Комплексное исследование спинномозговой жидкости при бактериальных гнойных менингитах
Материалы и методы исследования
Исследована СМЖ у 1806 больных БГМ различной этиологии, группу сравнения составили 25 больных серозными вирусными менингитами и 10 пациентов с невоспалительным поражением центральной нервной системы (ЦНС). Спинномозговая пункция осуществлялась при поступлении в стационар (острый период болезни), на 3–5 дни (осложненное течение) и на 8–18 дни лечения.
Результаты исследования
Бактериологическое исследование СМЖ, являясь «золотым стандартом» диагностики, обеспечивает этиологическую расшифровку менингитов не более чем в 30–40% случаев [1, 4, 6], а иммунологические методы, в частности, реакция латекс-агглютинации (РЛА), — в 60% случаев [7, 8]. Применение ПЦР позволяет расшифровать этиологию менингита в поздние сроки заболевания и на фоне проводимой антибактериальной терапии, когда бактериологический метод не дает положительного результата и количество капсульных полисахаридных антигенов в СМЖ не достаточно для их выявления методом РЛА [8–10]. Использование ПЦР также помогает дифференцировать вирусные и бактериальные менингиты в сомнительных случаях, определяя тактику лечения больного. Использование ПЦР повысило эффективность расшифровки этиологии БГМ в среднем на 40% по сравнению с результатами бактериологического и иммунологического исследований (N. meningitidis, H. influenzaе и Str. рneumoniaе), а в комплексе с другими методами этиологической диагностики менингитов позволило повысить расшифровку БГМ с 46% до 88%, а при раннем поступлении и отсутствии лечения в 100% (табл. 1).
По результатам различных методов диагностики за последние 7 лет были выявлены значительные изменения в структуре БГМ. По-прежнему ведущими возбудителями БГМ (64%) являются менингококк и пневмококк, причем отмечается снижение числа больных менингококковым менингитом в 1,25 раза (50,1–41%). Гемофильной менингит регистрируется у детей до 5 лет, и в связи с применением вакцинации число больных снизилось в 2,5 раза (с 9,9% до 4,0%). Существенным является возрастание за последние 5 лет роли стафилококкового менингита до 22,3%. Заболеваемость пневмококковым менингитом сохраняется на стабильно высоком уровне (23%). В отдельных случаях возбудителями БГМ являлись листерии, клебсиеллы, различные виды стрептококков, грамотрицательные бактерии — не более 9% (рис. 1).
Недостатком этиологической диагностики является длительность получения результата (до трех суток) и часто отрицательный результат в случае приема ранее антибактериальных препаратов. Поэтому для проведения эмпирической антибактериальной терапии необходимо использование методов экспресс-диагностики, которые позволяют в течение 2–3 часов дифференцировать БГМ от вирусных менингитов и других заболеваний ЦНС, выявить критерии тяжести течения болезни. В отечественной и зарубежной литературе имеются работы по исследованию в СМЖ уровня лактата [11, 12], D-ДФ [12–15], изменения белков острой фазы [12, 16–18], лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и ее изоформ одновременно в СМЖ и крови [12, 19, 20], показателей кислотно-основного состояния и электролитов в крови и СМЖ [21, 22]. Однако эти сообщения носят описательный характер, вне зависимости от этиологии, тяжести, лечения и прогноза БГМ. Уровень лактата в СМЖ можно рассматривать как интегральный показатель метаболической активности возбудителя, который находится в обратной корреляции с глюкозой. Лактат СМЖ не зависит от уровня его в крови, в отличие от глюкозы, т. к. образуется непосредственно в субарахноидальном пространстве и является продуктом метаболизма бактерий и лейкоцитов [23, 24]. При БГМ различной этиологии уровень лактата возрастает до 5,5–25,0 ммоль/л (в среднем 11,6 ± 0,7 ммоль/л, норма 1,1–2,2 ммоль/л). При вирусных серозных менингитах, невоспалительных поражениях ЦНС этот показатель остается в пределах 0,9–3,9 ммоль/л (1,9 ± 0,5 ммоль/л). Уровень лактата свыше 4,0–4,5 ммоль/л является достоверным критерием БГМ, что позволяет использовать его в качестве надежного дифференциально-диагностического теста. Существенное значение имеет параллельное определение лактата СМЖ и крови, поскольку бактериальные менингиты всегда развиваются на фоне бактериемии или наличия гнойно-септического очага. Уровень лактата крови, особенно при вторичных БГМ (пневмогенных, отогенных, риногенных, сепсисе), определялся от 3,1 до 4,8 ммоль/л (норма 1–2,1 ммоль/л) в остром периоде. Изменение в динамике уровня лактата СМЖ позволяет оценивать эффективность лечения (табл. 2).
