基于臨床大數(shù)據(jù)分析探討成人社區(qū)獲得性肺炎與氣象因素的相關(guān)性

黃晶一，朱 威，顏仕星，周 紅

(1. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣州 510405； 2. 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 200092)

社區(qū)獲得性肺炎(community-acquired pneu-monia CAP)是指過去14 d內(nèi)未曾入院或未在長期護(hù)理機(jī)構(gòu)居住的患者在社區(qū)環(huán)境中感染微生物而發(fā)生的肺炎。臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、咳嗽、咳痰以及胸片檢查中肺部有新的滲出。在美國和英國，每年成人社區(qū)獲得性肺炎患病率估計(jì)為5‰～11‰[1],2012年我國肺炎病死率高達(dá)17.46/10萬[2]。肺炎患者中有1.1‰～4‰需住院治療，其中10%～15%的病人需ICU監(jiān)護(hù)治療，造成醫(yī)療資源極大的消耗。在中醫(yī)學(xué)理論中，整體觀念及運(yùn)氣學(xué)說闡述了疾病與四時(shí)氣候相適應(yīng)的變化規(guī)律。但整體觀念和運(yùn)氣學(xué)說的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值及現(xiàn)代科學(xué)闡述尚不明確，氣象因素與疾病的關(guān)系很可能是整體觀念和運(yùn)氣學(xué)說的表現(xiàn)形式之一[3]。因此，通過數(shù)據(jù)挖掘建模的方式科學(xué)闡明社區(qū)獲得性肺炎中醫(yī)證型與氣象因素的關(guān)系，從而科學(xué)地證明整體觀念及運(yùn)氣學(xué)說的價(jià)值，并為疾病預(yù)測提供另一種方法。

1 資料與方法

1.1 病例數(shù)據(jù)來源

選取2009年1月至2013年12月廣東省中醫(yī)院就診并符合社區(qū)獲得性肺炎診斷的門診和住院病人病歷，病歷內(nèi)容包括主訴、現(xiàn)病史、既往史、實(shí)驗(yàn)室及影像學(xué)檢查、中醫(yī)診斷、西醫(yī)診斷、處方，檢索廣東省中醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。氣象數(shù)據(jù)來源2009年1月至2013年12月中國地面國際交換站(廣州)氣候資料日值數(shù)據(jù)集，氣象數(shù)據(jù)包括20～20時(shí)降水量、大型蒸發(fā)量、極大風(fēng)速、極大風(fēng)速的風(fēng)向、平均本站氣壓、平均風(fēng)速、平均氣溫、平均水汽壓、平均相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、日最低本站氣壓、日最低氣溫、日最高本站氣壓、日最高氣溫、小型蒸發(fā)量、最大風(fēng)速、最大風(fēng)速的風(fēng)向和最小相對(duì)濕度。

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 納入標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)美國感染病學(xué)會(huì)/胸科學(xué)會(huì)2007年成人社區(qū)獲得性肺炎指南[4]：發(fā)熱、咳嗽、咯痰、胸片顯示斑片狀滲出或間質(zhì)性改變；根據(jù)中醫(yī)藥學(xué)名詞審定委員會(huì)2010版《中醫(yī)藥學(xué)名詞規(guī)范》[5]：風(fēng)熱犯肺證以主要癥狀伴微惡風(fēng)寒，或身痛、咽痛、氣喘、煩渴、胸痛、舌尖紅、苔薄黃、脈浮數(shù)；痰熱壅肺證以主要癥狀伴煩渴、氣喘、吐痰黃稠、胸悶、胸痛，或痰黃帶血、舌紅、苔黃膩、脈滑數(shù)。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn) 醫(yī)院獲得性肺炎、呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎、衛(wèi)生保健相關(guān)性肺炎；年齡<18周歲。

1.2.3 發(fā)病率計(jì)算 采用構(gòu)成比近似計(jì)算=(某中醫(yī)證型病例人數(shù)/全院同期總就診數(shù))×(1∶100000)。

