CT灌注成像联合血脑屏障损伤标志物对脓毒症相关性脑病的诊断价值

周伶伶 梁瑞金 殷亮

深圳市龙华区人民医院影像科 518109

脓毒症及其并发症的病死率较高[1]，严重威胁患者生命。研究显示，脓毒症的发生可致血管内皮细胞损伤，增加毛细血管通透性，造成微循环障碍，从而导致组织缺血缺氧[2]。中枢神经系统对于缺血缺氧最为敏感，因此脓毒症多诱发脑部功能损伤，即出现脓毒症相关性脑病（sepsis associated encephalopathy，SAE）[3]。对于SAE的病理机制，多认为是由炎症介质、氧化应激反应等导致脑血流减慢、血脑屏障破坏、脑细胞水肿，从而使神经元受损。SAE的发病率为9%～71%，但有研究表明SAE患者的预后较差[4]。目前，对于SAE的诊断仍是采用排除性诊断，通过其临床表现、格拉斯哥昏迷评分（GCS）、电生理生化检测及影像学辅助检查进行综合判断，但临床诊断标准尚未确定。本研究通过对比分析脓毒症和SAE患者的CT灌注成像参数、血脑屏障损伤标志物，以期评价CT灌注成像联合血脑屏障损伤标志物对SAE的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

应用随机数字表法选取2015年7月至2017年10月经我院重症医学科收治的脓毒症患者84例，其中男性46例、女性38例，年龄19～76（54.05±13.70）岁。纳入标准：①符合2012年国际脓毒症治疗指南中关于严重脓毒症与脓毒性休克的诊断标准[5]，脓毒症患者在排除中枢神经系统疾病及其既往史、低血压、低血糖、肝功能衰竭、精神疾病、药物和毒物中毒等影响中枢神经系统症状的疾病后，符合Papadopoulos等[6]提出的SAE标准，将存在注意力、记忆力和定向力改变的患者诊断为SAE；②年龄≥18岁；③患者或其直系家属自愿签署知情同意书。排除标准：①甲、乙、丙、丁、戊型肝炎病毒及人类免疫缺陷病毒感染者；②合并消化道疾病患者、代谢性疾病（如肥胖、糖尿病、肝硬化和心血管疾病等）及恶性肿瘤患者；③合并精神疾病患者或者因使用镇静药物影响神志观察者；④研究期限内死亡或者转院的患者。

84例患者的致病菌均为金黄色葡萄球菌，根据是否发生SAE分为观察组（发生SAE）和对照组（未发生SAE）。观察组38例，其中男性22例、女性 16 例，年龄 19～74（53.74±14.35）岁，原发疾病：腹部多发伤8例、重症胰腺炎5例、重症肺炎5例、腹腔感染13例、急性坏死性小肠炎7例；对照组46例，其中男性24例、女性22例，年龄 20～76（54.66±15.72）岁，原发疾病：腹部多发伤12例、重症胰腺炎7例、重症肺炎6例、腹腔感染15例、急性坏死性小肠炎6例。两组患者的性别（χ2=0.275，P=0.600）、年龄（t=0.278，P=0.782）和原发疾病（χ2=0.1.097，P=0.895）等一般资料的差异均无统计学意义。

1.2 方法

1.2.1 实验室检查

所有患者分别于入院后第1、3天采集空腹肘静脉血5 mL，3000 r/min离心（离心半径为10 cm）15 min，分离血清，用于血脑屏障损伤标志物[闭锁蛋白（Occludin）、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）、神经元特异性烯醇化酶（neuron specific enolase，NSE）、中枢神经特异蛋白（central nerve specific protein，S100β）、血清胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、兴奋性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）]的检测。其中，闭锁蛋白、NSE、S100β、GFAP采用酶联免疫吸附法进行检测，试剂盒购自长沙佳和生物科技有限责任公司；NOS采用硝酸还原酶法进行测定，试剂盒购自南京建成生物工程研究所；EAA采用高效液相色谱-荧光检测法、外标法计算样品浓度。所有操作均严格按照试剂盒说明书进行。

