尿干化學和尿流式檢測結果快速預測腎結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.清華大學附屬北京清華長庚醫院 清華大學臨床醫學院檢驗科，北京 102218；2.北京大學第一醫院檢驗科，北京 100034）

腎結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會導致手術后感染綜合征和系統性炎癥反應綜合征等嚴重并發癥的發生[2-3]，一般建議在排石手術之前針對UTI患者進行目標導向的抗菌治療。中段尿細菌培養往往需要2～3 d，臨床醫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[4-5]。本研究擬建立尿干化學和尿流式檢測結果預測腎結石患者泌尿系統細菌感染的模型，通過快速尿液分析來預測泌尿系統細菌感染，及時指導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日清華大學附屬北京清華長庚醫院436例腎結石住院患者清潔中段尿樣本，同時進行尿常規分析，包括尿干化學和尿流式檢測，以及尿培養。依照中華醫學會泌尿外科學分會制定的《中國泌尿外科疾病診斷治療指南：2011版》標準[6]，以菌落數超過103CFU/mL為培養陽性。同時，本研究只評估單一致病菌的預測模型，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附屬北京清華長庚醫院倫理委員會審核。

1.2 方法

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

采用AX4030全自動尿干化學分析儀（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）。尿液細菌計數和白細胞計數采用UF1000i尿有形成分分析儀（日本Sysmex公司）進行測定。嚴格按照儀器說明書進行操作。

1.2.2 中段尿定量培養 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基平皿（英國Oxoid公司）上，35 ℃培養48 h后計數分離的細菌。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 統計學方法

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

2 結果

2.1 中段尿培養結果

414例中段尿樣本中，146例（35.3%）培養陽性，268例（64.7%）培養陰性。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%）、其他非發酵類桿菌4株（2.7%）。

2.2 尿干化學檢驗結果

146例培養陽性尿液樣本中有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例培養陽性樣本中，白細胞酯酶陽性118例，陰性28例；268例培養陰性樣本中，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）。培養陽性樣本亞硝酸鹽和白細胞酯酶陽性率較培養陰性樣本高（P＜0.000 1）。

2.3 尿流式檢驗結果

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

表1 尿培養陽性和陰性樣本亞硝酸鹽、白細胞酯酶、細菌計數和白細胞計數比較

白細胞計數和細菌計數ROC曲線顯示，白細胞計數為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。細菌計數的ROC曲線下面積（area under curve，AUC）為0.871[95%可信區間（confidence interval，CI）為0.835～0.902]。白細胞計數的AUC為0.777（95%CI為0.734～0.816）。見圖1、表2。

2.4 預測模型及驗證

圖1 細菌計數和白細胞計數診斷UTI的ROC曲線

表2 3種方法診斷效能

基于中段尿培養、尿干化學和尿流式的檢測結果，我們建立了腎結石患者UTI的預測模型，見圖2。為預測腎結石患者可能的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結果來預測該患者是否是尿路細菌感染，當細菌計數為231.8/μL時，這一指標的敏感性為73.97%、特異性為91.14%。其次，對于UTI結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，我們將中段尿培養結果按照革蘭染色特性分為革蘭陰性菌組和革蘭陽性菌組，發現亞硝酸鹽陽性率、白細胞酯酶4+率和細菌計數中位數在這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出革蘭陰性菌（表4）。相反，如果尿干化學和尿流式聯合檢測結果顯示亞硝酸鹽陰性和/或白細胞酯酶低于4+，則尿液培養結果很可能是革蘭陽性菌。

圖2 腎結石患者尿液培養結果預測模型

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、白細胞計數比較

表4 亞硝酸鹽、白細胞酯酶預測革蘭陰性菌的統計值

3 討論

腎結石患者非常容易繼發UTI，UTI還是最常見的結石治療并發癥[7]。因此，預測尿液培養結果并進行有針對性的抗菌藥物治療，對于結石治療很有必要。

一些快速尿液檢測方法，如尿干化學和尿流式檢測等可用來篩查UTI，作為中段尿培養的補充。有研究結果顯示，尿流式檢測篩查UTI的敏感性為97%、特異性為79%、陽性預測值為70%、陰性預測值為99%[8]，但有學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。《全國臨床檢驗操作規程》[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，會干擾尿常規檢測結果，所以我們僅納入了單一細菌的樣本，436例患者非重復中段尿樣本，有414例符合要求，符合率達95%，也說明其病原學多為單一細菌，具有研究代表性。

鑒于腎結石患者高發UTI，本研究的尿培養陽性定義為≥103CFU/mL。這個標準比104CFU/mL具有更高的敏感性[9]。根據1 μL尿液接種培養結果，最低檢測限為103CFU/mL，是指方法學的培養陽性，而不是指臨床診斷價值的判斷標準。本研究建模的目的是希望通過尿常規指標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、白細胞計數和細菌計數，4個檢測項目的結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）。為了達到預測UTI病原菌的目的，進行推導的第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，表2中的結果顯示，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測UTI。

與相關研究[4]的結果相似，我們也發現尿流式檢測的細菌計數對于預測尿培養結果來說十分可靠。當細菌計數≥231.8/μL時，細菌計數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≥139.8個/μL比較，細菌計數的特異性、敏感性和AUC都更高（圖1）。本研究結果顯示，除了細菌計數，沒有其他變量可以給出更令人滿意的尿液培養預測結果。另一方面，用于判斷是否存在UTI的具體細菌計數閾值仍需要進一步的研究加以驗證。LE等[12]的研究結果顯示，細菌計數為38.7/μL時，敏感性為90%、陰性預測值為94.5%。MANONI等[13]認為細菌計數的閾值為125/μL。本研究對文獻進行研究后發現，基于不同人群推導的閾值存在各種差異，所以不能輕易應用到其他人群中。

為了檢驗細菌計數、白細胞計數、亞硝酸鹽、白細胞酯酶這4個檢測項目在致病菌特征預測中的作用，我們計算了其各自的OR值。首先，將培養陽性的樣本按照病原菌革蘭染色特征分組，發現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+、細菌計數中位數均有顯著差異。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出革蘭陰性菌，可能有2點原因：（1）亞硝酸鹽檢測是產亞硝酸鹽細菌存在的標志性檢測項目，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細菌革蘭染色特性方面具備最高的OR值。

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