頸脊髓損傷后氣管切開危險(xiǎn)因素和預(yù)測模型的研究進(jìn)展

孫大衛(wèi) 張正豐

頸脊髓損傷常導(dǎo)致患者出現(xiàn)節(jié)段性感覺或運(yùn)動障礙，嚴(yán)重者可引起高位截癱，甚至面臨生命危險(xiǎn)[1-2]。高位的頸段脊髓損傷常引起膈肌、肋間肌癱瘓，頸下段脊髓損傷也可因?yàn)閯?chuàng)傷引起的出血或水腫，使脊髓損傷上升1～2個(gè)節(jié)段，導(dǎo)致呼吸肌癱瘓[3-6]。此外，頸脊髓損傷導(dǎo)致的四肢癱瘓使部分患者可能長期臥床，增加患者發(fā)生肺不張、肺炎等呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)[3,6]?；谝陨显颍i脊髓損傷伴嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的患者常需施行氣管切開術(shù)，但對于執(zhí)行氣管切開的時(shí)機(jī)仍存在爭議[1,7-9]。近年，學(xué)者們以探討頸脊髓損傷患者氣管切開的危險(xiǎn)因素為突破口，通過建立預(yù)測模型提高氣管切開決策的準(zhǔn)確性[1,5,8-11]。我們對該領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行回顧分析，對頸脊髓損傷患者氣管切開危險(xiǎn)因素和預(yù)測模型的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 頸脊髓損傷患者氣管切開的危險(xiǎn)因素

1.1 年齡

隨著年齡增加，人體呼吸系統(tǒng)的生理學(xué)和形態(tài)學(xué)均發(fā)生改變，對呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的耐受性明顯降低。與年輕群體相比，老年群體中頸脊髓損傷患者的遠(yuǎn)期生存率降低[12]。研究發(fā)現(xiàn)，患者年齡與行氣管切開呈正相關(guān)，年齡越大，行氣管切開的可能性越高[8,13]。Mu等[8]回顧性分析294例頸脊髓損傷患者發(fā)現(xiàn)，大于60歲的患者行氣管切開的比例遠(yuǎn)高于40～60歲的患者。以年齡作為預(yù)測頸脊髓損傷患者氣管切開的危險(xiǎn)因素時(shí)，其分界值在不同研究中稍有差異。Lee等[13]發(fā)現(xiàn)，與小于55歲者相比，大于55歲的頸脊髓損傷患者行氣管切開的比例更高[比值比(OR)=6.86]，他們認(rèn)為年齡是導(dǎo)致頸脊髓損傷患者氣管切開的危險(xiǎn)因素。

既往研究大多為回顧性研究，在不同地區(qū)及不同時(shí)間段，頸脊髓損傷的流行病學(xué)因素存在差異，導(dǎo)致研究對象的年齡分界值在不同研究中不盡相同[14]。這從另一方面也表明，年齡因素對頸脊髓損傷患者是否需氣管切開的影響比較弱。

1.2 吸煙史

煙草中的有害物質(zhì)可刺激和損傷呼吸道，使呼吸道上皮纖毛退化萎縮，巨噬細(xì)胞失去活性，呼吸道防御功能遭到破壞[15]。長期吸煙者的氣道阻力增加，肺換氣功能減弱，呼吸儲備下降，對呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的耐受能力顯著降低[16-17]。Fan等[18]以兔子為實(shí)驗(yàn)對象研究吸煙對脊髓損傷的影響。他們發(fā)現(xiàn)，在脊髓損傷早期，吸煙組癱瘓程度高于不吸煙組，表明吸煙對脊髓損傷產(chǎn)生影響。杜佩紅[17]對468例急性創(chuàng)傷性頸脊髓損傷患者進(jìn)行回顧性研究，發(fā)現(xiàn)吸煙與患者行氣管切開顯著相關(guān)，進(jìn)而明確吸煙史是導(dǎo)致頸脊髓損傷患者氣管切開的危險(xiǎn)因素。

