天津市人民医院(乔佑杰);
天津市泰达医院(任新生)
脓毒症是急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)的重要危险因素,是重症监护病房(intensive care unit,ICU)中AKI发生的最主要原因[1]。AKI缺乏早期诊断手段,导致AKI的高发病率和高病死率[2]。研究显示中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)诊断早期AKI的精确性和敏感性均较高[3, 4, 5]。门急诊就诊患者中,部分未获及时治疗,其尿中NGAL(urinary NGAL,uNGAL)随时间变化的特点以及对AKI的早期诊断价值并不清楚,尤其是在脓毒症情况下uNGAL的变化特点和诊断AKI的价值未见报道。
1 材料与方法 1.1 实验动物和分组
健康雄性清洁级SD大鼠56只,体质量200~250 g〔购自北京大学医学部实验动物中心,动物许可证号:SCXK(京)2011-0012〕,购入后于天津市实验动物中心适应性饲养3 d,随机(随机数表法)分为4组,脓毒症模型组(CLG)组16只、血必净(XBG)组16只、黄芪注射液和柴胡注射液合用(HCG)组16只和假手术(SOG)组8只。CLG组、XBG组和HCG组大鼠均经盲肠结扎穿孔术(CLP)制作脓毒症模型(XBG组和HCG组是为另外的干预实验设立的实验组,为扩大分析样本而加入本诊断实验)。CLP操作按照Chaudry等[6]的方法。大鼠以3%戊巴比妥钠0.15 mL/100 g肌肉注射麻醉,上腹正中切口,暴露盲肠结扎根部,结扎时避开血管,16号针贯通穿刺盲肠4次后还纳腹腔,逐层缝合腹壁切口。SOG组用同样方法麻醉、开腹,暴露盲肠后,立即逐层缝合腹壁切口。模型制作后,SOG组和CLG组大鼠开始自尾静脉注射生理盐水4 mL/kg,1次/12 h,同时腹腔注射生理盐水13 mL/kg,1次/d;XBG组大鼠自尾静脉注射血必净4 mL/kg,1次/12 h,腹腔注射生理盐水13 mL/kg,1次/d;HCG组大鼠自尾静脉注射生理盐水4 mL/kg,1次/12 h,腹腔注射黄芪注射液8 mL/kg和柴胡注射液5 mL/kg,1次/d。静脉和腹腔注射均持续至大鼠死亡或实验结束。
1.2 主要材料和设备
大鼠NGAL酶联免疫分析试剂盒(美国R&D公司);血必净注射液(天津红日药业股份有限公司,批号:120505);黄芪注射液(神威药业有限公司,批号:120111);柴胡注射液(海南制药厂有限公司制药二厂,批号:130124);全自动生化分析仪(Beckman coulter Dxc800,美国Beckman公司);全自动酶标仪(AD-340,美国Beckman公司)。
1.3 标本采集
自大鼠眶静脉取血0.5 mL,4℃冰箱过夜,次日室温下3 000 r/min离心20 min,上清液编号后置-20℃冰箱待测。血液标本的采集时间为造模前即刻以及造模后6 h、12 h、18 h、24 h、36 h、48 h、72 h。造模后大鼠均置动物代谢笼中每6 h用2 mL注射器穿刺抽取膀胱中尿液至无尿液可抽出,加代谢笼收集的尿液作为6 h尿量(urine out in six hours,Uout),测量术后6 h、12 h、18 h、24h、36 h、48 h、72 h时的Uout,测量后尿液为样品尿。样品尿立即于常温下3 000 r/min离心20 min,上清液分2份编号后存-20℃冰箱分别用于生化指标和NGAL的检测。
1.4 指标检测
血清或尿液标本室温融化,全自动生化仪检测血肌酐(serum creatinine,sCr)、尿肌酐(urinary creatinine,uCr)和尿Na(urinary natrium,uNa)浓度。检测于原天津市天和医院检验科进行;uNGAL的检测于天津市灏洋生物制品科技有限责任公司进行。酶联免疫吸附测定步骤按照说明书进行。AKI的诊断采用改善全球肾脏病预后组织(KDIGO)制定的标准:以大鼠某时点处sCr与该动物0 h处sCr比值大于或等于1.5视为AKI[7]。各时间点uNGAL除以同时间点uCr获得经尿肌酐校正的uNGAL(corrected uNGAL,cuNGAL)。
1.5 统计学方法
