曾 俊,楊 浩,江 華
創(chuàng)傷是45歲以下青壯年人群的首位死因,提高創(chuàng)傷救治成功率,無論對社會還是個人,都有重要意義。數(shù)十年來,國際上和國內(nèi)的眾多研究者對于提高創(chuàng)傷救治成功率和降低病死率,進行了大量研究,提出了不少創(chuàng)新性的技術(shù)和策略,也取得很多成果。然而,正如蔣建新和王正國所指出的“嚴重創(chuàng)傷患者傷后急速死亡率已明顯下降,但是,傷后危及生命的并發(fā)癥發(fā)生率卻無明顯減少”。作為創(chuàng)傷救治的中心問題之一,創(chuàng)傷性休克的救治也面臨同樣挑戰(zhàn)[1-2]。過去十年來,流行病學與臨床研究均發(fā)現(xiàn),對于創(chuàng)傷救治成功率提高最有效的措施,是建立多學科一體化的創(chuàng)傷救治中心,并形成立體化的創(chuàng)傷救治網(wǎng)絡(luò)。但是,令人印象深刻的是國際上的循證醫(yī)學研究同時也發(fā)現(xiàn),創(chuàng)傷性休克的救治方面,雖然引入了多項新策略和新技術(shù),然而在人群規(guī)模上,創(chuàng)傷性休克導致的病死率并沒有明顯減少,并構(gòu)成了院前救治過程中和入院后48h內(nèi)的頭號死因。
21世紀第一個10年,有關(guān)創(chuàng)傷性休克復蘇策略的臨床研究進入了新的時代。隨著將各種全新研究工具和思路的引入,創(chuàng)傷性休克復蘇策略的全新方向已經(jīng)顯露。
眾所周知,對任何一種危重病狀況研發(fā)新的臨床診療措施,聚焦的中心應(yīng)始終圍繞最終結(jié)局的改善,而非中間指標變化。所謂"臨床結(jié)局"是指患者在臨床上以怎樣一種狀態(tài)結(jié)束其治療,如死亡還是生存?并發(fā)癥是否發(fā)生?入住ICU多長時間?這類指標是衡量某種治療策略的有效與否的終極標準。整個循證醫(yī)學研究模式,在過去20年中強調(diào)的也正是要盡可能符合最嚴格方法學標準的研究設(shè)計。以上述結(jié)局為指標,對面向各種疾病的診療技術(shù)進行評價,也由此發(fā)展出了循證醫(yī)學經(jīng)典的干預性證據(jù)分級體系。在這個體系中,位于頂層的“最強證據(jù)”是大樣本隨機雙盲對照試驗。
應(yīng)當看到,從經(jīng)典循證醫(yī)學的角度看,達到最佳證據(jù)標準的創(chuàng)傷性休克研究在技術(shù)上是有相當難度的,尤其是對于危重的創(chuàng)傷性休克患者,如果要實施“全新”的隨機對照研究在倫理和技術(shù)上都有一定挑戰(zhàn)性[近乎苛刻的倫理學要求、以病死為主要結(jié)局指標的隨機對照試驗(randomized clinical control trial,RCT)要求巨大樣本量,實施及管理難度大,耗資極多]。
不幸的是,過去幾年中,針對創(chuàng)傷性休克所進行的隨機對照試驗,并未能證實人們曾經(jīng)寄予厚望的液體復蘇療法的有效性[3],如,休克復蘇中使用膠體液是否更優(yōu)?高滲溶液是否可以作為早期復蘇的有效手段?新近2011年國際知名外科學雜志Annals of Surgery發(fā)表的一個大樣本、多中心隨機對照試驗對于早期使用高滲溶液復蘇問題給出了否定答案[1]。該研究原計劃納入北美114個中心共計3 726例創(chuàng)傷性休克患者,患者分為3組,在院前救治開始時,分別接受250ml的7.5%氯化鈉、高滲晶膠混合液(7.5%氯化鈉+6%羥乙基淀粉)和0.9%氯化鈉。一旦給以250ml的單劑研究液體完成,后繼治療即按照各家參與單位自定的患者救治指南進行。
在試驗進行的中途,該研究的數(shù)據(jù)和安全監(jiān)督委員會(data and safety monitoring board,DSMB)在對數(shù)據(jù)進行例行安全性檢查時發(fā)現(xiàn),在后繼治療中未接受輸血的患者中,接受高滲液體首劑復蘇的患者,其病死率較接受生理鹽水的患者幾乎高出2倍。鑒于這是一種可能帶來嚴重可見后果的風險,該試驗被DSMB下令中止。因此最終該研究只納入了853例患者即告結(jié)束。對于已完成試驗患者的數(shù)據(jù)進行分析,結(jié)果顯示,無論是使用高滲晶體液還是高滲晶膠混合液,都不能明顯降低患者的病死率。
