針對HIV感染者,便攜式乳酸分析儀準確測量腦脊液與血漿乳酸

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此研究評估了便攜式Accutrend®乳酸分析儀測量HIV感染者腦脊液和血漿乳酸的有效性。結果顯示,該分析儀在血漿樣本中具有高靈敏度和特異性,在腦脊液中則主要能準確識別正常範圍內的乳酸水平。然而,對於腦脊液的異常高值測量,建議進一步使用標準儀器確認,以避免假陽性結果。

Portable lactate analyzer for measuring lactate in cerebrospinal fluid (CSF) and plasma – method-comparison evaluations

便攜式乳酸分析儀測量腦脊液(CSF)和血漿中的乳酸——方法比較評估

Almeida SM, Marquie-Beck J, Bhatt A, et al. Portable lactate analyzer for measuring lactate in cerebrospinal fluid (CSF) and plasma – method-comparison evaluations. Arq Neuropsiquiatr. 2014;72(7):500-505. doi:10.1590/0004-282×20140076

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4259897/

Abstract

Increased plasma lactate levels can indicate the presence of metabolic disorders in HIV infected individuals.

Objective

To determine whether a portable analyzer is valid for measuring cerebrospinal fluid (CSF) and plasma lactate levels in HIV infected individuals.

Method

CSF and plasma were collected from 178 subjects. Samples tested by the Accutrend® portable analyzer were compared to those tested by a reference device (SYNCHRON LX® 20).

Results

The portable analyzer had in plasma sensitivity of 0.95 and specificity 0.87. For CSF the specificity was 0.95; the sensitivity 0.33; the negative predictive value was 95% and the positive predictive value 33%.

Conclusions

These findings support the validity of the portable analyzer in measuring lactate concentrations in CSF that fall within the normal range. The relatively poor positive predictive value indicates that a result above the reference range may represent a “false positive test”, and should be confirmed by the reference device before concluding abnormality.

Keywords: HIV, cerebrospinal fluid, clinical chemistry, lactate

摘要

血漿乳酸水平升高可能表明HIV感染者存在代謝異常。

目的

確定便攜式分析儀是否適用於測量HIV感染者的腦脊液(CSF)和血漿乳酸水平。

方法

收集178名受試者的腦脊液和血漿樣本。將Accutrend®便攜式分析儀測試的樣本與參考設備(SYNCHRON LX® 20)測試的樣本進行比較。

結果

便攜式分析儀在血漿中的敏感性為0.95,特異性為0.87。對於腦脊液,特異性為0.95,敏感性為0.33,陰性預測值為95%,陽性預測值為33%。

結論

這些結果支持便攜式分析儀在測量正常範圍內的腦脊液乳酸濃度的有效性。相對較低的陽性預測值表明,超出參考範圍的結果可能是“假陽性”,應在得出異常結論前由參考設備確認。

關鍵詞:HIV、腦脊液、臨床化學、乳酸

使用抗逆轉錄病毒療法(cART)組合已被證明在減緩艾滋病進程、降低機會性感染發生率和提高存活率方面非常有效。然而,抗逆轉錄病毒藥物(ARV)也被發現有若干毒性作用。核苷類逆轉錄酶抑制劑(NRTIs)這類ARV藥物可引起線粒體功能障礙,這與高乳酸血症和乳酸酸中毒、肝脂肪變性、脂肪萎縮、周圍神經病變、HIV相關的神經肌肉無力綜合症、胰腺炎、骨骼肌病和心肌病有關1。NRTIs 作為核苷類似物,通過嵌入HIV RNA鏈中並阻止額外核苷的附著來阻止HIV複製。NRTIs 也可以嵌入細胞和線粒體DNA,並抑制其複製。線粒體DNA聚合酶-γ的抑制導致線粒體功能障礙,使細胞通過無氧呼吸產生能量,並導致乳酸水平升高2,3,4,5。

