血清鐵在膿毒癥診斷及預后評估中的臨床價值

李福興，王黎，樊玉娟，謝可心，程明璟，張玉琳，趙衛東*

1大理大學臨床醫學院，云南大理 671000；2大理大學第一附屬醫院檢驗科，云南大理 671013

膿毒癥為機體對感染的反應失調而導致的危及生命的器官功能障礙[1]。膿毒癥患者一般早期即合并貧血，其癥狀隨住院時間延長而加重，且膿毒癥相關性貧血的發病機制相對復雜，使得治療更為棘手，病死率更高[2-4]。隨著研究的深入，人們對膿毒癥發病機制中微量元素代謝紊亂的認識也日益加深[5]。鐵是機體必需的微量元素，參與DNA合成、能量生產及免疫功能等生物過程[6]。眾多研究表明，鐵可能是一種有用的生物標志物，可用于評估膿毒癥的嚴重程度，并能預測疾病的結局[7-11]。

膿毒癥相關性貧血往往合并鐵代謝紊亂[12]，但鐵代謝指標變化與膿毒癥預后之間的關系尚不明確，已有研究表明鐵代謝指標可作為膿毒癥預后的預測因素[13-14]。通常，血漿鐵蛋白(儲存鐵)在缺鐵性貧血時降低，但在膿毒癥急性期升高[15]。但也有研究發現，血清鐵蛋白既不能預測小兒膿毒癥患者的器官功能障礙，也不能預測其病死率[16]。此外，炎癥與鐵代謝之間的相互作用可能會干擾膿毒癥患者其他炎癥性貧血的相關參數，并使鐵代謝變化更為復雜。目前關于膿毒癥患者早期鐵代謝的變化趨勢、缺鐵對機體的進一步影響及其與膿毒癥患者預后的關系研究相對較少，補充鐵劑對膿毒癥患者炎癥性貧血的治療效果如何仍存在爭議。本研究探討了血清鐵在膿毒癥患者診斷及預后評估中的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象及分組 回顧性分析2018年9月-2019年9月大理大學第一附屬醫院重癥監護室(ICU)收治的85例膿毒癥患者的臨床資料，所有患者均符合膿毒癥新指南Sepsis 3.0中的診斷標準[17]。另納入同期入住我院ICU且性別、年齡均匹配的非膿毒癥患者50例作為對照組。根據28 d生存情況將膿毒癥患者分為死亡組(n=34)與生存組(n=51)。排除標準：(1)患者年齡＜18歲或＞80歲；(2)合并急性心腦血管事件、各系統惡性腫瘤及嚴重血液病；(3)孕婦及哺乳期婦女；(4)既往病史不明確，影響序貫器官衰竭評分(SOFA)的準確評估；(5)伴有人類免疫缺陷病毒(HIV)感染及自身免疫性疾病，使用免疫抑制藥物及細胞毒性藥物等；(6)伴有影響血清鐵蛋白濃度的基礎疾病，如各種原因導致的失血、消化性潰瘍、鉤蟲病及混合痔等。本研究經醫院倫理委員會批準(批號DFY20180625)。

1.2 臨床資料收集 利用醫院信息系統(Hospital Information System，HIS)查閱并收集兩組患者的臨床病歷資料，記錄兩組的一般資料[年齡、性別及體重指數(BMI)等]、臨床表現(生命體征、感染途徑、并發癥及住院天數等)，并計算入院時的SOFA評分。

1.3 實驗室指標檢測 收集研究對象入住ICU 24 h內的外周靜脈血，保存于含有肝素或乙二胺四乙酸的采血管中，以3500 r/min離心10 min，將血清分裝于-80 ℃冰箱凍存備檢。采用流式細胞術[BD FACSCalibur流式細胞儀(美國BD Bioscience公司)]檢測白細胞介素-1β(IL-1β)水平；采用XN-9000自動血細胞分析儀(日本Sysmex公司)測量白細胞(WBC)、中性粒細胞、淋巴細胞、單核細胞、紅細胞(RBC)、血紅蛋白(Hb)、血細胞比容(HCT)及血小板(PLT)水平；采用Burgess Hill全自動免疫分析儀(英國Roche Diagnostic公司)檢測降鈣素原(PCT)水平；采用全自動蛋白分析儀(德國DIASYS公司)檢測C反應蛋白(CRP)水平；采用7600 Series自動生化分析儀(日本HITACHI公司)檢測總膽紅素(TBI)、肌酐(Cr)、尿素氮(BUN)、鐵蛋白、血清鐵、轉鐵蛋白(TRF)、總鐵結合力(TIBC)及轉鐵蛋白飽和度(Tfs)水平。

1.4 血清鐵對膿毒癥診斷效能及預后判斷的評估價值 采用受試者工作特征(ROC)曲線評估血清鐵對膿毒癥的診斷效能以及各指標對膿毒癥預后的判斷價值；采用Spearman相關分析判斷血清鐵與各變量間的相關性；采用Cox風險模型分析膿毒癥患者的預后危險因素。根據約登指數選取血清鐵對膿毒癥患者28 d病死率的最佳預測閾(cut-off)值，以血清鐵水平的截斷值(2.5 μmol/L)為界，將85例膿毒癥患者分為兩組，其中≥2.5 μmol/L組65例，<2.5 μmol/L組20例，采用Kaplan-Meier生存分析比較兩組28 d病死率，并用log-rank法比較生存曲線的差異。

