小兒呼吸機相關(guān)肺炎與氣道微生態(tài)關(guān)系的研究

劉艷 劉峰

醫(yī)院獲得性肺炎通常在入院48小時后發(fā)生，可分為呼吸機相關(guān)性肺炎 （ventilator associated pneumonia，VAP） 或非呼吸機相關(guān)性醫(yī)院獲得性肺炎 （NV-HAP），占醫(yī)療保健相關(guān)感染的25%。VAP指機械通氣（mechanical ventilation，MV）開始48 h后至拔管后48 h時間段內(nèi)發(fā)生的院內(nèi)獲得性肺炎［1］。有研究表明，VAP發(fā)生率為15%～60%，且病死率高達49%～70%［2］。國外早期VAP的平均發(fā)病率為9%～70%［3］。國內(nèi)一項臨床研究結(jié)果顯示，我國VAP的發(fā)病率高達18%～60%，較高的發(fā)病率給患者的家庭以及社會造成極大的負(fù)擔(dān)［4］。微生態(tài)是指共享人體內(nèi)空間的共生、共棲病原微生物的生態(tài)共同體，包括細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌和病毒等微生物。近年來隨著分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等技術(shù)方法的迅速發(fā)展，基因測序成本的下降和測序精度的提高，使得微生物組學(xué)研究逐步開展，越來越多學(xué)者認(rèn)識到氣道微生態(tài)在VAP發(fā)生發(fā)展過程中的重要作用［5］。因此本文就目前國內(nèi)外關(guān)于小兒VAP與氣道微生態(tài)方面的研究做一綜述，以期為小兒VAP的治療提供新思路。

1 氣道微生物與肺炎的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，微生物與肺炎的復(fù)雜性和多樣性有關(guān)，目前認(rèn)為肺部優(yōu)勢菌屬包括鏈球菌屬（Streptococcus spp.）、普雷沃菌屬（Prevotella spp.）、梭桿菌屬（Fusobacteria spp.）和韋榮球菌屬（Veillonella spp.），而嗜血桿菌屬（Haemophilus spp.）和奈瑟菌屬（Neisseria spp.）較少見［6］。肺炎可破壞氣道和肺部微生物平衡，使得部分微生物快速浸潤和增殖，導(dǎo)致機體生態(tài)失調(diào)，影響與宿主免疫狀態(tài)密切相關(guān)的微生物群豐度、多樣性和組成。

2 小兒VAP的特點

小兒鼻腔相對短小，后鼻道、氣管、支氣管狹窄，肺泡數(shù)量少，平滑肌發(fā)育不完善，呼吸深度有限，呼吸儲備量較小，此外，氣道黏膜嬌嫩，血管含量豐富，易受病原菌侵襲，肺泡間質(zhì)組織含量豐富，發(fā)生間質(zhì)性肺炎、肺不張等疾病的風(fēng)險增加，導(dǎo)致兒童VAP的發(fā)生率高［7］。雖然兒童的氣道分泌物相對較少，但是由于免疫系統(tǒng)較弱，患兒更容易感染呼吸道病原體。而且小兒氣道黏膜上皮分泌型免疫球蛋白A（secretory immunoglobulin A，SIgA）水平含量低，肺泡巨噬細(xì)胞功能不足，這也是小兒易患VAP的重要原因之一［8］。預(yù)防VAP的方法包含非藥物措施（如手衛(wèi)生、口腔護理）、通氣集束聲門下分泌物的定位和引流、使用抗生素和益生菌等［9］。VAP通常發(fā)生機械通氣超過48 h并接受有創(chuàng)手術(shù)的患者，特點為新發(fā)在放射學(xué)影像和癥狀上的肺浸潤如發(fā)熱，膿性分泌物，白細(xì)胞增多，氧合障礙，或缺氧加重。精確識別微生物對于后續(xù)干預(yù)和治療至關(guān)重要。

