神經(jīng)外科術(shù)后細(xì)菌性腦膜炎多指標(biāo)聯(lián)合診斷模型的建立

鄭光輝，張國軍，張建坤，李方強(qiáng)，張 艷，唐明忠，康熙雄

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院實(shí)驗(yàn)診斷中心 北京市免疫試劑臨床工程技術(shù)研究中心，北京 100050)

神經(jīng)外科術(shù)后細(xì)菌性腦膜炎的發(fā)病率介于0.3%～25%，約占所有細(xì)菌性腦膜炎的40%。嚴(yán)重影響患者的住院時(shí)間及手術(shù)的成功率[1]。據(jù)報(bào)道，神經(jīng)外科術(shù)后細(xì)菌性感染可導(dǎo)致約35%的患者死亡[2]。然而，由于無菌性腦膜炎患者也常有發(fā)熱、頭痛和頸部僵硬等癥狀，僅通過臨床癥狀很難鑒別細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎。臨床上對(duì)兩種腦膜炎的治療手段完全不同，故臨床上如何快速診斷術(shù)后細(xì)菌性腦膜炎是神經(jīng)外科最迫切的需求之一。

目前，細(xì)菌性腦膜炎的診斷金標(biāo)準(zhǔn)仍然為微生物培養(yǎng)[3]，但由于培養(yǎng)所需時(shí)間較長導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受限。美國感染病協(xié)會(huì)(Infectious Diseases Society of America, IDSA)[4]結(jié)合患者臨床癥狀和生物標(biāo)志物檢查，建立了腦膜炎的診斷標(biāo)準(zhǔn)，但無法簡(jiǎn)單地區(qū)分細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎，故聯(lián)合多項(xiàng)生物標(biāo)志物[如腦脊液白細(xì)胞計(jì)數(shù)(C-WBC)、腦脊液中性粒細(xì)胞比例(C-Neu)、腦脊液乳酸濃度(C-Lac)等]進(jìn)行診斷，對(duì)細(xì)菌性腦膜炎的診斷具有重要意義[5]。本研究基于2012—2016年首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科術(shù)后患者的數(shù)據(jù)，對(duì)腦膜炎相關(guān)的生物標(biāo)志物進(jìn)行分析，獲得具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)并制作聯(lián)合診斷的線性判別模型，與文獻(xiàn)報(bào)道的模型進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 資料來源 回顧性分析2012—2016年首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科住院患者數(shù)據(jù)庫，選取腦膜炎患者并按照診斷標(biāo)準(zhǔn)分為細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎組，分別收集兩組患者的14項(xiàng)腦膜炎相關(guān)的生物標(biāo)志物，包括腦脊液細(xì)胞計(jì)數(shù)(C-Cell)、C-WBC、C-Neu、腦脊液葡萄糖濃度(C-Glu)、腦脊液蛋白濃度(C-Pro)、腦脊液氯離子濃度(C-Cl-)、血葡萄糖濃度(B-Glu)、血白細(xì)胞計(jì)數(shù)(B-WBC)、血中性粒細(xì)胞比例(B-Neu)、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(RBC)、血紅蛋白濃度(Hb)、血小板計(jì)數(shù)(PLT)、腦脊液血糖比例(C/B-Glu)、C-Lac。

1.2 腦膜炎的診斷標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎進(jìn)行分組，按照腦膜炎診斷的金標(biāo)準(zhǔn)[6]：(1)具有神經(jīng)系統(tǒng)感染臨床表現(xiàn)(體溫>38.3℃，頭疼，頸部強(qiáng)直等)；(2)患者腦脊液培養(yǎng)陽性。符合以上兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的患者進(jìn)入細(xì)菌性腦膜炎組。無菌性腦膜炎的標(biāo)準(zhǔn)按照文獻(xiàn)報(bào)道，具體標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)腦脊液相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢查出現(xiàn)異常；(2)未達(dá)到細(xì)菌性腦膜炎的診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]。二者均不符合的患者則排除腦膜炎。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法 應(yīng)用IBM SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，將P<0.05的項(xiàng)目繪制受試者工作曲線(ROC曲線)，并計(jì)算每一單項(xiàng)的ROC曲線下面積(AUC)、靈敏度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值等，其中按照AUC將評(píng)判指標(biāo)分為優(yōu)異(0.90～1.00)、良好(0.80～0.89)、適中(0.70～0.79)、較差(0.60～0.69)、失敗(0.50～0.59)[8]。將AUC>0.7的項(xiàng)目進(jìn)行線性回歸擬合，計(jì)算概率并做ROC曲線分析，計(jì)算上述指標(biāo)并通過線性擬合獲取線性判別模型并驗(yàn)證。將本組數(shù)據(jù)代入文獻(xiàn)[9-10]報(bào)道的線性判別模型，并繪制ROC曲線，比較本模型與文獻(xiàn)報(bào)道模型的判別能力。

