慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者痰培養與鐵標志物和炎癥指標的關系*

陳森雄 劉康寧 吳靖升 蘇群志 唐榮德 蘇健婷

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是呼吸科常見疾病，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）是誘發患者住院、死亡的重要原因，患者由于氣道的慢性炎癥狀態，氣道結構遭受破壞，呼吸道防御功能減弱，支氣管清除能力降低，易出現呼吸道感染，誘發呼吸衰竭[1-2]。臨床上對呼吸道感染的診斷依據為痰培養，針對性抗生素選擇的依據為藥敏試驗，但由于痰培養及藥敏試驗耗時較長、費用較高的缺陷，臨床醫師在培養結果前多選擇經驗性的抗生素治療，針對性有所不足。

常規的炎癥指標，如血清淀粉樣蛋白A（serum amyloid A，SAA）、超敏C 反應蛋白（high-sensitivity C reactive protein，hs-CRP）、降鈣素原（procalcitonin，PCT）、白細胞計數（white blood cell count，WBC）及中性粒細胞（neutrophil，NE）等為炎癥的判斷提供了重要依據，且兼具檢測方便、快捷、廉價等優勢，連續動態多指標聯合檢測為AECOPD 早期抗感染治療及成效判斷提供了重要指導[3-4]。鐵是機體氧轉運不可缺少的成分，參與了某些能量代謝酶的合成、T 淋巴細胞免疫相應過程，但同時鐵相關蛋白也給病菌提供了營養，加劇了感染狀況[5-6]，鐵代謝物可能與感染密切相關。因此，鐵代謝物或可用于AECOPD 感染及感染菌種的判斷。目前鮮有文獻分析鐵標志物與痰培養的關聯，本研究探討了AECOPD 患者痰培養與血清鐵標志物和炎癥指標的關系，旨在為AECOPD 患者抗感染治療提供指導。

1 資料與方法

1.1 一般資料 將江門市新會區中醫院2020 年6 月-2022 年2 月呼吸內科住院部接收的AECOPD 患者為研究對象。納入標準：符合文獻[7]《慢性阻塞性肺疾病急性加重抗感染治療中國專家共識》中AECOPD 的診斷標準。排除標準：（1）伴自身免疫性疾病、其他感染性疾病、腫瘤、惡性血液病、甲狀腺疾病等影響炎癥指標的疾病；（2）近1 個月有外傷、手術史；（3）肝炎、肝硬化、肝癌等可能影響鐵代謝指標的疾病。122 例痰培養陽性患者作為陽性組，122 例痰培養陰性患者作為陰性對照組。本研究經本院醫學倫理委員會批準。患者及家屬均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 取材方法 采用咳痰法、纖維支氣管鏡或人工氣道吸引痰、肺泡灌洗等方法選取培養標本。咳痰法要求患者晨起漱口后，用無菌生理鹽水漱口3 次，后用力咳出深部的痰，留取標本于無菌集痰器皿中；其余方式取痰均需嚴格執行無菌操作規范，獲取標本。無論何種方法采集的標本均需30 min 內送檢。

1.2.2 細菌培養和鑒定 儀器為VITEK2 Compact全自動細菌鑒定儀（法國梅里埃生產）。痰標本培養18～24 h 后細菌分純，選擇不同革蘭陽性（G+）菌、革蘭陰性（G-）菌等菌種鑒定卡，遵循標準作業流程指導書完成病菌類型的測試。將培養出的病原菌按革蘭染色分為G+菌感染、G-菌感染及真菌感染。

1.2.3 血清鐵代謝指標及炎癥指標 于患者入院次日晨抽取空腹靜脈血9 mL，分裝3 個試管，每個試管3 mL。其中一個試管用于檢測血清鐵代謝3 項指標及炎癥指標。血清鐵代謝3 項指標：血清鐵（serum iron，SI）、血清鐵蛋白（serum ferritin，SF）、轉鐵蛋白（transferrin，TRF）；炎癥指標：SAA 和hs-CRP。檢測儀器為羅氏Cobasc702 全自動生化分析儀。SI 參考范圍：男11.0～31.0 μmol/L，女9.0～30.0 μmol/L；SF參考范圍：男30～200μg/L；女15～150μg/L；TRF參考范圍1.87～3.12g/L；hs-CRP參考范圍：0.01～8.20mg/L；SAA參考范圍：0.01～10.0mg/L。

1.2.4 PCT 檢測 空腹靜脈血3 mL，采用萬孚免疫熒光層析定量系統FS-113 檢測，全血樣本加入緩沖液，混勻1 min，后用移液槍吸取75 μL 混合液，均勻滴加至試劑卡，插入試劑卡，點擊測試鍵，5 min 后讀取結果。PCT 參考范圍：＜0.5 ng/mL。

1.2.5 WBC、NE 檢測 空腹靜脈血3 mL，采用Sysmex XS-1000i 全自動血細胞分析儀檢測血常規，選擇靜脈血標本適配器，在手工樣本號對話框中選擇分析模式為“CBC+DIFF”，點擊確認，讀取結果。WBC 參考范圍：（3.5～9.7）×109/L；NE 參考范圍：40.0%～75.0%。

