Клініко-лабораторні та імунологічні особливості гострих менінгітів у дітей

Хомин О.Я. Клініко-лабораторні та імунологічні особливості гострих менінгітів у дітей. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.13 «Інфекційні хворби» (22 «Охорона здоров’я»). –
Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Львів, 2020.
Тернопільський національний медичний університету імені І.Я. Горбачевського МОЗ України, Тернопіль, 2020.
Дисертація містить теоретичне обґрунтування і практичне розв’язання актуального завдання в інфектології – удосконалення диференційної
діагностики гострих вірусних і бактерійних менінгітів у дітей. Основою для дисертаційного дослідження були результати обстеження
93 пацієнтів віком від 1 міс. до 18 років, які перебували на стаціонарному лікуванні в КНП ЛОР «Львівська обласна клінічна інфекційна лікарня»
протягом 2015-2019 рр. Основна група була розділена на 2 підгрупи. До підгрупи 1 увійшли 47 дітей з діагнозом «Серозний менінгіт», до підгрупи 2 – 26 дітей, які перебували на лікуванні з діагнозом «Гнійний (бактерійний) менінгіт». Групу порівняння було сформовано з 20 дітей, які були
госпіталізовані з попереднім діагнозом менінгіт, тому що на час госпіталізації у них виявлено менінгеальні симптоми, однак результати
дослідження спинномозкової рідини на час госпіталізації дитини були в межах норми, у лікворі не було виявлено вірусів, бактерій при подальших
лабораторних дослідженнях. Методом факторного аналізу було з’ясовано преморбідні чинники, які ймовірно пов’язані з виникненням гострих гнійних і серозних менінгітів. Підбір факторних комплексів здійснено за допомогою кореляційної матриці Спірмена, методу ортогонального обертання Varimax, а також визначено ФН показників, а значущими факторами вважали такі, в яких показник факторного
навантаження перевищував 0,7. Методом факторного аналізу встановлено наявність декількох преморбідних чинників ризику гнійних менінгітів. Це
перебування в дитячому колективі (ФН=0,83), обтяжений алергологічний анамнез (ФН=0,84), пора року (ФН=0,89), проживання у місті (ФН=0,74) і
коротка тривалість грудного вигодовування (ФН=0,85). У випадках захворювання дитини на серозний менінгіт найбільшу значущість мали
наступні фактори: вік пацієнта (ФН=0,76), перебування в дитячому колективі (ФН=0,68), ускладнений перебіг вагітності (ФН=0,86), відсутність вакцинації або лише частково проведені профілактичні щеплення (ФН=0,77). При дослідженні частоти основних менінгіальних симптомів з’ясовано,
що у пацієнтів з серозними менінгітами частіше спостерігалася ригідність м’язів потилиці, світлобоязнь та позитивний симптом Керніга, тоді як у
пацієнтів з гнійними менінгітами частішими були випадки судом, гіперестезії та позитивного симптому Брудзинського. У підгрупі пацієнтів з гнійними менінгітами менінгеальні симптоми тривали довше, їх тривалість статистично достовірно (p<0,05) перевищувала аналогічний показник у
підгрупі хворих з серозними менінгітами. У хворих із гнійним менінгітом на момент госпіталізації виявлено статистично достовірно вищий вміст білка у лікворі, знижений рівень цукру та значно підвищений рівень цитозу ліквору за рахунок нейтрофільних лейкоцитів (порівняно з пацієнтами з групи порівняння та з серозним менінгітом). Щодо групи пацієнтів з серозним менінгітом, то статистично достовірної різниці рівнів білка у лікворі у дітей з групи порівняння нами виявлено не було, спостерігалося незначне підвищення рівня білка на момент госпіталізації та цитоз, який носив лімфоцитарний характер. Підвищення активності лактатдегідрогенази в спинномозковій рідині при менінгітах та пошкодженнях головного мозку є результатом ураження тканини мозку і відображає ступінь порушення обміну речовин. У пацієнтів з гнійним менінгітом активність цього ферменту в середньому становила 149,27 [31,0 – 234,0] од/л та більш ніж у чотири рази перевищувала активність ЛДГ у пацієнтів з серозним менінгітом (31,57 од/л). Активність лактатдегідрогенази у дітей групи порівняння в середньому становила 17,52 (10,55 -28,00) од/л і була достовірно нижчою (p<0,05), ніж у хворих з менінгітами різної етіології. Встановлено, що у групі пацієнтів з гнійним менінгітом спостерігалось
підвищення ПКТ спинномозкової рідини, рівень якого в середньому був 0,123 [0,013-0,418] нг/мл, і більш ніж втричі перевищував результати
досліджень у пацієнтів з серозним менінгітом та у групі порівняння – 0,035 [0,012-0,069] нг/мл та 0,025 (0,004-0,056] нг/мл відповідно. Також
встановлено достовірні кореляційні співвідношення між концентрацією прокальцитоніну спинномозкової рідини і цитозом спинномозкової рідини,
який визначений як при першій люмбальній пункції (r=0,881, р<0,01) так і повторному обстеженні спинномозкової рідини (r=0,561, р<0,05).