應(yīng)該認識到,創(chuàng)傷性休克是一個復雜性問題,半個多世紀以來對其病理生理過程的研究雖然已經(jīng)發(fā)展到相當?shù)纳疃龋芟抻诮?jīng)典生物醫(yī)學研究手段和思路的固有局限性,很長時間以來,研究者對其復雜性只能望而興嘆,已經(jīng)提出的為數(shù)不多的解決方案長期停步不前的原因,也正在于此。近年來,伴隨著人類基因組測序的完成,基因組學、蛋白質(zhì)組學及代謝組學開始蓬勃發(fā)展,伴隨著計算機信息技術(shù)的持續(xù)性發(fā)展,醫(yī)學第一次擁有了從整體上系統(tǒng)的認識并解決創(chuàng)傷等臨床難題的可能,并將為臨床上的個體化治療發(fā)展模式奠定堅實的基礎(chǔ)。臨床實踐及研究模式的轉(zhuǎn)換已經(jīng)處于革命性的歷史進程之中。
對于“何種復蘇策略能夠提高創(chuàng)傷性休克患者臨床結(jié)局?”這一具體問題而言,結(jié)合了經(jīng)典臨床流行病學/循證醫(yī)學與計算機科學的研究范式,已經(jīng)顯露出其獨特的價值。近年來,數(shù)個結(jié)合了隊列研究大數(shù)據(jù)(big data)和人工智能創(chuàng)傷救治研究陸續(xù)發(fā)表,從另一個方向揭示了提高臨床實踐水平的道路。
2.1 大量輸血預案(massive transfusion protocol,MTP)及最佳輸血成分搭配:大數(shù)據(jù)研究的結(jié)果 危重創(chuàng)傷性休克復蘇治療中,國際上近年來取得最多進展來自于對大量輸血預案的大數(shù)據(jù)研究。MTP是指一套預先制定好的標準化輸血流程,適用于預計在24h內(nèi)需要輸血≥10單位的患者。建立MTP要解決的關(guān)鍵問題,是幫助創(chuàng)傷救治人員在正確的時間以正確的成分比例使用血液和血液制品,以降低大失血——大量輸血過程中發(fā)生創(chuàng)傷后凝血病的風險。
MTP的重要進展,以2008年范德比特大學醫(yī)學中心(Vanderbilt University Medical Center,VUMC)發(fā)表的一個研究(VUMC-MTP研究)為代表。該研究采用回顧性隊列研究設(shè)計,以2005年為界,比較此前后各兩年該校創(chuàng)傷中心(美國外科醫(yī)師學院創(chuàng)傷專業(yè)委員會認證的1級創(chuàng)傷中心)所收治的嚴重創(chuàng)傷大失血患者死亡率變化。以2006年為界的原因,是2005年春天,該校成立了一個多學科MTP研究委員會,制定了規(guī)范化MTP指南,并從2006年1月開始實施,此后嚴重創(chuàng)傷大失血的患者其輸血均嚴格按此流程進行[4-5]。
該MTP指南的核心內(nèi)容包括:(1)患者傷情及失血量評估。(2)創(chuàng)傷救治團隊組長(通常是當天帶組的主治醫(yī)師)決定是否啟動MPT。(3)血液及血液制品準備及運送流程(保障患者在從現(xiàn)場抵達創(chuàng)傷復蘇室及手術(shù)室時能按規(guī)定的比例和量接受輸血)。(4)血液成分及比例:① 首劑:10單位紅細胞懸液,4單位血漿以及2單位來自單一供者的血小板;② 在第一輪輸血完成后,如主治醫(yī)師決定還需進行第二輪輸血,則按以下方案盡速準備和輸注:6單位紅細胞懸液,4單位血漿及2單位來自單一供者的血小板;③ 第二輪輸血完成后,由主治醫(yī)師決定是否還要繼續(xù)更多輪輸血;④ MTP啟動后,血庫備冷沉淀,一旦主治醫(yī)師決定使用,即輸注之。(5)溝通、協(xié)調(diào)與質(zhì)量控制:MTP的實施和監(jiān)測納入外科質(zhì)控體系,在每例創(chuàng)傷患者的MTP過程中,創(chuàng)傷救治團隊、血庫建立密切和實時溝通,以保障每一治療決策均能盡快獲得實施。
MTP實施后,危重創(chuàng)傷患者的病死率顯著降低(從MTP實施前的65.8%下降至51.1%)。如果將接受MTP作為一項優(yōu)化患者預后的干預措施,其病死風險僅相當于未接受MTP干預患者的1/4(OR=0.26,95%CI 0.12~0.56)。在降低病死率的同時,實施MTP策略還可顯著降低用血量以及總輸液量。