1.3 脊髓損傷嚴(yán)重度

美國脊髓損傷協(xié)會(ASIA)殘損分級(AIS)是衡量脊髓損傷嚴(yán)重程度的國際標(biāo)準(zhǔn)，已被廣泛使用[19]。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，完全性頸脊髓損傷患者(AIS A級)施行氣管切開的比例極高，將該指標(biāo)用于預(yù)測氣管切開效果極佳[1,2,5,11,20-23]。Higashi等[2]對65例頸脊髓損傷患者進(jìn)行回顧性研究，共20例患者行氣管切開，其中15例為AIS A級[OR=11.2，95%置信區(qū)間(CI) 3.0～49.7]。據(jù)此他們提出，AIS分級越高，行氣管切開可能性越大。Wang等[24]對16篇相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行Meta分析研究，發(fā)現(xiàn)患者的脊髓損傷嚴(yán)重度為AIS A級(OR=7.79，95%CI5.25～11.50)和B級(OR=1.15，95%CI1.13～2.02)是導(dǎo)致氣管切開的危險(xiǎn)因素，而AIS C級和D級與氣管切開無相關(guān)性。Mu等[8]在回顧性研究中也發(fā)現(xiàn)，AIS A級(OR=29.55)和B級(OR=7.89)是頸脊髓損傷患者需行氣管切開的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。因此，對于AIS A級和B級的頸脊髓損傷患者，需要高度重視，作好急診行氣管切開的準(zhǔn)備。

1.4 神經(jīng)損傷平面

頸脊髓損傷患者神經(jīng)損傷平面在C4及以上時(shí)常發(fā)生呼吸肌功能受損，嚴(yán)重者可誘發(fā)呼吸衰竭[8]。膈肌是最重要的呼吸肌，支配膈肌運(yùn)動的膈神經(jīng)由C3、C4、C5神經(jīng)前支組成，神經(jīng)損傷平面在C4及以上時(shí)可嚴(yán)重影響膈肌的神經(jīng)支配[1,20,23]，同時(shí)患者的咳嗽功能及清理氣管分泌物的能力也明顯減弱[20,23]。Tanaka等[23]對23例行氣管切開的頸脊髓損傷患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，21例患者神經(jīng)損傷平面在C4及以上(OR=12.60，95%CI3.55～80.26)。他們認(rèn)為，神經(jīng)損傷平面在C4及以上可顯著增加頸脊髓損傷患者呼吸衰竭發(fā)生可能，是導(dǎo)致患者氣管切開的危險(xiǎn)因素。Flanagan等[11]對頸脊髓損傷患者進(jìn)行研究，將氣管插管后7 d內(nèi)行氣管切開的患者作為早期組，超過7d行氣管切開者作為晚期組，通過兩組間比較發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)損傷平面在C4及以上是導(dǎo)致患者氣管切開最重要的危險(xiǎn)因素；與晚期行氣管切開相比，早期行氣管切開可以明顯改善患者預(yù)后。

1.5 創(chuàng)傷嚴(yán)重程度評價(jià)

創(chuàng)傷嚴(yán)重程度評價(jià)是根據(jù)損傷的解剖學(xué)和生理學(xué)改變，以模糊數(shù)學(xué)方法量化評價(jià)創(chuàng)傷的嚴(yán)重程度[25]。評價(jià)方法有多種，包括簡明損傷定級、創(chuàng)傷嚴(yán)重度評分(ISS)、Glasgow昏迷評分(GCS)等。在頸脊髓損傷患者預(yù)測氣管切開危險(xiǎn)因素的研究中，最常使用ISS來評估創(chuàng)傷嚴(yán)重程度[25]。Lee等[13]對105例創(chuàng)傷性頸脊髓損傷患者進(jìn)行回顧性研究發(fā)現(xiàn)，ISS≥16可以有效預(yù)測氣管切開。Leelapattana等[21]則認(rèn)為，一旦發(fā)生頸脊髓損傷，則患者在簡明損傷定級的頭頸部評分中屬重度(4分)，對應(yīng)的ISS評分為16分，結(jié)合其研究中研究對象的ISS為(32.8±16.1)，故選擇ISS>32為預(yù)測氣管切開的危險(xiǎn)因素。盡管在不同研究中ISS臨界值不盡相同，但不可否認(rèn)，ISS具有預(yù)測頸脊髓損傷患者氣管切開的作用。

1.6 肺功能指標(biāo)