При эффективной антибактериальной терапии уже через 2–3 суток концентрация лактата снижается в 1,5–2,0 раза и более, при отсутствии эффекта, неблагоприятном исходе болезни положительная динамика отсутствовала, что свидетельствует о сохранении возбудителем биологической активности в субарахноидальном пространстве. Таким образом, лактат СМЖ может использоваться как диагностический, дифференциально-диагностический и прогностический биохимический маркер при БГМ. Нами установлено наличие при менингитах в СМЖ компонентов системы гемостаза и фибринолитической активности. Наибольший интерес представляет определение D-ДФ, являющегося основным продуктом фибринолиза [13–15]. В норме уровень D-ДФ в СМЖ не превышает 0,5 µг/мл (500 мг/мл). В остром периоде болезни (при поступлении) в субарахноидальном пространстве количество его возрастает и составляет выше 1,0 µг/мл у 90% обследованных. В процессе фибринолиза воспалительного гнойного экссудата, на 3–7 дни лечения количество D-ДФ в СМЖ продолжало увеличиваться в среднем в 1,7 раза (особенно при пневмококковой этиологии менингита) и варьировало у отдельных больных от 3 до 21 µг/мл (в среднем 13,5 ± 1,41 µг/мл), что было достоверно выше (p < 0,005), чем при поступлении. При вирусных менингитах и невоспалительных заболеваниях ЦНС уровень D-ДФ не превышал 3,0 µг/мл (1,05 ± 0,28 µг/мл) (рис. 2).
Содержание D-ДФ в СМЖ коррелирует и с другими показателями, характеризующими выраженность воспалительного процесса в субарахноидальном пространстве. Коэффициент корреляции с цитозом составил 0,48, с содержанием белка — 0,65, с уровнем глюкозы — 0,65, с уровнем лактата — 0,73. При этом фибриноген у обследованных больных в СМЖ отсутствовал, что свидетельствует о высокой свертывающей активности СМЖ, приводящей к формированию фибринозных сгустков в оболочках и веществе головного мозга. Таким образом, D-ДФ может использоваться как диагностический маркер БГМ, а по динамике D-ДФ можно судить об эффективности проводимой терапии и при отсутствии его снижения — прогнозировать неблагоприятный исход болезни. Показателями, характеризующими БГМ, также являются изменения кислотности СМЖ [21, 24, 25]. рН СМЖ в норме является слабощелочной, соответствующей плазме крови за счет повышения pCO2 до 50–60 мм рт. ст. (норма 45 мм рт. ст.). При развитии БГМ ликвор у 84,5% становился более кислым (рН 7,0–7,3). Также отмечается снижение pO2 в СМЖ у более 50% больных до 40–45 мм рт. ст. (норма 60 мм рт. ст.), эти показатели имели прямую корреляцию с тяжестью состояния больного (табл. 3).