1.2.2 CT灌注成像检查

所有患者分别于入院后第1、3天行CT灌注成像，具体操作如下：①患者取仰卧进行定位相CT扫描；②确定扫描范围，从听眶线向上连续扫描，层厚和层间隔均为5 mm，总扫描范围为80 mm；③扫描参数设置，管电压80 kV，管电流100 mA，矩阵512×512，视野 9.6 cm，层厚1.25 mm；④平扫完成后，连接自动高压注射器与静脉留置针，并注入碘佛醇注射液（江苏省恒瑞医药有限公司生产）20 mL，每1 mL含320 mg碘，注射速度为0.2 mL/s；⑤注入后可看到颈部大血管有对比剂充盈，连续动态扫描50 s，总共获得800帧灌注原始图像；⑥将原始图像传输至ADW4.3 后处理工作站，选取颈总动脉为流入血管，上矢状窦为流出血管，将对比剂经过流入与流出血管的时间设定为时间-密度曲线的X轴，脑组织及对比剂所产生的CT值为Y轴，根据时间-密度曲线利用灌注分析的数学模型计算ROI；⑦直接利用软件产生健侧镜像 4个 ROI的脑血流量（cerebral blood flow in ROI，rCBF）、血容量（cerebral blood volume in ROI，rCBV）和平均通过时间（mean transit time in ROI，rMTT）等参数。

比较血清Occludin、NOS、NSE、S100β、GFAP、EAA水平和rCBF、rCBV、rMTT，分析上述各项指标与SAE发生的相关性，并分析与SAE发病存在相关性的指标单独及联合应用诊断SAE的临床价值。

1.3 统计学方法

采用SPSS20.0软件对数据进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，在方差齐条件下组间、组内比较行t检验；Logistic回归分析（P＞0.1剔除）筛选变量，并采用受试者工作特征（receiver operating characteristic,ROC）曲线分析各变量单独及联合应用诊断SAE的临床价值。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组脓毒症患者CT灌注成像的结果

由表1所见，观察组和对照组患者第3天的rCBF、rCBV显著低于第1天，差异有统计学意义（观察组：t=2.923、2.165，P=0.005、0.034；对照组：t=2.155，2.167，P=0.034，0.033）；第3天rMTT分别高于第1天，差异有统计学意义（观察组：t=3.507，P=0.000；对照组：t=2.278，P=0.025）；组间比较，观察组患者第1、3天的rCBF均较对照组显著降低，差异有统计学意义（t=4.945、8.003，均P=0.000）；观察组患者第1、3天的rCBV均较对照组显著降低，差异有统计学意义（t=2.234、2.240，P=0.028），而第1天观察组rMTT与对照组比较，差异无统计学意义（t=1.022，P=0.310），第3天观察组rMTT较对照组显著升高，差异有统计学意义（t=2.254，P=0.027）。

2.2 2组脓毒症患者血清学指标的比较

由表2可见，入院后第1天，两组患者血清Occludin、NOS、NSE、S100β、GFAP、EAA 水平差异均无统计学意义；第3天观察组患者血清Occludin、NOS、NSE、S100β、GFAP、EAA 水平均较对照组显著升高，差异有统计学意义。入院后第3天，两组组内比较，上述指标均较第1天升高，差异有统计学意义（观察组：t=5.106、2.562、3.731、7.199、6.506、3.092，P=0.000、0.012、0.000、0.000、0.000、0.003；对照组：t=2.371、2.572、7.839、 12.540、 2.073、 2.858，P=0.020、 0.012、0.000、0.000、0.041、0.005）。

表1 2组脓毒症患者入院后第1和第3天CT灌注成像结果的比较（）Table 1 Comparison of CT perfusion imaging parameters on 1 day and 3 day in two groups of sepsis patients ()

表1 2组脓毒症患者入院后第1和第3天CT灌注成像结果的比较（）Table 1 Comparison of CT perfusion imaging parameters on 1 day and 3 day in two groups of sepsis patients ()

注：表中，a：与第1天比较，差异均有统计学意义（t=2.155～2.923，均P＜0.05）。CT：计算机体层摄影术；rCBF：感兴趣区的脑血流量；rCBV：感兴趣区的血容量；rMTT：感兴趣区的平均通过时间。

组别 例数 rCBF（mL·100 g-1·min-1）rCBV （mL/100 g）rMTT（s）第1天 第3天 第1天 第3天 第1天 第3天观察组 38 45.63±16.56 34.83±15.64a 2.04±0.95 1.59±0.86a 3.21±1.01 3.92±0.93a对照组 46 63.61±16.61 56.34±15.74a 2.53±1.04 2.06±1.04a 3.03±0.58 3.43±1.04a t 值 4.945 8.003 2.234 2.240 1.022 2.254 P 值 0.000 0.000 0.028 0.028 0.310 0.027

