新生兒敗血癥風(fēng)險預(yù)測模型的建立與驗證

高俐楠 楊鵬坤 曹文君 張茜

1鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院新生兒科、河南省危重新生兒救治隨訪中心、河南省早產(chǎn)兒醫(yī)學(xué)重點學(xué)科、鄭州市發(fā)育障礙防控重點實驗室（鄭州 450000）；2中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（合肥 230000）

新生兒敗血癥（neonatal sepsis，NS）是指由細菌或真菌感染引起的可在血液或腦脊液等無菌標(biāo)本中培養(yǎng)出致病菌的全身炎癥反應(yīng)綜合征［1］。NS作為一個全球公共衛(wèi)生問題，其發(fā)病率高，病死率高，并且是新生兒神經(jīng)發(fā)育障礙的主要原因之一［2］。然而，由于其臨床表現(xiàn)不具有特異性，易導(dǎo)致漏診，因此需要提前預(yù)測［3］。國外關(guān)于NS的預(yù)測模型繁多，然而在中國人群中進行驗證的研究卻相對較少。國內(nèi)目前也只有少數(shù)學(xué)者根據(jù)心率變異率等臨床監(jiān)護數(shù)據(jù)建立了NS預(yù)測模型［4］，或者根據(jù)早產(chǎn)、絨毛膜羊膜炎、阿普加評分等來建立NS預(yù)測模型［5］。然而這些模型在臨床應(yīng)用中受到一定限制，例如心率變異率需要連續(xù)監(jiān)測，時間上不具備優(yōu)勢，而絨毛膜羊膜炎的準(zhǔn)確診斷需要進行羊水抽取。目前，在國內(nèi)尚未有研究僅利用簡單而準(zhǔn)確的早期指標(biāo)來構(gòu)建NS預(yù)測模型。已有大量研究表明血常規(guī)中的多個指標(biāo)在NS的診斷及預(yù)后方面具有重要的提示價值［6-8］。鑒于此，本研究旨在利用易于獲取的一般臨床特征和生后首次血常規(guī)檢查指標(biāo)建立NS預(yù)測模型，以幫助臨床醫(yī)生早期識別高風(fēng)險患兒。

1 資料與方法

1.1 研究對象本研究數(shù)據(jù)來源于美國麻省理工學(xué)院與貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心聯(lián)合開發(fā)的美國重癥監(jiān)護醫(yī)學(xué)信息數(shù)據(jù)庫Ⅲ v1.4（Medical Information Mart for Intensive Care-Ⅲ v1.4，MIMIC-Ⅲv1.4）［9］。本研究者通過了美國國立衛(wèi)生研究院網(wǎng)站“保護人類研究參與者”培訓(xùn)課程，并獲得該數(shù)據(jù)庫使用權(quán)限（證書編號：53355921）。篩選入院方式為“新生兒”的首次入住NICU且入院后完善血常規(guī)檢查的新生兒，排除死亡患兒和信息記錄缺失的患兒。最終篩選出3 001例新生兒患者，依據(jù)是否發(fā)生NS（ICD-9診斷代碼為“77181”）將3 001例新生兒分為NS組（n=185）和非NS組（n=2 816）。外部驗證數(shù)據(jù)集來自2020年1月至2022年12月于鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院新生兒科住院的患兒，數(shù)據(jù)獲取通過電子病歷系統(tǒng)，共納入3 129例患兒，NS的診斷記錄于電子病歷表中，其中NS組212例，非NS組2 917例。本研究經(jīng)過鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)（倫理批號：2023-KY-0460-001）。