1.3 統計學處理 數據處理采用SPSS 22.0 統計學軟件。計數資料以率（%）表示，采用χ2檢驗；計量資料符合正態分布用（±s）表示，多組比較采用單因素方差分析（One-Way ANOVA），兩兩比較采用LSD 法；不符合正態分布的計量資料采用四分位數法[M（P25，P75）]表示，多組間比較采用Kruskal-Wallis 檢驗，兩兩比較采用Mann-WhitneyU檢驗；AECOPD 患者炎癥指標與鐵代謝指標相關性分析采用Pearson、Spearman 相關性分析；以接受者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析SI、SF 及TRF 在AECOPD 患者痰培養陽性的預測價值，并分析SI、SF 及TRF 在AECOPD患者真菌鑒別中的診斷價值，其中0.5＜AUC≤0.7 為預測效能較低，0.7＜AUC≤0.85 為預測效能中等，0.85＜AUC≤0.95 為預測效能良好。以P＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較 陽性組男89 例，女33 例；年齡64～89 歲，平均（72.40±6.85）歲；病程4～20 年，平均（13.60±2.86）年；吸煙39 例。陰性對照組男94 例，女28 例；年齡59～86 歲，平均（71.88±7.06）歲；病程3～22 年，平均（13.88±2.95）年；吸煙43 例。兩組患者年齡、性別、病程及吸煙比例比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。

2.2 AECOPD 患者痰培養結果 痰培養陽性的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%；細菌感染110 例，占比90.16%；真菌感染12 例，占比9.84%。見表1。

表1 AECOPD患者痰培養陽性結果

2.3 AECOPD 患者痰培養結果與血清鐵代謝指標的關聯 三組間SI、TRF、SF 水平比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）；真菌感染及細菌感染的AECOPD 患者SI、TRF 水平均低于陰性對照組，SF 水平均高于陰性對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05）；真菌感染的AECOPD 患者SF 水平低于細菌感染組，TRF 水平高于細菌感染組（P＜0.05）。見表2。

表2 AECOPD患者痰培養與血清鐵代謝指標的關聯（±s）

表2 AECOPD患者痰培養與血清鐵代謝指標的關聯（±s）

#與陰性對照組比較P＜0.05；*與細菌感染組比較，P＜0.05。

2.4 AECOPD 患者痰培養結果與炎癥指標的關聯 三組間炎癥指標水平比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）；真菌感染及細菌感染的AECOPD 患者的WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 水平均高于陰性對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05）；真菌感染AECOPD患者的WBC、hs-CRP、PCT及SAA水平均低于細菌感染組，差異均有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

表3 AECOPD患者痰培養與炎癥指標的關聯

2.5 AECOPD 患者炎癥指標與鐵代謝指標的相關性分析 AECOPD 患者的SI、TRF 與WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈負相關，SF 與WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈正相關（P＜0.05）。見表4。

表4 AECOPD患者炎癥指標與鐵代謝指標的相關性分析

2.6 AECOPD 患者鐵標志物對AECOPD 患者痰培養陽性預測價值 將所有AECOPD 患者作為樣本（244 例），以AECOPD 患者痰培養陽性作為狀態變量，SI、SF 及TRF 作為檢驗變量，不同鐵代謝指標在預測AECOPD 患者痰培養結果陽性的價值為SF＞TRF＞SI（P＜0.05）。見表5、圖1。

圖1 SI、SF及TRF預測AECOPD患者痰培養陽性的ROC曲線圖

表5 鐵標志物對AECOPD患者痰培養陽性預測的ROC分析結果

2.7 AECOPD 患者鐵標志物對AECOPD 患者痰培養菌種的預測價值 將AECOPD 患者痰培養陽性患者作為總樣本（122 例），以痰培養為真菌作為狀態變量，SI、SF 及TRF 作為檢驗變量，不同鐵代謝指標在預測AECOPD 患者痰培養為真菌的預測價值為SF＞TRF（P＜0.05）。見圖2、表6。

表6 鐵標志物對AECOPD患者痰培養陽性患者中真菌的預測價值

圖2 SI、SF及TRF預測AECOPD患者痰培養真菌結果的ROC曲線分析

3 討論

COPD 患者以老年人群為主，由于身體臟器功能的退化、抵抗能力下降，常受到病菌的侵蝕，引發感染。報道顯示，AECOPD 患者中感染比例高達40.0%～60.0%[8]。AECOPD 感染后，肺泡巨噬細胞可放大炎癥反應程度，引起肺組織損傷，導致病情加重。此外，AECOPD 患者病情加重還與腫瘤壞死因子、白介素-2、白介素-4 等炎癥因子失衡，誘發或加重中性粒細胞介導肺功能損傷進程有關。報道顯示，AECOPD 患者下呼吸道病原菌以鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌為代表的G-菌種為主[9]。本組122 例痰培養陽性的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+菌種以金黃色葡萄球菌及肺炎鏈球菌為主，G-菌種以鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌為主，真菌感染以白色念珠菌感染為主，與楊家盛等[10]對廣東地區AECOPD 下呼吸道感染病原菌調查結果較為接近。