数据处理采用SPSS 20。计量资料用均数±标准差(x ±s)表示,计数资料以率表示。定量数据(uNGAL、Uout和uNa)比较,当样本总量大于50且各组方差齐性采用重复测量方差分析,否则采用成组t检验;分类数据(发生AKI大鼠只数)比较应用χ2检验。分别用uNGAL或cuNGAL数值为纵轴,各测量时点为横轴绘制检测指标随时间变化曲线;用Logistic回归结合ROC过程分析6 h处uNGAL或cuNGAL对24 h内发生AKI的早期预测价值。以P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果 2.1 脓毒症模型大鼠发生AKI情况
CLG组于造模后12 h时即有大鼠发生AKI;18 h时已有9只大鼠发生了AKI,并且18 h后6只未发生AKI的大鼠死亡,24 h时AKI数量增加1只。24 h内三造模组均有大鼠发生AKI,CLG组或XBG组发生AKI大鼠数均多于HCG组(P<0.01或P< 0.05);CLG组与XBG组间发生AKI大鼠数差异无统计学意义(表 1)。
分组 | 12 h | 18 h | 24 h | 36 h | 48 h | 72 h |
CLG组 | 2(12.5) | 9(56.2)b | 10(62.5)b | 10(62.5) | 10(62.5) | 10(62.5) |
XBG组 | 1(6.2) | 3(18.8) | 7(43.8)a | 11(68.8) | 13(81.2) | 16(100.0) |
HCG组 | 0(0.0) | 0(0.0)b | 1(6.2)ab | 6(37.5) | 11(68.8) | 15(93.8) |
注:两者比较,aP<0.05,bP<0.01 |
SOG组大鼠在各时点uNGAL均值曲线平缓,无较大波动;其他三组CLG组、HCG组和XBG组大鼠uNGAL均值在造模后的6 h内迅速升高,三组均有峰值出现,分别为6 h、18 h、24 h。24 h后三组的uNGAL浓度均快速下降(图 1)。
![]() |
SOG:假手术组;CLG:模型组;HCG:黄芪注射液和柴胡注射液组;XBG:血必净组;uNGAL:尿中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白 图 1 各组uNGAL浓度随时间变化曲线 Fig 1 Curves of each group uNGAL consentration changes with time |
SOG组各时间点uNGAL均值间差异无统计学意义(P> 0.05);CLG组、HCG组和XBG组于术后6 h及以后各时点的uNGAL均值均明显高于0 h(P<0.01)。0 h处,各组间uNGAL差异无统计学意义(P> 0.05);6 h及以后各时点处,CLG 组、HCG组和XBG组均高于SOG组(P<0.01)。6 h处HCG组低于CLG组(P<0.01),12 h处HCG组低于CLG组(P< 0.01)和XBG组(P<0.05)。见表 2。
组别 | 0 h | 6 h | 12 h | 18 h | 24 h | 36 h |
SOG | 346.28±229.87 | 322.29±193.42 | 254.20±77.64 | 270.53±132.40 | 295.42±186.45 | 272.96±83.31 |
CLG | 285.45±47.81 | 2522.82±1076.461b,1c | 2325.74±936.101b,1c | 2174.65±1019.161b,1c | 2071.58±590.081b,1c | 2050.04±153.391a,1c |
HCG | 347.79±85.30 | 1914.77±817.491b,1c,2c | 2022.70±683.651b,1c,2c | 2109.57±790.501b,2a,1c | 2264.12±774.821b,2a,3a,1c | 1969.10±787.261b,5a,1c |
XBG | 334.33±65.39 | 2253.25±866.371b,1c | 2372.42±476.371b,1c,3d | 2366.71±521.691b,1c | 2567.01±558.341b,1c | 2164.19±544.941b,3a,5b,1c |
注:(1)aP< 0.05,bP< 0.01,字母前编号示与同组内编号数字列均值比较。(2)cP< 0.05,dP<0.01,字母前编号示与同列内编号数值行均值比较 |