1.2 研究變量受試者ID用于識別不同的患者，新生兒的一般臨床特征及初始血常規(guī)檢查指標(biāo)納入初步分析，其中一般臨床特征包括：性別、種族、胎齡、出生體質(zhì)量、是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征。新生兒呼吸窘迫綜合征是因肺表面活性物質(zhì)缺乏所致，以生后當(dāng)時或很快出現(xiàn)呼吸窘迫并進行性加重為特征的臨床綜合癥［10］。初始血常規(guī)檢查指標(biāo)包括：紅細胞計數(shù)、白細胞計數(shù)、血小板計數(shù)、淋巴細胞百分比、中性粒細胞百分比、中性粒細胞-淋巴細胞比率（neutrophil to lymphocyte ratio，NLR）、血小板-淋巴細胞比率（platelet to lymphocyte ratio，PLR）。新生兒的性別、種族、胎齡、出生體質(zhì)量出生后即可獲取，新生兒呼吸窘迫綜合征通常發(fā)生在6 h以內(nèi)，新生兒入院后首次血常規(guī)檢查往往在24 h內(nèi)進行，獲取結(jié)果迅速。所有納入的研究變量在預(yù)測疾病方面，具有時間早的優(yōu)點。

1.3 新生兒敗血癥診斷NS的診斷依據(jù)2019年專家共識［1］，確診診斷：有臨床表現(xiàn)，血培養(yǎng)或腦脊液（或其他無菌腔液）培養(yǎng)陽性；臨床診斷：有臨床異常表現(xiàn)，同時滿足下列條件中的任意一項：（1）血液非特異性檢查≥2項；（2）腦脊液檢查呈化膿性腦膜炎改變；（3）血中檢出致病菌DNA。

1.4 統(tǒng)計分析采用Shapiro-Wilk法對連續(xù)性指標(biāo)進行正態(tài)性檢驗，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差或中位數(shù)（四分位數(shù)）表示，兩組間的比較根據(jù)情況選擇兩獨立樣本t檢驗、校正t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗；計數(shù)資料以例數(shù)（%）表示，根據(jù)情況，組間比較選擇χ2檢驗或Fisher精確檢驗。統(tǒng)計分析采用SPSS 25.0完成，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

1.5 預(yù)測模型的建立與驗證首先采用LASSO回歸篩選預(yù)測NS的可能因素，在選擇最優(yōu)Lambda參數(shù)時采用10倍交叉驗證，以交叉驗證誤差最小時的Lambda值為最優(yōu)模型。其次對LASSO回歸篩選的變量進行多因素logistic回歸分析，建立多因素logistic回歸模型并繪制Nomogram圖。然后通過Bootstrap重采樣的方法對預(yù)測模型進行內(nèi)部驗證。外部驗證時，將來自鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的新生兒的數(shù)據(jù)集特征輸入建立的Nomogram模型生成相應(yīng)的預(yù)測結(jié)果。筆者通過計算C-index指數(shù)、繪制校準(zhǔn)曲線、臨床決策曲線和受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線來評價預(yù)測模型的效能。統(tǒng)計分析采用R語言（第3.6.3版）完成，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 NS組和非NS組的臨床資料共篩選符合標(biāo)準(zhǔn)的新生兒3 001例，NS患兒185例，檢出率6.2%。詳細資料見表1。

表1 NS組和非NS組臨床資料比較Tab.1 Comparison of data in neonates between NS group and non-NS group

2.2 NS預(yù)測因素篩查本研究共納入上述12個潛在的預(yù)測因素（對多分類變量進行啞變量處理），通過LASSO回歸對12個預(yù)測因素進行降維處理，篩選出最具有代表性的預(yù)測因素，LASSO回歸結(jié)果顯示性別、胎齡、出生體質(zhì)量、是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、紅細胞計數(shù)、白細胞計數(shù)、血小板計數(shù)、淋巴細胞百分比、中性粒細胞百分比、PLR為新生兒發(fā)生敗血癥的預(yù)測因素（圖1）。

圖1 新生兒敗血癥預(yù)測因素的LASSO回歸Fig.1 LASSO regression of predictive factors for NS

2.3 NS預(yù)測因素的多l(xiāng)ogistic回歸分析應(yīng)用多因素logistic回歸驗證上述變量。以是否罹患NS為因變量，以LASSO回歸篩選出的因素為自變量進行多因素logistic回歸分析，多分類變量進行啞變量化處理，回歸結(jié)果見表2。結(jié)果顯示：在控制其他危險因素的情況下，是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、28周 ≤ 胎齡＜32周和32周 ≤ 胎齡＜37周、出生體質(zhì)量、15 × 109/L ≤ 白細胞計數(shù)＜25 × 109/L、紅細胞計數(shù)、淋巴細胞百分比、中性粒細胞百分比可作為NS的獨立預(yù)測因素（P＜0.05），此時繪制預(yù)測NS的ROC曲線，模型的曲線下面積為 0.860（95%CI：0.828～0.891，P＜0.001），見圖2。