2 結(jié)果

2.1 患者信息提取及分組 回顧性分析2012—2016年本院1 325例腦脊液培養(yǎng)陽性患者資料，去除易于污染的凝固酶陰性葡萄球菌患者909例，實(shí)驗(yàn)室檢查信息不全者139例，社區(qū)獲得性腦膜炎患者12例，年齡<6歲患者39例，最終納入226例細(xì)菌性腦膜炎。無菌性腦膜炎患者信息按照文獻(xiàn)設(shè)置的條件在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行提取，共255例。對(duì)兩組患者的14項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室檢查行Mann-Whitney U檢驗(yàn)，除B-WBC、B-Neu、PLT 3項(xiàng)外，其余11項(xiàng)指標(biāo)兩組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。見表1。

2.2 聯(lián)合診斷模型的建立 11項(xiàng)Mann-Whitney U檢驗(yàn)結(jié)果P<0.05的指標(biāo)ROC曲線結(jié)果見表2。 C-WBC、 C-Glu、B-Glu、C/B-Glu及C-Lac 5項(xiàng)指標(biāo)的AUC均>0.7，logistic線性回歸分析將以上5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行線性擬合，計(jì)算概率并繪制ROC曲線，結(jié)果見圖1。該擬合變量的AUC為0.907, 靈敏度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值與陰性預(yù)測(cè)值均>80.0%，通過線性擬合獲得判別模型為Y=-0.268×C-Glu+0.127×B-Glu+0.24×C-Lac-0.722×C/B-Glu+0.00000638×C-WBC-0.866。

表1細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎患者相關(guān)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果對(duì)比

Table1Comparison of laboratory results between bacterial meningitis and aseptic meningitis

項(xiàng)目細(xì)菌性腦膜炎組(n=226)無菌性腦膜炎組(n=255)PC-Cell (×106/L)41 612.950 004.9<0.001C-WBC (×106/L)13 546.03 947.2<0.001C-Neu (%)85.1946.87<0.001C-Glu (mmol/L)1.933.516<0.001C-Pro (mg/dL)294.4228.6<0.001C-Cl- (mmol/L)118.5123.0<0.001B-Glu (mmol/L)7.45.64<0.001B-WBC (×109/L)14.0813.770.616B-Neu (%)82.981.00.872RBC (×1012/L)3.834.08<0.001Hb (g/L)114.2120.30.002PLT(×109/L)250.4250.10.738C/B-Glu0.300.68<0.001C-Lac (μmol/L)6.1923.18<0.001

表211項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果對(duì)細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎的診斷效能

Table2Diagnostic efficacy of 11 clinical laboratory test results for bacterial meningitis and aseptic meningitis

項(xiàng)目靈敏度(%)特異度(%)陽性預(yù)測(cè)值(%)陰性預(yù)測(cè)值(%)約登指數(shù)AUCCut-offC/B-Glu78.8074.3075.4077.800.5310.8200.43C-Lac62.4082.4078.0068.700.4480.7914.45C-Glu78.0069.5071.9076.000.4750.7672.45C-WBC83.6056.0065.5077.300.3960.754577.5B-Glu76.1058.8064.9071.100.3490.7255.35C-Neu98.7040.1062.2096.900.3890.69248.65C-Pro87.2043.9060.9077.400.3110.66172.91C-Cell88.1044.8061.5079.000.3180.6551 262.5C-Cl-72.5052.2060.3065.500.2470.651117.35RBC77.3038.5055.7062.900.1580.6013.585Hb43.1071.2059.9055.600.1430.582126.5

2.3 診斷模型的驗(yàn)證 將本組數(shù)據(jù)代入文獻(xiàn)報(bào)道的線性判別模型(其中模型1納入了C-Glu和C-Neu兩個(gè)指標(biāo)，模型2納入了C-Pro和C-Neu兩個(gè)指標(biāo))，繪制ROC曲線，兩個(gè)模型的AUC分別為0.824、0.701，本研究的模型判別能力優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的模型。見圖2。