鐵是人體重要的微量元素，在DNA 合成、血紅蛋白合成、氧的轉運與氧化還原過程中均有重要作用。血液中和TRF 相結合的鐵為SI，SI 是形成血紅素的必須元素，血紅素是血紅蛋白與肌紅蛋白的原料，是維生素B 代謝的重要物質，在細胞代謝中發揮重要作用。AECOPD 急性感染后，T 淋巴細胞介導的細胞免疫進程將發揮免疫調節作用，T 淋巴免疫系統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，需經TRF 運載，TRF合成亦將加劇SI 消耗，而TRF 在運載SF 中可由于消耗而降低。本研究發現，真菌感染及細菌感染的AECOPD 患者SI、TRF 水平均顯著低于陰性對照組，SF 水平均顯著高于陰性對照組（P＜0.05），說明痰培養陽性的AECOPD 患者較痰培養陰性的AECOPD患者，SF 合成明顯增加，SI 及TRF 水平下降。

AECOPD 患者急性感染后，除引起鐵代謝指標異常外，還將引起相關炎癥標志物的高表達。WBC可通過變形穿過毛細血管壁，集中在病菌部位，將病菌包圍、吞噬，發揮抗炎作用。hs-CRP 是病菌感染的急性相關蛋白，在AECOPD 患者感染的數小時后，hs-CRP 即可出現迅速上升，且隨著病菌的控制，逐漸恢復至正常水平。PCT 是反映AECOPD患者全身炎癥反應活躍程度的重要指標，在全身炎癥反應綜合征、多器官功能紊亂綜合征、嚴重休克后、膿毒癥中均可檢測到明顯上升[11-13]。NE在感染、腫瘤、組織損傷后將出現異常上升，在AECOPD 感染后，NE 含量上升可經趨化作用、吞噬作用與殺菌作用發揮免疫調節功能；但NE 免疫調節的作用是雙相的，感染后NE 大量聚集在肺泡中可加重肺功能損傷進程，引起呼吸功能衰竭[14-15]。SAA 是評估急性炎癥反應的相關蛋白，AECOPD 患者急性感染后，機體炎癥迅速放大，SAA 快速上升。研究發現，AECOPD 患者SAA 的水平顯著高于穩定期COPD 患者[16]。本研究顯示，真菌及細菌感染的AECOPD 患者WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 水平均顯著高于痰培養陰性的AECOPD 患者（P＜0.05），說明與AECOPD 痰培養陰性患者比較，AECOPD 痰培養陽性患者的相關炎癥指標出現了顯著上升，與既往報道較為一致[17]。本研究進一步分析了AECOPD 患者鐵代謝指標與炎癥指標的相關性，結果顯示，AECOPD 患者的SI、TRF 與WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈負相關性，SF 與WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 均呈正相關性，提示AECOPD 患者的鐵代謝指標與炎癥指標有良好的相關性，AECOPD 患者的SI、TRF 隨炎癥反應加劇而下降，而SF 隨炎癥反應加劇而上升。

痰培養微生物鑒定及藥敏試驗結果通常需3～5 d，由于AECOPD 患者病情急迫，抗感染治療是AECOPD 的基礎性治療方式，在此期間等待痰培養微生物鑒定及藥敏試驗結果將延誤患者治療時機[18-19]。臨床上常用的抗感染方式為經驗性廣譜抗生素治療，該方式盡管對多數AECOPD 患者抗感染有效，但仍舊有10.0%～20.0%的患者經驗性抗感染失敗[20-21]。本研究發現，SI、SF 及TRF 預測AECOPD 患者痰培養結果陽性的效能中等（0.7＜AUC≤0.85），說明檢測SI、SF及TRF 對AECOPD 患者是否感染有中等的預測價值。從表2 可以發現，SF 及TRF 在細菌感染與真菌感染的AECOPD 患者中顯示了統計學差異，利用AECOPD患者血清鐵代謝指標或有助于細菌感染與真菌感染的鑒別。本研究發現SF、TRF 在真菌和細菌預測的AUC 分別為0.711、0.672，說明SF、TRF 在預測AECOPD 真菌與細菌感染有一定的價值。

綜上，AECOPD 痰培養陽性患者的SI、TRF 低于痰培養陰性的AECOPD 患者，SF 高于痰培養陰性AECOPD 患者，SI、TRF、SF 與WBC、hs-CRP、PCT、NE 及SAA 炎癥指標有一定的相關性；SI、SF及TRF 可用于早期預測AECOPD 患者痰培養陽性結果，而SF 及TRF 在早期預測AECOPD 患者真菌感染有一定的價值。由于本研究樣本數量較少，痰培養菌種類不多，可能對結果產生偏倚；此外SF及TRF 在AECOPD 真菌與細菌感染鑒別的生理病理學機制仍需基礎研究加以明確。