1.2.4 氣象數(shù)據(jù)處理 通過氣候資料日值數(shù)據(jù)集按月份累計(jì)，得出月平均相對(duì)濕度(monthly mean relative humidity，MinRH)、月平均氣溫(monthly mean temperature，MT)、月平均降水量(monthly mean precipitation，MP)、月平均風(fēng)速(monthly mean wind velocity，MWV)、月平均日照時(shí)數(shù)(monthly mean sunshine duration，MSD)。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用LASSO算法構(gòu)造一個(gè)懲罰函數(shù)獲得一個(gè)精煉的模型，在回歸系數(shù)的絕對(duì)值之和小于一個(gè)常數(shù)的約束條件下，使殘差平方和最小化，從而產(chǎn)生某些嚴(yán)格等于0的回歸系數(shù)，得到一個(gè)解釋力較強(qiáng)的模型。采用均方誤差(mean squared error, MSE)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，它是衡量“平均誤差”的一種較方便的方法，MSE可以評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的變化程度，MSE的值越小說明預(yù)測模型描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有更好的精確度。

2 結(jié)果

2.1 廣東省中醫(yī)院成人社區(qū)獲得性肺炎中醫(yī)證型病例統(tǒng)計(jì)

表1顯示，風(fēng)熱犯肺證的發(fā)病例數(shù)逐年升高，痰熱壅肺證發(fā)病例數(shù)呈波動(dòng)狀。

表1 廣東省中醫(yī)院成人社區(qū)獲得性肺炎中醫(yī)證型病例統(tǒng)計(jì)

2.2 廣東省中醫(yī)院成人社區(qū)獲得性肺炎平均每月中醫(yī)證型構(gòu)成比

表2顯示，風(fēng)熱犯肺證的發(fā)生主要集中在3～6月，痰熱壅肺證的發(fā)生每個(gè)月相對(duì)平均。

表2 廣東省中醫(yī)院成人社區(qū)獲得性肺炎平均每月中醫(yī)證型構(gòu)成比(1∶100000)

2.3 風(fēng)熱犯肺證與痰熱壅肺證均方誤差值

表3顯示，采用前8個(gè)月全部氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，2個(gè)證型的MSE值均最小。

2.4 提出前8個(gè)月全部氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行LASSO選擇

前8個(gè)月(8—month):風(fēng)熱犯肺：日照時(shí)數(shù)2。痰熱壅肺：日照時(shí)數(shù)2、日照時(shí)數(shù)3、日照時(shí)數(shù)5、日照時(shí)數(shù)8、平均風(fēng)速3、平均氣溫7、平均相對(duì)濕度7、降水量8。

注：上述所列氣象因素后面的數(shù)字代表的是第幾個(gè)月之間的氣象因素，如“日照時(shí)數(shù)2”表示上個(gè)月的日照時(shí)數(shù)，“日照時(shí)數(shù)3”表示的是上上個(gè)月的日照時(shí)數(shù)。

表3 風(fēng)熱犯肺證與痰熱壅肺證均方誤差值比較

2.5 風(fēng)熱犯肺證LASSO模型回歸預(yù)測圖

圖1顯示，對(duì)于風(fēng)熱犯肺組計(jì)算機(jī)采用前8個(gè)月的全部氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選得到的MSE值最小，而在前8個(gè)月的氣象數(shù)據(jù)中，進(jìn)一步篩選出的相關(guān)氣象因素為前2個(gè)月平均日照時(shí)數(shù)(MSD2)。根據(jù)以上相關(guān)氣象因素建立風(fēng)熱犯肺證發(fā)病構(gòu)成比預(yù)測模型。

圖1 風(fēng)熱犯肺證LASSO模型回歸預(yù)測圖

2.6 痰熱壅肺證LASSO模型回歸預(yù)測圖

圖2顯示，對(duì)于痰熱壅肺組計(jì)算機(jī)采用前8個(gè)月的全部氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選得到的MSE值最小，而在前8個(gè)月的氣象數(shù)據(jù)中，進(jìn)一步篩選出的相關(guān)氣象因素有前2、3、5、8個(gè)月平均日照時(shí)數(shù)(MSD2、MSD3、MSD5、MSD8)、前3個(gè)月平均風(fēng)速(MWV3)、前7個(gè)月平均氣溫(MT7)、前7個(gè)月平均相對(duì)濕度(MinRH7)、前8個(gè)月平均降水量(AP8)。根據(jù)以上相關(guān)氣象因素建立痰熱壅肺證發(fā)病的預(yù)測模型。