У пацієнтів з менінгітами, на відміну від групи порівняння, рівні більшості цитокінів спинномозкової рідини перевищували аналогічні
показники сироватки крові, що підтверджує активну продукцію цитокінів в ЦНС при інтратекальному запаленні і активації місцевих імунних реакцій у відповідь на інвазію вірусів, а не проникнення цитокінів з крові у зв’язку з підвищеною проникливість гематоенцефального бар’єру. Так у дітей з гнійними менінгітами співвідношення між рівнем TNF у спинномозковій рідині та крові (TNFліквор/TNFкров) у перші дні захворювання становило (29,53 ± 8,30) од., у хворих з серозними менінгітами, цей показник був достовірно нижчий і рівнявся (1,96 ± 0,28) од. (p<0,05). Водночас цей індекс значно перевищував аналогічнтй показник у дітей з групи порівняння (0,44 ± 0,09) од. (p<0,05). Подібні зміни виявлено при розрахунку
співвідношення рівнів IL-1ß (IL-1ßліквор/IL-1ßкров) – у дітей з гнійними менінгітами цей індекс становив (21,34 ± 6,55) од. і був у 6,5 рази вищим ніж у дітей з серозними менінгітами і більш ніж у 25 разів вищий порівняно з групою порівняння. Відмінності у співвідношеннях між рівнями протизапальних цитокінів (IL-4, IL-10) у спинномозковій рідині та крові у дітей з менінгітами були менш виражені, так співвідношення IL-4ліквор/ IL-4кров не залежало від етіології менінгіту і становило, в середньому (1,67 ± 0,30) од. у дітей з менінгітами, однак було достовірно вищим від аналогічного показника групи порівняння (1,15 ± 0,21) од., p<0,05. Індекс IL-10ліквор/ IL-10кров при гнійних менінгітах становив (7,85 ± 1,91) од., при серозних був незначно, але достовірно вищим – (8,49 ± 1,13) од., p<0,05, але ці показники значно перевищували аналогічні у групі порівняння (0,99 ± 0,10) од. (p<0,001). У підгрупі хворих з гнійними менінгітами співвідношення IL-10ліквор/ TNFα ліквор протягом перших днів від початку захворювання становило (4,68 ± 1,02) од., і було достовірно нижчим, ніж у групі порівняння (9,02 ± 1,11) од. (p<0,01). У хворих з серозними менінгітами, цей показник був (23,35 ± 2,08) од. і статистично достовірно (p<0,001) перевищував аналогічний у групі порівняння і в групі пацієнтів з гнійними менінгітами. Це відображає значну активацію Th2 імунної відповіді та вищу продукцію протизапьних цитокінів цитокінів, порівняно з прозапальними цитокінами у пацієнтів з серозними менінгітами, і навпаки, перевагу Th1 хелперної відповіді, яка характеризується інтенсивним синтезом прозапальних цитоківнів (TNFα, IL-1ß) тканинами нервової системи і підвищенням їх рівнів у СМР, у дітей з гнійними менінгітами. Клінічно це проявляється досить тривалою нормалізацією цитозу СМР при серозних менінгітах і важким загальним станом дітей з різко вираженими запальними змінами СМР у підгрупі пацієнтів з гнійними менінгітами. Надмірний рівень прозапальних цитокінів та дисбаланс в цитокіновій системі можуть призводити до небажаних імунопатологічних процесів і сприяють розвитку оксидантного стресу, ДВС-синдрому, шоку, поліорганної недостатності. Для ранньої діагностики гнійних менінгітів і їх диференціальної діагностики високу діагностичну цінність мають результати додаткових лабораторних досліджень ліквору і крові а саме: збільшення вмісту у лікворі TNFα (KCШ=2,25), низькі концентрації IL-10 в лікворі (KCШ=2,80), прискорена ШОЕ (KCШ=1,1). Модель логістичної регресії, яка включає ці показники дає змогу з високою чутливістю і специфічністю розрахувати індивідуальні показники ризику гнійного менінгіту. Наукова новизна одержаних результатів. За результатами