服用NRTIs的HIV感染者中,有8%至21%會出現輕度到中度的高乳酸血症(血漿乳酸升高)6。在肝功能不全的患者中,由於藥物相關毒性或慢性肝炎導致的血漿乳酸清除率降低,可能會出現更嚴重的併發症,這需要停止使用NRTIs。幾項研究建議,常規監測血漿乳酸水平可能有助於識別高乳酸血症,從而識別NRTIs相關毒性7。腦脊液(CSF)乳酸水平升高與線粒體損傷症狀加重相關8,但尚未確定常規監測CSF乳酸水平是否能在監測血漿乳酸之外提供額外的益處。由於CSF乳酸和血漿乳酸是獨立產生的,僅監測血漿乳酸可能不足以確定線粒體損傷是否特定於中樞神經系統。

許多HIV醫療提供者可能因地理位置或成本原因無法輕易接觸到商業實驗室。此外,由於樣本收集後的持續代謝活動,乳酸測量對於樣本收集和測試之間的延遲非常敏感。即時檢測可以通過提供快速、低成本且準確的結果來解決這些問題,並且可以使用商業上可獲得的便攜式乳酸分析儀進行。在非HIV感染者中,這些測量在血液中的可靠性、有效性和臨床實用性已得到充分驗證9,10,11,12,並且最近在HIV感染者中進行了評估,結果稍有混合13,14。然而,用於測量CSF乳酸水平的便攜式分析儀尚未被評估。本研究的目的是驗證Accutrend® 乳酸分析儀在測量HIV陽性和陰性個體的血漿和CSF乳酸水平的有效性。

方法

乳酸測量使用來自147名HIV陽性和31名HIV陰性個體的168份血漿樣本和47份腦脊液(CSF)樣本。這些個體是前瞻性參加加州大學聖地牙哥分校(UCSD)HIV神經行為研究中心(HNRC)觀察性研究的受試者。研究經當地機構審查委員會批准,所有研究參與者均簽署知情同意書。

血漿和CSF樣本分別通過靜脈穿刺和腰椎穿刺收集。對於血漿靜脈穿刺,受試者在抽血前坐10到20分鐘,並在1分鐘內使用止血帶。樣本收集於含有氟化鈉(Na2 F)和EDTA鈉(Na2 EDTA)的BD Vacutainer®(參考號368521)中。CSF樣本則收集於不含抗凝劑的消毒玻璃管中。樣本收集後立即置於冰上儲存。樣本分開後,分別使用Accutrend®便攜式乳酸分析儀和SYNCHRON LX® 20在UCSD醫療中心進行測試。便攜式分析儀的測量在現場立即完成,通常在樣本抽取後10分鐘內完成。參考設備的測量在樣本收集後1小時內,在附近但非現場的實驗室中完成,運輸過程中置於冰上。

便攜式分析儀:Accutrend® Lactate

Accutrend® Lactate 分析儀(前稱 Accusport 便攜式乳酸分析儀;羅氏,Boehringer Mannheim,印第安納波利斯,印第安納州)使用酵素測定和反射光度法(波長660 nm)。該系統讀取全血血漿部分的乳酸水平。樣本處理後,將20–25 µl 的液體置於乳酸測試條上。玻璃纖維層在液體繼續到最終層進行反應前去除紅血球,然後檢測膜中的反應引起顏色變化。乳酸通過顏色測定的乳酸氧化酶中介反應由反射光度法測量。結果在60秒內提供。分析儀的測量範圍為0.7至27 mmol/L。

參考設備:SYNCHRON LX® 20

SYNCHRON LX® 20(Beckman Coulter,富勒頓,加州)測量血漿和CSF中的乳酸。該測試通過乳酸氧化酶將乳酸轉化為丙酮酸和過氧化氫。過氧化氫在過氧化物酶的存在下與二氯苯磺酸和4-氨基安替比林反應形成顯色物。顏色變化由520 nm波長測量。該測試需要1 ml的液體。測試的靈敏度範圍為0.01至11.0 mmol/L。測試在12至13分鐘內完成。

