Retrospective analysis of positive blood cultures in patients in the emergency department

Abstract

2015年に当院救急外来において血液培養が実施された患者557例を対象に，検出菌状況，患者背景および臨床検査所見について調査し，血液培養陽性結果について後方視的検討を行った。血液培養陽性は75例（13.5%）で，陽性例の感染巣別内訳は腎尿路系34.7%，胆道系16.0%，呼吸器系10.7%の順に高く，検出菌株は78株で腸内細菌の分離頻度が高かった。血液培養陽性結果には全身性炎症反応症候群（systemic inflammatory response syndrome; SIRS），拡張期血圧（diastolic blood pressure; DBP），総ビリルビン（total billirubin; T-Bil），クレアチニン（creatinine; Cr）が有意に関与しており，これらを総合した予測値に対するreceiver operating characteristic（ROC）曲線下面積は0.79（95%信頼区間：0.74–0.84）であった。血液培養陽性群は予後が不良であり，予後に影響を与える因子としてアルブミン（albumin; Alb）およびラクテート（lactate; Lac）が示唆された。本検討により当院救急外来における血液培養陽性例の特徴が明らかとなり，早期診断および適切な治療の一助となる結果が得られた。

I　 目的・背景

血液培養は敗血症診療において起因菌の検索や抗菌薬の選択を行う上で非常に重要な検査である。敗血症の定義に関しては1991年に全身性炎症反応症候群（systemic inflammatory response syndrome; SIRS）の概念が提唱され¹⁾，2016年にはSequential（Sepsis-related）Organ Failure Assessment（SOFA）およびquick SOFA（qSOFA）が新たに考案されているが²⁾，新旧の診断基準の優劣については未だ不明な点も多く，スクリーニングツールとして使用する際には十分な評価や検討が必要とされている³⁾。本邦においても敗血症マーカーや陽性を予測する因子の検討^4),5)などについて様々な報告がなされているが，救急外来における血液培養の検討は未だ少ない。今回，救急外来における血液培養陽性症例の特徴や陽性予測因子を明らかにすることを目的に，その検出菌状況と背景因子について後方視的検討を行った。

II　 対象・方法

2015年1月から12月までに当院救急外来において，血液培養を実施した患者557症例を対象とした。カルチャーボトルはBD BACTEC（日本BD社）を用い，BACTEC^TM FX（日本BD社）で原則7日間培養した。血液培養陽性群・陰性群に分類し，患者背景・臨床検査所見と血液培養結果との関連について解析を実施した。汚染菌の定義⁶⁾はCoagulase-negative staphylococci（CNS），Propionibacterium acnes，Micrococcus属，緑色レンサ球菌，Corynebacterium属，Bacillus属陽性例において，同日2セット以上血液培養が提出された症例における1セットのみ陽性症例からの検出とし，陽性例から除外した。さらに血液培養陽性例においては検出菌株，感染巣，基礎疾患について後方視的に調査を実施し，感染巣は電子カルテの記載および血液以外の検体からの検出菌状況により分類した。

統計処理において2群間の比較にはMann-Whitney U test，χ²検定を用い，各々の因子と血液培養結果との比較および予後予測因子の検討はロジスティック回帰分析を用いて行った。正規分布を示さなかったアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（aspartic aminotransferase; AST），総ビリルビン（total billirubin; T-Bil），尿素窒素（blood urea nitrogen; BUN），クレアチニン（creatinine; Cr），C反応性タンパク（C-reactive protein; CRP），白血球数（white blood cell; WBC），白血球5分画，ラクテート（lactate; Lac）の12項目は対数変換後に解析を行い，有意水準はp < 0.05とした。またReceiver Operating Characteristic（ROC）曲線を作成し，area under the curve（AUC）により予測値の精度を評価した。統計解析には，StatFlex ver 6.0（アーテック，大阪）を使用した。