проспективного дослідження вперше вивчено клінічні та імунологічні особливості гнійних і серозних менінгітів у дітей Львівської області,
встановлено преморбідні чинники, які, ймовірно, пов’язані з виникненням гострих гнійних і серозних менінгітів. Проведені комплексні дослідження
спинномозкової рідини (з визначенням активності лактатдегідрогенази, рівнів прокальцитоніну, прозапальних і протизапальних цитокінів) дозволили з’ясувати особливості місцевої запальної та імунної відповідей у пацієнтів з менінгітами різної етіології. Встановлено, що для менінгітів характерна активація місцевих інтратекальних імунних реакцій з інтенсивною продукцією інтерлейкінів, зокрема достовірно значнішим продукуванням цитокінів TNF, IL-1ß, IL-10 та підвищення їх вмісту у спинномозковій рідині порівняно з їх рівнями у крові. Встановлено домінування Th1 типу імунної відповіді у дітей з гнійними менінгітами і значну активацію Th2 з активною продукцією тканинами нервової системи протизапальних цитокінів у дітей з серозними менінгітами. Встановлено, що для диференційної діагностики менінгітів значну діагностичну цінність мають результати визначення вмісту у спинномозковій рідині прокальцитоніну, TNF-α, та IL10. Доведено, що для ранньої діагностики гнійних менінгітів і їх диференційної діагностики високу діагностичну цінність мають результати додаткових лабораторних досліджень ліквору і крові, а саме: збільшення вмісту у лікворі TNF-α, низькі концентрації IL-10 в лікворі, прискорена ШОЕ. Розроблено модель логістичної регресії, яка є високочутливою і специфічною, дозволяючи розрахувати індивідуальні показники ризику гнійного менінгіту. Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи можуть бути використані для підвищення ефективності діагностики і лікування дітей, хворих на менінгіт. Встановлено основні чинники, що визначають тяжкий і ускладнений перебіг менінгіту у дітей. Доведено доцільність проведення імунологічних обстежень дітям, хворим на менінгіт. Отримані результати досліджень дозволили вдосконалити диференційну діагностику гострих серозних та гнійних менінгітів у дітей, що підтверджено деклараційним патентом України № 138857.
Ключові слова: діти, гнійний менінгіт, серозний менінгіт, ліквор, цитокіни, прокальцитонін, лактатдегідрогеназа, логістична регресія.

ANNOTATION
Khomyn O.Y. Clinical, laboratory and immunological features of acute meningitis in children. Qualifying scientific work on the rights of the manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of medical sciences on a specialty 14.01.13 "Infectious diseases" (22 – Health care). – Danylo Halytsky Lviv National Medical University Lviv, Ministry of Health of Ukraine, 2020.
Ivan Gorbachevsky Ternopil National Medical University of the Ministry of Health of Ukraine, Ternopil, 2020.