При эффективной терапии в динамике к 3-му дню лечения при БГМ рН ликвора повышается в среднем на 0,2 и составляет 7,25–7,35, повышается рО2 (более 60 мм рт. ст.), что указывает на улучшение кровотока в мозге, и снижается pCO2, которые нормализуются при осложненном течении болезни к 5–8 дню лечения. Таким образом, уровень рН СМЖ может служить диагностическим критерием БГМ, объективным показателем тяжести течения болезни и критерием оценки эффективности проводимой терапии. В СМЖ обнаружены почти все ферменты, принимающие участие в обмене веществ в мозге [12, 24–27]. Однако вследствие низкого содержания в СМЖ определение их активности связано с рядом трудностей. Из обнаруженных ферментов большее диагностическое значение имеет ЛДГ — наиболее чувствительный индикатор гипоксии и лактатрахии мозга. Активность ЛДГ в СМЖ повышается при различных поражениях головного мозга (норма 5,0–40,0 Ед/л) [19, 20]. Причем исследование изоферментного спектра ЛДГ более информативно, чем общей активности. У здоровых людей активность ЛДГ в СМЖ ниже, чем в сыворотке крови, а изоферменты ЛДГ4 и ЛДГ5 чаще всего вообще не определяются. Так, установлено, что активность ЛДГ1–2 в СМЖ имеет положительную корреляционную связь с тяжестью травматического повреждения мозга [18]. Воспалительные изменения при гнойных менингитах вызывает увеличение доли ЛДГ4–5. Исследование изоформ ЛДГ (ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, ЛДГ5) в СМЖ в остром периоде и в динамике заболевания БГМ различной этиологии и степени тяжести показало, что при БГМ в СМЖ происходит повышение активности ЛДГ4 и ЛДГ5 в 2,5 раза в остром периоде болезни. Отмечено значительное повышение фракций ЛДГ4 и ЛДГ5 в СМЖ при всех БГМ, причем при менингококковом менингите их уровень достигал максимума уже в 1-й день, при пневмококковом — к 3–5 дню болезни (р < 0,05) и в среднем составлял для ЛДГ4 — 17 ± 9,5% (в группе сравнения — 8,8 ± 5,7%), ЛДГ5 — 33,2 ± 12,4 (3,3 ± 2,1). При летальном исходе заболевания увеличение фракций ЛДГ значительнее, чем при БГМ среднетяжелого течения, что отражает вовлечение в процесс вещества головного мозга при осложненном течении БГМ (рис. 3).
Установлена зависимость активности ЛДГ в СМЖ от содержания белка и рН [21, 23, 24]. При вирусном менингите в отличие от БГМ увеличивалась активность изоферментов ЛДГ1 и ЛДГ3 в СМЖ, что коррелировало с содержанием лимфоцитов. Таким образом, появление ЛДГ4–5 в СМЖ может служить диагностическим критерием БГМ, а нормализация этих показателей говорит об эффективности проводимой терапии. Повышение уровня белка в СМЖ при воспалительных процессах обусловлено повышением проницаемости стенок сосудов [24, 28]. При этом отношение альбумина к глобулинам колеблется в пределах 2–3. Альбумины и глобулины в СМЖ — важный показатель проницаемости гематоликворного барьера (ГЛБ), а также являются маркерами острого воспаления (белки острой фазы), т. к. их функция при БГМ — распознавание чужеродных агентов, образование с ними комплекса антиген–антитело и нейтрализация их [12, 28]. Протеинограмма СМЖ является значительно более информативной по сравнению с величиной общего белка, так как в ряде случаев при нормальном содержании общего белка в СМЖ выявляются существенные фракционные изменения при электрофорезе [12, 24, 25]. Методом электрофореза белки СМЖ можно разделить на альбумины, α-1-глобулины, α-2-глобулины, β-глобулины и γ-глобулины, нами были проведены эти исследования в зависимости от тяжести состояния больного в остром периоде и динамике лечения. Во всех группах больных БГМ в остром периоде болезни отмечено повышение? -1-глобулинов в СМЖ, что представлено в табл. 4.