3 小兒VAP的危險因素及與微生物的關(guān)系

與VAP相關(guān)的微生物的來源包括位于胃腸道或肺部系統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備（例如飼管、胃管和氣管插管）、工作人員之間的微生物轉(zhuǎn)移（缺乏足夠的手部衛(wèi)生）、宿主或治療定植風(fēng)險因素（例如抗生素、手術(shù)、潛在疾病嚴(yán)重程度、侵入性設(shè)備）和環(huán)境。細(xì)菌是VAP的主要原因。大多數(shù) VAP 細(xì)菌病例是由革蘭氏陰性菌引起的，只有 20%～ 30% 的病例是由革蘭氏陽性菌引起的。耐多藥 （multidrug-resistant，MDR） 細(xì)菌，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin resistant staphylococcus，MRSA）在 VAP 中更常見。免疫抑制、抗生素使用和耐藥性以及過去 3 個月內(nèi)住院治療是發(fā)生 MDR 感染的危險因素。對于插管患者，接受機械通氣的時間越長，發(fā)生 MDR 感染的可能性就越大［10］。由于抗生素的廣泛使用和醫(yī)療衛(wèi)生水平差異，不同地區(qū)的VAP患兒呼吸道病原菌種類與耐藥情況亦存在差異。革蘭陰性菌是導(dǎo)致VAP的主要病原菌之一，其包括銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌、克雷伯桿菌等［11］。這些細(xì)菌的耐藥性普遍較高，治療難度較大。革蘭陽性菌也是VAP的常見病原菌［12］，如金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、葡萄球菌等。這些細(xì)菌的耐藥性相對較低，治療相對容易。郝恒瑞等［13］的研究表明，肺炎克雷伯菌（29.09%）、鮑曼不動桿菌（21.82%）、銅綠假單胞菌（16.36%）是VAP常見的病原菌，部分早發(fā)型VAP患兒致病菌以金黃色葡萄球菌為主，晚發(fā)型VAP存在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等多藥耐藥菌交叉感染現(xiàn)象。近期國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，早發(fā)和晚發(fā)VAP患者的革蘭陰性菌、陽性菌菌種、真菌及巨細(xì)胞病毒的檢出率比較無明顯差異［14］。兒童VAP經(jīng)驗性治療VAP需了解其流行病學(xué)分布，結(jié)合當(dāng)?shù)厮幟羟闆r覆蓋病原菌，同時需根據(jù)ICU常見細(xì)菌感染啟動合理的經(jīng)驗性抗感染治療才能提高VAP患者的存活率，如果病原菌檢驗結(jié)果及藥敏試驗提示經(jīng)驗性抗菌藥物使用不合理，即使再根據(jù)結(jié)果調(diào)整亦不能改善患者預(yù)后［15］。

4 微生態(tài)研究技術(shù)

微生態(tài)研究技術(shù)包括傳統(tǒng)方法和分子生物學(xué)方法。傳統(tǒng)方法是通過培養(yǎng)微生物并觀察其生長狀態(tài)和特征來研究微生物群落的分布情況，但該方法存在一定的局限性，只能檢測到可培養(yǎng)的菌種，無法反映微生物群落的整體情況。分子生物學(xué)方法則可以不依賴微生物的可培養(yǎng)性，通過特定的DNA序列或RNA序列來鑒定、定位和描述微生物群落的結(jié)構(gòu)、組成及功能。主要的分子生物學(xué)方法包括聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction， PCR）、實時熒光定量PCR、454測序、Illumina測序、Metagenomics等。由于微生物培養(yǎng)技術(shù)存在的局限性，許多種屬相近的人體微生物無法通過傳統(tǒng)的菌種培養(yǎng)鑒定方法區(qū)分，也無法反映微生物群落的動態(tài)變化。16S rRNA基因測序技術(shù)和全基因組測序目前應(yīng)用最為廣泛，但其本身也存在一定的局限性：①無法明確病毒和真菌在VAP患者氣道的感染情況；②無法獲得細(xì)菌功能代謝等有效信息；③基于一兩個高變區(qū)的系統(tǒng)發(fā)育分析對部分種系的分辨效果不佳；④無法對特定菌種進行定量分析［16］。最近的研究利用16S核糖體RNA （rRNA）基因測序來深入研究微生物的代謝分類學(xué)，并分析健康和患病個體的細(xì)菌群落，甚至包括非典型微生物。在16S核糖體RNA （rRNA）基因測序中有兩個關(guān)鍵指標(biāo)：α多樣性和β多樣性，為了解肺部微生物群的組成和結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵的見解。在氣管插管后僅48小時內(nèi)即可檢測到的α多樣性減少與通氣時間延長相關(guān)，但與VAP的發(fā)生或抗生素的使用不一定相關(guān)［17］。具體來說，在插管時，鏈球菌屬、乳桿菌屬和普雷沃菌屬等類群在隨后發(fā)生VAP的患者中豐度降低，而嗜血桿菌屬、莫拉菌屬、緩癥鏈球菌/肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌和產(chǎn)黑普雷沃菌屬等類群在插管時更為普遍。微生物群落在調(diào)節(jié)生長、毒力、生物膜形成、群體感應(yīng)和抗生素耐藥性方面有著重要作用。β多樣性受疾病存在和嚴(yán)重程度的影響，也可能影響肺部感染的易感性。氣道生態(tài)失調(diào)在發(fā)生VAP的患者中比沒有發(fā)生VAP的患者更明顯，這可能與伯克霍爾德菌屬、芽孢桿菌目（以金黃色葡萄球菌為主要種）和假單胞菌目等屬的相對豐度有關(guān)［18］。檢測細(xì)菌DNA并不能確認(rèn)微生物的活性，因為DNA的存在可能由定植、排泄或非感染性的死亡微生物造成［19-24］。