統計分析

便攜式分析儀和參考設備結果之間的相關性使用Spearman’s Rho分析,因為血漿和CSF中的乳酸值不呈正態分佈。便攜式分析儀和參考設備之間的差異通過配對樣本t檢驗進行評估,因為差異呈正態分佈。根據Altman和Bland15的建議,通過繪製兩種測量之間的差異與平均值來評估偏倚。臨床一致性定義為兩種測量均在CSF和血漿的乳酸參考範圍內或範圍外。雖然專家對乳酸濃度的診斷閾值沒有達成共識,但普遍接受的CSF參考範圍為<2.8 mmol/L,血漿為<2.2 mmol/L16。用於分析的統計程序是JMP 7.0版(SAS Institute Inc.)。

結果

受試者特徵如表所示。血漿樣本中有85%(142/168)和腦脊液樣本中有81%(38/47)來自HIV陽性受試者。參考設備測得的乳酸水平範圍為血漿0.55–6.03 mmol/L,腦脊液1.07–6.53 mmol/L。血漿中位數值為3.32 mmol/L(四分位距[IQR]=2.89–3.89)。腦脊液中位數值為1.78 mmol/L(IQR=1.59–2.19)。

表格 受試者特徵(n=178)

便攜式分析儀測得的乳酸水平與臨床實驗室的測量結果相關(血漿:Spearman Rho=0.81,p<0.0001;腦脊液:Spearman Rho=0.46,p=0.0011)(圖1)。對於每對測量樣本,將便攜式乳酸分析儀的結果減去參考設備的結果,以確定兩者之間是否存在差異。對於兩種液體,便攜式分析儀給出的值略有不同,但差異顯著(血漿:平均差異=0.56 mmol/L,標準差=0.46 mmol/L,p<0.0001;腦脊液:平均差異=−0.25 mmol/L,標準差=0.60 mmol/L,p=0.0051)。

圖1 便攜式分析儀和參考設備測量的血漿(A)和腦脊液(CSF)(B)乳酸水平相關性。虛線的水平線和垂直線表示血漿和CSF乳酸水平的正常範圍臨界值。

為了確定差異是否與血漿和腦脊液中的乳酸含量有關,將測量差異對比兩次測量的平均值繪圖(圖2)。對於血漿,當配對測量的平均值增加時,參考值超過便攜式分析儀結果的趨勢增加(Spearman Rho=0.40,p<0.0001)。腦脊液測量之間的差異與腦脊液乳酸平均值的增加無關(Spearman Rho=0.02,p<0.884)。

圖2 Altman-Bland 圖比較便攜式分析儀和參考設備測量的血漿(A)和腦脊液(CSF)(B)乳酸水平。

根據乳酸水平是否在參考範圍內,對兩種設備的測量結果進行分類。總體而言,便攜式分析儀與參考設備測量結果的一致性在腦脊液中達到91%,在血漿中達到94%。便攜式分析儀正確識別異常乳酸水平的敏感性和特異性分別為腦脊液的0.33和0.95,血漿的0.95和0.87。對於不一致的測量對,測量值的中位數差異為腦脊液的−0.13 mmol/L和血漿的0.80 mmol/L。對於腦脊液,陰性預測值很高(95%),陽性預測值較低(33%)。對於血漿,陰性和陽性預測值相對較高(分別為98.6%和61.9%)。

討論

這項研究的結果大致支持使用 Accutrend® 乳酸便攜式分析儀來進行床邊 CSF 和血漿乳酸測量。透過四種方法評估便攜式分析儀的準確性:(1)評估設備之間的相關性;(2)判定兩次測量之間是否存在差異;(3)評估差異是否隨測量值的大小而變化;(4)根據值是否落在參考範圍內來評估臨床一致性。儘管便攜式分析儀與參考設備的血漿測量結果之間存在一些差異,但這些差異很小(平均 0.5 mmol/L),並未降低臨床有效性(便攜式分析儀具有出色的敏感性和特異性)。

