尿干化學(xué)和尿流式檢測結(jié)果快速預(yù)測腎結(jié)石患者尿路細菌感染模型的建立與評價

肖 楠，周 佳，段 寧，祝天陽，王利君

（1.清華大學(xué)附屬北京清華長庚醫(yī)院 清華大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院檢驗科，北京 102218；2.北京大學(xué)第一醫(yī)院檢驗科，北京 100034）

腎結(jié)石患者相比一般人群更容易罹患尿路感染（urinary tract infection，UTI）[1]，而UTI會導(dǎo)致手術(shù)后感染綜合征和系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)綜合征等嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生[2-3]，一般建議在排石手術(shù)之前針對UTI患者進行目標(biāo)導(dǎo)向的抗菌治療。中段尿細菌培養(yǎng)往往需要2～3 d，臨床醫(yī)師通常利用尿液中亞硝酸鹽和白細胞酯酶水平輔助診斷UTI。另外，尿流式檢測也是一種UTI的快速篩查技術(shù)[4-5]。本研究擬建立尿干化學(xué)和尿流式檢測結(jié)果預(yù)測腎結(jié)石患者泌尿系統(tǒng)細菌感染的模型，通過快速尿液分析來預(yù)測泌尿系統(tǒng)細菌感染，及時指導(dǎo)臨床合理使用抗菌藥物。

1 材料和方法

1.1 研究對象

收集2016年1月1日—6月30日清華大學(xué)附屬北京清華長庚醫(yī)院436例腎結(jié)石住院患者清潔中段尿樣本，同時進行尿常規(guī)分析，包括尿干化學(xué)和尿流式檢測，以及尿培養(yǎng)。依照中華醫(yī)學(xué)會泌尿外科學(xué)分會制定的《中國泌尿外科疾病診斷治療指南：2011版》標(biāo)準(zhǔn)[6]，以菌落數(shù)超過103CFU/mL為培養(yǎng)陽性。同時，本研究只評估單一致病菌的預(yù)測模型，共納入414例患者，其中男267例（64.5%）、女147 例（35.5%），年齡（57.1±23.0）歲。本研究通過清華大學(xué)附屬北京清華長庚醫(yī)院倫理委員會審核。

1.2 方法

1.2.1 尿常規(guī)分析 將患者的清潔中段尿分裝入2個無菌試管，分別用于尿常規(guī)分析和尿細菌定量培養(yǎng)。

采用AX4030全自動尿干化學(xué)分析儀（日本Arkray公司）進行檢測。以亞硝酸鹽≥0.08 mg/dL為陽性；白細胞酯酶的半定量分級為陰性（0個/μL）、1+（25個/μL），2+（75個/μL）、3+（250個/μL）和4+（500個/μL）。尿液細菌計數(shù)和白細胞計數(shù)采用UF1000i尿有形成分分析儀（日本Sysmex公司）進行測定。嚴(yán)格按照儀器說明書進行操作。

1.2.2 中段尿定量培養(yǎng) 取1 μL清潔中段尿液接種于哥倫比亞血平皿和麥康凱培養(yǎng)基平皿（英國Oxoid公司）上，35 ℃培養(yǎng)48 h后計數(shù)分離的細菌。采用VITEK 2 Compact自動化鑒定藥敏儀（法國生物梅里埃公司）進行細菌鑒定。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析診斷效能。計數(shù)資料比較采用χ2檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 中段尿培養(yǎng)結(jié)果

414例中段尿樣本中，146例（35.3%）培養(yǎng)陽性，268例（64.7%）培養(yǎng)陰性。鑒定出的病原菌包括腸桿菌科細菌77株（52.7%）[大腸埃希菌48株（32.9%）、肺炎克雷伯菌10株（6.8%）、奇異變形桿菌6株（4.1%）、其他腸桿菌13株（8.9%）]、腸球菌屬細菌27株（18.5%）、葡萄球菌屬20株（13.7%）、銅綠假單胞菌12株（8.2%）、鏈球菌屬6株（4.1%）、其他非發(fā)酵類桿菌4株（2.7%）。

2.2 尿干化學(xué)檢驗結(jié)果

146例培養(yǎng)陽性尿液樣本中有62例亞硝酸鹽檢測陽性、84例陰性；268例培養(yǎng)陰性尿液樣本中，有266例亞硝酸鹽檢測陰性、2例陽性（表1）。亞硝酸鹽的敏感性為42.47%、特異性為99.25%、比值比（odds ratio，OR）值為97.74（表2）。

146例培養(yǎng)陽性樣本中，白細胞酯酶陽性118例，陰性28例；268例培養(yǎng)陰性樣本中，白細胞酯酶陰性145例，陽性123例（表1）。與中段尿培養(yǎng)相比，白細胞酯酶的敏感性、特異性、OR值分別為83.56%、54.1%、6.1（表2）。培養(yǎng)陽性樣本亞硝酸鹽和白細胞酯酶陽性率較培養(yǎng)陰性樣本高（P＜0.000 1）。