1.5 統計學處理 采用SPSS 20.0軟件進行統計分析。計數資料以例(%)表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法；符合正態分布的計量資料以±s表示，兩組比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布的計量資料以M(Q1，Q3)表示，兩組比較采用Mann-WhitneyU檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 兩組一般資料比較 85例膿毒癥患者中，革蘭陰性菌感染37例，革蘭陽性菌感染48例；發生膿毒癥休克者20例，未發生膿毒癥休克者65例。與對照組比較，膿毒癥組收縮壓、血氧飽和度明顯降低，差異有統計學意義(P<0.05)；兩組年齡、性別、BMI、體溫、呼吸、心率、舒張壓差異無統計學意義(P>0.05)(表1)。

表1 對照組與膿毒癥組一般資料比較Tab.1 Comparison of the general information between control group and sepsis group

2.2 兩組臨床指標比較 與對照組比較，膿毒癥組紅細胞計數、血紅蛋白、血小板、血清鐵、轉鐵蛋白飽和度、入住ICU時間等指標均降低，總膽紅素、肌酐、降鈣素原水平及SOFA評分均升高，差異有統計學意義(P<0.05)；兩組其余實驗室指標差異無統計學意義(P>0.05)(表2)。

表2 對照組與膿毒癥組臨床指標比較Tab.2 Comparison of the clinical indicators between control group and sepsis group

2.3 血清鐵對膿毒癥的診斷效能評估 血清鐵診斷膿毒癥的ROC曲線下面積(AUC)為0.71(95%CI

0.62～0.79)，診斷敏感度為34.1%，特異度為100.0%(圖1)。

圖1 血清鐵對膿毒癥診斷效能評估的ROC曲線Fig.1 Receiver operating characteristic curves of serum iron diagnosed for sepsis

2.4 血清鐵對膿毒癥預后的評估價值

2.4.1 生存組與死亡組一般資料比較 兩組合并糖尿病患者比例、BMI、舒張壓、血氧飽和度等差異有統計學意義(P<0.05)；年齡、性別、生命體征(體溫、呼吸、心率、收縮壓)、病因、并發癥(高血壓、慢性阻塞性肺疾病)等差異無統計學意義(P>0.05)(表3)。

表3 膿毒癥生存與死亡患者一般資料比較Tab.3 Comparison of the general information between survival group and non-survival group

2.4.2 生存組與死亡組臨床指標比較 與生存組相比，死亡組C反應蛋白、降鈣素原、SOFA評分、IL-1β均升高，紅細胞計數、血紅蛋白、血清鐵、轉鐵蛋白飽和度均降低，差異有統計學意義(P<0.05)。其余實驗室指標及入住ICU天數等差異無統計學意義(P>0.05，表4)。

表4 膿毒癥生存與死亡患者臨床指標比較Tab.4 Comparison of the clinical indicators between survival group and non-survival group

2.4.3 膿毒癥預后相關危險因素的Cox回歸分析 Spear man相關分析表明，血清鐵與I L-1β呈負相關(r=-0.51，P<0.001)，與紅細胞計數(r=-0.0 1，P=0.8 9 9)、血紅蛋白(r=-0.0 7，P=0.5 4 8)、C R P(r=-0.1 4，P=0.1 9 1)、PCT(r=-0.09，P=0.413)、SOFA評分(r=-0.03，P=0.795)等無明顯相關性。單因素Cox回歸分析結果顯示，糖尿病、SOFA評分高、CRP、PCT及IL-1β等是膿毒癥預后的危險因素，BMI、舒張壓、血氧飽和度、血清鐵、轉鐵蛋白飽和度等是膿毒癥預后的保護因素；進一步行多因素Cox回歸分析發現，體溫、SOFA評分、CRP、PCT、IL-1β是膿毒癥預后的獨立危險因素，BMI、血氧飽和度是膿毒癥預后的保護因素(表5)。

表5 膿毒癥預后相關危險因素的Cox回歸分析Tab.5 Cox regression analysis for risk factors of sepsis prognosis

2.4.4 ROC曲線分析各指標判斷膿毒癥預后的價值

ROC曲線分析結果顯示，IL-1β判斷膿毒癥預后的價值最高，AUC最大，診斷敏感度為64.7%，特異度為68.6%；其次為SOFA評分和血清鐵(表6)。

表6 各指標判斷膿毒癥患者預后的ROC曲線分析結果Tab.6 Receiver operating characteristic analysis for laboratory indexes of sepsis prognosis

2.4.5 生存曲線分析 生存分析結果顯示，血清鐵<2.5 μmol/L的膿毒癥患者的28 d病死率高于血清鐵≥2.5 μmol/L的患者，差異有統計學意義(P=0.003，圖2)。