肺功能檢查是診斷呼吸系統(tǒng)疾病及相關(guān)并發(fā)癥的必要檢查之一，主要用于檢測呼吸道通暢程度和肺容量。肺功能檢查對于早期發(fā)現(xiàn)肺和氣道病變，評估疾病嚴(yán)重程度及預(yù)后，評定治療效果有重要價(jià)值，在危重頸脊髓損傷患者監(jiān)護(hù)方面也有重要作用。Leelapattana等[21]提出，當(dāng)患者連續(xù)3 d氧合指數(shù)小于300 mmHg，則根據(jù)病情進(jìn)展可考慮行氣管切開。而Yugué等[26]在研究中發(fā)現(xiàn)，用力肺活量和肺活量占預(yù)計(jì)值百分比2項(xiàng)指標(biāo)可作為預(yù)測患者氣管切開的危險(xiǎn)因素。肺功能檢查有助于明確頸脊髓損傷患者呼吸系統(tǒng)功能狀態(tài)，對監(jiān)測、診斷和預(yù)防呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥具有重要作用。

1.7 影像學(xué)指標(biāo)

MRI檢查被認(rèn)為是診斷脊髓損傷的金標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)其提示存在創(chuàng)傷后脊髓血腫和水腫時(shí)，常預(yù)示頸脊髓損傷患者預(yù)后不良[27]。研究發(fā)現(xiàn)，脊髓水腫主要發(fā)生于患者受傷后48～72 h，并呈動態(tài)變化[27-28]。出血也是判斷損傷嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)，明顯的椎管內(nèi)出血(長度>1 cm)與神經(jīng)恢復(fù)不良相關(guān)[29]。因此，既往許多研究通過MRI圖像上脊髓出血和水腫的長度來評估頸脊髓損傷患者的病情[5,10,30]。Jeong等[5]對130例頸脊髓損傷患者的MRI圖像進(jìn)行分析。他們選擇脊髓最大受壓率、椎管最大侵占率(MCC)和脊髓內(nèi)信號改變長度(LL)作為分析指標(biāo)，通過多元邏輯回歸分析最終確定，MCC≥50%和LL≥20 mm為氣管切開的影像學(xué)危險(xiǎn)因素指標(biāo)。影像學(xué)指標(biāo)在頸脊髓損傷患者氣管切開預(yù)測研究中的應(yīng)用仍較少，還有待開展進(jìn)一步的研究。

2 頸脊髓損傷患者氣管切開的預(yù)測模型

基于已發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)因素，一些學(xué)者建立了頸脊髓損傷患者氣管切開的預(yù)測模型，以提高預(yù)測的準(zhǔn)確度。

2.1 邏輯回歸模型

邏輯回歸模型是一種預(yù)測性建模技術(shù)，它研究因變量(氣管切開)與自變量(危險(xiǎn)因素)之間的參數(shù)關(guān)系，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)它們之間的因果關(guān)系。這種技術(shù)通常應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘、疾病預(yù)測分析等研究領(lǐng)域[31]。Leelapattana等[21]通過多元邏輯回歸分析確定，完全性脊髓損傷、ISS>32、氧合指數(shù)<300 mmHg為導(dǎo)致氣管切開的3個(gè)危險(xiǎn)因素，并將這3項(xiàng)危險(xiǎn)因素結(jié)合來預(yù)測延長機(jī)械通氣的可能性，見表1。與以往對危險(xiǎn)因素的研究相比，他們的研究采用多項(xiàng)危險(xiǎn)因素組合，列出患者所有可能情況，借助邏輯回歸模型，提供預(yù)測概率值。該模型的直觀性以及臨床應(yīng)用便捷性顯而易見，但也存在一些缺點(diǎn)。首先，將3個(gè)及以上危險(xiǎn)因素組合是繁重的工作，這使該模型的進(jìn)一步拓展受到限制；其次，肺功能檢查在老年和創(chuàng)傷較重的頸脊髓損傷患者中常難以完成，限制了其廣泛應(yīng)用[10,32]。

表1 多項(xiàng)危險(xiǎn)因素結(jié)合預(yù)測延長機(jī)械通氣的概率[21]