根據(jù)線性擬合建立的模型，選取2017年8—10月10例確診的細(xì)菌性腦膜炎與16例無菌性腦膜炎患者的實(shí)驗(yàn)室檢查項(xiàng)目，代入模型進(jìn)行腦膜炎的判別，Y值大于模型Cut-off值的患者歸為細(xì)菌性腦膜炎，Y值小于模型Cut-off值的患者歸為無菌性腦膜炎，結(jié)果如表3與表4所示， 9例患者的判別結(jié)果大于模型的Cut-off值，診斷準(zhǔn)確率為90.0%，而16例無菌性腦膜炎患者的結(jié)果顯示，13例患者可以正確判別，特異度為81.2%，與模型的靈敏度與特異度接近，模型的整體判別正確率為84.6%。

圖1 擬合5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室檢查項(xiàng)目診斷細(xì)菌性腦膜炎的ROC曲線

Figure1ROC curve of fitting five laboratory examination items for diagnosis of bacterial meningitis

A:模型1；B：模型2

表310例細(xì)菌性腦膜炎患者數(shù)據(jù)驗(yàn)證線性判別模型的判別效果

Table3Discriminant efficacy of linear discriminant model by data of 10 patients with bacterial meningitis

患者編號(hào)細(xì)菌C-GLU(mmol/L)B-GLU(mmol/L)LAC(μmol/L)C/B-GluC-WBC(106/L)Y1肺炎克雷伯菌0.105.8916.400.01781 0974.2962銅綠假單胞菌0.105.988.200.01710 2921.8883鮑曼不動(dòng)桿菌0.306.766.700.0445 8091.5254鮑曼不動(dòng)桿菌1.304.136.200.3151660.5725肺炎克雷伯菌0.304.354.800.0692 7740.7266金黃色葡萄球菌0.505.516.600.0912 4511.2347肺炎克雷伯菌1.805.374.700.3351 2670.2288嗜麥芽窄食單胞菌0.905.228.700.1721 2411.5279陰溝腸桿菌0.805.204.600.1741800.56010鮑曼不動(dòng)桿菌3.2010.4411.600.3071232.166

表416例無菌性腦膜炎患者數(shù)據(jù)驗(yàn)證線性判別模型的判別效果

Table4Discriminant efficacy of linear discriminant model by data of 16 patients with aseptic meningitis

患者編號(hào)C-GLU(mmol/L)B-GLU(mmol/L)LAC(μmol/L)C/B-GluC-WBC(106/L)Y13.309.685.000.5165100.310 23.108.563.800.444444-0.015 34.907.092.700.381340-0.904 44.9016.024.000.2502920.637 56.307.582.400.317277-1.243 65.0015.914.200.2642240.633 75.2010.802.500.231210-0.453 83.507.312.300.315161-0.550 93.907.091.800.254154-0.761 104.607.011.700.242103-0.975 112.607.523.900.346880.079 123.608.882.000.40582-0.515 132.807.281.900.38579-0.513 144.508.682.700.51869-0.696 152.509.972.400.251660.126 164.6016.313.200.282580.537

3 討論

神經(jīng)外科術(shù)后感染嚴(yán)重影響著患者的手術(shù)成功率，細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎的嚴(yán)重程度與治療方法均存在較大差異，故如何區(qū)分兩類腦膜炎是目前神經(jīng)外科學(xué)與臨床微生物學(xué)的研究熱點(diǎn)[11]。腦脊液微生物培養(yǎng)雖然是診斷術(shù)后細(xì)菌性腦膜炎的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于其培養(yǎng)時(shí)間較長而導(dǎo)致臨床應(yīng)用受限，感染相關(guān)標(biāo)志物的研究成為部分可替代金標(biāo)準(zhǔn)的方法。目前，關(guān)于細(xì)菌及無菌性腦膜炎的新型標(biāo)志物研究有所報(bào)道，如腦脊液降鈣素原(PCT)[7]，腫瘤壞死因子[12]，白細(xì)胞介素-6[13]等，但由于術(shù)后PCT等指標(biāo)可能升高并出現(xiàn)假陽性，容易受其他部位感染等因素的影響，導(dǎo)致特異性不足而最終影響應(yīng)用。采用腦脊液與血液常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目獲得腦膜炎的線性判別模型，可以在1～2 h內(nèi)快速診斷細(xì)菌性腦膜炎。

