如何在床旁使用感染或脓毒症的生物标志物：临床医生指南
如何在床旁使用感染或脓毒症的生物标志物：临床医生指南
摘要脓毒症被定义为由宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍。在这种情况下，生物标志物可以被视为感染或宿主反应失调的指标，或对治疗和/或帮助临床医生预测患者风险的反应。在过去的几十年里，已经确定并评估了250多种生物标志物，但没有生物标志物能准确区分脓毒症和脓毒症样综合征。已发布的数据支持使用生物标志物进行病原体识别、临床诊断和优化抗生素治疗。在本叙述性评论中，我们强调了临床医生如何改进病原体特异性和最常用的宿主反应生物标志物、降钙素原和C反应蛋白的使用，以改善脓毒症患者的临床治疗。在诊断和评估抗生素治疗的反应时，生物标志物动力学比单个值更有用。最后，集成的生物标志物引导算法可能会改善脓毒症的诊断和预后。在此，我们提供有关病原体特异性和宿主反应生物标志物临床效用的最新数据，就如何优化其使用提供指导，并提出未来研究的需求。
引言
脓毒症被定义为宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍。在这种情况下，生物标志物可以被视为感染或宿主反应失调或治疗反应的指标和/或帮助临床医生预测患者风险。在日常床旁实践中，为了诊断和管理脓毒症以及抗生素管理，临床医生结合了来自不同来源的数据，这些数据来自三个载体的交集（图1）：系统表现、器官功能障碍和微生物文档。生物标志物可以提供病媒系统表现（宿主反应生物标志物，如C反应蛋白-CRP和降钙素原-PCT）、器官功能障碍（如肾损伤生物标志物）和微生物文档（病原体特异性生物标志物——见表1）的额外信息。前两个载体对脓毒症既不特异性，也不敏感。微生物文档通常至少需要2-3天才能最终确定，并且不是特别敏感，特别是在患者接受抗菌治疗时收集培养物时。因此，大约40-50%的脓毒症病例被认为是培养阴性的。在预测脓毒症、脓毒症诊断、评估脓毒症对治疗的反应和生物标志物指导下抗生素治疗（有关使用生物标志物的脓毒症的临床场景示例，请参阅ESM）的背景下研究了生物标志物。此外，脓毒症的生物标志物可以分为预后、预测和治疗，即指导治疗的选择、剂量和持续时间（图1）。
在过去的几十年里，对250多种生物标志物进行了研究和评估，最近在其他地方进行了详细审查。本审查的目的是向临床医生介绍感染或脓毒症的生物标志物及其使用指南，即病原体特异性生物标志物和两种宿主反应生物标志物PCT和CRP。
如何使用生物标志物？
面对脓毒症的怀疑，临床医生有几个问题需要解决。正如幸存的脓毒症运动指南所承认的，第一个问题是：
· 1）感染的可能性有多大？
· 2）疾病的严重程度和发生败血性休克的风险是多少？
· 3）最有可能的病原体是什么？
· 4）最合适的抗菌治疗方法是什么？
· 5）患者是否好转，如果没有，为什么？
· 6）什么时候可以停止抗菌素？
临床医生经常试图借助生物标志物来回答这些问题，但重要的是要承认，生物标志物在脓毒症管理中的性能是次优的。
03病原体特异性和宿主反应生物标志物
生物标志物被描述为生物特征，客观测量，并用作生理或病理过程的替代标记，或作为药物活性的指标。在目前情况下，感染和脓毒症的生物标志物可以被视为感染或宿主反应失调或治疗反应的指标。
病原体特异性生物标志物
虽然微生物核酸的检测越来越普遍，但它们在一般感染管理中，特别是细菌感染中的地位仍然不确定，而且尚未很好地标准化。病原体特异性生物标志物，如直接抗原测试，已经广泛用于危重病人。主要测试的汇总诊断性能如表1所示。
大多数基于抗原的快速测试都基于免疫色谱法，并有可能在床旁使用。流感和SARS-CoV-2呼吸道抗原测试，肺炎链球菌和军团菌。尿抗原测试用于社区获得性肺炎（CAP）。它们表现出高特异性，但灵敏度低至中等。尽管通过自动阅读进行了改进，但阴性测试不能可靠地被视为排除结果。军团菌抗原测试检测嗜肺军团血清群1。虽然这是军团病的主要原因，但其他血清群或物种会出现假阴性[。肺炎球菌抗原测试的诊断准确性也高度依赖于血清型；在引入13价多糖结合疫苗后，由于抗原变化，敏感性较低。目前，很少有快速诊断测试，如mariPOC测试，对单个样本中的几种病原体进行多路复用测试。但没有任何抗原测试提供有关抗生素敏感性的信息。