III　 結果

1． 患者背景

血液培養が実施された557症例は男性327症例（58.7%），女性230例（41.3%）で，年齢は平均71.4歳（14～100歳）であった。

2． 血液培養結果と感染巣別内訳

557症例のうち，陽性が75例（13.5%），陰性が472例（84.7%），コンタミネーションが10例（1.8%）で，汚染菌を除く陽性率は11.9%で汚染率は0.52%であった。血液培養の総セット数は1,090セットで，1セットのみ24例，2セット以上533例で，複数セット率は97.8%であった。陽性例の感染巣別内訳は，腎尿路系が26例（34.7%）と最も多く，胆道系が12例（16.0%），呼吸器系が8例（10.7%），軟部組織系が7例（9.3%），消化器系が2例（2.7%）で，不明は20例（26.7%）であった。陽性例の検査時の主な基礎疾患は尿路感染症が32例（42.7%），糖尿病が18例（24.0%），悪性腫瘍が15例（20.0%），呼吸器疾患が14例（18.7%），肝障害が9例（12.0%）であった。

3． 血液培養陽性菌種内訳

検出菌株は78株で，その内訳はEscherichia coli 28株（35.9%），Klebsiella pneumoniae 7株（9.0%），Staphylococcus aureus 6株（7.7%）の順であった（Table 1）。このうち腸内細菌は併せて43株（55.1%）と全体の半数以上を占め，Streptococcus dysgalactiae（GGS）やStreptococcus agalactiae（GBS）などのβ溶血レンサ球菌は併せて11株（14.1%）とやや高い割合であった。耐性菌は基質特異性拡張型βラクタマーゼ（extended spectrum beta lactamase; ESBL）産生菌が5株（6.4%），メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（merhicillin-resistant Staphylococcus aureus; MRSA）が1株（1.3%）検出された（Table 2）。

Table 1  Isolates from blood culture positive patients

Isolates	n (%)
Escherichia coli	28 (35.9)
Klebsiella pneumoniae	7 (9.0)
Staphylococcus aureus	6 (7.7)
Streptococcus dysgalactiae (GGS)	5 (6.4)
Streptococcus agalactiae (GBS)	4 (5.1)
Enterobacter cloacae	2 (2.6)
Proteus mirabilis	2 (2.6)
Streptococcus pyogenes (GAS)	2 (2.6)
Streptococcus oralis	2 (2.6)
Clostridium perfringens	2 (2.6)
Haemophilus influenzae (β-lac(−))	2 (2.6)
Other	16 (20.5)
Total	78

Table 2  Resistant bacteria isolated

Isolates	n (%)
Escherichia coli (ESBL)	4 (5.1)
Klebsiella pneumoniae (ESBL)	1 (1.3)
Staphylococcus aureus (MRSA)	1 (1.3)
Total	6 (7.7)

4． 血液培養陽性に関与する因子の検討

血液培養陽性群75例と陰性群472例における患者背景，臨床検査所見の比較をTable 3に示した。2群間で年齢や性別に大きな差は認められなかったが，SIRS症例は陽性群で多く，来院1週間前までに抗菌薬投与歴のある患者は陰性群で多く認められた。身体所見および臨床検査所見については，多数の項目で有意差が認められた。さらに，血液培養陽性・陰性の判別に関与する因子について明確にするため，ロジスティック回帰分析を行ったところ，SIRS，拡張期血圧（diastolic blood pressure; DBP），T-Bil，Crが有意な因子であった（Table 4）。AUCはDBP，T-Bil，Cr単独でそれぞれ0.63（0.56–0.70），0.67（0.60–0.73），0.69（0.63–0.76）で，有意な因子を総合した予測値では0.79（0.74–0.84）であった（Figure 1）。

Table 3  Comparison of patient characteristics and basic blood examination dates between blood culture-negative and -positive cases

