脓毒症脑病患者氧化应激水平及与病情转归的关系

The Relationship between Levels of Oxidative Stress and Disease Regression in Patients with Septic Encephalopathy

摘要: 目的：探究血清氧化应激水平在脓毒症相关性脑病中脑组织损伤的关系及意义。方法：选取邯郸市中心医院EICU 2022年12月~2023年12月诊断为脓毒症且资料完整的患者106例，其中发生脓毒症相关性脑病40例，未发生脑病66例。入院后均对患者进行APACHE II评分、SOFA评分。检测患者入院时血清氧化应激因子：超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)、丙二醛(Malondialdehyde, MDA)、脑损伤标志物：S100钙结合蛋白β (S100 calcium-binding protein β, S100β)、神经元特异性烯醇化酶(Neuron-Specific Enolase, NSE)。分析SAE组血清氧化应激因子(SOD, MDA)、脑损伤标志物(S100β, NSE)之间的相关性。结果：SAE组患者APACHE II评分、SOFA评分、死亡率均明显高于脓毒症未出现脑病组患者，差异有统计学意义(P < 0.05)；SAE组血清MDA及脑损伤标志物(S100β, NSE)水平较脓毒症未出现脑病组显著升高，差异有统计学意义(P < 0.05)，SOD水平明显下降，差异有统计学意义(P < 0.05)。ROC曲线结果显示：血清SOD、MDA、NSE及S100β的ROC曲线下面积(AUG)分别是0.814 ± 0.049、0747 ± 0.053、0.818 ± 0.043、0.821 ± 0.044，其中最佳截断值分别是93.19 U/ml (敏感度80.0%，特异性65%)、15.270 nmol/mL (敏感度77.5%，特异性65%)、13.245 ng/ml (敏感度82.5%，特异性77.5%)及0.227 ng/ml (敏感度85.0%，特异性70%)。结论：脓毒症脑病患者的氧化应激水平更高，且SOD、MDA、S100β、NSE在早期诊断脓毒症脑病上具有一定的价值，更好地指导临床治疗。

Abstract: Objective: To investigate the relationship and significance of serum oxidative stress level in brain tissue injury in sepsis-associated encephalopathy. Methods: 106 patients diagnosed with sepsis with complete data from December 2022 to December 2023 in the EICU of Handan Central Hospital were selected, among which 40 cases of sepsis-associated encephalopathy and 66 cases of no encephalopathy occurred. APACHE II score and SOFA score were obtained on admission in all patients. Serum oxidative stress factors: Superoxide dismutase (SOD), malondialdehyde (MDA), markers of brain damage: S100 calcium-binding protein β (S100β), neuron-specific enolase (NSE) were measured. The correlation between serum oxidative stress factors (SOD, MDA) and brain damage markers (S100β, NSE) in the SAE group was analysed. Results: The APACHE II score, SOFA score and mortality rate of patients in the SAE group were significantly higher than those in the sepsis without encephalopathy group, and the difference was statistically significant (P < 0.05). The levels of serum MDA and brain damage markers (S100β and NSE) in the SAE group were significantly higher than those in the sepsis without encephalopathy group, and the difference was statistically significant (P < 0.05), and the level of SOD was significantly lower, and the difference was statistically significant (P < 0.05). The ROC curve results showed that the area under the ROC curve (AUG) of serum SOD, MDA, NSE and S100β were 0.814 ± 0.049, 0747 ± 0.053, 0.818 ± 0.043, 0.821 ± 0.044, respectively, with the optimal cut-off values of 93. 19 U/ml (sensitivity 80.0%, specificity 65%), 15.270 nmol/mL (sensitivity 77.5%, specificity 65%), 13.245 ng/ml (sensitivity 82.5%, specificity 77.5%) and 0.227 ng/ml (sensitivity 85.0%, specificity 70%). Conclusion: Patients with septic encephalopathy have higher levels of oxidative stress and SOD, MDA, S100β and NSE are valuable in early diagnosis of septic encephalopathy to better guide clinical management.