艰难梭菌感染（CDI）可以在有症状的患者中被诊断，使用具有快速酶免疫分析的两步算法来测试粪便样本的谷氨酸脱氢酶（GDH）和游离毒素A和B。低CDI流行率的低阳性预测值应防止任何一项测试单独使用。GDH测试高度敏感，如果呈阳性，则与更特定的毒素A/B检测测试相结合。对GDH阳性患者进行仔细评估，但需要检测呈阴性毒素A/B，因为它可能表明腹泻或非毒性艰难梭菌携带患者的CDI毒素水平低于检测阈值。
真菌抗原检测针对从真菌细胞壁衍生的结构多糖。(1,3)-β-D-葡聚糖（BDG）是一种泛真菌血清生物标志物，通常用于检测侵袭性念珠菌病。BDG灵敏度高，但特异性差，是排除低流行率重症监护病房（ICU）侵袭性念珠菌病的宝贵工具。然而，最近的一项随机临床试验（RCT）未能证明BDG指导的早期启动抗真菌治疗对侵袭性念珠菌病风险低至中期的危重症患者早期启动抗真菌治疗的生存益处，并以大量过度使用抗真菌药物为代价。同样，BDG对非艾滋病毒患者诊断肺孢子菌肺炎具有很高的阴性预测价值，并且该疾病的可能性较低/中等。通过重复测试和/或增加截止值，可以提高特异性和正预测值。
半乳甘露聚糖（GM）可以在血清和支气管肺泡灌洗（BAL）样本中测量，并在诊断侵袭性肺曲张症（IPA）方面表现出很高的特异性。值得注意的是，BAL液体的转基因测试比血清测试更敏感，用于诊断非中性粒细胞减少症患者的IPA，该测试在重症患者的IPA诊断标准中发挥着核心作用[20]。已经开发了BAL样本的快速床头曲霉侧流装置测试，研究正在进行中（ISRCTN 43895480试验）。血清中的隐球菌抗原检测是具有中枢神经系统症状的艾滋病毒患者隐球菌脑膜炎的高度预测。
还测试了病原体特异性生物标志物引导算法。两名RCT评估了BDG指导的终止疑似侵袭性念珠菌病危重症患者的经验抗真菌治疗的策略，表明这是安全的，并与缩短抗真菌治疗的持续时间有关。
机体反应相关生物标志物
在下一节中，我们将讨论两种宿主响应生物标志物PCT和CRP。
降钙素原
前钙素是一种前激素，是降钙素的前体；PCT由几乎所有器官和巨噬细胞产生，其水平在炎症刺激后3-4小时开始增加，峰值约为24小时，半衰期为22-35小时（表2）。然而，PCT水平受到肾小球滤过率和肾脏替代疗法的影响。
脓毒症的预测
PCT是呼吸机相关肺炎（VAP）环境中研究最多的生物标志物。几项观察研究表明，PCT测量在VAP预测和诊断中缺乏实用性。
对危重病人PCT动力学的研究表明，诊断准确性差，对开始治疗的指导影响低。因此，尽管与选定环境中抗生素使用量减少有关，但PCT在ICU中预测脓毒症的效用有限。
脓毒症的诊断
脓毒症诊断没有商定的PCT截止值；已发表的研究要么没有报告截止值，要么使用了0.5至2微克/升的值。许多非传染性炎症状态也与PCT血清水平升高有关。用于诊断脓毒症的PCT的三项单独元分析显示，敏感性和特异性分别为77-85%和75-83%。虽然在怀疑脓毒症的患者中，PCT可能优于CRP，但PCT不应用于指导抗菌处方。同样，2016年IDSA/ATS指南和2017年ERS/ESICM/ESCMID/ALAT指南都不建议使用PCT来诊断VAP。
在重症CAP患者中，对PCT进行了评估，以评估流感中是否存在细菌合并感染。对记录在案的流感病例的初步研究表明，PCT水平可能会提供更高的负预测价值，以排除细菌合并感染。然而，这些发现并没有被其他人复制。在建议更广泛地使用这种策略之前，特别是在其他病毒（非流感）感染中，还需要进行更多的研究。此外，最近的荟萃分析表明，PCT在CAP早期缺乏敏感性，当时无法可靠地区分病毒感染和细菌感染。
脓毒症对治疗反应的评估
在诊断出脓毒症并开始抗生素治疗大约48-72小时后，重要的是评估患者的临床过程，并询问：（1）患者的临床情况是否好转？（2）如果患者没有好转，是由于未检测到的脓毒症并发症（例如脓肿、肺脓肿）、继发感染（在同一地点或其他部位）、抗生素治疗不足或不适当？（3）还是由于非传染性原因？
