儿童重症百日咳血清预测指标研究进展

Research Progress on Serum Predictive Metrics of Severe Pertussis in Children

摘要: 百日咳(pertussis)是一种极具传染性的呼吸道疾病，近年来，该病出现了“百日咳再现”现象，导致部分地区百日咳疫情爆发。重症患者中，未接种或未完全接种百日咳疫苗的婴幼儿占多数。这些患者的临床症状往往不典型，容易导致漏诊或误诊，且易引发严重的并发症，甚至可能危及生命。本文旨在回顾近年来关于儿童重症百日咳的研究，探讨其病理生理和血清预测指标，以期为临床实践和研究提供有益的参考。

Abstract: Pertussis is an extremely communicable respiratory infection, and in recent years, there has been a “re-emergence of whooping cough” in the disease, leading to an outbreak of pertussis in some areas. Most of the critically ill patients are infants who have not been vaccinated or have not been fully immunized against pertussis. The clinical symptoms of these patients are often atypical, which can easily lead to missed or misdiagnosed diagnoses, and can lead to serious complications and may even be life-threatening. The purpose of this article is to review the recent research on severe pertussis in children, discuss its pathogenesis and serum predictive metrics, and provide an advantageous reference for clinical practice and investigation.

1. 引言

百日咳是由百日咳杆菌(Bordetella pertussis)引起的一种具有高度传染性的急性呼吸道感染性疾病[1]-[3]，是《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病[4]。根据国内外的研究成果，目前大众认为，需在临床诊断百日咳的前提下，若出现呼吸衰竭或者低氧血症、反复呼吸暂停、心源性休克或低血压、肺动脉高压、百日咳脑病等情况，可视为重症百日咳(sever pertussis) [5]。但目前对重症百日咳国内外尚未形成统一的诊断标准[6] [7]。未完成百日咳疫苗接种的婴幼儿，其临床症状不典型，并且其病情进展快、预后差，因而危重患者易出现呼吸、循环、神经系统等并发症，而导致其死亡风险[8] [9]。2024年6月我国百日咳的发病例数85,817例，超过了2022年至2023年发病数的总和。因受限于对疾病的认识及检测手段的普及程度，实际发病人数以及死亡病例数可能更多[8]。现百日咳的诊断为临床诊断标准及实验室诊断标准，临床诊断患者及疑似患者均建议完善实验室检测，以提升对其的诊治以及防控水准[10]。目前，常用实验室检测有细菌培养、核酸检测、血清学检测和基因检测[4]。但其均有利弊，如核酸检测虽检测快速，是最常用的百日咳杆菌检测方法，但对技术要求和成本较高，难以在基层医院开展，而细菌培养虽特异性高，是金标准，但灵敏度低，生长缓慢，检出周期较长，其次，单份血清检测因标本易获得，在基层医院普及率高，但受年龄、胎传抗体、疫苗抗原的含量和疫苗接种史影响大，只能作为早期的参考，而且，双份血清标本检测则常被用于回顾性诊断以及不典型病例辅助诊断[10]。对基层医师而言，在诊断和识别重症百日咳方面难上加难，而利用血生化指标评估百日咳的严重程度具有重要的参考价值。现对重症百日咳的病理生理、血清预测指标(外周血常规及比值、炎症指标、乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)、D-二聚体(d-dimer, DD))进行综述，为临床实践和早期识别重症病例提供参考。

