Зависимость уровня сывороточного прокальцитонина от микрофлоры в очаге инфекции при хроническом остеомиелите

Хронический остеомиелит — сложная и трудно поддающаяся лечению костная бактериальная или грибковая инфекция, характеризующаяся прогрессирующей воспалительной деструкцией, некрозом и пролиферацией в области поражения кости, развивающаяся в результате осложнения раневого процесса при его сообщении с костью, оперативных вмешательств или бактериемии [1–3]. Как правило, остеомиелит имеет экзогенное происхождение, вызванное микробной инвазией, часто с образованием биопленки [4–8]. Лечение больных хроническим остеомиелитом требует длительной и интенсивной антимикробной терапии, вследствие чего возникает риск развития резистентности. Кроме того, остеомиелит опасен осложнениями (сепсис, бактериемия и др.).

В последние годы вновь возрос интерес к изучению роли различных биомаркеров (С-реактивный белок, интерлейкины 6 и 8, лактат, пресепсин, прокальцитонин и другие) в диагностике и оценке риска возникновения воспалительных синдромов [9–11]. Среди них выделяется прокальцитонин (ПКТ), который считается специфическим маркером бактериальной инфекции [12–16]. Известно, что уровни ПКТ в сыворотке крови у здоровых людей меньше 0,1 нг/мл. При тяжелых бактериальных и генерализованной грибковой инфекциях концентрация ПКТ быстро повышается, но остаётся низкой при вирусных инфекциях и неспецифических воспалительных заболеваниях [17].

Изолированный анализ ПКТ недостаточно информативен, поскольку его уровень может быть повышен не только при острых и хронических инфекционных процессах, включая остеомиелит, но и при различных неинфекционных состояниях, таких как аутоиммунные заболевания, тяжелые операции, травмы, ожоги, длительный кардиогенный шок, стресс [12, 13, 18].

Положительный посев культуры крови считается золотым стандартом диагностики бактериемии, тем не менее, отрицательные результаты не всегда исключают её отсутствие [14, 19, 20]. Для микробиологического исследования крови требуется время, что не позволяет использовать его в качестве экспресс-теста [21]. Высокие значения ПКТ при отрицательных результатах посева крови могут указывать на наличие местного воспаления, тогда как его повышенный уровень и положительный результат посева подтверждают системный инфекционный процесс.

Исследованию уровня ПКТ и результатов посевов крови на стерильность у пациентов с хроническим остеомиелитом посвящены единичные работы. По данным литературы, ПКТ играет роль чувствительного и специфического маркера в диагностике инфекций костей и суставов [22]. Положительные результаты посевов крови отмечены у 53 % пациентов с остеомиелитом позвонков, у 19 % с костной инфекцией и 7 % с параимплантной инфекцией [7].

Диагностика остеомиелита требует совокупности клинических признаков и симптомов, инструментальных и лабораторных исследований, в том числе и анализ на микрофлору с определением чувствительности к антибиотикам [23]. Исследование сывороточного ПКТ одновременно с посевами крови на стерильность может дать дополнительную информацию врачам, позволяя им прогнозировать течение и исход заболевания у пациентов с хроническим остеомиелитом.

Цель работы — выявить связь сывороточного ПКТ с микрофлорой, выделенной из крови, ран и свищей у пациентов с хроническим остеомиелитом.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В исследование включены пациенты ( n = 123) с хроническим остеомиелитом вне зависимости от локализации и механизма его возникновения, проходившие лечение в клинике гнойной остеологии НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова в период с 2021 по 2023 гг. Средний возраст пациентов составил 55 лет (IQR 43–66), на долю мужчин приходилось 70,3 % (71/101). Отсутствовали значимые различия между группами мужчин и женщин по возрасту ( p = 0,32).

Проведен ретроспективный анализ микробиологических посевов ( n = 294), в том числе крови на стерильность. Прокальцитониновый тест выполняли одновременно с забором крови на стерильность и на третьи сутки после операции. В случае неудовлетворительного результата, тест повторяли на 5–9 сут. по назначению врача.