在VAP患者中，在治疗的发病和D4上测量的PCT可以预测生存率，区分结果好坏的患者。抗生素治疗D4的PCT水平持续高，表明感染控制失败。
在临床实践中，抗生素治疗D3/D4生物标志物水平持续升高的患者应引起治疗失败的怀疑，并应促使采取积极的诊断和治疗方法。但是，在使用生物标志物作为独立标准来决定何时升级诊断时，应谨慎行事。在RCT中评估了一种基于“PCT预警”概念的临床方法算法（PCT≥1ng/ml，不减少>10%/天），该算法显示没有以牺牲高光谱抗生素消耗、更多抗生素使用时间、长时间机械通气和ICU停留为代价而没有死亡益处。
PCT指导的抗生素治疗调整
虽然抗生素管理的一种策略只是将固定的长抗生素持续时间转换为固定的短期抗生素持续时间，但一种越来越流行的方法是使用生物标志物来个性化抗生素治疗持续时间。这种方法包括单个患者对治疗的反应，将抗生素停药与患者的实际临床疗程相匹配。虽然最初还不知道这种方法是否会节约抗生素，但越来越多的证据表明，PCT的总体抗生素使用量有所减少。到目前为止，至少有18个RCT评估了重症患者的PCT引导抗生素治疗，有强有力的证据表明这种策略是安全的，与缩短治疗时间有关，在某些RCT中，可以降低死亡率。然而，主要的批评是，在早期RCT的控制中，抗生素治疗的持续时间比建议的要长。
最近的一项系统审查和元分析评估了PCT指导策略对危重病人死亡率和抗生素治疗持续时间的影响，以及其他因素，如行业赞助、算法遵守和CRP同时可用性。总体而言，PCT指导策略将抗生素持续时间缩短了1天，并提高了生存率，特别是在没有高协议遵守率的RCT中，以及当PCT与CRP相结合时。
C反应蛋白
血清CRP是一种急性期蛋白质，专门在肝脏中合成，以响应细胞因子，特别是白细胞介素6。在炎症刺激后，其水平开始增加4-6小时，每8小时翻一番，峰值为36-50小时，半衰期为19小时（表2）。其水平不受免疫抑制（类固醇或中性粒细胞减少）的影响，也不受肾衰竭或肾脏替代疗法的影响，无论是否患有肝硬化，两者之间也没有显著差异。
脓毒症的预测
在ICU获得脓毒症前几天，C反应蛋白动力学准确预测了其诊断，每日CRP最大增幅>4.1mg/dl（特别是如果与绝对浓度>8.7mg/dl相关）。在一项关于社区获得性血液感染（BSI）的大型研究中也观察到类似的发现，其中CRP浓度在最终诊断BSI之前的三天内开始增加。
BioVAP多中心研究调查了在VAP诊断前几天因非传染原因而发生侵入性机械通气患者的生物标志物动力学，并发现CRP和CRP斜率随着时间的推移是VAP发生率的良好预测因素。PCT动力学没有发现这一发现。然而，2016年IDSA/ATS指南和2017年ERS/ESICM/ESCMID/ALAT指南都不建议使用任何生物标志物来诊断VAP，无论是PCT还是CRP。
脓毒症的诊断
两项元分析（一项分析仅针对成人试验）没有始终如一地证明单个CRP测定在疑想脓毒症患者中的价值，注意到敏感性和特异性分别在78-80%到60-61%之间。CRP在临床研究中的可变准确性也受到使用不同截止点的影响，这些截止点通常在2至10mg/dl之间。然而，在最近的一项前瞻性观察研究CAPTAIN研究中，评估了53种生物标志物在脓毒症和非脓毒症系统性炎症反应综合征（SIRS）之间的区别对待方面的表现，发现没有一种生物标志物或组合比CRP本身表现得更好，也比PCT更好。
CAP的诊断通常很困难，因为胸部X光片在前24-72小时内可能不会出现浸润。在一项对临床诊断为CAP的患者进行的研究中，进行了CT扫描，以确认是否存在肺炎。研究发现，对于胸部假阴性X射线患者的CAP水平很高，非常低的CRP水平有助于排除胸部假阳性X射线患者的CAP。然而，PCT对假阳性和假阴性胸部X光都表现出差的鉴别力。
脓毒症对治疗反应的评估