1. 引言

脓毒症相关性脑病(sepsis-associated encephalopathy, SAE)是脓毒症导致的弥漫性中枢神经系统功能障碍，临床表现从轻度的意识障碍到昏迷[1]。SAE患者病情危重，根据目前的报道显示，SAE的死亡率从30%~70%不等，少数报道死亡率更高[2]-[4]。SAE作为脓毒症的一种重要并发症，迄今为止，仍缺乏统一的诊断标准，导致SAE的误诊和漏诊率高。其作用机制复杂，目前较为认可的作用机制包括[5] [6]：神经炎症和小胶质细胞激活、血脑屏障破坏、线粒体功能障碍和氧化应激等。本文通过选取一些可被监测的与氧化应激相关的指标反映氧化应激的水平。SOD是体内重要的抗氧化酶，可以将超氧阴离子转化生成过氧化氢，过氧化氢在相应酶催化下生成水和氧气，从而降低体内活性氧[7]。MDA是血小板、内皮细胞等产生，参与脂质过氧化过程，可以反应机体氧化应激过程[8]。本文旨在通过分析SAE患者的氧化应激因子水平，为临床早期诊断提供一定帮助。

2. 资料与方法

2.1. 资料选取

选取2022.01~2023.12我院EICU收治的脓毒症患者80例，其中出现脓毒症相关性脑病患者40例，未出现脑病者40例。SAE组中女性23例，男性17例，年龄30~75岁，平均年龄(63.33 ± 9.73)岁，其中腹腔感染10例，泌尿系感染9例，肺部感染8例，胆系感染8例，肠道感染5例，APACHE Ⅱ评分13~23分，平均(18.95 ± 2.69分)。非SAE组女性20例，男性20例，年龄32~78岁，平均年龄(63.15 ± 11.93)岁，其中腹腔感染9例，泌尿系感染11例，肺部感染6例，胆系感染4例，APACHE Ⅱ评分7~17分，平均(11.63 ± 2.73分)。经检验，两组患者性别及年龄之间无统计学意义(P > 0.1)。

2.2. 纳入与排除标准

纳入标准：(1) 脓毒症诊断标准均按照2016年美国重症医学会(SCCM)与欧洲重症医学会(ESICM)联合发布的脓毒症3.0定义及诊断标准[9]。(2) 由Magiorakos AP等人提出采用ICU意识模糊评估法作为SAE的诊断标准(3)存在精神错乱、定向力障碍、记忆力减退和昏迷等神经系统症状。

排除标准：(1) 年龄小于18岁；(2) 合并中枢神经系统感染及脑血管疾病；(3) 心肺复苏术后或严重的颅脑创伤；(4) 服用农药或影响神经系统的药物；(5) 合并严重肝肾功能不全、低血压、低血糖；(6) 妊娠或哺乳期。

2.3. 研究方法

对诊断明确的脓毒症患者进行APACHE Ⅱ评分、SOFA评分，治疗前均抽取静脉血，若8小时内无法送检，则以8℃冷藏，常温下立即送检。SOD应用西门子全自动生化分析仪ADVIA2400，采用比色法测定；MDA测量应用试剂盒购自南京建成生物工程研究所，测定方法应用硫代巴比妥酸法；S100应用免疫定量分析仪，采用免疫层析法测定；NSE应用MAGWMI 4000plus仪器，采用化学发光法测定。

2.4. 统计学方法

采用SPSS 26.0整理收集完成的数据，计量资料使用Kolmogorov-Smirnov非参数假设检验进行正态分布检验，符合正态分布表示为均数 ± 标准差($\overline{x}\pm s$ )，不符合者表示为中位数(四分位数)，组间比较使用独立样本t检验。计数资料采用构成比率描述，组间比较采用χ²检验。P < 0.05 (双侧)表示差异有统计学意义。采用Pearson相关分析血清脑损伤指标(NSE, S100β)、超氧化物歧化酶(SOD)、一氧化氮(NO)水平与预后的关系，以P < 0.05表示数据差异有统计学意义。