The dissertation contains a theoretical discussion and practical connection of the current problem in the field of pediatric infectology - improving the differential diagnosis of acute viral and bacterial meningitis in children. The basis for the dissertation study were the results of clinical observation of
93 patients aged 1 month to 18 years, who were hospitalized in the "Lviv Regional Clinical Infectious Diseases Hospital" during 2015-2019. The main group was divided into 2 subgroups. Subgroup 1 included 47 children diagnosed with "Aseptic meningitis", subgroup 2 - 26 children treated with a diagnosis of
"Purulent (bacterial) meningitis". The comparison group was formed of 20 children who were hospitalized with a preliminary diagnosis of meningitis, but the results of the study of cerebrospinal fluid at the time of hospitalization of the child were within normal rages, and viruses or bacteria were not found due to further laboratory tests. Factor analysis revealed premorbid factors that are likely to be associated with acute purulent and aseptic meningitis. The selection of factor complexes was carried out using the Spearman correlation matrix, the method of orthogonal rotation Varimax, and also determined the factor loading (Fl) indicators, and significant factors were considered those in which the factor load index exceeded 0.7. Factor analysis revealed the presence of several premorbid risk factors for purulent meningitis. This is a stay in the children's team (Fl = 0.83), burdened allergy history (Fl = 0.84), time of year (Fl = 0.89), living in the city (Fl = 0.74) and a short duration of breastfeeding ( Fl = 0.85). In cases of a child with aseptic meningitis, the following factors were of the greatest importance: the patient's age (Fl = 0.76), stay in the pediatric team (Fl = 0.68), complicated pregnancy (Fl =
0.86), lack of vaccination or only partially carried out preventive vaccinations (Fl =0.77). A study of the incidence of major meningeal symptoms found that patients with aseptic meningitis were more likely to have occipital muscle rigidity, photophobia, and a positive Kernig's symptom, while patients with purulent meningitis were more likely to have seizures, hyperesthesia, and a positive symptom. In the subgroup of patients with purulent meningitis, meningeal symptoms lasted longer, their duration was statistically significantly (p<0.05) higher than in the subgroup of patients with aseptic meningitis.
Patients with purulent meningitis at the time of hospitalization had a statistically significantly higher protein content in the cerebrospinal fluid, low
blood sugar and significantly increased cerebrospinal fluid cytosis due to neutrophilic leukocytes (compared with patients in the comparison group and with aseptic meningitis). Regarding the group of patients with aseptic meningitis, we did not find a statistically significant difference in the levels of protein in the cerebrospinal fluid in children from the comparison group, there was a slight increase in protein levels at hospital and cytosis, which was lymphocytic in nature. Increased activity of LDH in cerebrospinal fluid in meningitis and brain damage is the result of damage to brain tissue and reflects the degree of metabolic disorders. In patients with purulent meningitis, the activity of this enzyme averaged 149.27 (31.0-234.0) IU/l and more than four times the activity of LDH in patients with aseptic meningitis (31.57 IU/l). LDH activity in children of the comparison group averaged 17.52 (10.55-28.00) IU/l and was significantly lower (p<0.05) than in patients with meningitis of various etiologies. It was found that in the group of patients with purulent meningitis there was an increase in PCT of cerebrospinal fluid, the level of which averaged 0.123 (0.013-0.418) ng/ml, and more than three times higher than the results of studies in patients with aseptic meningitis and in the comparison group – 0.035 (0.012-0.069) ng/ml and 0.025 (0.004-0.056) ng/ml, respectively. Significant correlations were also established between the concentration of PCT of cerebrospinal fluid and cytosis of cerebrospinal fluid, which was determined both at the first lumbar puncture (r = 0.881, p<0.01) and re-examination of cerebrospinal fluid (r = 0.561, p<0.05).