表2 2组脓毒症患者第1和第3天血清学指标的比较（）Table 2 Comparison of serological indicators on 1 day and 3 day in two sepsis patients ()

表2 2组脓毒症患者第1和第3天血清学指标的比较（）Table 2 Comparison of serological indicators on 1 day and 3 day in two sepsis patients ()

注：表中，a：与第1天比较，差异均有统计学意义（t=2.073～12.540，均P＜0.05）。Occludin：闭锁蛋白；NOS：一氧化氮合酶；NSE：神经元特异性烯醇化酶；S100β：中枢神经特异蛋白；GFAP：胶质纤维酸性蛋白；EAA：兴奋性氨基酸。

组别 例数 Occludin（ng/L）NOS（U/mL）NSE（mg/L）第1天 第3天 第1天 第3天 第1天 第3天观察组 38 112.45±12.33 128.37±15.61a 47.76±18.62 56.04±10.54a 17.28±5.47 23.03±4.96a对照组 46 109.21±11.70 115.21±12.56a 43.04±19.75 51.67±11.30a 16.87±4.46 20.43±3.34a t值 1.233 4.282 1.119 2.379 0.379 2.858 P值 0.221 0.000 0.267 0.020 0.706 0.005组别 例数 S100β（μg/L）GFAP（ng/L）EAA（μmol/L）第1天 第3天 第1天 第3天 第1天 第3天观察组 38 0.33±0.12 0.39±0.05a 78.91±24.76 125.39±37.83a 4.48±1.02 5.88±2.63a对照组 46 0.32±0.09 0.35±0.06a 72.54±28.72 82.67±16.55a 4.27±0.97 4.73±1.05a t值 0.436 5.732 1.093 10.351 0.965 2.718 P值 0.664 0.000 0.278 0.000 0.337 0.008

2.3 各项指标诊断SAE的Logistic回归分析

以是否发生SAE为因变量，以上述差异有统计学意义的各项指标为自变量，行Logistic回归分析发现，SAE发生与第3天rCBF、rCBV呈负相关（r=-0.624，-0.709，P=0.037，0.040），与第3 天Occludin、GFAP 水平呈正相关（r=0.722，0.688，P=0.039，0.035）（表3）。

2.4 入院后第3天不同指标及联合诊断SAE的ROC曲线分析

由表4可见，单项指标检测SAE患者以入院后第3天GFAP水平诊断的曲线下面积最大（0.849），其次为第3天的 Occludin、rCBF，rCBV最小（0.625）；联合检测中，rCBF+rCBV+Occludin+GFAP的曲线下面积最大，为0.939。

3 讨论

SAE的发病机制可能与炎症介质（如前降钙素、肿瘤坏死因子、白细胞介素）引起脑血流动力学改变、血脑屏障损伤、脑水肿、神经元功能异常等有关[7-8]。SAE由于其隐蔽性和复杂性，临床多被忽视，导致其预后较差[9]。因此，早期诊断、早期干预对于降低SAE发病率和病死率具有重要意义。