	Blood culture		p-value
	positive (n = 75)	negative (n = 472)
Age (year)	74.7 ± 15.5	70.8 ± 19.6	0.29
Male (%)	57.3	58.3	0.88
SIRS (%)	85.3	64.6	0.0004*
qSOFA (%)	32.0	25.0	0.2
Antimicrobal therapy (%)	13.3	21.4	0.11
Body temperature(°C)	38.3 ± 1.1	37.7 ± 1.0	0.0002*
Haet rate (/min)	107.7 ± 22.8	99.9 ± 22.0	0.007*
Respiratory rate (/min)	23.6 ± 6.6	23.4 ± 6.8	0.88
SBP (mmHg)	126.5 ± 28.8	136.2 ± 28.6	0.008*
DBP (mmHg)	68.6 ± 17.9	77.2 ± 19.4	0.0003*
Alb (g/dL)	3.2 ± 0.6	3.5 ± 0.6	0.0005*
AST (IU/L)	110.0 ± 261.3	43.2 ± 69.9	0.0001*
T-Bil (mg/dL)	1.6 ± 1.6	1.1 ± 1.1	0.000002*
BUN (mg/dL)	35.8 ± 28.0	21.9 ± 16.9	0.0000002*
Cr (mg/dL)	1.5 ± 1.0	1.0 ± 0.7	0.0000001*
Na (mEq/L)	136.5 ± 6.1	136.7 ± 6.2	0.64
CRP (mg/dL)	11.7 ± 9.3	8.0 ± 8.0	0.0005*
WBC (103/μL)	12.5 ± 5.1	11.7 ± 10.6	0.009*
Plt (104/μL)	16.2 ± 9.4	20.0 ± 8.7	0.000001*
%Neu	88.5 ± 9.1	79.2 ± 17.7	0.00001*
%Ly	6.8 ± 7.9	11.9 ± 11.5	0.00002*
%Mo	3.8 ± 2.6	5.4 ± 4.2	0.01*
%Eo	0.2 ± 0.5	1.3 ± 5.3	0.0001*
%Ba	0.1 ± 0.2	0.3 ± 0.5	0.04*
pH	7.434 ± 0.069	7.410 ± 0.095	0.09
Glu (mg/dL)	128.8 ± 41.1	155.6 ± 70.6	0.12
Lac (mg/dL)	30.4 ± 28.3	19.4 ± 13.6	0.049*

Dates are presented as mean ± SD. *p < 0.05 vs blood culture negative.

Table 4  Results of logistic regression analysis for the prediction of factors associated with positive blood cultures

Factor	β	SE (β)	z-value	p-value
Cr	1.03	0.23	4.46	< 0.001
T-Bil	0.82	0.21	3.97	< 0.001
DBP	−0.03	0.01	3.35	< 0.001
SIRS	1.04	0.36	2.89	0.004

Figure 1 

ROC analysis on diagnostic performance of parameter for differentiating positive blood cultures

The AUCs for DBP, T-Bil, Cr and predicted value (by logistic regression analysis employing SIRS, DBP, T-Bil, and Cr) were 0.63, 0.67, 0.69, and 0.79, respectively.

5． 抗菌薬治療

陽性例における抗菌薬投与は75例中72例（96.0%）で行われた。治療開始1週間以内の抗菌薬変更は23例（31.9%）で行われ，そのうちde-escalationは13例（18.1%）であった。なお，退院時の注射薬から内服薬への変更は除外した。

6． 入院後経過

入院は陽性75例中72例（96.0%），陰性472例中430例（91.1%）で認められた。平均入院日数は陽性群が14.9日，陰性群が16.2日で，陽性群でやや短かったものの両群に有意差は認められなかった（Table 5）。全死亡退院は陽性群で16.7%，陰性群で12.1%となり，入院後10日以内の死亡率は陽性群で有意に高かった。また死亡退院を目的変数として，患者背景・臨床検査所見についてロジスティック回帰分析を実施したところ，死亡退院と有意な関与が認められたのはアルブミン（albumin; Alb）とLacの2項目であった（Table 6）。

Table 5  Outcomes

Outcome	Blood culture		p-value
	positive (n = 72)	negative (n = 430)
Length of stay, day	14.9 ± 11.4	16.2 ± 13.1	0.65
Hospital mortality, n	12 (16.7%)	52 (12.1%)	0.28
30-day mortality, n	12 (16.7%)	44 (10.2%)	0.11
10-day mortality, n	9 (12.5%)	26 (6.0%)	0.047*

Dates are presented as mean ± SD. *p < 0.05 vs blood culture negative.

