苑 俊 陳 實(shí) 吳亞運(yùn) 查玉濤 鮑俊杰 朱 玉 邵 敏

根據(jù)2016年第三版膿毒癥與膿毒性休克定義的國(guó)際共識(shí)[1]，膿毒癥被定義為宿主對(duì)感染的失調(diào)反應(yīng)，是重癥監(jiān)護(hù)病房 (intensive care unit, ICU) 中危及生命的器官功能障礙的主要原因。嚴(yán)重的急性胃腸損傷(acute gastrointestinal injury, AGI)是膿毒癥引起多器官功能障礙的重要機(jī)制之一，膿毒癥/膿毒癥休克患者AGI的發(fā)生率高達(dá)60%[2]，其主要表現(xiàn)為胃腸蠕動(dòng)障礙、腸黏膜缺血及腸黏膜屏障損傷導(dǎo)致的胃腸道菌群和內(nèi)毒素移位誘發(fā)的炎癥反應(yīng)和免疫失衡[3- 4]。膿毒癥/膿毒性休克的加重將導(dǎo)致胃腸黏膜功能的進(jìn)一步損害，形成惡性循環(huán)引發(fā)不良預(yù)后[5]。因此，盡早識(shí)別高死亡風(fēng)險(xiǎn)的膿毒癥AGI患者并對(duì)其進(jìn)行早期干預(yù)治療至關(guān)重要?，F(xiàn)階段，應(yīng)用于臨床的非特異性急性生理與慢性健康狀況Ⅱ評(píng)分(acute physiology and chronic health evaluation Ⅱ, APACHE Ⅱ) 評(píng)分和特異性的序貫器官衰竭評(píng)估(sequential organ failure assessment, SOFA)評(píng)分系統(tǒng)均缺乏對(duì)危重患者胃腸功能的評(píng)估，而2012年歐洲重癥醫(yī)學(xué)會(huì)腹部疾病工作組(European society of critical care medicine working group on abdominal diseases, ESICM WGAP)提出的AGI分級(jí)系統(tǒng)只局限于患者胃腸功能的評(píng)估[6]。目前，針對(duì)膿毒癥AGI預(yù)后判斷都缺乏精確性和全面性的指標(biāo)和評(píng)分系統(tǒng)。因此，建立膿毒癥AGI患者28 d死亡風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)模型很有必要。近年來(lái)隨著機(jī)器學(xué)習(xí)能力的成熟化，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測(cè)膿毒癥及其他疾病死亡風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)模型相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并且這些模型能夠比較精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)患者相關(guān)疾病的病死率[7-8]。本研究通過(guò)回顧性分析膿毒癥AGI患者的臨床資料，利用易獲取的參數(shù)，建立膿毒癥AGI患者28 d死亡風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)模型，并進(jìn)行外部驗(yàn)證，旨在盡早識(shí)別具有高死亡風(fēng)險(xiǎn)的人群，為臨床醫(yī)師制訂診療方案提供依據(jù),現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 (1)建模和內(nèi)部驗(yàn)證:回顧性分析2019年10月至2021年3月于安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科收治的169例符合膿毒癥AGI納入標(biāo)準(zhǔn)患者的臨床資料。其中，男性111例(65.7%)，女性58例(34.3%)，年齡18～85歲，平均(57.9±14.8)歲，根據(jù)28 d預(yù)后情況將患者分為生存組96例，死亡組73例，死亡率 43.2%。AGI診斷和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)2012年ESICM WGAP提出的AGI概念[4]。 AGI分級(jí)：Ⅰ級(jí)，存在胃腸道功能障礙和衰竭的風(fēng)險(xiǎn)；Ⅱ級(jí)，胃腸功能障礙；Ⅲ級(jí)，胃腸功能衰竭；Ⅳ級(jí)，胃腸功能衰竭伴有遠(yuǎn)隔器官功能障礙。膿毒癥患者納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡>18歲；②膿毒癥診斷標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)2016年第三版膿毒癥與膿毒性休克定義的國(guó)際共識(shí)[1]；膿毒性休克為在膿毒癥的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)持續(xù)性低血壓，在充分容量復(fù)蘇后仍需血管活性藥來(lái)維持平均動(dòng)脈壓(mean arterial pressure, MAP)≥65 mmHg(1 mmHg≈0.133 kPa)以及血乳酸濃度>2 mmol/L[9]；③ICU住院時(shí)間≥48 h。排除標(biāo)準(zhǔn)：①年齡<18歲；②ICU住院時(shí)間<48 h；③病例資料不完善或失去隨訪信息；④妊娠期或哺乳期婦女；⑤入院前有慢性胃腸道疾病病史或胃腸道手術(shù)病史；⑥惡性腫瘤晚期患者；⑦人類(lèi)免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染者。(2)外部驗(yàn)證：回顧性收集2021年4 月至 2021年 11月于安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科診治的符合上述建模和內(nèi)部驗(yàn)證納入標(biāo)準(zhǔn)的73例膿毒癥AGI患者的相關(guān)資料。其中，男性52例(71.2%),女性21例(28.8%)，年齡24～76歲，平均(54.6±12.5)歲，根據(jù)28 d預(yù)后情況分為生存組41例，死亡組32例，死亡率43.8%。