In patients with meningitis, in contrast, the levels of most cerebrospinal fluid cytokines exceeded those of serum, which confirms the active production of
cytokines in the CNS in intrathecal inflammation and activation of local immune responses in response to virus invasion rather than cytokine penetration. due to the increased permeability of the blood-brain barrier. Thus, in children with purulent meningitis, the ratio between the level of TNF in the cerebrospinal fluid and blood (TNF liquor / TNF blood) in the first days of the disease was (29.53 ± 8.30) units, in patients with aseptic meningitis, this figure was significantly lower and equal to (1.96 ± 0.28) units (p<0.05). At the same time, this index significantly exceeded the same indicator in children from the comparison group (0.44 ± 0.09) units, (p<0.05). Similar changes were found when calculating the ratio of levels of IL-1ß (IL-1ß liquor/IL-1ß blood) – in children with purulent meningitis, this index was (21.34 ± 6.55) units and was 6.5 times higher than in children with aseptic meningitis and more than 25 times higher compared to the comparison group. Differences in the ratios between levels of anti-inflammatory cytokines (IL4, IL-10) in cerebrospinal fluid and blood in children with meningitis were less pronounced, so the ratio of IL-4 liquor / IL-4 blood did not depend on the etiology of meningitis and averaged (1.67 ± 0.30) units in children with meningitis, however, was significantly higher than the same indicator of the comparison group
(1.15 ± 0.21) units, (p<0.05). The index IL-10 liquor / IL-10 blood in purulent meningitis was (7.85±1.91) units, in aseptic was slightly but significantly higher – (8.49 ± 1.13) units, (p<0.05), but these figures were significantly higher than those in the control group (0.99 ± 0.10) units (p<0.001).
In the subgroup of patients with purulent meningitis, the ratio of IL-10 liquor/TNFα cerebrospinal fluid during the first days from the onset of the disease
was (4.68 ± 1.02) units, and was significantly lower than in the comparison group (9.02 ± 1.11) units, (p<0,01). In patients with aseptic meningitis, this figure was (23.35 ± 2.08) units and statistically significantly (p<0,001) exceeded that in the comparison group and in the group of patients with purulent meningitis. This reflects a significant activation of the Th2 immune response and higher production of anti-inflammatory cytokines compared to proinflammatory cytokines in patients with aseptic meningitis, and conversely, the advantage of Th1 helper response, which is characterized by intense synthesis of proinflammatory cytokines (TNFα and IL-tissues). their levels in SMR, in children with purulent meningitis. Clinically, this is manifested by a long-term normalization of the cytosis of the SMR in aseptic meningitis and severe general condition of children with pronounced inflammatory changes in the SMR in a subgroup of patients with purulent meningitis. Excessive levels of pro-inflammatory cytokines and imbalance in the cytokine system can lead to undesirable immunopathological processes and contribute to the development of oxidative stress, DIC, shock,multiorgan failure. For early diagnosis of purulent meningitis and their differential diagnosis, the results of additional laboratory tests of cerebrospinal fluid and blood have high
diagnostic value, namely: increase in cerebrospinal fluid TNFα (IR = 2,25), low concentrations of IL-10 in cerebrospinal fluid (IR = 2,80) , accelerated ESR (IR =1.1). The logistic regression model, which includes these indicators, allows to calculate individual risk indicators of purulent meningitis with high sensitivity and specificity. The obtained data deepen the knowledge about the clinical and immunological features of purulent and aseptic meningitis in children. For the first time, comprehensive studies of cerebrospinal fluid (determining the activity of LDH, procalcitonin levels, proinflammatory and anti-inflammatory cytokines) to establish the features of local inflammatory and immune responses in patients with meningitis of various etiologies, established diagnostic value and informativeness of these studies. It was found that meningitis is characterized by activation of local intrathecal immune responses, with intensive production of interleukins in the CNS and thus significantly higher concentrations of cytokines TNFᾱ, IL-1ß, IL-10 in cerebrospinal fluid, compared with their content in the blood. The dominance of Th1 type of immune response in children with purulent meningitis and significant
activation of Th2 with active production by tissues of the nervous system of antiinflammatory cytokines in children with aseptic meningitis. It has been established that the results of determining the content of procalcitonin, TNFα, and IL-10 in the cerebrospinal fluid have a high diagnostic value for the differential diagnosis of meningitis. The obtained results can be used to improve the diagnosis and treatment of children with meningitis. The main factors that determine the severe and complicated course of meningitis in children have been identified. The expediency of immunological examinations of children with meningitis has been proved. The research results of out study allowed to improve the differential diagnosis of acute serous and purulent meningitis in children, which is confirmed by the declaratory patent of Ukraine (Pat. No. 138857).
Key words: children, purulent meningitis, aseptic meningitis, cerebrospinal fluid, cytokines, procalcitonin, lactate dehydrogenase, logistic regression.