注1 mm Hg=0.133 kPa

表2 SOD、HCRP、ESR、NT-proBNP水平在肺結核組和呼吸衰竭組中的比較

2.各指標檢測結果：對肺結核組、呼吸衰竭組的SOD、HCRP、ESR、NT-proBNP水平進行比較，呼吸衰竭組患者的SOD水平較肺結核組降低，而ESR、HCPR、NT-proBNP水平較肺結核組升高，差異均有統計學意義，見表2。

表3 繼發性肺結核患者發生呼吸衰竭影響因素logisitic回歸分析相關變量賦值表

4.各指標臨床應用價值評價：應用ROC曲線對SOD、ESR、HCPR、NT-proBNP等預測肺結核患者發生呼吸衰竭的價值進行評價(圖1)，臨界值(cut-off值)分別為：SOD<478.51 mg/ml，HCPR<47.21 mg/L，ESR<24.52 mm/1 h，NT-proBNP<340.20 ng/L。其中，SOD及NT-proBNP的AUC值較高，各指標的特異度及敏感度見表5。

表4 繼發性肺結核患者發生呼吸衰竭影響因素logisitic回歸分析結果

圖1 SOD、ESR、HCPR及NT-proBNP用于診斷繼發性肺結核并發呼吸衰竭的ROC曲線

表5 SOD、ESR、HCPR及NT-proBNP檢測繼發性

討 論

肺結核是引起呼吸衰竭的第二大病因，僅次于慢性阻塞性肺疾病，而呼吸衰竭是肺結核患者死亡的主要原因之一。據報道，住院治療的肺結核患者中，呼吸衰竭的發生率為1.5%～6.0%[4]。因此，針對肺結核患者并發呼吸衰竭影響因素的研究十分重要[5]。

本研究兩組患者性別、年齡、BMI、并發糖尿病情況等因素均無差異，說明兩組具有可比性。而血氣分析在兩組間的差異正反映了呼吸衰竭組存在嚴重低氧血癥和肺泡通氣不足。這也正是肺結核并發呼吸衰竭的特征。本研究結果顯示，HCRP、NT-proBNP、ESR在呼吸衰竭患者血漿中的表達水平均高于肺結核組，SOD水平低于肺結核組。通過多因素分析，發現當肺結核患者的SOD水平≥300 mg/ml 時，發生呼吸衰竭的風險是SOD<300 mg/ml 患者的89%；當肺結核患者的NT-proBNP水平≥80 ng/L時其發生呼吸衰竭的風險是NT-proBNP<80 ng/L患者的1.21倍。

眾所周知，結核病患者的氧化應激是由巨噬細胞呼吸爆發和炎癥造成的，超氧化物與結核病的發病機制密切相關[6]。SOD能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質，是生物體內重要的抗氧化酶，能夠減輕超氧陰離子自由基的毒性作用，保護肺部細胞結構和功能正常，能阻止超氧化物引起透明質酸片段化從而抑制肺部炎癥[7]。已有研究發現，在肺結核患者血清中SOD明顯降低[8]，而筆者研究發現，在繼發性肺結核并發呼吸衰竭患者的血漿中，SOD水平明顯低于繼發性肺結核組患者，提示氧化應激反應在肺結核患者發生呼吸衰竭的過程中發揮重要作用，患者體內存在著非常嚴重的氧化-抗氧化失衡。

分析SOD降低的原因，肺結核患者的氧化應激反應是由于結核分枝桿菌激活巨噬細胞產生呼吸爆發及炎癥引起的。結核分枝桿菌感染人體后主要進入巨噬細胞內，而巨噬細胞和其他吞噬細胞等炎癥細胞中的呼吸爆發可立即釋放出大量活性氧代謝產物。細胞的氧化損傷是由于超氧化物產生與抗氧化抵御之間不平衡的結果，在病理狀態下，人體內氧化-抗氧化系統失衡，使自由基長期保持在較高水平，導致機體慢性損傷。肺結核患者體內氧化應激加劇，造成SOD活性明顯降低，下降程度與嚴重程度及病程相關[9]。隨著患者病情的加重，體內氧化劑的生成就會越多，抗氧化劑消耗也就越多，所以更容易引起氧化-抗氧化失衡，而呼吸衰竭的發生更會加劇氧化-抗氧化失衡，進一步增強氧化應激反應。