圖2 痰熱壅肺證LASSO模型回歸預(yù)測圖注：圖1和圖2中橫坐標(biāo)代表時(shí)間(月),縱坐標(biāo)代表每月平均構(gòu)成比,深色曲線均表示的是通過LASSO模型預(yù)測的預(yù)測值，而紅色曲線均表示的是真實(shí)值

3 討論

五運(yùn)六氣是古人對(duì)天地、時(shí)空自然運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的理解，是古人社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)和領(lǐng)會(huì)世界的基本依據(jù)，是古代天文和歷法的理論基礎(chǔ)。同樣在中醫(yī)學(xué)中，運(yùn)氣學(xué)說是中醫(yī)學(xué)基本理論的基礎(chǔ)和淵源[6]，是中醫(yī)學(xué)探討天象氣候規(guī)律及其人體生理、病變、防治規(guī)律的理論，是中華民族科學(xué)智慧的體現(xiàn)[7]，是現(xiàn)代中醫(yī)理論缺失的一塊重要版圖。因此，運(yùn)用五運(yùn)六氣才能從中醫(yī)學(xué)理論的角度闡明疾病發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。五運(yùn)六氣蘊(yùn)涵了豐富的周期思想，是由五運(yùn)的5年、10年，六氣的1年、6年、12年，五運(yùn)六氣相合的30年以及60年大周期組成[8]，因此，周期的選擇包含了5年、6年、30年、60年。本文基于現(xiàn)有條件采用5年周期，選擇了廣東省中醫(yī)院5年社區(qū)獲得性肺炎病例，參考2009年至2013年運(yùn)氣發(fā)現(xiàn)，2009年(己丑年)太陰濕土司天，太陽寒水在泉，主氣厥陰風(fēng)木，客氣少陽相火，陽熱氣甚，氣候反常溫暖易發(fā)生溫病。2010年(庚寅年)少陽相火司天，厥陰風(fēng)木在泉，主氣厥陰風(fēng)木，客氣少陰君火，同樣氣候反常溫暖易發(fā)生溫病。2011年(辛卯年)陽明燥金司天，少陰君火在泉，主氣少陰君火，客氣少陽相火，陽熱更甚，更易發(fā)生熱病。2012年(壬辰年)太陽寒水司天，太陰濕土在泉，主氣厥陰風(fēng)木，客氣少陽相火，少陽相火與2011年(辛卯年)的少陰君火遷移與相交，氣候反常溫暖易發(fā)生溫病。2013年(癸巳年)厥陰風(fēng)木司天，少陽相火在泉，主氣太陽寒水，客氣少陽相火，氣候同樣反常溫暖易發(fā)生溫病。對(duì)于風(fēng)熱犯肺證，2009年至2013年疾病的發(fā)生集中在3月份至6月份，春季反常的溫暖造成風(fēng)熱犯肺證的增加。從氣象數(shù)據(jù)看，過度的日照可能導(dǎo)致火氣過剩，過剩之氣過度制約肺臟。同樣過度日照使燥邪化生，兩者共同導(dǎo)致患者出現(xiàn)微惡風(fēng)寒，或身痛、咽痛、氣喘、煩渴、胸痛、舌尖紅、苔薄黃、脈浮數(shù)等風(fēng)熱犯肺證表現(xiàn)，這就是“淫氣病肺”。對(duì)于痰熱壅肺證，2009年至2013年疾病的發(fā)生每月均較為平均。中醫(yī)認(rèn)為風(fēng)為百病之始屬陽，其性動(dòng)，無孔不入，風(fēng)邪為患，不單單侵入人體，其他邪氣侵入人體也往往借助風(fēng)邪。其余邪氣也有相兼的但種類很少，只有風(fēng)氣、六氣可以相兼相雜，因此對(duì)于痰熱壅肺證出現(xiàn)諸多相關(guān)氣象因素也就不足為奇了。首先，風(fēng)速的異常變化令人腠理疏松，衛(wèi)氣受傷，不能正常司開闔，發(fā)揮溫煦作用，為其余淫邪的兼雜打下基礎(chǔ)。日照與氣溫的升高使人腠理更加開張，容易出汗，加之濕度的變化使?jié)裥耙咨?，遂風(fēng)邪而入，郁結(jié)在內(nèi)，阻遏了氣機(jī)，使得氣血不能正常運(yùn)行化而生痰、郁熱，使人出現(xiàn)煩渴、氣喘、吐痰黃稠、胸悶胸痛，或痰黃帶血、舌紅、苔黃膩、脈滑數(shù)等痰熱壅肺證的表現(xiàn)。

