血培养质量改善在抗感染治疗与科学用药中的价值

作者:储新民 鲁怀伟 戴媛媛 常文娇 聂正超 黄丹艳 夏超群 马筱玲
作者单位:中国科学技术大学附属第一医院检验科(储新民 鲁怀伟 戴媛媛 常文娇 聂正超 黄丹艳 马筱玲); 生物梅里埃研修中心(夏超群) 2022-11-06


马筱玲,一级主任医师、二级教授、博士研究生导师、国务院特殊津贴专家。现任中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)检验科主任,中国科技大学附属第一医院感染病院区副院长,中国医院协会临床微生物检验管理专业委员会副主任委员,中国医促会微生物与感染分会副主任委员,中国医师协会检验分会常务理事,安徽省感染病检验诊断中心主任,安徽省医院协会临床微生物管理专业委员会主任委员。先后主持国家自然基金3项,科技部重点项目1项,省级课题10项,作为第一完成人获省科技进步一等奖1项,二等奖2项,三等奖2项,发表论文150余篇,其中SCI论文50余篇,主编著作3部,副主编著作3部,参编著作5部。已培养研究生60余人。


储新民,副主任检验师、副教授、硕士生导师。现任中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)临床微生物亚专科主任。主要从事临床微生物的耐药机制及致病机理研究;临床方面致力于细菌感染诊断与抗感染的个体化治疗。学术兼职:中国医师协会检验医师分会青年委员,安徽省医师协会检验医师分会青年委员,安徽省医学会微生物与免疫学分会青年委员,安徽省儿童医学会临床检验学分会委员,安徽省病原微生物实验室生物安全专家委员会委员。先后主持或主要参与国家高技术发展计划(863 计划2007AA09Z421)、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金及安徽省教育厅自然科学基金等项目研究工作骨干人员,在微生物学领域积累了丰富的研究经验,多年来在SCI、核心期刊上发表论著多篇。



【摘要】脓毒症患者的最佳治疗取决于血培养中获得的致病菌信息的准确性以及抗菌药敏试验的结果。但是有许多因素会影响微生物的培养,比如血液培养技术与检测仪器的进步可提高血培养的阳性率,更能提升血培养的速度进而缩短获得阳性结果的等待时间,从而使临床抗菌药物的应用快速从经验性治疗调整到目标治疗。本文通过介绍本院临床检验科在引入新的血培养技术和检测仪器后进行的血培养流程优化给临床带来的实际获益效果,探讨新技术和新流程如何提高血培养质量,助力血流感染的更精准和快速的治疗,从而提高抗菌药物科学管理在血流感染治疗中的价值。


【关键词】血培养;血流感染;脓毒血症;全自动血液培养系统


血流感染是临床常见感染之一,其发展迅速,在出现发热症状后短短几个小时即可从单纯的菌血症进展为脓毒血症,甚至发展成为感染性休克[1]。有研究表明每晚一小时给予正确的抗菌药物治疗,脓毒症患者的存活率即会下降7.6%,脓毒症患者的死亡风险上升9%,因此及时进行病原学送检,根据细菌药敏试验结果指导临床选择抗菌药物是实现有效治疗的前提[2]。


血流感染的治疗需要及时的应用覆盖致病菌的抗菌药物,但据美国疾控中心CDC的统计报告称超过50%的抗菌药物的临床使用是不必要或不正确的;而且大约有25-30%的患者接受了不正确的起始抗菌药物的经验性治疗,造成血液培养的病原菌检出率的不理想是受血培养技术设备、标本收集的时间与标本的质量的影响。因此临床上致病微生物的及时检出对于准确使用抗菌药物至关重要[3]。目前我国在微生物鉴定方法上的改进已经取得了很大进展,但血培养仍然是检测血液感染的金标准和一线工具[4]。


因此如何快速分析判断血培养结果,如何利用血培养结果指导临床诊疗仍是困扰临床工作的常见问题。传统的血培养从标本收集到报阳时间大致需要6天左右,在争分夺秒的重症患者救治中,这个报告时间已严重影响了抗菌药物及时正确的使用,同时也增加了耐药菌的出现几率以及血流感染的不良转归[5-7]。


故我院微生物室通过联合我院各科室、信息中心等部门采取了如下改进措施,实现了血培养流程优化:首先引进整套自动化仪器平台,其次通过MYLA软件整合仪器,与LIS互通,缩短了检测时间,实现了对样本的信息化、自动化管理和人力物力的节省。由血培养流程优化产生的精准且快速的病原学报告对血流感染患者的抗菌药物的调整和正确应用起到了重要作用。