3. 结果

3.1. 一般临床资料

SAE组较脓毒症未出现脑病组患者年龄、性别经检验在统计学上无统计学意义(P > 0.1)，APACHE II评分、SOFA评分、死亡率均明显高于脓毒症未出现脑病组患者，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表1。

3.2. 血清氧化应激指标SOD、MDA水平比较

两组患者均表现出不同程度的氧化应激水平，SOD水平均低于正常水平，MDA均高于正常水平。SAE组SOD水平较非SAE组水平显著降低，差异具有统计学意义(P < 0.05)；SAE组MDA水平较非SAE组水平明显升高，差异具有统计学意义(P < 0.05)。见表2。

Table 1. General condition of patients in both groups

表1. 两组患者一般情况

组别	例数	男/女	平均年龄(岁)	APACHE II评分(分)	SOFA评分(分)	28 d死亡(例)
SAE组	40	17/23	63.33 ± 9.72	18.95 ± 2.69	11.28 ± 1.91	19
非SAE组	40	20/20	63.15 ± 11.93	11.63 ± 2.73	7.98 ± 1.98	13
P		0.501	0.785	0.012	0.022	0.025

注：SAE为脓毒症相关性脑病；非SAE组为脓毒症未出现脑病；APACHE II为急性生理与慢性健康状况评分II；SOFA为序贯器官衰竭评估。

Table 2. Comparison of SOD and MDA between the two groups

表2. 两组患者SOD、MDA比较

项目	SAE组(n = 40)	非SAE组(n = 40)	t	P
SOD (U/ml)	88.60 ± 7.09	96.80 ± 6.97	−5.164	0.041
MDA (nmol/mL)	15.70 ± 5.05	14.26 ± 1.27	3.987	0.036

注：SAE为脓毒症相关性脑病；非SAE组为脓毒症未出现脑病；SOD为超氧化物歧化酶；MDA为丙二醛。

3.3. 血清脑组织损伤指标NSE、S100水平比较

两组患者均产生不同程度的脑损伤，NSE、S100水平均高于正常值。SAE组NSE、S100水平明显高于非SAE组，差异具有统计学意义(P < 0.05)。见表3。

Table 3. Comparison of NSE and S100 between the two groups

表3. 两组患者NSE、S100比较

项目	SAE组(n = 40)	非SAE组(n = 40)	t	P
NSE (ng/ml)	14.29 ± 2.12	11.14 ± 2.85	4.821	0.026
S100 (ng/ml)	0.243 ± 0.033	0.203 ± 0.025	24.166	0.008

注：SAE为脓毒症相关性脑病；非SAE组为脓毒症未出现脑病；NSE为神经元特异性烯醇化酶；S100为中枢神经特异蛋白。

3.4. ROC曲线分析

使用ROC曲线分析建立血清MDA、NSE及S100对早期指导诊断脓毒症相关性脑病的预测模型。结果显示，血清SOD、MDA、NSE及S100的ROC曲线下面积(AUG)分别是0.814 ± 0.049、0747 ± 0.053、0.818 ± 0.043、0.821 ± 0.044，其中最佳截断值分别是93.19 U/ml (敏感度80.0%，特异性65%)、15.270 nmol/mL (敏感度77.5%，特异性65%)、13.245 ng/ml (敏感度82.5%，特异性77.5%)及0.227 ng/ml (敏感度85.0%，特异性70%)。见表4。

Table 4. Predictive value of serum MDA, NSE and S100 for early guidance in the diagnosis of sepsis-related encephalopathy

表4. 血清MDA、NSE及S100对早期指导诊断脓毒症相关性脑病的预测价值

指标	AUG	$S_{\overline{x}}$	P值	95% CI	最佳截断值	敏感性%	特异性%
SOD	0.814	0.050	<0.01	0.717~0.910	93.19	80	65
MDA	0.747	0.053	<0.01	0.643~0.851	15.270	77.5	65
NSE	0.818	0.043	<0.01	0.732~0.903	13.245	82.5	77.5
S100	0.821	0.044	<0.01	0.734~0.908	0.227	85.0	70