Выявлена достоверная прямая корреляционная зависимость между одноименными показателями: альбумином (R = 0,59) и α-2-глобулинами (R = 0,53) сыворотки крови и СМЖ, что подтверждает повышенную проницаемость ГЛБ при БГМ. Установлено, что при гнойных воспалительных процессах в СМЖ отмечается увеличение содержания α-1-, α-2- и γ-глобулинов, что характеризует острый воспалительный процесс в субарахноидальном пространстве, а процентное содержание альбумина уменьшается. При поступлении в стационар (1–3 день болезни) при БГМ в СМЖ повышаются α-1-глобулины — в 1,8 раза и α-2-глобулины — в 1,5 раза, в отличие от вирусного менингита, при отсутствии таких отклонений в крови, что говорит о возможной продукции специфических белков острой фазы в остром периоде болезни непосредственно в сосудистых сплетениях головного мозга. С 5-го дня повышаются γ-глобулины в 2 раза по сравнению с контрольной группой (р < 0,05). В последующие дни (3–8 день лечения) повышаются γ-глобулины СМЖ в 1,7–2,1 раза по сравнению с контрольной группой (р < 0,05) у всех обследованных больных БГМ. Таким образом, увеличение α-1- и α-2-глобулинов в СМЖ может иметь дифференциальное значение между БГМ и менингитами вирусной этиологии (серозные) и является маркером острого воспаления при БГМ в отличие от вирусных. Метод ликворного электрофореза позволяет оценить эффективность терапии и имеет клинико-прогностическое значение при сопоставлении белковых фракций СМЖ и сыворотки крови у больных БГМ. Что касается γ-глобулинов, то они имеют как плазматическое, так и мозговое происхождение [27, 28]. Повышение γ-глобулинов в СМЖ связано с нарастающими процессами местного саногенеза (IgA и IgM). Изменения в протеинограмме не являются строго специфическими, и их используют для диагностики, дифференциальной диагностики и прогноза заболевания обязательно вместе с другими рутинными и специфическими показателями. Существенное место в ликворологических исследованиях занимают иммунологические методы [29, 30]. Иммунная система ЦНС функционирует автономно и является фактором саногенеза при БГМ, между показателями иммунитета в крови и СМЖ отсутствует достоверная корреляция (р > 0,05) по всем параметрам. Нами установлено, что между показателями клеточного и гуморального иммунитета в крови и СМЖ имеются существенные различия. В СМЖ происходила значительная большая и качественно отличная от крови активация показателей иммунитета. Так, ИРИ в СМЖ составил 3,0 ± 0,4, в крови 1,9 ± 0,3 (р < 0,05), что было связано с ростом СД4+ до 62,7 ± 5,4% (в крови 45,1 ± 4,8%, р < 0,05). Это указывает на высокую фагоцитарную активность лейкоцитов СМЖ. Следует также отметить, что у двух больных с ИРИ в СМЖ меньше единицы наблюдалась поздняя санация ликвора (19 и 27 для лечения). Длительный плеоцитоз при клиническом выздоровлении обусловлен местной иммуноклеточной реакцией с накоплением Т-хелперов и повышением ИРИ до 4,5–5,0. Цитотоксическая активность в СМЖ осуществлялась преимущественно за счет СД8+, а в крови — NKT. Одновременно активируется и В-клеточная система и в СМЖ происходит накопление Ig различных классов. Несмотря на то, что содержание Ig в СМЖ было во много раз ниже, чем в крови, их концентрация в пересчете на 1 г белка была существенно выше, что позволяет утверждать о продукции Ig непосредственно в субарахноидальном пространстве. Уровень Ig в г% белка также существенно различался. Содержание IgА на грамм белка в СМЖ составляло 0,150 г%, в крови — 0,043 г% (р < 0,001), т. е. в 3,5 раза выше, IgМ соответственно 0,239 г% и 0,030 г/м (р < 0,001), т. е. в 7,6 раза выше. Сложной, особенно в тяжелых случаях, является оценка эффективности антибактериальной терапии в ранние сроки, особенно у больных с тяжелым течением БГМ, что часто приводит к необоснованной замене антибактериального препарата. Так, например, при Hib-менингите замена произведена у 68%, а обоснована только у 28%. Клинически оценить эффективность лечения можно не всегда, т. к. при неэффективной этиотропной терапии ошибки допускаются, когда временный терапевтический эффект достигается за счет дезинтоксикационной и дегидратационной терапии. При эффективной антибактериальной терапии отсутствие положительной динамики или отрицательная динамика в состоянии больного могут быть обусловлены прогрессированием воспалительного процесса в результате бактериолизиса под воздействием бактерицидных препаратов, внутричерепными осложнениями (прогрессирование отека-набухания головного мозга, субдуральная и субарахноидальная гематома, блокада ликворопроводящих путей), внечерепными осложнениями (пневмония и др.), активизацией герпетической инфекции, что подтверждается выявлением методом ПЦР репликации герпесвирусов 1-го, 2-го, 5-го, 6-го типов, лихорадочными реакциями на введение антимикробных препаратов. Наши исследования показали, что эффективность этиотропной терапии при осложненном течении болезни возможно оценить только на основании ликворологических исследований. Они позволяют оценить эффективность этиотропной терапии в течение 3 суток у 91% больных менингококковым, у 82% — пневмококковым, у 88% гемофильным и у 89% менингитом неустановленной этиологии. Установлено, что иногда при неэффективной антибактериальной терапии критерии рутинного обследования не всегда информативны, так, наблюдается снижение плеоцитоза СМЖ в 1,5–2,0 раза, % нейтрофилов снижается. Поэтому главным критерием оценки эффективности проводимой антибактериальной терапии являются дополнительные ликворологические показатели: снижение уровня белка в 2 раза, повышение на 1 ммоль/л и более концентрации глюкозы, снижение уровня лактата и D-ДФ в 1,5–2,0 раза в течение 2–3 дней, повышение рН на 0,2 и рО2 в 1,5 раза, снижение рСО2, снижение фракций ЛДГ4 и 5, снижение α-1- и α-2-глобулинов (табл. 5).