一、以诊断为导向的血培养流程优化


2020年以前,我院在血培养流程上存在非常多亟待解决问题,包括采血量监测率不达标,双瓶双套送检率仅在25%左右,采血过程中污染率高,75%标本在采血3小时后才送达微生物检验室,夜间送检的血培养无人接收,不能及时处理阴性血培养瓶,TAT时间较长,报告内容过于简单,不能提供采血量及报阳时间等重要的信息,危急值报告仍需电话通知,手工登记,不易统计督查等不足。因此为了响应我院临床工作发展的需要,我科于2020年3月引入全自动的血培养仪VIRTUO以及新LIS系统,以此作为我科对血培养流程优化的第一阶段。

经过近一年新的软、硬件技术在临床上的应用与调试,我院于2020年12月正式启动了以新技术为基础的血培养流程优化程序,包括:(1)血培养瓶全自动上瓶;(2)7/24小时急诊卫星血培养站的建立;(3)血量多维度实时逐瓶监测并反馈给临床;(4)实现阴性瓶的自动卸载、自动审核、自动发送临床;(5)阳性血培养危急值和二级报告通过LIS系统实时发送到临床;(6)报告单体现血培养瓶采血量与报阳时间;(7)下午增加一次阳性血瓶鉴定和药敏上机及发报告时间。直至2021年7月我科引入FAN Plus血培养瓶后,我院血培养流程进入了3G阶段(图1)。


图1. 血培养全流程优化历程


二、血培养流程优化带来的质量提升

1. 降低上机延迟:之前我院临床诊疗工作强度较高,临床医护辅助科室人员存在数量不足与调配失调问题,再加上临床工作时间的变化性等原因,送检标本(包括血培养标本)经常性地处理延迟,尤其是在夜班期间。为了解决血标本送检后处理延迟的问题,我院根据血培养优化方案强制将“采集时间”扫入LIS系统,并且引进了VIRTUO全自动仪,使得送检血瓶可以及时上机,并可优先处理急诊阳性血培养瓶。这几项简单的优化,不仅使系统中血瓶的采集时间标记率从原先的40%提高到100%,而且使75%的送检血瓶从采血送检到上机的时间降低到3小时之内(表1)。


表1. 血培养优化流程对上机延迟的影响

时间

培养系统

血培养瓶

采集—核收

采集时间

LIS记录

2020年7-9月

VIRTUO

SAN

无采集时间

2021年7-9月

细菌室VIRTUO

PLUS

50% 1.80h;

75% 2.97h

采集时间100%LIS

急诊大楼3D

PLUS

50% 1.56h;

75% 3.18h



2. 多维度血量监测,提高标本质量:采血量是影响阳性血培养的重要因素,保证足够的血量可以采用双侧静脉穿刺采血每侧2瓶(需氧瓶+厌氧瓶)[8]。我院通过引入划时代血培养仪VIRTUO,不仅实现了对每一瓶采血量的实时监测,而且可以详细的分析整体血量采集合适、不足及过量的占比;并通过MYLA系统提供统计报告和血培养报告,按科室定期反馈血量监测数据,并给出血量监测趋势统计图,显示月监测血量采集趋势,为血量持续优化提供方向和依据,实现多角度监控血培养瓶血量采集规范情况,不断提升标本质量(图2)。MYLA针对血培养提供5种统计报告:采血量、阳性率、污染率、检测时间、血培养应用;针对阳性血培养的检出菌种和药敏测试统计有6种统计报告:菌种分布、抗菌谱、分类判读累积、累计MIC和2种MDRO。定期自动生成的统计报告可以协助医院科学管理抗菌药物的应用。


此外我们还特别将“成人血培养瓶最佳采血量10 mL”等加入申请单中,向临床诊疗提供了更为详细的信息。通过此优化,我院目前的血量监测比例不仅高达95%,对于目前设定采血量(5-10mL)的要求,整体采血量合格率也显著提高。


3. 高质量危急值报告,二级与三级报告实时发送并提醒临床:血培养报告单对指导临床有着不可或缺的作用。我科根据我院血培养流程特点重新制定了报告的内容。从原来的一级报告进化到现在的三级报告制度。目前的血培养优化流程中,当培养报阳后即进行革兰染色,染色结果作为一级报告在血瓶接收后约1天内就能通过LIS发到临床一线。而且通过阳性血培养的优先转种处理并增加当天二次质谱致病菌株快速鉴定结果作为二级报告发出;三级报告是包括药敏结果的最终报告。这样使得三级报告缩短近25.5小时。实现了提供及时有效的实验室证据,进而有助于临床尽早获得阳性菌株信息,助力临床尽早做用药方案的调整,缩短患者住院时长,增加患者住院周转率。