Kaldi語言模型由于其內(nèi)部表示為有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換器,因此要求將上述工具所訓練的ARPA語言模型轉(zhuǎn)換為特定于解碼的二進制格式[16]。為此,需要使用了工具arpa2fst、fstcompile和多個Perl腳本等一些實用工具對ARPA語言模型進行格式轉(zhuǎn)換。
VUMC-MTP研究發(fā)表后,在美國引起很大反響,并被此后的多個不同研究加以驗證。
2009年,為了進一步優(yōu)化MTP流程,VUMC團隊提出了另外一項基于大數(shù)據(jù)挖掘的成果,為MTP啟動階段的關(guān)鍵性問題——如何采用定量化的方法從危重創(chuàng)傷患者中篩選出需要啟動 MTP的患者——提供了一個可行的方案[6]。VUMC研究人員采用來自于該校創(chuàng)傷數(shù)據(jù)庫的596例因危重傷接受輸血的患者數(shù)據(jù)建立研究隊列,每個患者的完整數(shù)據(jù)記錄包含300項變量指標。研究者篩選了4項指標構(gòu)建嚴重創(chuàng)傷后大量輸血(massive Transfusion,MT)預測模型,并將之命名為“輸血量評分(assessment of blood consumption score,ABC)”。構(gòu)成這一新預測模型的4項指標是:(1)是否穿透傷;(2)抵達急診科時收縮壓是否≤90mmHg;(3)抵達急診科時心率是否≥120次/min;(4)創(chuàng)傷超聲重點評估(focused assessment for the sonography of trauma,F(xiàn)AST)結(jié)果是否為陽性。每項指標的評價均按二分類設(shè)置,陰性賦0分,陽性賦1分,總分最高為4分。該研究發(fā)現(xiàn),ABC評分≥2分時,該模型的敏感性和特異性達到最佳水平(sensitivity=0.75,specifity=0.86)。將該模型和創(chuàng)傷相關(guān)性出血評分(trauma-associated severe hemorrhage,TASH)和 McLaughlin評分進行比較,三者對MT預測功效曲線下面積(AUC)分別為0.852、0.842和0.767。TASH評分和McLaughlin評分分別由7項和4項指標構(gòu)成,且都包含有生化檢查指標。因此,ABC模型不僅預測效能更佳,且由于其全由簡單二分類指標構(gòu)成,更適合于臨床條件下應(yīng)用(時間緊迫,生化檢查需要額外耗時,尤其是同時有大量重傷員)。
2.2 計算機輔助臨床決策支持系統(tǒng) 能否在極短的時間之內(nèi),對危重傷員的診斷、治療進行決策,是提高危重傷員救治成功率的關(guān)鍵,也是當前危重創(chuàng)傷救治面臨的最重要挑戰(zhàn)。從決策過程分析的角度,高年資、多學科背景創(chuàng)傷醫(yī)師和醫(yī)療團隊之所以能在復雜危重患者救治中具備獨特的優(yōu)勢,最主要的原因其救治成功和失敗經(jīng)驗的積累能夠以規(guī)范化、流程化和科學化的方式轉(zhuǎn)化為機構(gòu)記憶(institutional memory)。低年資醫(yī)師和技術(shù)人員,能夠通過在團隊中的系統(tǒng)學習獲得這些經(jīng)驗并轉(zhuǎn)化為自己的決策技能,但整個學習過程耗時很長,且各人最終能達到的高度還受到學習能力、培訓設(shè)置以及諸多內(nèi)外在因素的影響。此外,這類“機構(gòu)記憶”或先驗經(jīng)驗,通常不是一項或幾項“技術(shù)”,而是一整套診療技術(shù)的模式組合,因此更難以通過常規(guī)繼續(xù)教育的方法被機構(gòu)外的醫(yī)師或人員獲得并轉(zhuǎn)化為技能。更何況,隨著現(xiàn)代臨床科研的飛速進步,如何將不斷涌現(xiàn)的新研究證據(jù)結(jié)合到??漆t(yī)師和團隊的個人經(jīng)驗中,更是一項巨大的挑戰(zhàn)。