1.2 研究方法 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)指導(dǎo)搜集病例資料信息[9]：①一般資料，包括姓名、性別、 年齡、身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)、基礎(chǔ)疾病等；②膿毒癥AGI患者入院24小時(shí)內(nèi)臨床指標(biāo)及相關(guān)化驗(yàn)室指標(biāo)?；A(chǔ)生命體征參數(shù)、血常規(guī)、肝腎功能、C-反應(yīng)蛋白(c-reactive protein, CRP)、降鈣素原(procaicltonin, PCT)、主要的感染部位、動(dòng)脈血?dú)夥治?、APACHE Ⅱ評(píng)分、SOFA評(píng)分、是否發(fā)生膿毒性休克；③臨床干預(yù):是否接受連續(xù)性腎臟替代治療治療、是否接受機(jī)械通氣、是否使用血管活性藥物、使用糖皮質(zhì)激素藥物劑量、靜脈質(zhì)子泵抑制劑(proton pump inhibitor, PPI)使用劑量；④依據(jù)隨訪28 d預(yù)后情況將膿毒癥AGI患者分為生存組和死亡組。其中，病情平穩(wěn)轉(zhuǎn)入普通病房或出院患者在隨訪28 d內(nèi)仍存活者均納入生存組，28 d內(nèi)經(jīng)ICU自動(dòng)出院及死亡患者均納入死亡組。⑤模型的建立與驗(yàn)證。通過(guò)分析169例膿毒癥AGI患者的臨床資料，比較28 d生存組和死亡組之間的差異建立預(yù)后模型。取與建模人群不同時(shí)間段的73例膿毒癥AGI患者進(jìn)行模型的外部驗(yàn)證。

2 結(jié)果

2.1 膿毒癥AGI患者預(yù)后的單因素分析 28 d生存組與死亡組患者的性別、年齡、BMI、基礎(chǔ)疾病、主要感染部位、白細(xì)胞計(jì)數(shù)(white blood cell, WBC)、血小板計(jì)數(shù)( platelet, PLT)、血清清蛋白(albumin, Alb)、總膽紅素(total bilirubin, TBIL)、血清肌酐(serum creatinine, Scr)、尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)、PCT、PPI劑量和血糖(glucose, Glu)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。其中PPI劑量數(shù)據(jù)中的極端異常值剔除后經(jīng)平均值替換。死亡組患者的CRP、pH值、Lac、MAP、血管活性藥物使用比率、機(jī)械通氣比率、CRRT比率、糖皮質(zhì)激素使用劑量、APACHE Ⅱ評(píng)分、SOFA評(píng)分、膿毒性休克比率以及AGI分級(jí)與生存組患者之間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 膿毒癥AGI患者預(yù)后的單因素分析