Для быстрого культивирования патогенных микроорганизмов в крови использовали автоматический анализатор серии Юнона® Labstar 100. Микробные культуры идентифицировали до вида на бактериологическом анализаторе BactoScreen, ООО НПФ «Литех», определение чувствительности бактерий к антибактериальным препаратам диско-диффузионным методом на среде Мюллера – Хинтона. В зависимости от вида микроорганизма использовали различные наборы антибиотиков:

• — для неферментирующих грамотрицательных бактерий: 1 — тетрациклин (30 мкг), 2 — амикацин (30 мкг), 3 — гентамицин (10 мкг), 4 — тобрамицин (10 мкг), 5 — ципрофлоксацин (5 мкг), 6 — левофлоксацин (5 мкг), 8 — меропенем (10 мкг), 9 — имипенем (10 мкг), 15 — пиперациллин/тазобактам (30/60 мкг), 23 — цефепим (30 мкг);

• —    для энтеробактерий: 1 — тетрациклин (30 мкг), 2 — амикацин (30 мкг), 3 — гентамицин (10 мкг), 5 — ципрофлоксацин (5 мкг), 6 — левофлоксацин (5 мкг), 8 — меропенем (10 мкг), 9 — имипенем (10 мкг), 13 — цефтазидим (10 мкг), 14 — цефотаксим (5 мкг), 15 — пиперациллин/тазобактам (30/60 мкг);

• —    для стафилококков: 1 — тетрациклин (30 мкг), 3 — гентамицин (10 мкг), 5 — ципрофлоксацин (5 мкг), 10 — ванкомицин (5 мкг), 12 — цефокситин (30 мкг), 16 — клиндамицин (2 мкг), 17 — эритромицин (15 мкг), 18 — фузидин (10 мкг), 19 — линезолид (10 мкг); 21 — рифампицин (5 мкг);

• —    для энтерококков: 3 — гентамицин (30 мкг), 10 — ванкомицин (5 мкг), 11 — ампициллин (2 мкг), 27 — норфлоксацин (10 мкг), 19 — линезолид (10 мкг);

• —    для стрептококков: 11 — ампициллин (2 мкг); 14 — цефотаксим (5 мкг), 16 — клиндамицин (2 мкг), 20 — бензилпенициллин (1 мкг).

Оценку результатов проводили, используя критерии EUCAST ( англ .: European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing, Version 9.0, valid from 2019–01–01). Умеренно-резистентные штаммы относили к резистентным.

Концентрацию ПКТ в сыворотке крови определяли полуколичественным методом с помощью ИХА-прокальцитонин-теста (Россия). Интерпретацию результатов проводили в соответствии с рекомендациями производителя:

• < 0,5 нг/мл — системная инфекция маловероятна, хотя возможна локализованная инфекция;

0,5 – < 2 нг/мл — системная инфекция возможна, но другие состояния (например, серьезная травма, недавняя операция, тяжелый кардиогенный шок) также могут вызывать значительное повышение уровня ПКТ;

2 – < 10 нг/мл — вероятна системная инфекция;

≥ 10 нг/мл — высокая вероятность тяжелого бактериального сепсиса или септического шока.

Полученные результаты исследования разделены на две группы: положительные и отрицательные. Положительные результаты в зависимости от выделенных микроорганизмов в культуре крови или очаге разделены на две категории: грамположительные и грамотрицательные бактерии.

Для обработки и статистического анализа полученных результатов использовали программу Gnumeric 1.12.17. Количественные переменные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха (IQR), а качественные — в виде процентов. Непараметрический критерий Вилкоксона использовали для определения различий между группами. Для изучения взаимосвязи между значениями прокальцитонина и видовым составом бактерий, выделенных из ран, рассчитывали коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Интерпретацию полученных данных проводили по шкале Чеддока. Различия считали значимыми при р < 0,05.

На клиническое исследование получено разрешение комитета по этике НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова, оно проведено в соответствии с этическими стандартами, изложенными в Хельсинской декларации.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Концентрация ПКТ в крови ниже 0,5 нг/мл отмечена у 52,0 % обследуемых пациентов, от 0,5 до 2,0 нг/мл — у 19,5 % ( p = 0,13), от 2,0–10,0 нг/мл — у 12,3 % ( p = 0,049) и более 10 нг/мл — у 16,2 % ( p = 0,049) человек. Грамотрицательная микрофлора в крови выделена только у пациентов со значениями ПКТ более 10 нг/мл (табл. 1).