已有研究顯示肺結核并發呼吸衰竭患者的BNP水平明顯升高[10]，這與本研究結果一致。作為監測心功能或壓力的一種重要生物標志物，NT-proBNP 已經廣泛應用于臨床，BNP有利鈉、利尿、擴張外周血管、抑制腎素釋放、拮抗腎素-血管緊張素-醛固酮系統和交感神經系統等多種生理功能，是人體抵御容量負荷過重及高血壓的一個主要內分泌系統。有研究顯示，在重癥監護室治療的心功能不全及休克患者的NT-proBNP水平明顯高，而且濃度與病死率明顯相關[11]。心功能不全時患者心排血量急劇下降，肺靜脈回流不暢，可引起肺水腫，導致肺泡表面活性物質減少，促進肺泡萎陷、引起肺不張，導致管腔內黏液分泌物清除障礙，細菌生長繁殖。肺水腫所導致的肺泡換氣、通氣功能障礙，進一步加重肺結核患者的呼吸功能障礙，嚴重時導致呼吸衰竭。而呼吸衰竭又進一步加重了心功能不全[12]。因此，早期監測NT-proBNP，及早改善患者心功能，可以有效緩解患者肺通氣和換氣功能障礙，對改善患者預后意義重大。

綜上所述，對繼發性肺結核患者監測其SOD及NT-proBNP，及早控制病情，有利于防止其進一步發展為呼吸衰竭，值得臨床推廣應用。但本研究未對肺結核并發呼吸衰竭患者治療后的SOD及NT-proBNP 水平進行觀察，還有待進一步探討。

[1] Xu D,Li Y,Li X,et al.Serum protein S100A9,SOD3 and MMP9 as new diagnostic biomarkers for pulmonary tuberculosis by iTRAQ-coupled two-dimensional LC-MS/MS.Proteomics,2015,15(1): 58-67.

[2] 中華人民共和國衛生部.肺結核診斷標準(WS288-2008).北京：人民衛生出版社，2008:1-3.

[3] Lichtenstein DA,Mezière GA.Relevance of lung ultrasound in the diagnosis of acute respiratory failure: the BLUE protocol.Chest,2008,134(1): 117-125.

[4] Balkema CA,Irusen EM,Taljaard JJ,et al.Tuberculosis in the intensive care unit: a prospective observational study.Int J Tuberc Lung Dis,2014,18(7): 824-830.

[5] Wayne LG,Sramek HA.Agents of newly recognized or infrequently encountered mycobacterial diseases.Clin Microbiol Rev,1992,5(1): 1-25.

[6] Pieters J.Mycobacteriumtuberculosisand the macrophage: maintaining a balance.Cell Host Microbe,2008,3(6): 399-407.

[7] Gao F,Koenitzer JR,Tobolewski JM,et al.Extracellular superoxide dismutase inhibits inflammation by preventing oxidative fragmentation of hyaluronan.J Biol Chem,2008,283(10): 6058-6066.

[8] 秦立龍,劉偉,牛永亮,等.SOD聯合NLR、PCT在肺結核與社區獲得性肺炎鑒別診斷中的應用.皖南醫學院學報,2017,36(1): 30-33.

[9] 李琦,梁清濤,操敏,等.肺結核合并低氧血癥或呼吸衰竭患者氧化/抗氧化特點的觀察.國際呼吸雜志,2009,29(08):456-458.

[10] 衛安娜,杜正新,龐慧敏.肺結核合并呼吸衰竭腦鈉肽濃度變化的臨床意義.廣州醫藥,2016,47(1):6-9.

[11] Tung RH,Garcia C,Morss AM,et al.Utility of B-type natriuretic peptide for the evaluation of intensive care unit shock.Crit Care Med,2004,32(8): 1643-1647.