圖2 新生兒敗血癥logistic回歸模型ROC曲線分析Fig.2 ROC curve analysis of logistic regression model in neonates with NS

表2 新生兒敗血癥多因素Logistic回歸Tab.2 Multivariable Logistic regression analysis of NS

2.4 預(yù)測NS的Nomogram模型的構(gòu)建根據(jù)logistic回歸分析結(jié)果，以是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、28周 ≤胎齡＜32周、32周 ≤ 胎齡＜37周、出生體質(zhì)量、紅細胞計數(shù)、15 × 109/L ≤ 白細胞計數(shù)＜25 × 109/L、淋巴細胞百分比、中性粒細胞百分比為預(yù)測因素，是否發(fā)生NS為結(jié)局指標(biāo)建立NS的Nomogram預(yù)測模型，見圖3。

圖3 新生兒敗血癥Nomogram預(yù)測模型Fig.3 The Nomogram predictive model for NS

2.5 Nomogram預(yù)測模型的驗證與評價Bootstrap重采樣1 000次對模型進行內(nèi)部驗證，C-index指數(shù)為0.729，示模型有較好的區(qū)分能力；繪制模型的校準(zhǔn)曲線，模型的預(yù)測值和實際值具有良好的一致性，提示Nomogram預(yù)測模型有較好的精準(zhǔn)度（圖4A）；對列線圖進行了臨床決策曲線分析，也觀察到了良好的性能（圖4B）。此外，根據(jù)預(yù)測模型對來自鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的3 129例新生兒的數(shù)據(jù)集進行外部驗證，AUROC=0.767（95%CI：0.728～0.805，P＜0.001），模型預(yù)測性能良好，提示模型有較好的泛化能力。

圖4 Nomogram預(yù)測模型的評價Fig.4 Assessment of the Nomogram

3 討論

NS在存活新生兒中的發(fā)病率是4.5%～9.7%［11］，全球NS總體病死率為1%～5%［12］。NS約占新生兒死亡率的13%［13］。NS的癥狀和體征無特異性，包括體溫不穩(wěn)定、易激惹、嗜睡、呼吸系統(tǒng)癥狀、喂養(yǎng)困難、心動過速、灌注不良和低血壓等，這與早產(chǎn)兒相似，使得臨床醫(yī)生難以及時診斷［14］。因此，早期預(yù)測是必要的。

多年來，NS的早期預(yù)測因素主要包括孕產(chǎn)婦指標(biāo)和新生兒體征。應(yīng)用廣泛的孕產(chǎn)婦指標(biāo)包括產(chǎn)前最高溫度和是否存在絨毛膜羊膜炎等。產(chǎn)前最高溫度并不是客觀準(zhǔn)確的指標(biāo)，因為體溫并不是持續(xù)監(jiān)測的指標(biāo)。而在大多數(shù)婦女中，“絨毛膜羊膜炎”的診斷僅根據(jù)臨床［15］，通過羊水培養(yǎng)、革蘭染色或生化分析來確認診斷［16］，這限制了其對NS的預(yù)測價值。醫(yī)護人員無法對每一位患兒進行持續(xù)性觀察，部分新生兒在出現(xiàn)臨床體征時早已患有敗血癥，這降低了新生兒體征作為預(yù)測因素的臨床價值。目前，NS預(yù)測模型在經(jīng)濟發(fā)展水平不同的國家進行外部驗證的研究極少。本研究克服了上述缺點，基于國外數(shù)據(jù)庫建立了NS的預(yù)測模型并在中國人群中進行驗證。采用是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、胎齡、出生體質(zhì)量和初始血常規(guī)檢查中的紅細胞計數(shù)、白細胞計數(shù)、淋巴細胞百分比、中性粒細胞百分比幾個變量構(gòu)建了一個簡化的預(yù)測模型，Nomogram預(yù)測模型對各危險因素量化賦分，進而計算總分值對應(yīng)的風(fēng)險預(yù)測值。內(nèi)外部驗證中多個指標(biāo)包括C-index、AUROC、校準(zhǔn)曲線和決策曲線表明本研究的列線圖得到了令人滿意的預(yù)測結(jié)果。