在评估几种严重感染（即VAP、BSI和CAP）的治疗反应时，C反应蛋白已被广泛研究；开抗生素处方后的轨迹与临床病程和预后相关。使用相对CRP变化（CRP比率）（每天CRP浓度与第0天（D0）水平的比率）比绝对CRP变化更能提供信息。CRP比率的急剧下降是脓毒症解决的替代标志，而CRP比率的持续升高或不断上升表明脓毒症对治疗是难的。在微生物学记录的VAP患者中，D4初始值的CRP>0.6是不良结果的标志。在BSI、严重CAP、医院肺炎和脓毒症中也观察到了类似的结果。
使用CRP比率的概念，定义了对抗生素治疗的反应的四种个人模式：（1）快速反应模式，包括CRP比率迅速下降到D4的0.4；（2）慢响应模式，是CRP比率的持续下降，值为D4>0.4但<0.8；（3）无响应模式，定义为CRP比率持续>0.8（有时甚至增加）；（4）双相反应模式，其特征是CRP比率最初下降<0.8，然后二次上升到该阈值。在严重的CAP、VAP和BSI中，具有快速和缓慢反应模式的患者的死亡率明显低于无反应或双相模式的患者。
虽然没有RCT，但2017年ERS/ESICM/ESCMID/ALAT指南承认生物标志物在评估治疗反应中的附加值，即CRP比率和CRP配给反应模式的识别。
CRP导向的抗生素治疗
评估CRP引导策略的RCT数量很少，即ICU患者。第一个RCT是PCT与CRP引导策略之间的面对面比较，发现CRP在持续时间导向方面不低于PCT，发病率或死亡率没有差异。但非常重要的是，在这个单中心RCT中，无论生物标志物水平如何，抗生素治疗的最长持续时间为7天。到目前为止，这是唯一比较两种生物标志物在抗生素持续时间中性能的RCT。随后，观察和随机研究发现，CRP引导策略与PCT引导或固定持续时间（短期课程）相比，在反映脓毒症和脓毒症休克临床过程的改善（或恶化）以及减少抗生素暴露的能力方面没有实质性差异。
早期试验调查了生物标志物引导策略以导向抗生素持续时间，对照组患者按照标准做法进行了治疗。鉴于缺乏大多数原发灶治疗持续时间的证据，这些对照组接受了今天被认为过度延长的治疗，导致一个潜在的有偏见的结论，即基于生物标志物的策略与减少抗生素暴露有关。为了克服这些局限性，最近的试验使用了更短的固定控制时间。个性化治疗将使用“双触发”策略将固定持续时间与生物标志物指导相结合。经过几天的治疗，可以根据临床过程停止抗生素，并根据预定义的算法降低生物标志物水平（CRP或PCT），或完成整整5-7天的抗生素治疗，以先到者为准（图2）。这种个性化策略已经在几个RCT中进行了评估，表明与固定持续时间相比，生物标志物制导可以安全地缩短治疗持续时间。
未来展望
在诊断脓毒症方面，各种生物标志物组合构建诊断面板并没有一直优于任何单个生物标志物。这是因为脓毒症生物标志物通常高度相关，因此当这些检测相结合时，诊断准确性没有提高。生物标志物面板的诊断准确性还取决于单个检测结果的加权，以及整个面板需要多少个体检测呈阳性才能表明是否存在脓毒症。例如，生物标志物面板可以相对敏感（只需要一个个人分析是“阳性”）或相对特定的（要求所有单个检测都是阳性的），这取决于面板的解释方式。然而，将生物标志物与临床数据相结合的算法已经表明，可以识别急诊科的脓毒症患者。其中一种结合临床变量和生物标志物的算法声称，在158名患者的人群中，负预测值为100%，正预测值为93%。应该注意这项研究的两个局限性。首先，所有研究参与者都至少有两个SIRS标准，因此该算法在SIRS阴性脓毒症中的表现尚不清楚。其次，没有描述该算法结果的交付速度。
结论
总之，从我们目前使用脓毒症生物标志物的地方发展到我们有临床上有用的标记来推动患者治疗路径以改善结果，这需要对方法进行重大改变。单一中心，单维研究不太可能带来很大进展。需要进行大型多中心队列研究，利用最先进的组学、生物信息学和机器学习算法来识别预测特定临床内型干预差异反应的生物标志物。将现有工具结合在多中心和多学科合作中，将是发现新的生物标志物的最有效方式，这些生物标志物可以实施到临床实践中，以优化患者治疗。在此之前，当临床医生需要更多信息来优化床旁的患者治疗时，脓毒症的生物标志物可以成为有用的辅助工具。序列测定比单个值更翔实，生物标志物绝不应用作独立的测试，而应始终与彻底的临床评估和对生物标志物生物学、干扰、优势和局限性的全面了解相结合。
来源于重症超声研究组CCUSG