cuNGAL与uNGAL略有不同。SOG组cuNGAL随时间变化曲线平缓,波动不大;CLG组、HCG组和XBG组于造模后6 h,cuNGAL均迅速升高,随后升速度趋平缓,至24 h处达峰值,后逐渐下降(图 2)。 SOG组各时点间的cuNGAL间差异无统计学意义(P> 0.05);其余三组于造模后6 h及以后的各时点均高于各自组内0 h的cuNGAL(P< 0.01),24 h处cuNGAL均高于其前、后时点处cuNGAL(CLG组,P< 0.05;HCG组和XBG组,P< 0.01)。0 h处四个实验组的cuNGAL差异无统计学意义。6 h、12 h、18 h、24 h和36 h处,CLG组、HCG组和XBG组的cuNGAL均高于SOG组(P< 0.01);HCG组与XBG组于各时间点处差异无统计学意义,在6 h、12 h和18 h处,HCG组和XBG组均低于CLG组(P< 0.05或P< 0.01)。见表 3。
![]() |
XBG:血必净组;HCG:黄芪柴胡组;CLG:模型组;SOG:假手术组;cuNGAL:经尿肌酐校正的尿NGAL 图 2 各组cuNGAL随时间变化曲线 Fig 2 Curves of each group cuNGAL concentration changes with time |
组别 | 0 h | 6 h | 12 h | 18 h | 24 h | 36 h |
SOG | 9.16±7.39 | 7.93±4.19 | 6.20±3.17 | 6.98±3.75 | 8.07±4.86 | 7.33±3.17 |
CLG | 7.40±0.76 | 62.78±8.381b,1c | 65.75±6.341a,1c | 67.17±7.501a,2a,3b,1c | 70.95±9.711a,2a,3b,4b,1c | 67.69±6.331a,1c |
HCG | 7.63±1.48 | 51.70±3.061b,1c,2c | 57.72±2.321b,2a,1c,2c | 61.57±2.741b,2b,1c,2c | 69.72±3.551b,2b,3b,4a,1c | 60.44±2.311b,2b,5b,1c |
XBG | 7.72±0.94 | 54.20±3.171b,1c,2d | 58.30±2.401b,2b,1c,2d | 59.47±2.841b,2a,1c,2c | 70.03±3.671b,2b,3b,4b,1c | 57.71±2.391b,5b,1c |
注:(1)aP< 0.05;b P < 0.01;字母前编号表示组内带编号时点数值为与该编号列时点均值比较。(2)cP< 0.05,dP<0.01,符号前编号表示与同列内编号行的均值比较 |
h内是否发生AKI分层。CLG组中发生AKI与未发生AKI大鼠的uNGAL或cuNGAL质量浓度随时间变化曲线几近重叠,各时间点处质量浓度均值相差不大(图 3A和B,P> 0.05);XBG组中,uNGAL或cuNGAL各时点间差异无统计学意义(图 3E和F,P> 0.05);HCG组中,发生AKI大鼠的uNGAL质量浓度均值随时间变化曲线自造模6 h后的各个时间点升幅明显高于未发生AKI大鼠(图 3C,P< 0.05),cuNGAL浓度均值随时间变化曲线仅在6 h、18 h和24 h处发生AKI和未发生AKI大鼠的均值间差异具有统计学意义(图 3D,P< 0.05)。
![]() |
uNGAL:尿中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白;cuNGAL:经尿肌酐校正的uNGAL;aP< 0.05; CLG组中发生AKI大鼠于18 h后全部死亡(数据未列出) 图 3 按发生AKI与否分层的尿NGAL浓度随时间变化曲线 Fig 3 Curves of uNGAL concentration changes with time according to AKI occurrence or not |
2.4 uNGAL对AKI的预测能力分析
将CLG组、HCG组合XBG组数据合并,用合并后数据中6 h处Uout、uNa分别与6 h处uNGAL或cuNGAL分别拟合模型对24 h内发生AKI的可能进行多因素Logistic回归分析。结果示Uout与cuNGAL拟合模型可预测24 h内发生的AKI(表 4)。6 h处Uout提高了cuNGAL对24 h内发生AKI的预测效能,AUC由0.839提高至0.900,模型中6 h处Uout对模型的预测效能有改善作用(P<0.05),而6 h处uNa则没有作用。对于6 h处的uNGAL,加入6 h处Uout和uNa后对24 h内发生AKI的预测效能没有任何改变(图 4)。