2.2 分類與回歸樹模型

分類與回歸樹(CART)模型為非參數(shù)預(yù)測模型，其決策樹是二叉樹。決策樹自上而下從根開始建立節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處選擇最好的屬性來分裂，取值為“是”和“否”，在輸入給定危險(xiǎn)因素后，輸出頸脊髓損傷患者氣管切開的概率分布[13,33]。Hou等[10]基于219例頸脊髓損傷患者，以ASIA運(yùn)動評分、嚴(yán)重呼吸道并發(fā)癥、完全性脊髓損傷、MRI高信號為危險(xiǎn)因素建立CART模型，每個(gè)終止節(jié)的概率值即為預(yù)測概率。該預(yù)測模型提示，入院時(shí)ASIA運(yùn)動評分對氣管切開的預(yù)測作用最為重要，將其作為預(yù)測樹的第一節(jié)點(diǎn)；之后，應(yīng)考慮患者是否出現(xiàn)呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥及頸髓損傷的AIS分級，將其作為第二節(jié)點(diǎn)；最后，應(yīng)兼顧術(shù)前 MRI圖像顯示的頸脊髓內(nèi)信號改變的最高節(jié)段，將其作為第三節(jié)點(diǎn)[10]。隨后，他們對該模型繪制受試者操作特征(ROC)曲線，確定曲線下面積為0.909，敏感度73.7%，準(zhǔn)確度89.7%，表明模型具有較好的區(qū)分度。CART模型的建立，將以往的危險(xiǎn)因素分析進(jìn)一步整合，通過節(jié)點(diǎn)“是”與“否”的判斷，提供氣管切開的預(yù)測概率，為臨床決策提供更直觀的指導(dǎo)。依托CART模型，可對頸脊髓損傷患者在入院和病情變化時(shí)進(jìn)行流程化評估，預(yù)判呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的出現(xiàn)，為預(yù)防和早期處置并發(fā)癥提供量化數(shù)據(jù)支持。

2.3 臨床評分模型

在臨床工作中，各類評分量表對醫(yī)生們制定診療方案、評估病情具有重要作用。Durga等[32]制定床旁預(yù)測評估表以評估頸脊髓損傷患者發(fā)生呼吸功能不全的可能性，進(jìn)而預(yù)測患者是否需要機(jī)械通氣。他們通過多元邏輯回歸分析確定嚴(yán)重?fù)p傷(ASI A級和B級)、血流動力學(xué)不穩(wěn)(低血壓、心動過緩)、深吸氣后屏氣時(shí)間(BTH)<12 s、肺部感染、神經(jīng)損傷為5個(gè)危險(xiǎn)因素，并確定了相應(yīng)的回歸系數(shù)。床旁預(yù)測評估表涵蓋上述5個(gè)危險(xiǎn)因素，總分為100分，通過回歸系數(shù)之間的權(quán)重，以5的倍數(shù)確定各危險(xiǎn)因素的評分，見表2。再通過ROC曲線確定評分的最佳臨界值為45分，即總分大于45分時(shí)，預(yù)測頸脊髓損傷患者需要機(jī)械通氣。Scantling等[34]采用類似方法制定了臨床氣管切開評分表，評估項(xiàng)目為ISS≥38(1分)、C1～C4運(yùn)動損傷(1分)、完全性脊髓損傷或C1～C7脊髓前部損傷(1分)，總分為3分、2分、1分、0分時(shí)行氣管切開者分別為98%、85%、67%和33%。同時(shí)，他們也對臨床氣管切開評分表進(jìn)行了模型檢驗(yàn)，ROC曲線下面積為0.74，表明模型具有較好的識別能力[34]。

表2 急性頸脊髓損傷患者機(jī)械通氣預(yù)測評分[33]

評分量表作為臨床工作中的輔助工具，發(fā)揮著重要作用。目前關(guān)于頸脊髓損傷患者氣管切開預(yù)測評分量表的研究較少，將危險(xiǎn)因素轉(zhuǎn)換為具體分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)方法還有待進(jìn)一步改進(jìn)。評分量表既可以發(fā)揮評估功能，也能作為數(shù)據(jù)收集方式，為進(jìn)一步完善臨床評分模型提供支持，值得臨床推廣。

3 結(jié)語

研究表明，對預(yù)期使用機(jī)械通氣超過7 d的頸脊髓損傷患者，及時(shí)行氣管切開有較多益處，但對于氣管切開時(shí)機(jī)仍存爭議。許多研究聚焦于尋找可預(yù)測氣管切開的危險(xiǎn)因素，一些研究基于危險(xiǎn)因素建立不同的預(yù)測模型，以提高預(yù)測準(zhǔn)確度。但是，大多數(shù)預(yù)測模型建立于回顧性病例研究基礎(chǔ)上，不同時(shí)期不同區(qū)域的研究，其樣本特征存在差異，進(jìn)而影響了預(yù)測模型應(yīng)用的普適性。因此，預(yù)測模型的臨床推廣很有必要，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況與預(yù)測值間差異進(jìn)一步完善模型中不同危險(xiǎn)因素的權(quán)重，以提高模型適用性。