Table 6  Results of logistic regression analysis for prediction of factors associated with hospital mortality

Factor	β	SE (β)	z-value	p-value
Alb	−0.97	0.36	2.73	0.006
Lac	0.65	0.32	2.07	0.038

7． 死亡例の検出菌種内訳および感染巣

血液培養陽性例における死亡12例の検出菌および感染巣をTable 7に示した。ESBLが2例（16.7%）で検出され，複数菌の検出は3例（25.0%）で認められた。死亡例の感染巣内訳は胆道系が3例（25.0%），呼吸器系が2例（16.7%），軟部組織系が1例（8.3%），不明が6例（50.0%）であった。

Table 7  The bacterial species detected and the sites of infection in mortality cases

Cases	Age	Sex	Isolates	Infection site
1	85	F	Escherichia coli (ESBL), Klebsiella pneumoniae (ESBL)	Biliary tract
2	71	F	Escherichia coli, Clostridium perfringens, Kluyvera ascorbata	Biliary tract
3	72	M	Escherichia coli	Biliary tract
4	85	F	Haemophilus influenzae (β-lac(−))	Respiratory tract
5	91	M	Streptococcus oralis	Respiratory tract
6	79	M	Escherichia coli	Soft tissue
7	58	M	Proteus mirabilis, Streptococcus agalactiae (GBS)	Unknown origin
8	81	M	Escherichia coli (ESBL)	Unknown origin
9	73	M	Proteus vulgaris	Unknown origin
10	76	F	Staphylococcus aureus (MSSA)	Unknown origin
11	90	M	Streptococcus dysgalactiae (GGS)	Unknown origin
12	69	F	Gram-negative bacilli*	Unknown origin

*Not identified

IV　 考察

本検討では救急外来における血液培養の検出菌状況を調査し，血液培養陽性および予後に関与する背景因子や臨床所見について後方視的に解析を実施した。血液培養からE. coliやK. pneumoniaeといった腸内細菌およびGGSやGBSといったβ溶血レンサ球菌が比較的多く検出された。これは山岸ら⁷⁾の救急外来におけるSIRS患者を対象とした血液培養検出菌内訳とほぼ同様の結果であった。一方，2015年の当院入院患者における汚染菌を除いた血液培養分離状況は，CNSが19.1%と最も多く，次いでE. coli 12.8%，S. aureus 8.5%と続いていた。CNSは臨床的意義の判定が困難なことが多いが，押谷ら⁸⁾は汚染例を除いたCNS感染疑い例においては90%以上が中心静脈カテーテル挿入歴を有する患者であったと報告している。本検討ではCNSはコンタミネーションを除いて確認されず，入院患者に比して救急外来ではCNSによる敗血症が少ない傾向が認められた。

血液培養陽性例の感染巣については腎尿路系の割合が高く，尿路感染症を呈する症例が多かった。このため腎尿路系が感染巣と疑われる場合の血液培養の意義は特に高いと考えられた。尿路性敗血症を呈する尿路感染症では，尿管結石や糖尿病の頻度が有意に多いとされており⁹⁾，本検討においても糖尿病が尿路感染症に続いて高い割合を占めていたことから，糖尿病合併例では特に尿路性敗血症が疑われると考えられた。尿路性敗血症は比較的転帰が良いことが報告¹⁰⁾されているが，本検討においても死亡例はなく転帰は良好であった。一方，死亡退院となった血液培養陽性例の感染巣は胆道系が多かった。