2. 重症百日咳病理生理

百日咳杆菌属革兰阴性需氧杆菌，经飞沫传播，能够产生多种毒力因子：百日咳毒素(pertussis toxin, PT)、腺苷酸环化酶毒素(adenylate cyclase toxin, ACT)、气管细胞毒素(tracheal cytotoxin, TCT)、皮肤坏死毒素(dermonecrotic toxin, DNT)、丝状血凝素(filamentous hemagglutinin, FHA)、百日咳杆菌黏附素(pertacin, PRN)等[11]。上述致病因子分工合作，共同导致百日咳的形成。其中，PT会导致淋巴细胞增多、胰岛素分泌紊乱(低血糖)及免疫调节异常[12] [13]。ACT可抑制巨噬细胞以及中性粒细胞功能，避免被免疫系统清除。FHA和PRN能介导细菌黏附于呼吸道上皮细胞[14]。TCT会直接损伤纤毛上皮，导致黏液积聚[15]。值得注意的是：PT是百日咳的主要致病因素，并且是导致重症百日咳的关键因素。PT能够抑制中性粒细胞和巨噬细胞的早期募集与趋化作用，增加血液中淋巴细胞水平，进而影响机体免疫反应并引起白细胞(white blood cell, WBC)数量上升[8]。在患有百日咳的婴儿中，尸检发现胸腺皮质萎缩，淋巴结和脾脏白髓区域出现耗竭现象[16]。百日咳杆菌侵入易感者呼吸道后，首先粘附于呼吸道上皮细胞纤毛上，通过TCT破坏纤毛功能，导致黏液清除障碍，形成黏稠分泌物，同时PT等毒素激活上皮细胞和免疫细胞，释放白细胞介素-6 (interleukin-6, IL-6)、肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)等促炎因子，引起黏膜水肿、充血，纤毛脱落、上皮坏死，形成支气管黏液栓，导致小气道阻塞等局部炎症[17]以及诱导全身性淋巴细胞增多，阻塞肺毛细血管，加重低氧血症，辅助性T细胞(Th1/Th17)过度反应导致炎症级联放大，出现“细胞因子风暴”等全身免疫反应[18]。在呼吸系统方面，黏液栓和气道炎症会引起小气道完全阻塞、肺泡萎陷，从而引起肺不张，而呼气时小气道塌陷，形成动态性肺过度充气，引起气体陷闭，严重时出现阻塞性呼吸衰竭[19]。PT刺激呼吸道迷走神经末梢，触发持续性咳嗽反射，出现阵发性痉挛性咳嗽，而咳嗽后深吸气时声门痉挛，产生典型“鸡鸣样回声”。当继发其他细菌感染或百日咳本身出现坏死性支气管炎时，会并发肺炎导致的严重低氧血症、肺血管收缩、右心负荷增加，从而引起肺动脉高压[17]。在心血管系统方面，气道阻塞导致通气/血流比例失调，严重者PaO₂ < 60 mmHg，从而引发多器官缺氧，另外，肺动脉高压可导致右心衰竭。有研究指出，PT通过ADP核糖基化G蛋白，直接影响心肌细胞信号传导，导致心律失常[14]。在神经系统方面，因剧烈咳嗽引起胸腔内压升高，静脉回流受阻，导致脑灌注不足，从而出现缺血性脑损伤，并且低氧血症导致神经元代谢障碍，出现抽搐或意识障碍[20]。因此，百日咳感染患者还需注意缺氧性脑病发生的可能性。有研究指出，PT可能通过血脑屏障，直接干扰神经传导，这种情况比较罕见，但严重[21]。在代谢紊乱方面，会出现能量消耗增加，因持续咳嗽增加呼吸肌耗氧量，导致乳酸堆积，从而出现代谢性酸中毒。有些百日咳感染患者也会出现营养障碍，因咳嗽后呕吐导致脱水、电解质失衡及营养不良引起。在高危重症方面，首先与年龄密切相关，尤其<6个月婴儿，本身气道狭窄、免疫未成熟，易进展为重症，其次，未接种疫苗者因缺乏特异性IgG抗体，病情更重，而且如果继发感染，合并呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus, RSV)或流感病毒时死亡率显著升高[7]。

总体来说，重症百日咳的核心病理生理是气道阻塞性病变和毒素介导的全身炎症，进而导致呼吸衰竭、肺动脉高压、多器官缺氧损伤。婴儿因解剖和免疫特点更易出现危重症，需早期识别干预。