Таблица 1

Количество пациентов с хроническим остеомиелитом в зависимости от уровня ПКТ

ПКТ, нг/мл	Количество пациентов по годам								Положительная проба на стерильность крови в период с 2021–2023 гг.
	2021 ( n = 35)		2022 ( n = 31)		2023 ( n = 57)		2021–2023 ( n = 123)
	абс.	%	абс.	%	абс.	%	абс.	%
< 0,5	11	31,4	16	51,5	37	64,9	64	52,0	S. epidermidis ( n = 3)
0,5–2,0	12	34,2	6	19,4	6	10,5	24	19,5* p = 0,13	S. aureus ( n = 1), S. hominis ( n = 1)
2,0–10,0	4	11,5	4	12,8	7	12,3	15	12,3* p = 0,049	S. aureus ( n = 3), S. pidermidi s ( n = 3), Streptococcus spp. ( n = 2)
≥ 10,0	8	22,9	5	16,3	7	12,3	20	16,2* p = 0,049	S. pneumoniae ( n = 3), S. epidermidis ( n = 2)

Примечание : * — уровень значимости различий между количеством обследованных пациентов со значениями ПКТ менее 0,5 нг/мл.

В микробном пейзаже из патологического очага у пациентов с ПКТ менее 0,5 нг/мл и 0,5–2,0 нг/мл преобладали грамположительные микроорганизмы (табл. 2). У пациентов с ПКТ от 2,0–10,0 нг/мл и выше 10 нг/мл выделялись как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. Среди грамотрица-тельных бактерий из ран и свищей чаще всего выделялись энтеробактерии, преимущественно штаммы K . pneumoniae , среди грамположительных бактерий — штаммы S . aureus . У пяти пациентов отсутствовал рост микроорганизмов в очаге, при этом уровень ПКТ был 0,5–2,0 нг/мл ( n = 4), 2,0–10,0 нг/мл ( n = 1). У одного пациента при бактериологическом исследовании посева из раны не обнаружено роста патогенных бактерий, а при исследовании крови на стерильность выявлен возбудитель Streptococcus spp., при этом ПКТ был в интервале от 2,0–10,0 нг/мл. У 10 пациентов микрофлора ран и свищей не совпадала с результатами посевов крови на стерильность. Доля пациентов со значениями ПКТ ≥ 2 нг/мл и грамотрицательными бактериями в очаге была выше в сравнении с пациентами с грамположитель-ной микрофлорой.

Коэффициенты корреляции между микробиоценозом ран пациентов и значениями прокальцитонина свидетельствуют об обратной связи между изучаемыми признаками. Теснота этих связей была заметной ( r = –0,57 для грамотрицательной микрофлоры) и высокой ( r = –0,74 для грамположительной микрофлоры) по шкале Чеддока.

Таблица 2

Частота встречаемости бактерий в зависимости от значений ПКТ

Микроорганизм	ПКТ, нг/мл
	0,5	0,5–2,0	2,0–10,0	более 10
НФГОБ	11	5	4	4
Enterobactereaceae	25	10	5	17
Всего:	36 (44,4 %)	15 (18,5 %)	9 (11,1 %)	21 (25,9 %)
S . aureus	35	11	4	10
CoNS	15	6	2	7
Enterococcus sp.	8	2	–	5
Streptococcus sp.	1	1	–	1
Corynebacterium sp.	2	1	1	–
Всего:	61 (55,5 %)	21 (19,1 %)	7 (6, 4 %)	21 (19,1 %)
Отсутствовал рост:	9	4	1	0

Примечание : НФГОБ — неферментирующие грамотрицательные бактерии, CoNS — коагулазонегативные бактерии.

Положительная проба на стерильность крови получена у 17 пациентов. У двух пациентов при первичном исследовании крови выделены штаммы K . pneumoniae , при этом значения сывороточного ПКТ превышали 10 нг/мл (табл. 3). При повторном исследовании в крови наблюдали смену микрофлоры на грамположительную с одновременным снижением ПКТ до 0,5 нг/мл (пациенты № 1 и № 2, табл. 3).

Среди положительных культур крови ( n = 19) на первом месте по частоте выделения штаммы S . epidermidis ( n = 8, из них 6 — MRSE), далее следовали изоляты S . aureus ( n = 4), K . pneumoniae ( n = 4), S . agalacteae ( n = 2), метициллин-резистентный S. hominis ( n = 1).