多重ロジスティック回帰分析による血液培養陽性予測因子の検討では，SIRS，DBP，T-Bil，Crが血液培養陽性に有意に関与することが明らかとなった。T-Bil，Crの関与が特に大きく，腎尿路系や胆道系からの感染が多いことが要因であると思われた。DBP，T-Bil，Cr単独のAUCは全て0.6以上であり，SIRS，DBP，T-Bil，Crを総合した予測値におけるAUCも0.79と良好な結果が得られた。一方，敗血症診療においてICU以外での使用が推奨されるqSOFAや炎症反応の指標とされるWBCおよびCRPと血液培養結果との関与は認められなかった。SIRSは侵襲性の低い病態の患者が多く含まれてしまうなど特異度の低さが指摘されているが¹¹⁾，qSOFAは救急外来において特異度は高いが，感度は低いことが報告されている¹²⁾。日本敗血症診療ガイドライン2016においてqSOFA ≥ 2点を満たさない場合でも，敗血症の疑いがある場合は臓器障害評価を行いSOFA ≥ 2点の急上昇により敗血症の確定診断とすることが推奨されている¹³⁾。今回，血液培養陽性症例においてqSOFA ≥ 2点を満たしている症例が少なく，T-Bil，Crといった肝臓および腎臓の機能を評価する指標が血液培養陽性結果に有意な関与を示したことから臓器障害評価の重要性が非常に高いと思われた。当院救急外来では敗血症診療においてqSOFAによる評価の意義は低く，従来のSIRSにDBP，T-Bil，Crを組み合わせることで血液培養陽性および敗血症をより正確に予測できると考えられた。

血液培養結果判明前の初期抗菌薬の選択は主に感染巣や重症度などに応じて行われていた。治療開始1週間以内の抗菌薬変更が31.9%で行われており，敗血症診療において血液培養結果が有効に活用され，反映されているものと考えられた。

入院日数について有意差は認められなかったものの，陽性群が陰性群よりやや短期間であった。これは陽性群において早期に死亡退院された割合が陰性群に比して高いためだと考えられた。入院後10日以内の死亡率は陽性群で高く，血液培養陽性例は予後が不良であることが示された。

予後に影響を与える因子の解析ではAlbとLacが死亡退院の独立した危険因子であることが示された。日本版敗血症診療ガイドライン2016で敗血症性ショックの定義にLac ≥ 2（18 mg/dL）が定められており，敗血症性ショックは予後が不良と報告されている¹⁴⁾。今回新たにAlb低値も死亡退院に関連することが明らかとなり，循環不全かつ低栄養状態が全身状態の改善を阻害し，予後を悪化させることが考えられた。

本検討の問題点として，それぞれの症例において検査実施項目数のばらつきがある点，血液培養陰性の敗血症患者を考慮した解析が困難である点が挙げられるが，統計学的評価を行う上で十分なサンプル数が得られていると考える。

救急外来の敗血症診療において抗菌薬投与までの時間が長いほど死亡率が高いことが報告されている¹⁵⁾。血液培養陽性予測因子や予後予測因子が明らかになることで，早期に適切な抗菌薬治療を行うことができれば，生存率の向上や患者予後の改善につながる可能性があると考えられた。

V　 結語

今回，血液培養陽性結果にSIRS，DBP，T-Bil，Crが有意に関与していることが明らかになった。救急外来における敗血症診療においてはqSOFAによる評価の意義は低く，臓器障害評価の重要性が示された。血液培養陽性例は予後不良となる割合が高く，予後に影響を与える因子としてAlbおよびLacが示唆された。本検討により血液培養陽性例の特徴が明らかとなり，早期診断および適切な治療の一助となる結果が得られた。

 

本論文の要旨は第66回日本医学検査学会（2017年6月，千葉）にて発表した。なお，本検討は院内倫理委員会の承認を得ている（0501）。

謝辞

培養および検出にご協力いただきました駿河洋介さんに深謝いたします。

COI開示

本論文に関連し，開示すべきCOI 状態にある企業等はありません。

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