3. 血生化预测指标

3.1. WBC、淋巴细胞与裂隙淋巴细胞

WBC计数是临床上诊断感染性疾病最常用的指标，可出现升高、降低甚至缺乏，其中，淋巴细胞对炎症反应具有调控及防御作用，而百日咳感染与全身炎症反应密切相关。PT可引起高WBC血症，能够促进淋巴结、脾脏、骨髓中的淋巴细胞进入血液中，并使淋巴细胞不能外渗。此机制导致淋巴细胞难以运输至目标组织而滞留在血管中，由此引起外周血WBC水平明显升高[22]。研究指出，由WBC增多引起WBC聚积可能会影响到患者肺部的微循环，进而导致心力衰竭、肺动脉高压、低氧血症等情况[23]。另外，百日咳患者死亡率和严重程度与WBC水平升高，尤其是淋巴细胞比例的增减显著相关，有研究提出重症百日咳的患者如果合并高WBC血症，其病死率可高达80% [24]。因患重症百日咳而死亡的儿童，其病理研究表明，在肺小静脉、肺小动脉中有尚未成熟的WBC [25]。临床研究也发现大多数重症百日咳患者外周血中WBC显著增加[26]，Murray等研究者指出，重症百日咳患儿WBC计数(>30 × 10⁹/L)增加与疾病的严重程度、病死率相关[27]。Surridge等认为，百日咳感染早期出现高白细胞血症常提示预后欠佳，且重症百日咳常与高淋巴细胞血症密切相关[28]。Ganeshalingham等对152例百日咳患儿进行了研究，发现以淋巴细胞比值 > 50%为主的高WBC血症患者，其百日咳恶性进展的概率非常高[29]。然而，在2018年的一项研究中，301例因急性呼吸衰竭住院PICU的婴儿中有11例百日咳杆菌PCR呈阳性，其中2例(18%)患儿死亡，这些患儿未发现合并感染，并且最高的WBC计数仅为2.3 × 10⁹/L，这提示临床医生应关注WBC计数相对较低的婴儿患重症百日咳的风险[30]。目前认为，WBC计数以及淋巴细胞比值是评估百日咳患者严重程度的重要危险因素[31]。最近，一些国内外研究均在百日咳患者的外周血涂片中找到了裂隙淋巴细胞，该研究发现为诊断百日咳提供了新方向[32]-[35]。且国内有研究发现，裂隙淋巴细胞比例在百日咳组、<1岁组患儿中高于非百日咳组、>1岁组患儿，差异有统计学意义[36]。这表明裂隙淋巴细胞在百日咳患者早期诊断方面有显著价值。但伍金倩等研究者发现，不仅百日咳感染患者可见裂隙淋巴细胞，患有其他疾病时也找到过裂隙淋巴细胞，认为裂隙淋巴细胞不能当作百日咳的特异指标[37]。这表明外周血涂片中出现裂隙淋巴细胞能否作为百日咳早期诊断仍存在争议，需要进一步研究来明确这两者的关系。

3.2. 中性粒细胞/淋巴细胞

中性粒细胞/淋巴细胞(neutrophil-to-lymphocyte ratio, NLR)第一次被认为是危重患者全身炎症和应激标志还是在20多年前，目前它被认为是肿瘤及心血管疾病的独立危险因素[22] [38]。Mesut等在儿童回顾性研究中发现，NLR比WBC总数更适合作为阑尾炎的一个早期诊断指标，且N/L比值3.5可用于预测儿童阑尾炎[39]。百日咳患者外周血常以淋巴细胞增多为主要表现，即N/L < 1 [29] [40] [41]。但不同百日咳患者外周血细胞水平存在明显差异，例如不同病情患者的外周WBC水平存在显著差异，高WBC血症是判断百日咳患者病情严重程度的预测指标[41] [42]。如重症百日咳患者出现NLR倒置，则预示着百日咳患者病情恶化[29] [43]。与百日咳非重症肺炎患者相比较，重症肺炎组NLR显著增高，此结论与其他文献研究相一致[22] [43]。研究进一步指出，在入院48小时内，NLR倒置可以预测重症百日咳，这说明严重的宿主反应能引起中性粒细胞生成或释放增加[29]。因此，NLR是预测百日咳重症肺炎的独立危险因素。

3.3. 淋巴细胞/单核细胞

淋巴细胞与单核细胞比值(lymphocyte-monocyte ratio, LMR)被认为是近期新提出的炎症标志物，与传统的降钙素原、CRP指标相比，LMR更易于获得，能有效地反映机体病理生理状态的变化，对评估机体的炎症状态及治疗效果更具有临床价值。除此之外，LMR还有利于对患有呼吸相关疾病的人群进行预警，以便早诊断及早干预[44]。与传统生物学指标比较，LMR能动态反映两种细胞成分的变化，更能有效地反映机体的炎症状态变化，且受性别、年龄等混杂因素的影响较小，从而具有更高的临床研究价值[45]。吴小英等研究得出，LMR指标在百日咳分组(上呼吸道感染组、支气管炎组、肺炎组、重症肺炎组)中出现数值变化，且组间比较有统计学差异。研究指出，随着呼吸道感染程度的加重，LMR值呈现下降趋势，这表明LMR可作为评估呼吸道感染严重程度的一个潜在指标[22]。