指标 | P值 | OR | 95%CI |
与uNGAL 6 h组合 | |||
Uout 6 h | >0.05 | 0.655 | 0.177~2.418 |
uNa 6 h | >0.05 | 0.924 | 0.828~1.031 |
与cuNGAL6 h组合 | |||
Uout 6 h | <0.05 | 0.175 | 0.038~0.801 |
uNa 6 h | >0.05 | 0.925 | 0.813~1.052 |
注:uNGAL6 h,6 h处测得的尿NGAL;cuNGAL 6 h,经6 h处尿肌酐校正的uNGAL 6 h;Uout 6 h,6 h处的6 h尿量;uNa 6 h,6 h处的尿钠;uCr 6 h,6 h处的尿肌酐 |
![]() |
uNGAL 6 h:6 h处测得uNGAL;cuNGAL 6 h:经6 h处尿肌酐校正的uNGAL 6 h 图 4 h处指标预测脓毒症后24 h内发生AKI的ROC分析 Fig 4 ROC analysis of prognosing AKI occurrence within 24 h after sepsis using biomarkers at 6 h |
目前监测AKI依然依赖sCr和肾小球滤过率(glomerular filtration rate,GFR)[8],而sCr和GFR不能及时、敏感地反映肾脏细胞损伤[9],不能及时诊断AKI,即不能治疗AKI,致目前AKI仍是高发病率和高病死率的疾病[10]。
研究显示NGAL是AKI较好的预测因子[5],已研究人群包括接受体外循环、使用造影剂、应用顺铂或其他肾毒性药物以及脓毒症患者等[4]。脓毒症患者中很多就诊时并未接受治疗,而uNGAL对包括未接受治疗的脓毒症人群发生AKI的诊断研究未见报告,本研究以动物实验模拟这一临床情况来观察uNGAL在此情况下的诊断效能。 3.1 脓毒症情况下大鼠uNGAL浓度随时间变化特点
对于肾脏缺血-再灌注损伤的临床情况,Mishra等[3]观察了接受心肺旁路手术患者uNGAL随时间变化特点,发现这些患者的uNGAL水平在术后2 h即有大幅升高,4 h即达到峰值,后迅速降低,于36~120 h间维持于较高浓度的平台期。后续数个研究结果支持了Mishra等[11, 12, 13]研究结论。肾毒性药物致肾损伤时,uNGAL峰值出现在应用顺铂2 h左右,其后的4~8 h仍维持在较高水平[14];造影剂致AKI,uNGAL水平在应用造影剂2 h后较应用前有约8倍的升高,6 h时达基础值的10倍。将uNGAL用尿肌酐校正后,cuNGAL水平在应用造影剂后2 h、6 h上升更明显,分别为基础值的15倍和22倍[15]。
脓毒症情况下,uNGAL随时间变化特点与肾缺血损伤和肾毒性药物损伤时的变化明显不同。脓毒症患者无论是否发生AKI,cuNGAL均随时间升高,只是发生AKI的脓毒症患者入住ICU时cuNGAL即高于未发生AKI者(P<0.01),在入住ICU后24 h时同时出现峰值[16]。另外的一个研究中未发生AKI患者的uNGAL升高不明显,但发生AKI患者的uNGAL随时间推移逐渐升高[17]。本研究结果与以往的研究结果相似,uNGAL峰值多出现在24 h,峰值后uNGAL仍维持较高浓度。
本研究设立的两个干预组的cuNGAL均值于12 h和18 h低于CLG组,提示干预减轻了脓毒症对肾脏的损害,cuNGAL浓度均值随时间变化曲线有所改变,但曲线的整体形态无明显变化。提示在脓毒症情况下,患者无论是否接受治疗,其cuNGAL均会在6 h至24 h出现峰值,后浓度虽有降低,但仍维持较高浓度。 3.2 脓毒症诱发AKI大鼠的uNGAL随时间变化特点
所有脓毒症模型大鼠无论是否发生AKI,其uNGAL或cuNGAL随时间变化曲线在造模后6 h处均明显上升,24 h出现峰值(CLG组uNGAL峰值出现在6 h处)后均轻微降低并维持高位。CLG组中无论发生AKI与否,大鼠的uNGAL或uNGAL随时间变化的两条曲线非常接近有时重叠(图 3A)。在XBG组,这两条曲线虽然明显分离(图 3E),但在各时间点差异无统计学意义。在HCG组,无论发生AKI与否,大鼠的uNGAL质量浓度均值随时间变化曲线分离趋势明显(图 3C),各时间点处差异具有统计学意义。考虑CLG组大鼠死亡较多,记为未发生AKI的大鼠均为36 h内死亡大鼠,因此可能脓毒症在未受干预时,对机体的损伤较重,未及发生AKI即已死亡。XBG组大鼠于造模36 h时仅有3只大鼠未发生AKI;HCG组仍有9只大鼠未发生AKI。因此实验大鼠的脓毒症严重程度,或者干预措施的作用影响了AKI大鼠尿中NGAL浓度,提示NGAL在脓毒症情况下预测AKI可能并不稳定。