續(xù)表1

2.2 LASSO 回歸篩選預(yù)后模型變量 將單因素分析中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義且可能對(duì)28 d死亡率有影響的因素納入LASSO 回歸中進(jìn)行變量的篩選。當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)為lambda.1se(λ=0.08)時(shí)共篩選出4個(gè)回歸系數(shù)非零的變量，分別是Lac、使用血管活性藥物、APACHE Ⅱ評(píng)分和AGI分級(jí)。見(jiàn)圖1。對(duì)以上變量進(jìn)行共線性診斷，所有變量的Tol均大于0.1，VIF均小于10，不具有共線性，故均納入多因素分析。見(jiàn)表2。

注：A 為 12 個(gè)變量的 LASSO 系數(shù)曲線，B 為在 LASSO 模型中通過(guò) 10折交叉驗(yàn)證的方法篩選最合適 λ 的過(guò)程。

表2 LASSO 回歸篩選預(yù)后模型變量的共線性診斷

2.3 膿毒癥AGI患者預(yù)后模型的建立及評(píng)價(jià) LASSO回歸篩選出的4個(gè)預(yù)測(cè)變量進(jìn)行多因素logistic回歸分析，其中，符合連續(xù)性數(shù)據(jù)的變量直接帶入logistic回歸，二分類(lèi)變量在進(jìn)行賦值后帶入，因變量賦值為：男性=1，女性=0；使用血管活性藥物=1，未使用血管活性藥物=0。預(yù)測(cè)變量均為膿毒癥AGI患者預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(P<0.05)，在校正性別和年齡構(gòu)建出最終的預(yù)測(cè)模型。見(jiàn)表3。其初始C-index為0.913，校正后C-index為0.897，說(shuō)明該模型具有良好的區(qū)分度。Hosmer-Lemeshow檢驗(yàn)顯示P>0.05，通過(guò)Bootstrap重復(fù)抽樣方法(1 000次)對(duì)模型進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，Calibration曲線斜率為1，Brier值為0.118，說(shuō)明該模型預(yù)測(cè)28d死亡風(fēng)險(xiǎn)概率與實(shí)際觀察到的死亡概率一致性較好，見(jiàn)圖2A。DCA曲線顯示模型閾值概率大于1%時(shí)有較高的凈獲益率，臨床有效性較好。見(jiàn)圖3A。ROC曲線分析顯示模型的AUC為0.913，靈敏度為82.2%，特異度為88.5%，利用約登指數(shù)得出的最佳截?cái)嘀禐?.532，顯著高于單一指標(biāo)的預(yù)測(cè)效能(如Lac 、使用血管活性藥物、APACHE Ⅱ評(píng)分、AGI分級(jí)、SOFA評(píng)分、CRP)。見(jiàn)圖4A。

表3 膿毒癥AGI患者預(yù)后的多因素 logistic 回歸分析

注：A為模型內(nèi)部驗(yàn)證隊(duì)列 ，B為外部驗(yàn)證隊(duì)列。虛線為標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)線為模型曲線，兩曲線重疊度越高則一致性越好。

2.4 膿毒癥AGI患者預(yù)后模型的外部驗(yàn)證及評(píng)價(jià) 選擇與建模人群不同時(shí)間段的73例膿毒癥AGI患者的臨床相關(guān)資料納入預(yù)測(cè)模型進(jìn)行外部驗(yàn)證。其初始C-index為0.881，校正后C-index為0.841，Hosmer-Lemeshow檢驗(yàn)顯示P>0.05，Calibration曲線斜率為1，Brier值為0.132。見(jiàn)圖2B。以上結(jié)果均與預(yù)測(cè)模型結(jié)果相近，說(shuō)明預(yù)測(cè)模型在外部驗(yàn)證人群中仍具有良好的區(qū)分度和校準(zhǔn)度。DCA曲線顯示閾值概率在6%～89%時(shí)有較高的凈獲益率，其臨床有效性略低于預(yù)測(cè)模型。見(jiàn)圖3B。ROC曲線分析顯示外部驗(yàn)證的AUC為0.887，以預(yù)測(cè)概率的最佳截?cái)嘀?.532視為死亡高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，靈敏度為75.0%(95%CI:56.6～88.5),特異度為85.4%(95%CI:70.8～94.4),與預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)效能相近，亦顯著高于其他相關(guān)指標(biāo)的預(yù)測(cè)效能。見(jiàn)圖4B。