4. 阳性TAT缩短近1天:通过对实行优化流程前后的血培养标本送至微生物实验室后的每一个环节进行了大数据比较,我们发现,新流程实施前后的VIRTUO上机从12分钟下降为9.3分钟,培养时间从使用标准血瓶的21.8小时减少到FAN Plus血瓶的20.6小时,待卸载时间从2.54小时减少为0.98小时,总TAT时间从90小时减少到70.5小时。此外,培养报阳2.8小时就可以提供一级报告,10.3个小时就可以出具质谱快速鉴定结果的二级报告,从而让临床一线科室在血培养送检后1到1.5天即可收到菌株相关信息,进而可以及时调整临床用药方案(图3)。


图2. MYLA系统对标本质量影响


图3. 血培养优化流程对TAT的影响


5. 病原谱更广,敏感率提高:我院重症医学科的血培养的流程优化后,不仅使双套双瓶送检率从5.89%提高到40.23%,而且也使血培养阳性检出率从10.44%提高到19.15%。此外,对我院ICU送检的血培养中获得的致病菌株分布进行了分析,我们发现新技术与新流程不仅能分离出更多致病菌株,尤其是敏感菌株,降低耐药率,更符合临床真实情况的耐药数据。同时分离到更多血流感染少见菌株,细菌如缓症链球菌、嗜麦芽窄食单胞菌,酵母样真菌如热带假丝酵母菌、近平滑念珠菌等。


三、血培养质量提升带来的临床效益


我院急诊科一项针对血流感染的诊疗对照研究,对新流程使用前后的血培养送检进行对比分析,发现新流程实施后,临床抗菌治疗过程中调整用药的比例增加(从实施前的17%增加到27%);而且首次用药调整时间缩短至血培养送检后0.96小时;此外新流程使得新增抗菌药物使用比例明显降低,而停止用药比例明显增加。虽然这个研究样本量比较少,但从统计趋势上看,血培养的新技术与新流程正在改变血流感染的临床诊疗效果与临床实践模式(表2)。


我院临床科室血流感染诊疗效果的反馈进一步确证了目前我们实施的经优化的血培养流程,极大程度上助力临床一线的诊疗工作。初步实现了血流感染诊疗的精细化管理和质量提升。


表2. 血培养新流程的临床效益


报告后

天数

组别

患者

三级报

告次数

调整用

药人数

调整用

药比例

首次平均调

整时间 (h)

新增用

药比例

停止用

药比例

1天

对照组

12

16

2

17%

3.31

17%

8%

试验组

11

29

3

27%

0.96

9%

27%



四、讨论与分析


血流感染是临床常见感染之一,血培养是诊断血流感染的金标准,但目前在临床工作中,如何正确选择血培养的时机,如何判断血培养结果,如何利用血培养指导临床诊疗仍是常见难题。本文对我院以诊断为导向的血培养流程优化过程进行了介绍和总结。我们认为血培养诊断新技术平台与相关工作流程的优化不仅能缩短报阳时间,而且还可以更科学的指导抗菌药物的临床使用[9]。


血培养的基础是血培养瓶。随着全自动血培养系统在临床的广泛使用,实验室血培养瓶也从标准(SAN)及活性碳吸附的血培养瓶(FAN)替换为优化抗菌药物吸附性能的专利APB树脂吸附血培养瓶(FAN plus)[10]。相比活性碳的单一抗菌药物吸附原理,添加APB树脂和专利共价键添加物的血培养瓶最大限度地满足了抗菌药物中和需求[11, 12]。我国首个评价BacT/alert(FA Plus和FN Plus)研究中证明BacT/alert FAN Plus血培养瓶的阳性检出率显著高于对照普通血培养瓶,BacT/alert FAN Plus血培养瓶的阳性检出率高于其他含抗菌药物血培养瓶,而且BacT/alert系统对头孢西丁、哌拉西林/他唑巴坦、万古霉素和利奈唑胺的回收率达到100%,显著优于对照组。因此血培养瓶的迭代更新不仅提高病原菌,包括但不限于革兰阳性球菌、革兰阴性杆菌、金黄色葡萄球菌、真菌的检出率,而且加快了检出时间,最重要的是降低了抗菌药物使用对血培养的影响[13]。另一项比较BacT/alert VIRTUO与BacT/alert 3D的研究证明,BacT/alert VIRTUO的检测报阳时间比BacT/alert缩短了约20%[12]。