ПКТ в крови у семи человек был выше 10 нг/мл, у шести — 2,0–10,0 нг/мл. У двух человек отмечен низкий уровень ПКТ, и при этом в крови обнаружен инфекционный возбудитель. У шести пациентов микрофлора крови и чувствительность бактерий к тестируемым антибактериальным препаратам совпадала с микрофлорой ран. Грамположительные бактерии, выделенные из крови, были чувствительны к большинству из тестируемых препаратов. У шести пациентов из крови были выделены штаммы MRSE , при этом у двух из них ПКТ был выше 10 нг/мл.

Штаммы бактерий, принадлежащих к одному таксону, выделенные одновременно из крови и из ран, характеризовались одинаковой чувствительностью к антибактериальным препаратам. Среди наиболее эффективных антибактериальных препаратов в отношении K . pneumoniae были тетрациклины и аминогликозиды, в отношении бактерий рода Staphylococcus — гликопептиды, линезолид, рифампицин и фузидин.

У восьми пациентов с ПКТ выше 10 нг/мл снижение показателя до нормальных значений происходило в течение 7–9 дней. У семи пациентов (у трех из которых из крови были выделены микроорганизмы) ПКТ не снижался. У 13 из 15 пациентов с первоначальными значениями ПКТ от 2,0 до 10,0 нг/мл снижение показателя до нормальных отмечалось в течение 5–6 дней.

Таблица 3

Активные антибактериальные препараты в отношении бактерий, выделенных одновременно из крови и из ран

№*	Микрофлора крови	Эффективные антибиотики	Микрофлора раны и свища	Эффективные антибиотики	ПКТ, нг/мл
1	K . pneumoniae	1	K . pneumoniae	1	> 10,0
	S . epidermidis (MRSE)	10	S . epidermidis (MRSE)	10	< 0,5
2	K . pneumoniae	2, 3	K . pneumoniae	2, 3	> 10,0
	S . aureus	все тестируемые	S . aureus	все тестируемые	< 0,5
3	K . pneumoniae	1	K . pneumoniae	1	> 10,0
			E . faecalis	1, 21
4	K . pneumoniae	1–3, 6, 8, 9, 15, 22	E . cloacae	2, 9	> 10,0
			E . faecalis	7
5	S . epidermidis (MRSE)	3,10, 16–18, 21	E . coli	2–6, 8, 9, 15, 22	< 0,5
			S . aureus	все тестируемые
6	S . epidermidis (MRSE)	10, 18, 19, 21	S . epidermidis (MRSE)	10, 18,19,21	2,0–10,0
7	S . epidermidis (MRSE)	1, 10, 18, 19, 21	S . aureus (MRSA)	1,10,18,19,21	> 10,0
8	S . epidermidis	все тестируемые	S . aureus	все тестируемые	2,0–10,0
9	S . epidermidis	все тестируемые	P . aeruginosa	2, 3, 5, 8, 9, 15, 23	< 0,5
			A . baumannii	4, 8, 9, 15
			S . aureus	все, кроме 16, 17
10	S . epidermidis (MRSE)	1, 10, 18, 19, 21	S . epidermidis (MRSE)	1, 10, 18, 19, 21	2,0–10,0
			K . pneumoniae	2, 3, 8
11	S . epidermidis (MRSE)	10, 18, 19, 21	E . cloacae	1–4, 6, 8, 23	> 10,0
12	S . hominis (MRSH)	10, 18, 19, 21	K . pneumoniae	1, 2, 3, 8	0,5–2,0
			P . aeruginosa	2, 3, 5, 8, 9, 15
			E . faecalis	2, 10, 19
13	S . agalacteae	все, кроме 1	Роста нет	–	2,0–10,0
14	S . agalacteae	11	E . cloacae	2, 6, 8, 9	> 10,0
			S . epidermdis (MRSE)	10, 19, 18, 21
			E . faecalis	3, 10, 19
15	S . aureus	все, кроме 5	P . aeruginosa	1, 3, 4	2,0–10,0
			A . baumannii	1, 4, 8, 9
16	S . aureus	все тестируемые	S . aureus	все тестируемые	0,5–2,0
17	S . aureus	все тестируемые	S . aureus	все тестируемые	2,0–10,0

Примечание : * — номера пациентов с положительными посевами крови. В столбце с эффективными препаратами номерами отмечены антибиотики, указанные в разделе «Материалы и методы».

ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно результатам проведенного исследования у пациентов с ПКТ менее 0,5 нг/мл, как правило, из очага высевались грамположительные микроорганизмы, преимущественно S . aureus . Частота встречаемости грамотрицательных бактерий была в 1,7 раза ниже. В то же время у пациентов со значениями ПКТ выше 10 нг/мл из очага (раны, свищи, кровь) в равной степени выделялись как грамотрицательные, так и грамположительные микроорганизмы. При этом у всех пациентов, у которых выделены штаммы K . pneumoniae из крови, уровень ПКТ был выше 10 нг/мл. Бактерии K . pneumoniae и MRSE , выделенные одновременно из крови и из ран, характеризовались высоким уровнем резистентности к большинству тестируемых антимикробных препаратов.

Во многих исследованиях описана корреляция между высоким уровнем сывороточного ПКТ и грамо-трицательной инфекцией кровотока [24]. Концентрации ПКТ были значительно выше у пациентов с положительными посевами крови [25]. На высокий уровень ПКТ в крови существенное влияние оказывает эндотоксин грамотрицательных бактерий, являющийся облигатным липополисахаридом бактериальной стенки.

Исследования показали, что инфекция кровотока, вызванная грамотрицательными бактериями, приводит к значительно более высокому уровню ПКТ, чем грамположительными бактериями. Это связано с тем, что грамотрицательные и грамположительные бактерии распознают Toll-подобный рецептор 4 и Toll-подобный рецептор 2 на поверхности клетки с помощью липополисахарида и липотейхоевой кислоты соответственно и впоследствии индуцируют высвобождение различных цитокинов и разные уровни ПКТ [26].

Имеются сообщения и об одинаковых значениях ПКТ при грамотрицательной и грамположительной бактериемии [27]. L. Oksuz et al. не смогли продемонстрировать статистически значимую разницу между грамотрицательной и грамположительной бактериями с точки зрения уровней ПКТ [28]. Установлена корреляция между значением ПКТ и микрофлорой при условии, что очаг инфекции и инфекция кровотока вызваны одним и тем же возбудителем [29].

Согласно литературным данным, у 40–90 % пациентов с предполагаемой системной инфекцией результаты посевов крови отрицательные [30]. В нашем исследовании в пяти случаях отсутствовал рост микроорганизмов, при этом уровень ПКТ был выше 0,5 нг/мл, но ниже 10 нг/мл. Уровень ПКТ выше 2 нг/мл отмечен у 35 человек, при этом лишь у 13 пациентов в крови обнаружен возбудитель. В то же время у двух человек с низким значением ПКТ (менее 0,5 нг/мл) из крови выделена микрофлора.

На сегодняшний день ПКТ является одним из наиболее изученных биомаркеров рационального использования антибиотиков [31]. Пороговые значения ПКТ < 0,5 мкг/л или снижение на 80–90 % от пикового уровня считаются признаком выздоровления, что служит основанием для завершения курса антибиотикотерапии. В нашем исследовании снижение ПКТ до пороговых значений происходило в течение 5–9 дней. В трех случаях снижения ПКТ не наблюдали. Мы предполагаем, что динамика концентрации ПКТ при проведении антибактериальной терапии может служить критерием эффективности применения антибиотика [31–32].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

У пациентов с ПКТ менее 0,5 нг/мл в микрофлоре ран и свищей чаще всего встречались грамполо-жительные микроорганизмы. Доля пациентов со значениями ПКТ ≥ 2 нг/мл и грамотрицательны-ми бактериями в очаге была выше в сравнении с пациентами с грамположительной микрофлорой. Тем не менее, обнаруженная высокая корреляционная взаимосвязь между микробиоценозом ран пациентов и значениями прокальцитонина подтверждает ведущую роль грамположительных бактерий в развитии остеомиелита.

При положительных посевах крови уровень сывороточного ПКТ, в большинстве случаев, был выше 2,0 нг/мл. Наличие грамотрицательных бактерий в крови, также как и в ране, сопровождалось значениями ПКТ выше 10 нг/мл. При выделении одного и того же возбудителя из ран и крови отмечена высокая резистентность бактерий к большинству тестируемых препаратов.

Полученные результаты показали, что анализ крови на ПКТ одновременно с микробиологическими исследованиями может быть дополнительным инструментом в диагностике хронического остеомиелита.