3.4. 降钙素原、IL-6、TNF-α

降钙素原(pcalcitonin, PCT)是临床评估细菌感染的重要生化指标。国外有研究认为PCT联合淋巴细胞计数可被用来鉴别新生儿是细菌、病毒还是百日咳感染[46]。国内有研究者发现百日咳伴PCT升高的患者可能存在混合感染，当PCT升高越显著，提示存在混合感染的可能性越大[47]。综合国内外研究，针对PCT与百日咳的研究尚少，两者之间的关系还需更多的研究明确。IL是一类可溶性蛋白质，在免疫系统调节和稳态中起着重要作用。有研究者发现，CD4+ T淋巴细胞主要分泌干扰素γ (IFN-γ)和/或IL-17 [48]。这表明IL-17可能在百日咳感染的免疫应答中起到重要作用。IL-6是近几年来研究比较频繁的炎症因子之一，它也是急性期反应蛋白主要中介因子之一。TNF-α是一种由巨噬细胞、T淋巴细胞等免疫细胞产生的炎症因子，当人体受到细菌感染或组织损伤时，主要参与调控机体炎症反应和免疫应答、细胞凋亡。有研究表明，观察组百日咳感染患儿血清IL-6、IL-17、TNF-α数值明显高于对照组，认为这些指标是百日咳患者的独立危险因素[49]。

3.5. 其他

C-反应蛋白(C-reactive protein, CRP)是历史上最早被识别的急性期蛋白。近年来，CRP在临床中的应用日益广泛。在细菌感染6小时后，CRP浓度逐渐上升，1到2天后可达到峰值。根据国家卫生部医政司2006年11月发布的最新版《全国临床检验操作规程》(第3版)中，CRP的临床意义在于：当CRP浓度达到10~50 mg/L时，提示有轻度炎症，而浓度 ≥ 100 mg/L时，表示可能存在较为严重的细菌感染。LDH是一种重要的细胞代谢酶，对组织损伤非常敏感，在心脏疾病与血液系统疾病中扮演着重要角色。同时，LDH在感染性疾病以及一些非感染性组织损伤，如肌炎、胰腺炎、嗜血综合征等情况下，也有显著的反应。儿童患者的LDH水平比成人更容易升高，这可能与儿童的生理发育未完全、耐受性较差以及组织损伤更严重有关[50]。红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate, ESR)的增快，在病理状态下可见于各种炎症(包括急性和慢性炎症，如风湿热、结缔组织病、结核等疾病)、组织损伤和坏死[51]。血液中的DD水平反映了纤维蛋白的降解程度，并与凝血、纤溶、炎症过程密切相关，其浓度升高常常预示血液正处于高凝状态[52] [53]。DD在早期诊断一些疾病时具有显著价值。当肺炎支原体肺炎合并其他细菌及病毒感染时，可能会导致CRP、LDH、DD、ESR等指标的升高[54]。刘莉萍等研究认为，CRP > 25.625 mg/L、DD > 0.98 mg/L、LDH > 412.50 IU/L及ESR > 36.5 mm/h时有助于早期识别重症肺炎支原体肺炎[55]。然而，这些指标在重症百日咳相关性研究中的应用尚不充分，需要进一步的探讨。血小板在反映血栓栓塞、炎症和免疫调节过程中起关键作用[56] [57]。有研究指出，血小板/平均血小板体积(Platelet count-to-mean platelet volume ratio, PLT/MPV)、血小板(PLT)在预测百日咳不同呼吸道感染程度中作用有限[22]。但针对重症百日咳合并肺动脉高压、百日咳脑病、心衰等方面的价值，有待进一步研究明确。

4. 总结

综上所述，WBC及其亚群作为炎症的典型指标，在重症百日咳的诊断中，其临床预测价值备受关注，特别是WBC计数及淋巴细胞比例的研究较为突出。然而，目前尚无明确的指南或专家共识明确指出这些指标与重症百日咳之间的关联，需要有临床研究来支撑。此外，裂隙淋巴细胞、NLR、LMR、PLT/MPV、PLT、PCT、IL-6、IL-17、TNF-α等指标在预测重症百日咳方面的研究也相对较少。而CRP、LDH、DD、ESR在重症百日咳预测方面更是鲜有研究。尤其要指出的是，上述生物标志物在重症百日咳病理生理中的作用机制尚不明确，需要通过大规模的临床研究以及基础研究来探讨。

NOTES

^*通讯作者。