血脑屏障（blood brain barrier，BBB）是维持中枢神经系统独特内环境稳定的重要结构，也是中枢神经系统生理活动的基础和前提[10-11]。研究结果显示，在越来越多的中枢神经系统疾病中，如多发性硬化、脑缺血、脑水肿、帕金森氏病等，均发现有不同程度的BBB结构和功能障碍[12]。BBB的“屏障”功能在很大程度上取决于中枢神经系统毛细血管内皮细胞紧密连接的完整性，一旦内皮细胞紧密连接分子元件的表达、修饰、组装异常，BBB通透性也会发生改变，可直接导致脑功能障碍及神经血管单元的损害，引起一系列脑损伤[13]。本研究结果显示，在患者入院后第3天，观察组和对照组患者血清Occludin、NOS、NSE、S100β、GFAP、EAA水平均较第1天升高，提示脓毒症患者均存在着不同程度的脑损伤，而观察组的各项指标均高于对照组，提示上述各项指标的变化趋势与脑损伤具有一定联系，可作为动态检测BBB损伤的标志物。进一步分析其原因：Occludin是紧密连接蛋白的重要组成部分，敲除羧基末端的Occludin导入细胞后，可增加细胞的通透性，降低BBB的屏障功能[14]。氧化氮化应激反应是导致BBB功能障碍的因素之一，NOS活力增加，可激活肌球蛋白激酶，通过磷酸化肌球蛋白引起肌动蛋白收缩，从而引起黏附连接的断裂[15]。NSE是神经元及神经内分泌细胞的特异性蛋白，正常生理条件下，其血清水平极低，一旦BBB受损，其血清水平显著升高[16]。S100β、GFAP是星形胶质细胞和施万细胞分泌产生的一类蛋白，可调节细胞内酶活性，与细胞骨架元素相互作用，参与钙稳态，而星形胶质细胞在保护神经元微环境稳态中扮演最为重要的角色[17]。EAA是组织缺血缺氧时的重要表现，可激活体内多种脂肪酶、蛋白酶和核酸内切酶，一旦导致神经元内环境紊乱，可引起兴奋毒性脑损伤[18]。BBB损伤标志物水平异常对巨噬细胞等炎性细胞具有调理诱导作用，可诱导巨噬细胞完成吞噬功能，并刺激单核细胞以及相关炎症因子表达并完成免疫诱导功能，激活巨噬细胞、T细胞、B细胞等多种细胞释放TNF-α、IL-6、IL-17等炎症因子，与集落刺激因子共同作用下促进毛细血管肿胀变形，且炎症因子水平升高，诱发氧化/抗氧化失衡过程中出现的活性氧激活核因子κB等物质，会造成神经元、胶质细胞及内皮细胞的损伤。

表3 2组患者各项指标诊断脓毒症相关性脑病的Logistic回归分析Table 3 Logistic regression analysis of indicators in diagnosis of sepsis associated encephalopathy of two groups

表4 38例SAE患者入院后第3天不同指标及联合诊断的ROC曲线分析结果Table 4 ROC curve analysis results of different indicators and combined diagnosis in 38 patients after admission

随着多排螺旋CT的快速发展，CT灌注成像在不同类型脑损伤的诊断和预后评价中广泛开展[19]。CT灌注成像在显示脑部形态学变化的同时还能定量评价组织器官微循环内的血流动力学变化，从而有效显示脑水肿和颅内高压等病理进程[20]。魏弢等[21]利用CT灌注成像诊断短暂性脑缺血，结果发现阳性诊断率可达90.00%，可作为短暂性脑缺血的个性化诊疗依据。脓毒症患者临床症状往往表现为心脏功能受损，心肌收缩力下降，心输出量降低，从而导致了脑血流减少；另外，患者脑血管自主调节能力降低，对血液中CO2含量变化的反应性降低，血管收缩和舒张功能下降，同时，炎症所致的毛细血管通透性增加、微血栓的形成及血管周围水肿均可导致脑组织微循环障碍，从而表现为CT灌注成像指标的变化[22]。本研究结果显示，脓毒症发生后患者的rCBV、rCBF、rMTT均有所改变，rCBV、rCBF显著降低，而rMTT显著升高，且观察组患者在入院后第3天的rCBV、rCBF、rMTT变化较对照组更为显著，提示脓毒症早期即可表现出脑血流动力学的改变，但SAE患者随着病情延长，各项指标改变更为显著，可以此作为诊断SAE的依据。

本研究同时分析了BBB损伤标志物和CT灌注指标对SAE的诊断价值，Logistic回归分析发现，SAE发生与入院后第3天rCBF、rCBV呈负相关，与第3天Occludin、GFAP水平呈正相关。经 ROC曲线分析发现，第 3天 rCBF、rCBV、Occludin、GFAP 4项指标联合检测时曲线下面积最大，达到0.939，提示早期行CT灌注成像了解脑血流动力学指标，并行血清BBB标志蛋白检测可较为全面地评估SAE神经元损伤状况。

综上所述，脓毒症患者早期均表现出一定程度的神经元损伤，在入院后第3天rCBF、rCBV、Occludin、GFAP指标联合检测对于SAE的诊断具有较高价值。但本研究限于样本数量，且为单中心取样，对有关因素的分析可能不够全面，因此有待多中心、大样本、前瞻性研究进一步证实。