细菌性脑膜炎/脑炎是中枢神经系统感染的常见病,起病急,进展快,病死率高。临床表现、影像学和脑脊液生化的无特征性常常给诊断带来困难。目前,细菌性脑膜炎/脑炎的确诊主要依赖于传统的细菌培养,其耗时长,脑脊液细菌培养阳性率低,严重滞后于临床诊疗。故寻求快捷而准确的脑脊液检测指标,对细菌性脑膜炎/脑炎进行早期诊断,是临床上迫切需要解决的问题。本文简要介绍几种细菌性脑膜炎/脑炎患者脑脊液的实验室检测方法。
一、脑脊液细胞学检查
细菌性脑膜炎的渗出期改变,多在发病3天内,脑脊液白细胞计数明显增多,白细胞计数常达×/L或更多,嗜中性粒细胞显著增多,最高可占白细胞分类的90%以上。在嗜中性粒细胞的胞浆内外常可见到相应的致病菌,感染严重时,嗜中性粒细胞胞浆内可见中毒性颗粒。在有效的抗感染治疗后,白细胞计数和嗜中性粒细胞明显减少,单核-吞噬细胞和浆细胞增多,并参与相关的免疫反应。白细胞计数和嗜中性粒细胞随着病情的好转继续下降或接近正常,当所有病理细胞完全消失、白细胞计数和淋巴细胞/单核细胞比例正常时,提示修复完全。
查见细胞胞内细菌,可作为细菌感染的病原学诊断依据,但无法区分细菌类型(如革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌)。
二、革兰氏染色
革兰氏染色是细菌学中广泛使用的一种鉴别革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的染色法,对于致病性和药物的选择具有重要意义。但当细菌量较少时,革兰氏染色常常呈阴性。
三、细胞因子
当细菌感染中枢神经系统时,进入脑脊液中的细菌可释放出内毒素、磷脂酸等炎性成分,进而刺激局部产生细胞因子,细胞因子在颅内感染的发生及中枢神经系统损伤的过程中发挥了重要作用。
1.TNF-α:TNF-α是由体内免疫细胞(主要是巨噬细胞)和其他组织细胞共同分泌的、具有广泛生物活性的细胞因子,在抗肿瘤、抗感染等方面有重要的作用。当细菌通过血-脑脊液屏障进人脑脊液后可释放出内毒素、磷脂酸等细胞壁炎性成分,进而刺激中枢神经组织细胞分泌TNF-α。
2.IL-6:IL-6是一种广泛存在于中枢神经系统的重要促炎细胞因子。在非炎症状态下,其在脑组织中的浓度很低。当炎症时,外周巨噬细胞可进入中枢神经系统内合成包括IL-6在内的多种细胞因子。目前国内外研究均显示在细菌性脑膜炎/脑炎时IL-6明显升高。
其他细胞因子,如IL-8、IL-1β、sIL-2R、IL-10、INF-γ、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等也被证实对颅内感染的诊断有一定的价值,但是细胞因子为细菌感染的非特异性指标,仅能作为细菌性脑膜炎/脑炎临床诊断的一项参考指标而非确诊依据,故需结合病史、症状、体征并与其他检验项目相结合进行综合判断。
四、脑脊液中酶活性测定1.基质金属酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)及其内源性组织抑制剂(tissueinhibitorsofmetalloproteinase,TIMPs):MMPs是一组锌钙依赖性蛋白水解酶家族,可以分解细胞外基质。目前已经发现的MMPs有20多种,与细菌性脑膜炎/脑炎关系密切的是MMP-2和MMP-9。TIMPs是MMPs活性的特异性组织抑制因子,具有调节MMPs活性的作用,其中TIMP-1主要抑制MMP-9的活性,TIMP-2和TIMP-4对MMP-2有抑制作用。细菌性脑膜炎/脑炎时MMPs水平升高、TIMPs不充分表达,使二者比例失衡,导致一些基质降解过度,从而造成中枢神经系统损伤。
2.乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)和腺苷脱氨酶(adenosinedeaminase,ADA):当中枢神经系统感染时,脑膜组织被破坏,神经细胞内酶大量释放、脑脊液中各种细胞的解体以及血-脑脊液屏障通透性增加,使血液中部分酶进入脑脊液。LDH可以作为细菌性脑膜炎/脑炎诊断的一项敏感指标;而ADA可作为鉴别细菌性脑膜炎/脑炎与结核性脑膜炎/脑炎的一项客观指标。