目前，國內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)腦膜炎進(jìn)行分組均納入了如C-Cell等相關(guān)感染標(biāo)志物作為輔助診斷[14-15]，此種分組方法可以擴(kuò)大細(xì)菌性腦膜炎的入組病例數(shù)，但也不可避免的納入了非細(xì)菌性腦膜炎的患者。本研究基于感染金標(biāo)準(zhǔn)+臨床癥狀對(duì)腦膜炎進(jìn)行分組，可以有效的避免納入非細(xì)菌性腦膜炎患者，具有更高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

無菌性腦膜炎可能是神經(jīng)外科手術(shù)過程中產(chǎn)生的散落碎骨或腫瘤抗原導(dǎo)致的，無需應(yīng)用抗菌藥物進(jìn)行治療，但細(xì)菌性腦膜炎需及時(shí)有效的應(yīng)用抗菌藥物進(jìn)行干預(yù)[16]。IDSA、美國疾病控制與預(yù)防中心(Centers for Disease Control and Prevention，CDC)對(duì)腦膜炎的診斷均是在患者臨床癥狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)生物標(biāo)志物進(jìn)行輔助診斷。腦脊液與血液的生物標(biāo)志物在診斷腦膜炎，以及控制抗菌藥物使用方面發(fā)揮著重要作用。對(duì)本院481例腦膜炎患者14項(xiàng)生物標(biāo)志物進(jìn)行回顧性分析，兩組腦膜炎患者其中11項(xiàng)標(biāo)志物的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，包括8項(xiàng)腦脊液標(biāo)志物與3項(xiàng)血液標(biāo)志物。傳統(tǒng)的C-WBC對(duì)腦膜炎的診斷效能并非最高(僅AUC=0.754)，而C-Neu雖然具有較高的靈敏度(98.70%)，但特異度不高(40.10%)，因此，僅采用C-WBC對(duì)腦膜炎進(jìn)行輔助診斷可能會(huì)出現(xiàn)偏差。相比于C-WBC，C-Glu對(duì)細(xì)菌性腦膜炎的診斷效能更高，尤其是C/B-Glu，是所有單一標(biāo)志物中診斷效能最高的指標(biāo)(AUC=0.820)，原因可能是由于細(xì)菌性腦膜炎存在葡萄糖的消耗，而無菌性腦膜炎僅僅是存在炎癥反應(yīng)，故二者差異較大[17]。11項(xiàng)生物標(biāo)志物中，5項(xiàng)AUC>0.7，其中4項(xiàng)檢查的特異度較低(C/B-Glu、C-Glu、C-WBC、B-Glu均<75%)，并不能單獨(dú)診斷腦膜炎。除常規(guī)標(biāo)志物外，C-Lac是診斷效能排名第二的項(xiàng)目(AUC=0.791)。有文獻(xiàn)[18]報(bào)道，C-Lac可以用于辨別細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎，當(dāng)其濃度>6時(shí)，判定為細(xì)菌性腦膜炎，4～6時(shí)為腦膜炎治療期，<2則判定為無菌性腦膜炎。本研究中C-Lac特異度較高(82.40%)，但靈敏度(62.40%)較低，存在一定程度的假陽性，需多指標(biāo)聯(lián)合診斷。結(jié)合5項(xiàng)AUC>0.7檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行l(wèi)ogistic回歸分析并繪制ROC曲線，得出的聯(lián)合診斷指標(biāo)提高了單一項(xiàng)目的AUC、靈敏度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值(分別達(dá)0.907、84.3%、80.9%、81.5%、83.7%)，能夠較好地診斷細(xì)菌性腦膜炎。線性判別模型綜合多項(xiàng)檢查結(jié)果，用于診斷神經(jīng)外科術(shù)后腦膜炎。應(yīng)用16例無菌性腦膜炎和10例細(xì)菌性腦膜炎患者的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示，模型判別的準(zhǔn)確率與特異度均較高(90.0%、81.2%)，一致率達(dá)84.6%，該模型可以用于神經(jīng)外科術(shù)后細(xì)菌性腦膜炎的診斷。

綜上所述，神經(jīng)外科術(shù)后細(xì)菌性腦膜炎的快速診斷是一項(xiàng)重要的工作，需神經(jīng)外科與臨床實(shí)驗(yàn)室共同完成[19]。利用常規(guī)腦脊液與血液實(shí)驗(yàn)室檢查項(xiàng)目聯(lián)合診斷建立的模型可以很好地鑒別細(xì)菌性腦膜炎與無菌性腦膜炎，具有非常重要的意義并值得在臨床進(jìn)行推廣。