3.3 uNGAL对脓毒症性AKI的预测价值
NGAL用于AKI的早期诊断是由Mishra等首先开展[3, 18],至今已经对各种可导致AKI的临床情况进行了诊断研究,无论是尿NGAL还是血浆NGAL均表现出较好的预测价值[5, 19, 20]。本研究采用uNGAL以及经尿肌酐校正的cuNGAL分别进行发生AKI的预测分析,结果是cuNGAL的AUC稍高于uNGAL的AUC,并且将6 h尿量加入预测模型后提高了cuNGAL的预测效能。
在本研究中uNGAL或cuNGAL均未在CLG组中表现对早期AKI的预测作用,最主要的原因可能是本研究模型的脓毒症反应过于剧烈,导致接近一半大鼠实验开始后不久即死亡,该组大鼠未能全部未完成实验。
由于本研究需要观察脓毒症未受干预时uNGAL随时间变化的特点,因此只能用动物实验,而动物实验的结果并不能直接应用于临床,这是本研究最大的缺陷;本研究采用的脓毒症造模方法导致了较高的病死率,影响了数据分析的精确性和分析范围。
综上所述,脓毒症时施加的干预措施会影响尿中NGAL的分泌量和分泌时序;uNGAL和cuNGAL是脓毒症发生AKI的良好预测因子。
[1] | Zarjou A, Agarwal A. Sepsis and acute kidney injury[J]. J Am Soc Nephrol, 2011, 22(6):999-1006. |
[2] | Devarajan P. Biomarkers for the early detection of acute kidney injury [J]. Curr Opin Pediatr, 2011, 23(2):194-200. |
[3] | Mishra J, Dent C, Tarabishi R, et al. Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) as a biomarker for acute renal injury after cardiac surgery [J]. Lancet, 2005, 365(9466):1231-1238. |
[4] | Martensson J, Beu M, Oldner A, et al. Neutrophil gelatinase-associated lipocalin in adult septic patients with and without acute kidney injury [J].Intens Care Med, 2010, 36(8):1333-1340. |
[5] | 贾红艳, 李家瑞. 生物学标志物在脓毒症肾损伤中的诊断价值 [J]. 中华急诊医学杂志, 2013, 2(24):151-154. |
[6] | Chaudry IH, Wichterman KA, Baue AE. Effect of sepsis on tissue adenine nucleotide levels [J]. Surgery, 1979, 85(2):205-211. |
[7] | KDIGO AKI Work Group. KDIGO clinical practice guideline for acute kidney injury[J]. Kidney Intern, 2012, 1(2):1-138. |
[8] | Khan E, Batuman V, Lertora JJ. Emergence of biomarkers in nephropharmacology [J]. Biomark Med, 2010, 4(6):805-814. |
[9] | 吴晓玉, 陈云霞, 何新华. 急性肾损伤的新型生物标记物 [J]. 中华急诊医学杂志, 2014, 5(23):587-591. |
[10] | Siew ED, Ware LB, Ikizler TA. Biological markers of acute kidney injury [J]. J Am SocNephrol, 2011, 22(5):810-820. |