目前这些酶活性的检查仅能作为脑脊液细菌感染的参考指标,不能单独作为诊断的依据,需要结合其他检查做出诊断。而且无法判断细菌的分类,指导临床用药。
五、脑脊液中乳酸测定
乳酸(lacticacid,LA)是葡萄糖厌氧反应的最终产物。正常情况下血液中的乳酸无法通过血-脑脊液屏障。但是当细菌或真菌感染时,由于病原菌代谢、脑组织水肿、缺氧等原因,脑脊液中乳酸含量升高,而在病毒感染时脑脊液乳酸含量却无显著改变。所以当发生颅内感染时,通过测定脑脊液LA可鉴别诊断化脑和病毒性脑膜炎/脑炎。
但是乳酸仅可以对有菌性脑膜炎/脑炎与无菌性脑膜炎/脑炎进行鉴别,无法判断致病菌是普通细菌还是结合分支杆菌或真菌,更无法指导临床使用相应的抗生素。
六、脑脊液中特异性蛋白检测
1.β2-微球蛋白(Beta-2microglobulin,β2-MG):β2-MG是一种小分子蛋白质,存在于所有有核细胞表面,主要分布于淋巴细胞及巨噬细胞表面。正常脑脊液β2-MG含量很少,当中枢神经系统感染时中枢神经系统内免疫系统被激活,产生大量淋巴细胞及巨噬细胞,使β2-MG合成增加,由细胞表面脱落进入脑脊液。β2-MG含量明显升高时可能存在细菌性脑膜炎/脑炎或结核性脑膜炎/脑炎,如同时进行结核感染的相关检验,则β2-MG可以作为细菌性脑膜炎/脑炎与其他类型脑膜炎/脑炎鉴别诊断的一项辅助指标。
2.C反应蛋白(C-reactiveprotein,CRP):正常脑脊液CRP为阴性,细菌性脑膜炎/脑炎时血-脑屏障通透性增加,血浆中CRP可进入脑脊液,故细菌性脑膜炎/脑炎患者脑脊液中的CRP值明显增高,且升高的程度可以作为血-脑屏障破坏严重程度的一项指标。
3.降钙素原(procalcitonin,PCT)是人类降钙素(calcitonin)的前体物质,PCT在健康人血清中水平极低,几乎检测不到。全身细菌感染时,PCT水平明显增高;而病毒感染时,即使是严重病毒感染,PCT也可正常或只轻微增高。PCT可作为协助判断患者颅内感染的指标,更重要的是能指导抗生素的使用。脑脊液PCT测定与脑脊液细菌培养是医生鉴别诊断非感染中枢性发热、颅内感染以及外周感染引起发热的手段。
4.特异性神经元烯醇化酶(neuron-specificenolizationenzymes,NSE)和S-β蛋白:NSE和S-β蛋白主要存在于周围神经及中枢神经系统组织中,当神经系统受损时NSE和S-β蛋白均明显升高。脑脊液中NSE水平与细菌性脑膜炎/脑炎病情的严重程度成正相关性,脑脊液中高水平的NSE可能提示预后不良,S-β蛋白可以作为细菌性脑膜炎/脑炎与病毒性脑膜炎/脑炎鉴别诊断的一项辅助指标。
目前对这些特异性蛋白的分析均缺乏大样本研究。另外作为中枢神经系统损伤的标志性蛋白,其在颅内出血、脑梗死、脑缺氧、中枢神经系统白血病等情况下也可升高,因此能否作为细菌性脑膜炎/脑炎诊断的特异性指标还需要进一步的研究。
七、新一代基因测序(next-generationsequencing,NGS)
新一代测序技术(NGS)又被称为"高通量测序(High-throughputSequencing)",通过收集脑脊液标本中致病菌的DNA片段,对其扩增后可检测出病原菌的核酸序列,进而明确病原菌的属、种,指导临床早期选择合适的抗生素。该方法简便,有较高的敏感与特异性。该方法取脑脊液为标本,只要标本中存在微量的细菌DNA即可被检出,且不受死菌活菌的影响,受抗生素治疗影响较小。
综上所述,NGS技术不仅可以对细菌性脑膜炎/脑炎做出早期诊断,而且可以明确病原菌类型,对临床治疗起到指导作用,还具有快速、准确、低成本、高通量的特点,故NGS技术将成为细菌性脑膜炎/脑炎脑脊液检测的主要发展趋势。
参考文献
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