解決上述問題,顯然需要不同尋常的新路。就信息處理和加工而言,人類已經(jīng)擁有一種強大的工具-計算機科學。計算機輔助臨床決策支持系統(tǒng)(computerized clinical decision support system,CDCSS)正是近十年來隨著計算機科學的快速進步而發(fā)展起來的臨床診療新工具。作為融合了計算機和人工智能的嶄新技術(shù),CDCSS目前已經(jīng)成為幫助臨床醫(yī)學各個學科提高診療水平的利器。并正在成為下一代個性化醫(yī)療技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)平臺。
早在1990年代,美國德克薩斯醫(yī)療中心赫爾曼紀念醫(yī)院(Memorial Hermann Hospital,MHH)就開展了休克復蘇CDCSS的研發(fā)工作,其后康奈爾大學附屬休斯頓衛(wèi)理公會醫(yī)院(The Methodist Hospital-Houston/Weill Medical College of Cornell University,Houston)也加入該研發(fā)計劃。該項目的成果,是形成了一套基于決策樹模型,以氧輸送(DO2)達標為核心標準的ICU床旁復蘇決策支持系統(tǒng)。隨后開展的前瞻性臨床研究表明,在臨床使用該系統(tǒng)成功提高了危重創(chuàng)傷7患者的救治成功率[7]。
CDCSS可以并應(yīng)該采納臨床研究的最新進展。換言之,作為一種軟件產(chǎn)品,CDCSS必須根據(jù)患者人口學特征、新臨床證據(jù)的出現(xiàn)以及使用過程中的新問題和新發(fā)現(xiàn),不斷升級換代。以上述創(chuàng)傷休克復蘇CDCSS為例,研發(fā)的初始出發(fā)點是20世紀90年代有關(guān)休克復蘇終點的臨床研究。在其應(yīng)用之后,研發(fā)者們繼續(xù)根據(jù)患者的應(yīng)用結(jié)果對這一系統(tǒng)進行監(jiān)測和評估。后繼研究發(fā)現(xiàn),雖然大部分患者對該系統(tǒng)反應(yīng)良好,但發(fā)生創(chuàng)傷后腹腔室隔綜合征的患者,對該系統(tǒng)響應(yīng)不佳。研究者們隨之對此類特定患者進行了深入研究,發(fā)現(xiàn)核心指標和模型均應(yīng)進行調(diào)整。最終,研究者們發(fā)現(xiàn)對于有腹腔室隔綜合征風險的患者,其作為復蘇終點的DO2目標應(yīng)該調(diào)低。近年來,該系統(tǒng)做了進一步升級,主要是納入基于遠紅外成像技術(shù)為基礎(chǔ)的(near-infrared spectroscopy,NIRS)的肌肉血紅蛋白氧合評估指標(StO2)進行器官功能衰竭早期預警[7-8]??梢灶A見,隨著計算機技術(shù)和危重創(chuàng)傷研究的進一步融合,我們將能見到越來越多的CDSS系統(tǒng)進入臨床應(yīng)用。
過去十年,可稱之為基礎(chǔ)生物醫(yī)學研究的各種"組學"時代,舉凡基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組學等以“omics”結(jié)尾的新詞已逐漸為研究者們熟知。各門“"組學”均可視為在其學科層面上進行知識整合的研究解決方案,如基因組學可視為由孟德爾為開端,由摩爾根遺傳學發(fā)揚光大,以1953年雙螺旋發(fā)現(xiàn)為全盛時代開始,而以人類全基因組測序完成為一個完整學科的故事。既然在各學科內(nèi)部的整合已經(jīng)漸成大勢,那順理成章而來的,必然是將各門學科的研究工具和路徑整合為一條更寬廣大道的開始。原因無他,理解復雜生命現(xiàn)象和過程必須博采眾長。換言之,基因組序列、轉(zhuǎn)錄組芯片信息、蛋白結(jié)構(gòu)與功能、代謝分子與通路,所有這些知識本身并不能單獨稱之為“生命”,將這些知識整合在一起,我們才算是對生命有了真正全面的了解。
所以我們有了一門新科學——“系統(tǒng)生物學”。作為一門其誕生不過5年的全新學科,系統(tǒng)生物學的研究思想、方法和平臺對促進臨床醫(yī)學研究的發(fā)展有著獨特意義:究其根本,醫(yī)學研究的全部均可歸結(jié)人類疾病生物學,臨床診療過程的科學化,離開了這個大背景就不可能實現(xiàn)。