同时血培养优化流程中引进的质谱技术,加快了对阳性血培养病原菌的鉴定[14]。质谱技术在细菌鉴定检测中有很多优势,其一,能够将相同或相近的菌株准确区分开,从而快速鉴定出多种细菌的不同类型、属性及种类等,其鉴定准确率达到90%-95%左右[15];其二,可以发现新型病原菌。此外,质谱技术在真菌鉴定上比传统技术更加准确。临床实践证明质谱药敏检测具有极高的准确率,且可以大幅度降低技术人员的劳动成本[16]。总的来看,与传统微生物鉴定技术相比,质谱技术具有良好的应用优势,能够进一步提升微生物鉴定工作的效率与准确性。


再则,传统的血培养流程非常繁琐耗时,需要11步完成。而新的全自动血液培养系统BacT/ALEAT® VIRTUOTM 上瓶步骤11步简化为1步,缩短58%手工操作时间。其中通过VIRTUO的“Load and Go”上机模式可以使75%血培养瓶在检验科签收后7分钟内就可以上机培养,较前提升了71%[17]。此外也有文献报道,有VIRTUO® 血培养系统的医院,在非白班时间(18:30-7:30)血培养上机时间由11小时缩短到1个小时左右,从根本上解决了夜间血培养上机难题[18]。


传统血培养中另外一个显著的问题是采血量过度或不足,这一问题是影响血培养结果的重要因素,虽然采用双侧静脉穿刺每侧2瓶(需氧瓶+厌氧瓶)可以解决采血量的问题[8],但有些特殊原因,比如儿童患者,ICU患者,肥胖患者等,临床一线并不能按标准进行采集到足够的血培养用血。我们的数据发现通过持续的临床科室再教育培训,各个科室的双套血瓶占比都有明显增加,特别是重症医学科增加幅度近8倍。双套送检提高的同时,使用依靠细菌室全新的血培养系统VIRTUO和全新树脂吸附血培养瓶,使血量监测比例达到95%以上,而且使采血量合格率显著提高[19]。


在血培养阳性检出率提高的同时,也进一步缩短了TAT。VIRTUO® 通过采用全封闭培养方式和革新的运算法则,是迄今全球能够最快报阳的血培养系统,Bact/alert VIRTUO® 相较于经典的Bact/alert 3D的系统阳性报警时间(Time to Detection,TTD)缩短了近4个小时[20]。同时,新的中抗血瓶FA Plus/FN Plus优化了培养基配方,较碳粉瓶FA/FN平均快2.5小时[21]。此外,通过MYLA系统实现微生物实验室整套自动化设备无缝对接,保留了原始数据的完整性和溯源性,可以提供包括采血量、阳性检出率、血培养污染、检测时间和血培养应用等报告,通过这些统计报告临床医师及检验科人员都可以了解到统计时间段内阳性与阴性血培养百分比及趋势变化,特定病区和/或采集者的血培养污染比率及趋势变化,不同细菌的报阳时间分布,血瓶用量是否合理等,这样可以持续提高血培养的临床实践[22]。MYLA还可以根据用户需求定期向临床发送血培养统计报告,在节省人力的同时,为血培养质量管理的方向和量化指标提供持续优化依据。


此外,国外的诊疗效果与诊疗费用研究显示,快速血培养报告使临床医生能够更快地优化抗菌药物治疗,血培养结果的周转时间的降低明显的促进临床结果的改善,减少住院时间,所以降低诊疗过程中的各种费用,其中包括微生物实验室检测费用、抗生素费用、住院费用和护理费用(图4)。因此,血培养病原体鉴别的过程中各种新技术与新流程与抗菌药物管理相结合,显著降低诊疗成本,这种创新策略对血流感染诊疗领域可以产生积极的影响[14, 23]。


图4. 血培养技术与流程优化前后的诊疗费用的变化(国外研究)


五、结论


血培养是诊断血流感染的金标准,在脓毒症诊断中具有最高推荐强度和证据水平,是规范抗菌药物合理使用的基础。新技术提升了血流感染诊断效率,而新一代血培养解决方案通过采取新技术及优化流程,它与传统流程相比能明显缩短报阳时间并同时提升阳性检出率,血培养报阳后进行快速质谱检测,为临床快速诊断和优化治疗提供病原学依据,能够提升我们的抗菌药物的早期合理使用,减少经验性抗菌药物治疗或抢先治疗的失败率,尤其死亡率高的耐药菌,对重症患者更具有实际临床意义。因此,血培养是我们精准抗感染治疗的一个非常重要的工具,临床工作中需更加重视血培养的作用,利用好这个诊断工具,以利于更好为临床服务。

参考文献


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