5 氣道微生態(tài)與VAP

氣道微生態(tài)系統(tǒng)十分復(fù)雜，其對于呼吸系統(tǒng)正常功能的維持，以及呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生的影響一直是臨床關(guān)注的熱點。有研究發(fā)現(xiàn)，成人肺部菌群主要來自口咽，以厚壁菌門以及擬桿菌門為主構(gòu)成，而兒童上呼吸道解剖結(jié)構(gòu)與成人不同，且鼻咽部分泌物較多，因此其肺部菌群以來自鼻咽及口咽為主，主要為源自上呼吸道的莫拉菌屬、葡萄菌屬、鏈球菌屬以及嗜血桿菌屬等［25］。正常情況下，健康人體呼吸道可檢測到豐富菌群共同維持呼吸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，構(gòu)成呼吸道正常菌群，但當(dāng)機體免疫力低下、定植菌致病力強、數(shù)量多時，發(fā)生氣道微生態(tài)失衡，導(dǎo)致氣道微生態(tài)發(fā)生改變。兒童成長期是呼吸道菌群發(fā)展的關(guān)鍵時期，遺傳、分娩方式、喂養(yǎng)方式、生活環(huán)境、抗生素的使用等均可影響呼吸道菌群的組成［26-29］。同時，兒童上呼吸道發(fā)育不成熟，抵抗力較弱，其呼吸道細(xì)菌定植、增殖的風(fēng)險更高，從而影響氣道微生態(tài)平衡。

VAP是氣道微生態(tài)的失調(diào)所致的結(jié)果之一。插管和呼吸機使用可以改變氣道微生態(tài)，促進有害細(xì)菌如綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌的生長。這些病原體易于附著于下呼吸道的上皮細(xì)胞和呼吸道分泌物中形成生物膜，導(dǎo)致VAP的發(fā)生。維持氣道微生態(tài)的平衡是預(yù)防和治療VAP的目標(biāo)之一。通過調(diào)整氣道微生態(tài)，如使用益生菌、氧化劑和消毒劑等，可以減少病原體定植和生長，并增加有益菌種如乳酸菌的數(shù)量，從而減少VAP的風(fēng)險。隨著呼吸機在呼吸道疾病中的開展使用，越來越多的危重患兒得益于技術(shù)的發(fā)展存活率逐漸提高，但另一方面，MV的使用也帶來了很多并發(fā)癥，其中以VAP在臨床上最為常見。MV為侵入性操作，破壞口咽部及呼吸道黏膜的正常屏障功能，可對患者氣道菌群定植、病原清除造成不利影響。VAP不同于一般肺炎，其影響因素多且復(fù)雜。Abiramalatha等［30］在一項薈萃分析中明確指出，定期更換呼吸機回路能有效減少VAP發(fā)生率，側(cè)面證實了氣管導(dǎo)管氣囊周圍分泌物的滯留和下漏易使細(xì)菌進入支氣管肺組織，增加VAP發(fā)生的危險。同時，接受MV治療的患兒，自身疾病危重，需要反復(fù)使用多種抗菌藥物，導(dǎo)致正常菌群的生長環(huán)境發(fā)生變化，增加條件致病菌和真菌感染的風(fēng)險，這也是VAP難治的原因之一。Kelly等［31］指出VAP患者氣道微生態(tài)的β多樣性增加，即環(huán)境梯度不同生態(tài)群落之間組中組成的差異增加，抗生素的使用是造成菌群多樣性降低的原因之一。Flanagan等［32］的臨床研究結(jié)果顯示，MV患者使用抗生素后氣道上呼吸道菌群Shannon指數(shù)由1.48降低為0.59，銅綠假單胞菌成為優(yōu)勢菌群。Zakharkina等［33］使用16sRNA對MV患者氣道樣本測序，對物種多樣性和豐度進行定量分析，結(jié)果顯示，VAP患者假單胞桿菌的物種豐度高于未發(fā)生VAP的ICU患者，推測條件致病菌的豐度增加可一定程度推動VAP發(fā)生。Woo等［34］的研究發(fā)現(xiàn)，MV首次拔管成功患者Shannon指數(shù)在拔管后一周顯著降低，而拔管失敗患者Shannon指數(shù)則無明顯變化，兩組的β多樣性比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義，棒狀桿菌及別嘌醇菌較高的豐度與28 d死亡率密切相關(guān)，提示呼吸微生物組動力學(xué)與MV拔管和短期死亡率有一定關(guān)聯(lián)。患者氣道微生態(tài)與VAP難治存在一定的關(guān)聯(lián)性，對患者精確而及時氣道微生態(tài)檢測對于VAP的治療非常重要。氣道微生態(tài)的監(jiān)測對預(yù)測和診斷VAP也很重要。通過對患者氣道微生態(tài)進行定量和質(zhì)量分析，可以提前識別有害菌株的存在，評估治療效果，并引導(dǎo)治療策略的制定。因此，氣道微生態(tài)與VAP之間存在緊密的關(guān)系。通過了解和調(diào)整氣道微生態(tài)，可以有效預(yù)防和治療VAP。