3.2 如何開展創(chuàng)傷的系統(tǒng)生物醫(yī)學研究
3.2.1 打破學科界限,整合研究方法 既然系統(tǒng)生物學致力于通過整合生命在各個層次上的信息并加以系統(tǒng)化,這門科學必然需要突破傳統(tǒng)意義上的學科界限。換言之,舉凡數(shù)學、生物物理學、物理化學、遺傳學、臨床流行病學,都必然是系統(tǒng)生物醫(yī)學研究時代中成功回應(yīng)臨床問題的解決方案中必有的組成成分。如前所言:藉由系統(tǒng)生物學的研究范式,醫(yī)學第一次擁有了從整體上系統(tǒng)的認識并解決創(chuàng)傷等臨床難題的可能,并將為臨床上的個體化治療發(fā)展模式奠定堅實的基礎(chǔ)。臨床實踐及研究模式的轉(zhuǎn)換已經(jīng)處于革命性的歷史進程之中。例如,四川省人民醫(yī)院創(chuàng)傷代謝組多學科實驗室,通過重度脊髓損傷動物模型實驗發(fā)現(xiàn),建立基于代謝組學的動態(tài)代謝指紋圖譜,可以有效的實現(xiàn)對傷情的識別和預后預測[9]。同時,加州大學舊金山分校創(chuàng)傷實驗室,也在其他危重創(chuàng)傷患者中,通過代謝組學方法,建立了類似模型[10]。
3.2.2 培養(yǎng)醫(yī)生科學家 傳統(tǒng)上,臨床醫(yī)生與基礎(chǔ)醫(yī)學研究人員是通過完全不同的訓練方式培養(yǎng)而成的,二者之間很少有交集。雖然從巴斯德時代開始,就有很多醫(yī)師出于個人興趣,通過接受額外的生物學訓練而成為具備一定基礎(chǔ)研究能力的研究者,然而就現(xiàn)有臨床機構(gòu)的主要人員而言,還是以臨床醫(yī)師為主。然而,系統(tǒng)生物醫(yī)學研究的核心要素,是跨學科和多學科融合研究,在這一學科中,最為重要的研究對象是臨床上眾多的患者。如果沒有一批具備臨床醫(yī)療資格的科學家以臨床工作獨有的視角來領(lǐng)導科研工作,則開展系統(tǒng)生物醫(yī)學研究將是不可能的:成功的科學工作,首要的是以正確的方式提出正確的問題,而正確的問題,只能來自于臨床實踐。
此外,語言更是一大挑戰(zhàn)。不論母語是中文、英文還是其他語言,不同學科之間由于其自身的歷史和文化,已經(jīng)形成各自獨有的學科術(shù)語和現(xiàn)象描述方式(即各學科自身獨特的“技術(shù)語言”)。傳統(tǒng)意義上的跨學科研究之所以往往難成正果,其中一個重要原因就在于研究人員之間講的是不同的“語言”。所以,跨越學科之間的鴻溝,要求我們必須培養(yǎng)并擁有這樣一群臨床研究者:他們通曉各自學科的臨床實踐技能,并擁有豐富的臨床經(jīng)驗,因而可敏銳的發(fā)現(xiàn)問題之所在。同時,他們也熟悉相關(guān)基礎(chǔ)研究的手段和語言。因此,他們可以成為純粹的臨床醫(yī)生和基礎(chǔ)研究人員之間的橋梁。從而,他們將能夠領(lǐng)導多學科團隊將臨床問題順暢的轉(zhuǎn)化成為基礎(chǔ)科學問題,并同樣流暢的將基礎(chǔ)研究獲得的成果轉(zhuǎn)化為臨床技術(shù)。
由是觀之,現(xiàn)行的醫(yī)學教育模式和臨床醫(yī)療、科研組織模式勢必需要進行相應(yīng)調(diào)整。一種可能的模式,是在具備一定條件的大型科研型醫(yī)院中,建立系統(tǒng)生物醫(yī)學研究所或研究中心。這類機構(gòu)的組織,將不再是單純的臨床診療單位,而是將科研實驗室和醫(yī)院結(jié)合在一個單位中,如在創(chuàng)傷外科病房內(nèi)設(shè)置創(chuàng)傷生物醫(yī)學實驗室[11]。
傳統(tǒng)臨床科研格局下的創(chuàng)傷休克救治研究,面臨僅靠自身難以突破的障礙。但隨著近年來大數(shù)據(jù)挖掘、計算機科學以及系統(tǒng)生物醫(yī)學技術(shù)的快速發(fā)展,提高創(chuàng)傷休克救治水平的多學科研究方向已經(jīng)確立,整個創(chuàng)傷科學研究的未來必然是向融合多學科技術(shù)工具和平臺的道路前進。
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