對於 CSF 測量,便攜式分析儀與參考設備之間的差異也很小,且便攜式分析儀在正確識別正常範圍內的值方面表現出色,但其敏感性不高。這可能是因為在這個研究對象群體中,只有 47 個 CSF 值中的 3 個異常。儘管 CSF 測量對是否落在參考範圍內的結果完全一致性不高,但不一致測量的平均差異很小(−0.13 mmol/L)。為了最大限度地利用便攜式分析儀進行 CSF 測量,使用者應考慮接近參考範圍極限的結果的臨床意義,以及超出參考範圍的結果。

CSF 的異常值數量較少,限制了當前結果在評估敏感性和陽性預測值方面的信心,但結果顯示便攜式分析儀仍然能準確測定正常範圍內的乳酸濃度,具有臨床價值。

其他多項研究顯示,Accutrend® 便攜式分析儀在運動、重症監護、產科等領域提供準確的血漿和血液乳酸測量結果9,10,11,12,17,18。在這些研究中,便攜式分析儀的結果與參考設備(如本研究中的參考設備)及其他便攜式分析儀19,20(如 Lactate Pro)結果相當。Moore 等人的研究13評估了便攜式分析儀在 HIV 感染群體中測量血液乳酸的使用。便攜式分析儀的結果與參考設備高度相關,但略高於參考設備。儘管乳酸水平有小幅差異,便攜式分析儀的測量結果具有強烈的臨床有效性;在敗血症患者中高度預測死亡率。另一項 HIV 感染者的研究發現,便攜式乳酸分析儀在識別高乳酸血症方面具有出色的敏感性,但特異性較低14。儘管先前研究的結果略有差異(例如在敏感性、特異性方面),但綜合來看,研究總體上支持便攜式分析儀在血液乳酸測量中的有效性。與先前研究一致,我們的研究確認了便攜式分析儀測量血液乳酸的有效性,並通過檢查其在 CSF 中的使用擴展了先前的研究結果。

NRTIs 可能引起代謝功能障礙,但仍被廣泛使用,尤其是在資源貧乏的地區。及早檢測代謝並發症可以提供防止症狀發展和長期併發症的機會。早期檢測是通過常規乳酸測量實現的,而便攜式乳酸分析儀的可用性和證實的準確性促進了這一點。

儘管常規監測乳酸水平很重要,但傳統測量方法的限制使其在許多場合中變得不切實際。便攜式分析儀具有許多優點,使其成為缺乏資金或臨床實驗室的研究和臨床場合的更好選擇。它使用簡單,非技術人員也可經過簡單訓練後操作。Accutrend® 便攜式分析儀價格低廉,分析儀約 235 美元,每片測試紙低至 1.14 美元,而商業實驗室每樣本收費為 91 美元。它縮短了周轉時間,加快了臨床決策。由於它是便攜式的,樣本可以在收集後立即進行測試,從而減少乳酸持續產生相關的誤差。

本研究的目的是通過將便攜式乳酸分析儀與更可靠且準確的標準進行比較,評估其作為篩查工具的效用。血漿測量的強烈臨床一致性和相關性證實了其他研究對於該便攜式分析儀有效性的結論。應用於 CSF 的便攜式分析儀具有相對良好的陰性預測值(95%),表明參考範圍內的結果也可能在參考設備中測試為正常。相對較低的陽性預測值(33%)表明參考範圍以上的結果可能代表“假陽性測試”,應由參考設備確認異常性。綜合來看,這些結果支持便攜式分析儀在測量 CSF 中正常範圍內乳酸濃度的有效性。儘管這些數據未顯示便攜式分析儀能可靠測量 CSF 中異常高的乳酸水平,但準確識別正常值可排除異常值,這在資源有限且其他方法不易獲得時可能有價值。應進行更多包括更廣泛的 CSF 乳酸水平的研究,以進一步驗證該儀器。

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