6 氣道微生物影響VAP的潛在機制

肺免疫系統(tǒng)包括肺上皮細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、固有淋巴細(xì)胞和細(xì)胞因子/趨化因子，它們啟動免疫反應(yīng)并維持肺內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。復(fù)雜的肺部微生物群落在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，建立了共生關(guān)系。雖然肺部微生物組與固有或適應(yīng)性反應(yīng)之間的聯(lián)系尚不完全清楚，但它在健康和疾病中影響宿主的免疫反應(yīng)［35］。肺部微生物組在固有免疫細(xì)胞中發(fā)揮著不同的作用。樹突狀細(xì)胞、抗原呈遞細(xì)胞和處理細(xì)胞激活T細(xì)胞應(yīng)答。肺微生物組的生態(tài)失調(diào)可以改變樹突狀細(xì)胞過程，增加刺激促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生的細(xì)胞因子。肺部微生物群的改變也導(dǎo)致Th17和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的缺乏，而這些細(xì)胞調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，維持肺部免疫耐受。此外，模式識別受體（pattern recognition receptors， PRRs），如toll樣受體（Toll-like receptors， TLRs）和NOD型受體（NOD-type receptors， NLRs），在宿主與微生物組的相互作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。細(xì)菌代謝產(chǎn)物和細(xì)菌代謝產(chǎn)物也可能導(dǎo)致氣道炎癥細(xì)胞因子水平的變化。肺微生物組和炎癥之間的關(guān)系對于保護肺免受病原微生物的侵襲至關(guān)重要。然而，肺部微生物組的生態(tài)失調(diào)會導(dǎo)致炎癥，而微生物組復(fù)雜性的降低會產(chǎn)生雙向的炎癥-生態(tài)失調(diào)循環(huán)。肺部微生物組和宿主免疫的相互作用是復(fù)雜的，是各種呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生或進展的基礎(chǔ)。理解這些相互作用的潛在機制和后果對于更好地理解VAP等疾病期間宿主微生物群的相互作用至關(guān)重要。某些微生物，如變形菌門的微生物，可以引發(fā)過度或不適當(dāng)?shù)姆尾垦装Y反應(yīng)，促進組織損傷和疾病進展。由厚壁菌門、變形菌門和擬桿菌門等不同菌門引起的生態(tài)失調(diào)［36］。

7 通過氣道微生物預(yù)防VAP發(fā)展的策略

已經(jīng)有研究通過益生菌來調(diào)節(jié)肺部微生物群，以達到治療呼吸系統(tǒng)疾病的目的。然而，目前針對VAP的臨床試驗較少，因此對呼吸道菌群的影響仍有待確定。最近的研究表明，腸道益生菌可能通過局部和全身效應(yīng)降低VAP的發(fā)生率。它們有可能控制病原菌的生長，調(diào)節(jié)腸-肺軸中的細(xì)菌移位，降低呼吸道中的微生物負(fù)荷，改善胃腸屏障功能。此外，益生菌在下呼吸道具有免疫增強作用，可能通過調(diào)節(jié)微生物組成和代謝，改善宿主免疫應(yīng)答。然而，Johnstone等的一項研究表明，使用益生菌不能降低VAP的風(fēng)險［37］。目前還沒有臨床研究來評估“呼吸道益生菌”（即向下呼吸道注入或霧化的活微生物群）的作用。仍需要更大規(guī)模、設(shè)計良好的臨床試驗來進一步評估。

綜上所述，微生態(tài)作為氣道屏障的組成部分，對宿主的代謝、免疫功能等具有重要影響，可作為VAP等呼吸系統(tǒng)疾病診斷和治療的潛在靶點。VAP是影響MV治療成功與否的關(guān)鍵因素。高通量測序技術(shù)的發(fā)展為VAP的病原檢測和精準(zhǔn)治療開辟了新的方向。VAP是重癥監(jiān)護病房常見的并發(fā)癥，具有較高的發(fā)病率和死亡率。目前已有預(yù)防策略，包括通氣集束和適當(dāng)使用抗生素。由于基于傳統(tǒng)培養(yǎng)的檢測方法的局限性，確定引起VAP的微生物仍然具有挑戰(zhàn)性。目前對于微生物群屬間、微生物與宿主間的相互作用機制，微生物抑制治療對人體的健康影響等問題有待進一步深入研究。