[12] 封凱旋,馬斌,黃曉麗,等.血漿NT-proBNP檢測在AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者治療中的臨床價值研究.醫學研究雜志,2015,44(4):79-81.

ThevaluesofSODandcommonbiomarkersindiagnosingsecondarypulmonarytuberculosiscomplicatedwithrespiratoryfailure

LIUQiu-yue,PANLi-ping,LUOBao-jian,HANFen,ZHANGZong-de,LIQi.

DepartmentofIntensiveCareUnit,BeijingChestHospital,CapitalMedicalUniversity,BeijingTuberculosisandThoracicTumorResearchInstitute,Beijing101149,China

LIQi,Email:Lq0703@hotmail.com

ObjectiveTo analyze the performance of superoxide dismutase (SOD) and the common clinical biomarkers for diagnosis of secondary pulmonary tuberculosis complicated with respiratory failure.MethodsThe peripheral blood of 143 cases with secondary pulmonary tuberculosis in Beijing Chest Hospital,Capital Medical University between March 2015 and December 2015 were collected in this study.Among the included patients,there were 71 cases with pulmonary tuberculosis (defined as pulmonary tuberculosis group) and 72 cases with secondary pulmonary tuberculosis complicated with respiratory failure (defined as respiratory failure group).The levels of concentrations of SOD,hypersensitive C reactive protein (HCRP),erythrocyte sedimentation rate (ESR) and NT-proBNP were tested.ResultsThe level of SOD was 524.16±225.97 mg/ml in respiratory failure group,which was lower than that in the pulmonary tuberculosis group (725.34±325.63 mg/ml).The level of HCRP was 68.51±43.6 mg/L in respiratory failure group,which was higher compared with the pulmonary tuberculosis group (56.07±39.56 mg/L).The ESR was 50.05±29.03 mm/1 h in respiratory failure group,higher than that in pulmonary tuberculosis group (37.13±27.58 mm/1 h).The level of NT-proBNP was 882.19±182.36 ng/L in respiratory failure group,which was higher than that in the in pulmonary tuberculosis group (360.26±73.99 ng/L).The differences in the levels of SOD,HCRP,ESR and NT-proBNP were statistically significant (t=3.90,1.78,2.69 and 22.78;Ps<0.05).The logistic multivariate analysis showed that the risk of respiratory failure in pulmonary tuberculosis patients with a SOD level of ≥300 mg/ml was 89% compared with patients with a SOD level of <300 mg/ml (OR=0.89; 95%CI=0.76-0.92); the risk in patients with a NT-proBNP level of ≥80 ng/L was 1.21 times of patients with a NT-proBNP of <80 ng/L (OR=1.21; 95%CI=1.12-1.28).Receiver operating characteristic curves (ROC) analysis showed that area under curve (AUC) of SOD in diagnosing respiratory failure in pulmonary tuberculosis patients was 0.862,followed by NT-proBNP,HCRP and ESR.the sensitivity of SOD was 73.2% and specificity was 93.1%; the cut-off value was 478.51 mg/ml.AUC of NT-proBNP was 0.764,the sensitivity of NT-proBNP was 72.5% and specificity was 82.7%,and the cut-off value was 340.20 pg/ml.ConclusionThe plasma levels of SOD and NT-proBNP have good clinical values in monitoring the occurrence of respiratory failure in secondary pulmonary tuberculosis patients.

Tuberculosis,pulmonary; Respiratory insufficiency; Superoxide dismutase; Diagnosis; Evaluation studies

10.3969/j.issn.1000-6621.2018.01.016

“十二五”國家科技重大專項(2015ZX10004801-003)；北京市自然科學基金(7164245)；北京市科技新星計劃(Z161100004916080)；北京市醫院管理局“青苗”計劃專項(QML20151501)；重大傳染病防治協同創新中心(PXM2016_014226_000052)

101149 首都醫科大學附屬北京胸科醫院重癥監護病房(劉秋月、駱寶建、韓芬)，耐藥結核病研究北京市重點實驗室(潘麗萍、張宗德)，結核科(李琦)

李琦，Email：Lq0703@hotmail.com

2017-04-11)

李敬文)