Отсутствие положительной динамики или ухудшение этих показателей прогностически неблагоприятно. Несмотря на имеющиеся критерии отмены антибиотиков, в частности снижение цитоза до 100 клеток в 1 мкл, у 5–10% больных в течение 1,0–1,5 месяцев в СМЖ сохраняется лимфоцитарный плеоцитоз до 200–300 в 1 мкл при хорошем общем состоянии. Нами установлено, что плеоцитоз в этих случаях обусловлен местной иммуноклеточной реакцией с накоплением Т-хелперов и повышением ИРИ до 4,5–5,0. Одновременно активируется и В-клеточная система и в СМЖ происходит накопление Ig различных классов. Таким образом, совокупность этих данных в большинстве случаев позволяет в течение 2–3 суток реально оценить эффективность лечения и принять обоснованное решение о продолжительности лечения тем же препаратом или о его замене. Оценка эффективности антибактериальной терапии объективно возможна не ранее чем через 2–3 суток лечения, а при пневмококковом менингите — через 3–5 суток.
Заключение
Исследование СМЖ позволяет получить огромный объем информации о характере патологического процесса в оболочках и веществе мозга и при БГМ является основным методом диагностики, дифференциальной диагностики и оценки эффективности антибактериальной терапии и прогноза заболевания. Для повышения диагностической ценности исследования СМЖ целесообразно проводить определение уровня лактата, D-ДФ, рН как в остром периоде болезни, так и в процессе лечения.
Литература
Лобзин Ю. В., Пилипенко В. В., Громыко Ю. Н. Менингиты и энцефалиты. СПб: Фолиант, 2006. 124 с.
Королева М. А., Покровский В. И., Миронов К. О. и др. Эпидемиологический мониторинг за гнойными бактериальными менингитами в историческом и современном аспекте // Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2014. № 2. С. 52–56.
Венгеров Ю. Я., Нагибина М. В. Практические аспекты диагностики и лечения бактериальных гнойных менингитов // Неотложная медицина. 2011. № 3. С. 23–28.
Сорокина М. Н., Иванова В. В., Скрипченко Н. В. Бактериальные менингиты у детей. М.: Медицина, 2003. 320 с.
Bottomley M. J., Serruto D., Safadi M. A. P., Klugman K. P. Future challenges in the elimination of bacterial meningitis // Vaccine. 2012; 30 (Suppl. 2): B78–В86.
Schuchat A., Robinson K., Wenger J. D. et al. Bacterial meningitis in United States in 1995 // Active Surveillance Team. N. Engl. J. Med. 1997; 337 (14): 970–976.
Богомолов Б. П. Диагностика вторичных и первичных менингитов // Эпидемиология и инфекционные болезни. 2007. № 6. С. 44–49.
Thigpen V. C., Whitney C. G., Messonnier N. E. et al. Bacterial meningitis in the United States, 1998–2007 // N. Engl. J. Med. 2011; 36 (21): 2016–2025.
Венгеров Ю. Я., Нагибина М. В. Диагностическое значение ПЦР при нейроинфекциях / Материалы VIII научно-практической конференции «Инфекционные болезни и антимикробные средства». М., 2010. С. 125–130.
Тютюнник Е. Н. Использование ПЦР для диагностики и прогнозирования течения менингитов. Автореф. к.м.н. М., 2001.