注：A為預(yù)測(cè)模型隊(duì)列 ，B為外部驗(yàn)證隊(duì)列。縱軸為模型預(yù)測(cè)效益值，橫軸為患病風(fēng)險(xiǎn)值，藍(lán)色曲線為模型曲線，而2條極端曲線All 曲線和 None曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線，模型曲線越遠(yuǎn)離 2 條極端曲線則臨床有效性越好。

注：A為預(yù)測(cè)模型隊(duì)列 ，B為外部驗(yàn)證隊(duì)列。

2.5 膿毒癥AGI患者預(yù)后模型的可視化 應(yīng)用R軟件中的rms程序?qū)︻A(yù)后模型可視化展示-Nomogram圖。各變量的大小對(duì)應(yīng)相應(yīng)的分值大小，所有分值相加為總分，總分對(duì)應(yīng)28 d死亡風(fēng)險(xiǎn)概率,見(jiàn)圖5。例如：膿毒癥AGI患者的性別為男，對(duì)應(yīng)分值約7分；年齡45歲，對(duì)應(yīng)分值2.5分；APACHE Ⅱ評(píng)分15分，對(duì)應(yīng)分值32.5分；Lac 6.0 mmol/L，對(duì)應(yīng)分值30分；使用血管活性藥物，對(duì)應(yīng)分值約24分；AGI Ⅱ級(jí)，對(duì)應(yīng)分值13分。所有分值相加約為 109分，最終對(duì)應(yīng)的28 d死亡風(fēng)險(xiǎn)概率為0.580，高于最佳截?cái)嘀?.532。故此認(rèn)為該患者28 d死亡風(fēng)險(xiǎn)較高。

圖5 預(yù)測(cè)模型的可視化Nomogram圖

3 討論

膿毒癥是一種嚴(yán)重危及生命的器官功能障礙，為ICU患者死亡的主要原因[10-11]。胃腸道是多器官衰竭(multiple organ dysfunction syndrome, MODS)的起始部位，是受膿毒癥影響最早和最嚴(yán)重的器官之一[12]。有證據(jù)表明，MODS的發(fā)生與腸道通透性紊亂有關(guān)，其在MODS發(fā)病前就可以察覺(jué)到[13]，且器官功能衰竭數(shù)量的遞增將導(dǎo)致死亡率增加20%[14]。此外，嚴(yán)重AGI患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)比輕癥AGI明顯增加[5]，本研究結(jié)果與此相符合。目前，膿毒癥AGI的高病死率已引起越來(lái)越多的關(guān)注。因此，針對(duì)膿毒癥AGI患者這一特定群體有必要提供一種可靠的評(píng)估工具，以便準(zhǔn)確判斷病情、合理開(kāi)展救治、改善患者預(yù)后。

列線圖可以把復(fù)雜的數(shù)據(jù)可視化從而表達(dá)預(yù)測(cè)模型中各變量之間的關(guān)系[15]。本研究納入169例膿毒癥AGI患者作為建模組，篩選出4個(gè)與膿毒癥AGI患者28 d 死亡風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，分別為L(zhǎng)ac、APACHE Ⅱ評(píng)分、使用血管活性藥物和AGI分級(jí)，進(jìn)而建立列線圖預(yù)測(cè)預(yù)后模型。預(yù)測(cè)模型建模隊(duì)列的初始C-index為0.913，校正后C-index為0.897，說(shuō)明模型的區(qū)分度較高。校準(zhǔn)曲線顯示預(yù)測(cè)概率與實(shí)際概率具有良好的一致性。決策分析曲線的閾值概率大于1% 時(shí)具有較高的凈獲益率，臨床有效性較好。ROC曲線顯示預(yù)測(cè)模型的AUC、敏感度和特異性均顯著高于傳統(tǒng)的單一預(yù)測(cè)指標(biāo)，如Lac、使用血管活性藥物、APACHE Ⅱ評(píng)分、AGI分級(jí)、SOFA評(píng)分以及CRP(P<0.05)，預(yù)測(cè)效能較高。同時(shí)，本研究選取與預(yù)測(cè)模型不同時(shí)間段的膿毒癥AGI患者的相關(guān)資料進(jìn)行外部驗(yàn)證后，其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性依舊良好。