注：MDA为丙二醛，NSE为神经元特异性烯醇化酶；S100为中枢神经特异蛋白，AUG为受试者工作特征曲线下面积，95% CI为95%可信区间。

4. 讨论

SAE是感染引起全身炎症反应综合征，从而导致脑功能障碍。SAE是脓毒症一种严重并发症，其治疗时长、住院花费、死亡风险较高。迄今为止，SAE缺乏系统的诊断标准和规范化治疗。因此，早期识别诊断SAE对降低SAE的发生与死亡尤为重要。氧化应激是目前较为认可的发病机制之一，在脓毒症发生后早期即可出现。

APACHE II评分和SOFA评分是判断病情严重程度常使用的评分，评分越高提示病情越重，并且在判断疾病预后方面也有重要价值[10] [11]。对两组患者一般资料比较后，本研究发现SAE组患者APACHE II评分和SOFA评分更高，提示SAE组病情更加危重，并且APACHE II评分目前也被用作反映脓毒症并发SAE的危险因素，本研究与此相符合。研究显示脓毒症患者死亡率可高达46.7%，脓毒症患者中SAE的发病率高达30%~70%，病死率甚至可以达到50%。本研究结果显示两组患者死亡率，SAE组死亡率47.5%，非SAE组死亡率32.5%，存在显著差异，且结果与研究数据相符合。

SAE是脓毒症后引起脑损伤的并发症，S100β存在于神经胶质细胞中，在细胞能量代谢、促进神经细胞生长修复过程中发挥重要作用。有研究显示，在神经损伤后，S100β被大量释放，使循环中S100β含量升高，且其水平与脑损伤程度呈相关性[12]。NSE存在于神经内分泌细胞和神经元中，与脑损伤存在相关性，与脑损伤严重程度呈正相关[13]。S100β和NSE目前与脑损伤密切相关，目前也常被用作脑损伤相关疾病的诊断，除了可以反映脑损伤严重程度，对预后也有一定研究价值。在SAE早期诊断的指标中，S100β和NSE也常常被提到。本研究显示两组患者脑损伤指标存在显著差异，SAE组明显高于非SAE组，提示SAE患者伴随脑实质损伤，对用作SAE的诊断有帮助意义。

关于氧化应激途径[14]，过程如下：机体在感染后，影响线粒体功能，使氧气和电子泄露产生的电子生成超氧阴离子，此外氧化黄嘌呤和内质网氧化过程中也可以产生活性氧。在机体活性氧产生过多后，抗氧化酶激活，催化转化活性氧后分解，从而降低活性氧水平。目前氧化应激的发病机制较为认可，超氧化物歧化酶和丙二醛参与氧化应激过程中，目前常常被用作反映氧化应激的细胞因子[15] [16]。收集比较两组患者的氧化应激因子，本研究显示SAE患者氧化应激因子水平明显存在差异，SOD水平显著低于非SAE组，MDA水平显著高于非SAE组。可能原因为：活性氧产生过多，无法及时被清除后，会加重组织脏器损伤，其中当引起组织脏器明显损伤时，可能需要更多的活性氧物质，此时调节体内氧化应激水平的抗氧化酶还未及时发挥作用。

根据SOD、MDA、S100β、NSE的特异性与敏感性判断，其敏感性相对较高，疾病发生时往往会出现变化，但其特异性不高，作为脓毒症并发SAE的预测指标，为早期诊断提供了一定帮助。

综上所述，脓毒症患者并发SAE时，SOD、MDA、S100β、NSE都会存在变化，为早期诊断提供一定的帮助，且并发SAE后患者往往伴随更高的死亡率。SAE的发病率高，死亡率高，预后差，发病机制多种，本研究仅探讨了氧化应激在发病过程中的变化，仍需要进一步深入研究。目前SAE已逐渐引起众多学者的重视，最新的研究仍未有明确的诊断与系统的治疗方案，早期诊断、治疗会提供较大的益处，改善患者的生活质量。

NOTES

^*通讯作者。