2.3 尿流式檢驗結(jié)果

尿液細菌計數(shù)和尿液白細胞計數(shù)分別為0～53 812/μL和0.2～25 623.0/μL。培養(yǎng)陽性樣本的細菌計數(shù)中位數(shù)為1 328.200/μL，培養(yǎng)陰性樣本的是18.243/μL；培養(yǎng)陽性樣本、陰性樣本白細胞計數(shù)中位數(shù)分別為378.8、16.5個/μL（表1）。

表1 尿培養(yǎng)陽性和陰性樣本亞硝酸鹽、白細胞酯酶、細菌計數(shù)和白細胞計數(shù)比較

白細胞計數(shù)和細菌計數(shù)ROC曲線顯示，白細胞計數(shù)為139.8個/μL時，診斷UTI的敏感性、特異性和OR值分別為69.18%、78.6%和8.28。細菌計數(shù)為231.8/μL時，診斷UTI的敏感性、特異性和OR值分別為73.97%、91.14%和28.8。細菌計數(shù)的ROC曲線下面積（area under curve，AUC）為0.871[95%可信區(qū)間（confidence interval，CI）為0.835～0.902]。白細胞計數(shù)的AUC為0.777（95%CI為0.734～0.816）。見圖1、表2。

2.4 預(yù)測模型及驗證

圖1 細菌計數(shù)和白細胞計數(shù)診斷UTI的ROC曲線

表2 3種方法診斷效能

基于中段尿培養(yǎng)、尿干化學(xué)和尿流式的檢測結(jié)果，我們建立了腎結(jié)石患者UTI的預(yù)測模型，見圖2。為預(yù)測腎結(jié)石患者可能的UTI的病原菌類型，首先通過尿流式檢測得到的尿液細菌計數(shù)結(jié)果來預(yù)測該患者是否是尿路細菌感染，當(dāng)細菌計數(shù)為231.8/μL時，這一指標(biāo)的敏感性為73.97%、特異性為91.14%。其次，對于UTI結(jié)果可能為陽性的樣本而言，判斷到底是革蘭陰性菌還是陽性菌感染是第二重要的指標(biāo)，我們將中段尿培養(yǎng)結(jié)果按照革蘭染色特性分為革蘭陰性菌組和革蘭陽性菌組，發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽陽性率、白細胞酯酶4+率和細菌計數(shù)中位數(shù)在這2個組之間存在顯著差異（表 3）。與革蘭陽性菌組相比，革蘭陰性菌組亞硝酸鹽陽性率更高，白細胞酯酶4+和細菌計數(shù)更多。亞硝酸鹽陽性（OR值為7.789，95%CI為3.304～18.358，P＜0.000 1）和/或白細胞酯酶4+（OR值為2.738，95%CI為1.358～5.519，P=0.004 9）的尿液樣本有更高可能性培養(yǎng)出革蘭陰性菌（表4）。相反，如果尿干化學(xué)和尿流式聯(lián)合檢測結(jié)果顯示亞硝酸鹽陰性和/或白細胞酯酶低于4+，則尿液培養(yǎng)結(jié)果很可能是革蘭陽性菌。

圖2 腎結(jié)石患者尿液培養(yǎng)結(jié)果預(yù)測模型

表3 革蘭陽性菌組和革蘭陰性菌組亞硝酸鹽、白細胞酯酶、細菌計數(shù)、白細胞計數(shù)比較

表4 亞硝酸鹽、白細胞酯酶預(yù)測革蘭陰性菌的統(tǒng)計值

3 討論

腎結(jié)石患者非常容易繼發(fā)UTI，UTI還是最常見的結(jié)石治療并發(fā)癥[7]。因此，預(yù)測尿液培養(yǎng)結(jié)果并進行有針對性的抗菌藥物治療，對于結(jié)石治療很有必要。

一些快速尿液檢測方法，如尿干化學(xué)和尿流式檢測等可用來篩查UTI，作為中段尿培養(yǎng)的補充。有研究結(jié)果顯示，尿流式檢測篩查UTI的敏感性為97%、特異性為79%、陽性預(yù)測值為70%、陰性預(yù)測值為99%[8]，但有學(xué)者指出尿流式檢測存在高假陰性率，不適合用于篩查UTI[9]。因此，進行針對某一檢測項目的能力評價的研究時，需要確認納入的人群是否有足夠的代表性?！度珖R床檢驗操作規(guī)程》[10]指出，10%的UTI患者可能在同一份尿液樣本中分離到2種細菌，且都是病原菌。不同細菌代謝不一樣，會干擾尿常規(guī)檢測結(jié)果，所以我們僅納入了單一細菌的樣本，436例患者非重復(fù)中段尿樣本，有414例符合要求，符合率達95%，也說明其病原學(xué)多為單一細菌，具有研究代表性。