APACHE Ⅱ評(píng)分系統(tǒng)作為評(píng)估ICU患者病情嚴(yán)重程度和預(yù)后的指標(biāo)被廣泛應(yīng)用，其分值越高則患者病情程度越嚴(yán)重，預(yù)后越差[16]，本研究結(jié)果與此相符合。血Lac反映組織器官特別是微循環(huán)的灌注情況，與組織缺氧/低灌注之間聯(lián)系密切，是膿毒癥預(yù)后不良指標(biāo)之一[17]。膿毒癥發(fā)生時(shí)，胃腸道細(xì)胞較其他組織器官細(xì)胞對(duì)缺血缺氧的反應(yīng)更加敏感，糖酵解發(fā)生更早，隨之帶來(lái)的是胃腸道損傷[18]。此外，膿毒癥或膿毒性休克時(shí)可因內(nèi)源性兒茶酚胺分泌不足或者β受體下調(diào)導(dǎo)致患者對(duì)血管活性藥物的反應(yīng)性降低[19]，大劑量的血管活性藥物應(yīng)用可以引起內(nèi)臟及黏膜血管收縮從而加重胃腸道黏膜缺血癥狀，相應(yīng)的胃腸損傷程度也越高引起預(yù)后不良，本研究中應(yīng)用血管活性藥物的AGI分級(jí)較高，與既往的研究結(jié)果一致[20]。

目前，國(guó)內(nèi)有不少研究者針對(duì)膿毒癥AGI患者預(yù)后建立了預(yù)測(cè)模型。Wang等[21]基于91例膿毒癥AGI患者建立預(yù)后模型的AUC為0.806。該模型的特點(diǎn)是連續(xù)監(jiān)測(cè)1周內(nèi)最高 SOFA(SOFAmax)和 AGI 評(píng)分(AGImax)進(jìn)行聯(lián)合診斷。不過(guò)，其觀察時(shí)間較長(zhǎng)且對(duì)于臨床的提前干預(yù)不能提供依據(jù)。Pan等[22]回顧性分析658例膿毒癥AGI患者所建立的死亡預(yù)警評(píng)分模型的AUC為0.909，主要由AGI分級(jí)聯(lián)合APACHE Ⅱ、SOFA 評(píng)分以及年齡構(gòu)成，但缺乏對(duì)模型的驗(yàn)證和可視化。相比之下，本研究構(gòu)建的列線圖模型將預(yù)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行了可視性量化。依據(jù)模型的最佳截?cái)嘀悼梢詣?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)患者治療過(guò)程中病情狀態(tài)的變化，便于提前對(duì)臨床診療措施的調(diào)整，評(píng)估死亡風(fēng)險(xiǎn)的高低。同時(shí)，該模型可為后續(xù)相關(guān)方面的臨床研究提供同質(zhì)化的標(biāo)準(zhǔn)。

本研究存在一些局限性。①本研究為單中心臨床回顧性研究，樣本量較小，對(duì)一些混雜因素?zé)o法進(jìn)行控制。②本研究中由于應(yīng)用血管活性藥物種類(lèi)較多，未進(jìn)行具體劑量的統(tǒng)計(jì)，可能會(huì)對(duì)研究有一定的影響。

綜上所述，本研究基于膿毒癥AGI患者的臨床資料，建立以性別、年齡、Lac、使用血管活性藥物、APACHE Ⅱ評(píng)分和AGI分級(jí)為核心的可視化列線圖預(yù)測(cè)模型，在建模和外部驗(yàn)證后證實(shí)其無(wú)論在區(qū)分度、校準(zhǔn)度、臨床有效性，還是在預(yù)測(cè)效能方面均具有較好的意義，能夠較好地預(yù)測(cè)膿毒癥AGI患者28 d死亡風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，為臨床醫(yī)師的診療措施提供依據(jù)，改善患者的預(yù)后。但該列線圖模型在應(yīng)用于臨床實(shí)踐前仍需通過(guò)前瞻性、多中心、大樣本量研究進(jìn)一步驗(yàn)證。