從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)氣象看，當(dāng)氣溫出現(xiàn)很長一段時(shí)間的偏高或劇烈變化時(shí)，不但使細(xì)菌、病毒微生物的繁殖增加，同樣也降低人體免疫力，包括對(duì)微生物的抵抗力，甚至導(dǎo)致環(huán)境如空氣和水的污染，這些因素都會(huì)影響疾病在人群中的分布。環(huán)境濕度過高易造成

吸入空氣濕度增大，造成細(xì)菌微生物滋生；人體免疫力的下降使病原微生物容易侵入機(jī)體，使人出現(xiàn)感染特別是對(duì)于呼吸系統(tǒng)的影響。此外，月平均風(fēng)速越小相對(duì)濕度越大，肺炎發(fā)生率越高[9]等均有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。本研究中筆者認(rèn)為，對(duì)于風(fēng)熱犯肺證日照可以影響溫度的變化，溫度的短時(shí)間劇烈變化使人體免疫系統(tǒng)功能下降，導(dǎo)致疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加。對(duì)于痰熱壅肺證，從模型篩選結(jié)果看是多氣象因素綜合的結(jié)果，從微生物的生長繁殖角度看，微生物的代謝和物質(zhì)交換必須在水的參與下發(fā)生，如果沒有適當(dāng)?shù)臐穸拳h(huán)境下微生物幾乎很難繁殖，更遑論感染人體。適當(dāng)?shù)臐穸葪l件是滋生和傳播病原生物的一個(gè)必要條件。頻繁的降雨和低風(fēng)速導(dǎo)致相對(duì)濕度增高，在這種潮濕的環(huán)境微生物可以大量繁殖和傳播。筆者在使用lasso算法選擇相關(guān)的氣候因素時(shí)還發(fā)現(xiàn)，8個(gè)月前的氣象因素也是成人社區(qū)獲得性肺炎風(fēng)熱犯肺證與痰熱壅肺證發(fā)病增多的重要因素，這意味著多個(gè)月前的氣象變化可能是一個(gè)預(yù)測社區(qū)獲得性肺炎風(fēng)熱犯肺證和痰熱壅肺證發(fā)生的條件。原因可能與人體體質(zhì)的改變時(shí)間及細(xì)菌微生物的繁殖和生長周期有關(guān)，但目前論證相關(guān)結(jié)論的文獻(xiàn)仍然較少，有待進(jìn)一步的研究。

自然界有生長化收藏的規(guī)律，天氣當(dāng)中有寒暑燥濕風(fēng)的正常變化，春溫夏熱、秋涼冬寒，之所以有這樣正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，就是因?yàn)榱鶜庵杏邢嗷ブ萍s、避免過亢、避免“未至而至”“至而未至”，萬事萬物才能生生不息并在歷史的長河中生生化化。從《黃帝內(nèi)經(jīng)》的“三部之氣”，到張仲景的“千般疢難，不越三條”，再到陳言的“內(nèi)因、外因、不內(nèi)外因”，對(duì)氣候、外因的研究始終是中醫(yī)病因?qū)W的重要一環(huán)，而這些時(shí)刻體現(xiàn)出中醫(yī)學(xué)整體觀念的思想特點(diǎn)。