Венгеров Ю. Я., Нагибина М. В. и др. Клиническое значение лактат-ацидоза при гнойных менингитах // Тер. архив. 2008. № 80. С. 33–35.
Молотилова Т. Н. Сравнительная оценка биохимических характеристик СМЖ и крови больных менингитами различной этиологии. Автореф. к.м.н. М., 2012.
Папаян Л. П., Князева Е. С. D-димер в клинической практике. М., 2002.
Гильманов А. Ж. D-димер. Что? Как? У кого? С какой целью? // Клинико-лабораторный консилиум. 2009. № 6.
Adam S. S., Key N. S., Greenberg C. S. D-dimer antigen: current concepts and future prospects. // Blood. 2009. Vol. 113. № 13. P. 2878–2887.
Рослый И. М., Шуляк Ю. А. Практическая биохимия. М., 2004. 167 с.
Миноранская Н. С., Миноранская Е. И. Значение воспалительных маркеров для дифференциальной диагностики различных форм острых иксодовых клещевых боррелиозов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1.
Watson M. A., Scott M. G. Clinical utility of biochemical analisis of cerebrospinal fluid // Clin. Chem. 1995. Т. 41. Р. 343–360.
Paz J. M. et al. Evaluation of determination of lactate dehydrogenase isoenzyme I by chemica inhibition with perchiorate or with 1,6-hexanediol // Clin. Chem. 1990. Vol. 36. P. 355–358.
Берестовская В. С. Методы определения активности лактатдегидрогеназы // Terra medica nova. Журн. для врачей всех специальностей. 2008. № 1. 17 с.
Марданлы С. Г., Первушин Ю. В., Иванова В. Н. Спинномозговая жидкость, лабораторные методы исследования и их клинико-диагностическое значение: учебное пособие для специалистов по клинической лабораторной диагностике Электрогорск. ЗАО «ЭКОлаб», 2011. 72 c.
Черняева Т. Е. Кислотно-основное состояние, газовый состав крови и ликвора у больных менингококковой инфекцией. Автореф. к.м.н. М., 1973. 17 с.
Ткачук В. А. Клиническая биохимия. М.: Издательство ГЭОТАР-Медиа, 2004. 515 с.
Фридман А. П. Основы ликворологии (учение о жидкости мозга). Изд. «Медицина», 1971. 647 с.
Seehusen D. A., Reeves M. M., Fomin D. A. Cerebrospinal fluid analysis // Am Fam Physician. 2003. Vol. 68. P. 1103–1108.
Гусейнов Т. Ю. Углеводный обмен мозга в условиях гипоксии // Анестезиология и реаниматология. 1991. № 3. С. 14–17.
Пикалюк В. С., Бессанова Е. Ю., Ткач В. В. Ликвор как гуморальная среда организма. Симферополь: ИТ «Ариал», 2010. 192 с.
Бабич Г. Н. Маркеры повреждения гематоэнцефалического барьера при нейроинфекциях // Нейроиммунология. 2003. Т. 103. № 1. С. 51–56.
Балмасова И. П., Венгеров Ю. Я., Раздобарина С. Е., Нагибина М. В. Иммунопатогенетические особенности бактериальных гнойных менингитов // Инфекционные болезни и эпидемиология. 2015. № 3. С. 15–18.
Мазанкова Л. Н., Наср М. А., Гусева Г. Д. и др. Особенности продукции цитокинов при менингококковой инфекции у детей // Детские инфекции. 2010. Т. 9. № 1. С. 17.
М. В. Нагибина*, 1, кандидат медицинских наук
Ю. Я. Венгеров*, доктор медицинских наук, профессор
Д. В. Чернышев**
Т. М. Коваленко**
Т. Н. Молотилова**, кандидат медицинских наук
Е. П. Михалинова**
С. Е. Раздобарина**
Т. С. Свистунова**, кандидат медицинских наук
Е. В. Беликова**
Л. Б. Байкова**
Т. Ю. Смирнова**
А. П. Сафонова***
* ГБОУ ВПО МГМСУ им. А. И. Евдокимова МЗ РФ,
** ГБУЗ ИКБ № 2 ДЗМ,
*** ФБУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора РФ, Москва
1 Контактная информация: infektor03@gmail.com