[11] | Xin C, Yulong X, Yu C, et al. Urine neutrophil gelatinase-associated lipocalin and interleukin-18 predict acute kidney injury after cardiac surgery [J]. Ren Fail, 2008, 30(9):904-913. |
[12] | Wagener G, Jan M, Kim M, et al. Association between increases in urinary neutrophil gelatinase-associated lipocalin and acute renal dysfunction after adult cardiac surgery [J]. Anesthesiology, 2006, 105(3):485-491. |
[13] | Bennett M, Dent CL, Ma Q, et al. Urine NGAL predicts severity of acute kidney injury after cardiac surgery: a prospective study [J]. Clin J Am Soc Nephrol, 2008, 3(3):665-673. |
[14] | 张立元, 朱振红, 王敏. NGAL预测和早期诊断顺铂所致急性肾损伤的研究 [J]. 中华肿瘤防治杂志, 2013, 14(20):1113-1116. |
[15] | Bachorzewska-Gajewska H, Malyszko J, Sitniewska E, et al. Neutrophil-gelatinase-associated lipocalin and renal function after percutaneous coronary interventions [J]. Am J Nephrol, 2006, 26(3):287-292. |
[16] | Liangos O, Tighiouart H, Perianayagam MC, et al. Comparative analysis of urinary biomarkers for early detection of acute kidney injury following cardiopulmonary bypass [J]. Biomarkers, 2009, 14(6):423-431. |
[17] | 徐兴凯, 李岩, 余猛进,等. 尿中性粒细胞明胶酶相关运载蛋白在危重病患者急性肾损伤早期诊断中的意义 [J]. 中华急诊医学杂志, 2013, 5(22):505-512. |
[18] | Mishra J, Ma Q, PIada A, et al. Identification of neutrophil gelatinase-associated lipocalin as a novel early urinary biomarker for ischemie renal injury [J]. J Am See Nephrol, 2003, 14(10):2534-2543. |
[19] | Haase M, Bellomo R, Devarajan P, et al. NGAL Meta-analysis Investigator Group. Accuracy of neutrophil gelatinase-associated lipocalin NGAL in diagnosis and prognosis in acute kidney injury: a systematic review and meta-analysis [J]. Am J Kidney Dis, 2009, 54(6):1012-1024. |
[20] | Clerico A, Galli C, Fortunato A, et al. Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) as biomarker of acute kidney injury: a review of the laboratory characteristics and clinical evidences [J]. Clin Chem Lab Med, 2012, 50(9):1505-1517. |