圖2 不同血清鐵水平患者生存曲線比較Fig.2 Comparison of Kaplan-Meier survival curves of patients with different serum iron levels

3 討 論

鐵是參與微生物生長過程的一種重要元素，大多數微生物的致病作用依賴于鐵，一些細菌(如大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌)已經進化出從宿主鐵結合蛋白(如轉鐵蛋白)中清除鐵的能力[7-8]。生理情況下，鐵穩態受鐵調素的嚴格調控，在膿毒癥期間，鐵代謝會發生改變，包括增加細胞內鐵的運輸及吸收，減少鐵的輸出，這是機體對抗病原體的一種保守策略。雖然細胞內鐵過載已被證實具有一定保護作用，但隨著病情的發展，其可能會導致機體發生氧化損傷及細胞死亡(例如細胞焦亡、鐵死亡)[9-11]。

目前關于鐵代謝紊亂與膿毒癥之間的關系研究仍較少，血清鐵在膿毒癥中的作用尚存在爭議。本研究發現，膿毒癥患者血清鐵水平明顯低于非膿毒癥患者，且膿毒癥死亡組RBC、Hb及血清鐵水平顯著低于生存組，提示膿毒癥患者早期即存在因血清鐵下降導致的貧血及鐵代謝紊亂[18]，而低鐵環境可能是機體限制細菌生長、減少感染所做出的防御性反應[7]。但也有研究表明機體嚴重缺鐵會增加血流感染的風險[19]。Jiang等[15]發現，入住ICU后的第1、3、7天，死亡組的血清鐵水平均低于存活組，與本研究結果一致。本研究還發現，血清鐵水平<2.5 μmol/L的膿毒癥患者28 d病死率高于血清鐵≥2.5 μmol/L的患者，原因可能是血清鐵水平降低使缺鐵性貧血的發生風險增加，治療更為棘手，故預后更差。有研究報道，膿毒癥合并嗜血細胞綜合征(hemophagocytic syndrome，HPS)患者的血清鐵及鐵蛋白水平升高，血清鐵蛋白最高可達10 000 ng/ml[20]。HPS相對罕見且危及生命，主要特征為極端免疫激活導致高細胞因子血癥及多器官系統損傷[21]，當膿毒癥患者檢測到較高的血清鐵及鐵蛋白水平時，應根據其他HPS標準進行評估，一旦合并HPS，患者預后往往很差，更應及早進行干預及治療。

血清鐵在膿毒癥中的作用機制尚未明確。有研究表明，膿毒癥中多器官功能衰竭可能是由于早期的高炎癥“細胞因子風暴”所致[22]，其中，促炎因子IL-1β可促進炎癥級聯反應，進一步誘導多種炎性因子的表達，參與膿毒癥的發病[23]。在本研究中，膿毒癥死亡組的IL-1β表達水平明顯升高。Mera等[24]也發現，膿毒癥死亡患者血漿IL-1β濃度高于存活患者，并呈持續上升趨勢，提示死亡組具有更高的炎癥水平。另外，IL-1β通過上調鐵調素的表達在炎癥性貧血中發揮重要作用，機體發生感染后，IL-6可通過激活GP130/STAT3信號通路上調鐵調素的表達水平，進而降低血清鐵水平[25]，而IL-1β可誘導IL-6的上調[26]，同時IL-1β可通過刺激轉錄因子CCAAT增強子結合蛋白(C/EBP)δ的表達，結合鐵調素啟動子上的C/EBP結合位點，導致鐵調素的轉錄激活，進一步下調血清鐵水平[27]，這為IL-1β與血清鐵水平呈負相關提供了合理解釋，故血清鐵水平下降與IL-1β、IL-6等炎性因子刺激有關，死亡組患者的IL-1β水平更高，細胞因子風暴更為劇烈，同時IL-1β可促進鐵調素的表達，導致更低的血清鐵水平，進一步為低血清鐵水平是膿毒癥28 d病死率的獨立危險因素提供了證據。

本研究也存在一些局限性：(1)為單中心回顧性研究，樣本量有限，無法排除選擇偏倚的影響；(2)非膿毒癥患者基礎疾病為多發傷、腦外傷、燒傷等，此類患者往往情況危急，入院即送往ICU進行救治，且僅分析對照組入住ICU 24 h內的檢測指標，機體應激反應有可能延遲，故導致非膿毒癥的并發癥及基礎病與膿毒癥患者差距較大，結果可信度欠佳；(3)僅記錄了入院24 h內的鐵代謝指標，未對鐵代謝中樞調控因子鐵調素進行研究，而動態檢測鐵代謝指標的變化可能更有意義；(4)只對28 d病死率進行分析，時間較短，應進行更長時間的隨訪，從而對預后進行更充分地評估。

綜上所述，本研究結果表明，血清鐵在膿毒癥死亡組中下降更明顯，與膿毒癥患者28 d病死率有一定聯系，且與IL-1β呈明顯負相關，血清鐵<2.5 μmol/L時，患者更容易死亡。