鑒于腎結(jié)石患者高發(fā)UTI，本研究的尿培養(yǎng)陽性定義為≥103CFU/mL。這個標(biāo)準(zhǔn)比104CFU/mL具有更高的敏感性[9]。根據(jù)1 μL尿液接種培養(yǎng)結(jié)果，最低檢測限為103CFU/mL，是指方法學(xué)的培養(yǎng)陽性，而不是指臨床診斷價值的判斷標(biāo)準(zhǔn)。本研究建模的目的是希望通過尿常規(guī)指標(biāo)甄別革蘭陽性菌或革蘭陰性菌，所以選擇單一細菌的樣本進行研究。

本研究中有146例（35.3%）患者尿培養(yǎng)陽性，腸桿菌科細菌是最常見的致病菌（77株，52.7%），其次是腸球菌屬（27株，18.5%）。本研究主要針對的檢測變量是亞硝酸鹽、白細胞酯酶、白細胞計數(shù)和細菌計數(shù)，4個檢測項目的結(jié)果在革蘭陽性菌組和革蘭陰性菌組間都存在顯著差異（P＜0.000 1）。為了達到預(yù)測UTI病原菌的目的，進行推導(dǎo)的第1步即需要選擇一個同時具備高敏感性和高特異性的檢測指標(biāo)，表2中的結(jié)果顯示，亞硝酸鹽的敏感性和特異性分別為42.47%和99.25%，白細胞酯酶的敏感性和特異性分別為83.56%和54.10%。亞硝酸鹽的低敏感性和其他研究的結(jié)果相似[11]。白細胞酯酶的敏感性很高，但是由于影響其檢測結(jié)果的因素比較多，所以特異性過低，因此尿亞硝酸鹽和白細胞酯酶單獨檢測均無法有效預(yù)測UTI。

與相關(guān)研究[4]的結(jié)果相似，我們也發(fā)現(xiàn)尿流式檢測的細菌計數(shù)對于預(yù)測尿培養(yǎng)結(jié)果來說十分可靠。當(dāng)細菌計數(shù)≥231.8/μL時，細菌計數(shù)同時具備較高的敏感性和特異性（73.97%和91.14%）。與白細胞計數(shù)≥139.8個/μL比較，細菌計數(shù)的特異性、敏感性和AUC都更高（圖1）。本研究結(jié)果顯示，除了細菌計數(shù)，沒有其他變量可以給出更令人滿意的尿液培養(yǎng)預(yù)測結(jié)果。另一方面，用于判斷是否存在UTI的具體細菌計數(shù)閾值仍需要進一步的研究加以驗證。LE等[12]的研究結(jié)果顯示，細菌計數(shù)為38.7/μL時，敏感性為90%、陰性預(yù)測值為94.5%。MANONI等[13]認為細菌計數(shù)的閾值為125/μL。本研究對文獻進行研究后發(fā)現(xiàn)，基于不同人群推導(dǎo)的閾值存在各種差異，所以不能輕易應(yīng)用到其他人群中。

為了檢驗細菌計數(shù)、白細胞計數(shù)、亞硝酸鹽、白細胞酯酶這4個檢測項目在致病菌特征預(yù)測中的作用，我們計算了其各自的OR值。首先，將培養(yǎng)陽性的樣本按照病原菌革蘭染色特征分組，發(fā)現(xiàn)革蘭陰性菌組和革蘭陽性菌組的亞硝酸鹽陽性率、白細胞酯酶4+、細菌計數(shù)中位數(shù)均有顯著差異。與革蘭陽性菌組相比，革蘭陰性菌組亞硝酸鹽陽性率、白細胞酯酶4+及細菌計數(shù)更多。本研究分別計算出亞硝酸鹽陽性、白細胞酯酶4+的OR值，用于預(yù)測潛在病原菌的革蘭染色特性。亞硝酸鹽陽性的尿液樣本有更高的概率培養(yǎng)出革蘭陰性菌，可能有2點原因：（1）亞硝酸鹽檢測是產(chǎn)亞硝酸鹽細菌存在的標(biāo)志性檢測項目，如果尿液含有足夠的硝酸鹽且在膀胱中貯存了超過4 h即會呈陽性；（2）大部分革蘭陰性的腸桿菌科細菌和非發(fā)酵菌都具備硝酸鹽還原能力，但是革蘭陽性菌中的腸球菌和鏈球菌則無法還原硝酸鹽，因此亞硝酸鹽陽性在推導(dǎo)細菌革蘭染色特性方面具備最高的OR值。

綜上所述，腎結(jié)石患者應(yīng)在進行尿培養(yǎng)的同時進行尿干化學(xué)和尿流式聯(lián)合檢測，這樣可以節(jié)約時間，并可避免抗菌藥物濫用。本研究結(jié)果表明，細菌計數(shù)≥231.8 /μL可以作為預(yù)測培養(yǎng)結(jié)果的第1步，作為細菌革蘭染色特點的預(yù)測指標(biāo)，亞硝酸鹽陽性和白細胞酯酶4+則提示了培養(yǎng)結(jié)果更有可能是革蘭陰性菌，反之亦然。