對NS負擔(dān)的估計因研究設(shè)計而異［17］，不同收入水平的國家對負擔(dān)的估計也不同［18］。在本研究中MIMIC Ⅲ數(shù)據(jù)庫NS檢出率為6.2%，來自中國的外部驗證數(shù)據(jù)集中NS檢出率為6.8%。本研究的結(jié)果提示胎齡和出生體質(zhì)量是NS的預(yù)測因素，這與既往的研究一致。與胎齡＜28周的早產(chǎn)兒相比，胎齡≥ 28周的早產(chǎn)兒發(fā)生敗血癥的風(fēng)險明顯降低。隨著出生體質(zhì)量的增加，NS發(fā)生風(fēng)險降低。小胎齡和低出生體質(zhì)量的新生兒特別容易受到繼發(fā)的系統(tǒng)性感染，原因是免疫系統(tǒng)不成熟、住院時間長、腸道喂養(yǎng)延遲、抗生素早期暴露以及維持生命所需要的侵入性干預(yù)［19］。本研究顯示呼吸窘迫綜合征可作為NS的獨立預(yù)測因素。這類新生兒肺泡萎陷，導(dǎo)致肺部氧合能力降低，需要更多的氧氣維持正常生理功能。高濃度氧氣治療可導(dǎo)致腸道通透性增加、腸道菌群紊亂及細菌向遠處器官轉(zhuǎn)移，腸道菌群的紊亂增加NS發(fā)生風(fēng)險［20］。另一方面，呼吸窘迫綜合征的新生兒呼吸困難，可能需要機械通氣和靜脈注射營養(yǎng)等操作，增加感染風(fēng)險。

本研究表明初始紅細胞計數(shù)的增加提示NS發(fā)生風(fēng)險降低。紅細胞具有免疫黏附作用，可增強吞噬性白細胞對微生物的吞噬作用。紅細胞計數(shù)的減少可影響氧氣在體內(nèi)的利用和傳遞，從而影響免疫功能。此外，有研究［21］表明，發(fā)生NS時貧血的程度高，改善貧血可預(yù)防NS的并發(fā)癥。新生兒出生時白細胞總數(shù)為15 × 109/L，出生后隨著時間的推移而發(fā)生改變［22］。白細胞計數(shù)≥ 25 ×109/L或＜5 × 109/L均提示NS風(fēng)險［1，23］。白細胞計數(shù)與NS的發(fā)生并非簡單的線性關(guān)系，據(jù)此，筆者將白細胞計數(shù)作為分類變量進行分析。在本研究中，15 × 109/L ≤ 白細胞計數(shù)＜25 × 109/L可作為NS的預(yù)測因素，這與既往的研究不同，原因可能是本研究建模人群來自MIMIC數(shù)據(jù)庫，其中大多數(shù)為白種人，不同的研究中白細胞計數(shù)的分布存在差異性，獲取檢測指標(biāo)的時間也不同，導(dǎo)致白細胞計數(shù)在不同的NS預(yù)測模型中閾值并不統(tǒng)一。本研究顯示初始淋巴細胞百分比和中性粒細胞百分比減小，發(fā)生NS的概率會小程度增高。這可能與新生兒不成熟的免疫系統(tǒng)有關(guān)。淋巴細胞和中性粒細胞都是人體免疫系統(tǒng)中重要的類型，中性粒細胞主要負責(zé)吞噬和消滅病原體，淋巴細胞的主要作用是產(chǎn)生抗體和調(diào)節(jié)免疫。中性粒細胞功能的降低和低濃度的免疫球蛋白增加了早產(chǎn)兒對侵襲性感染的易感性［14］。雖然有部分研究顯示NLR、PLR是NS的預(yù)測因子［8，24］。然而在本研究中NLR和PLR均未納入最終模型，這與研究人群及指標(biāo)獲取時間有關(guān)。

本研究存在一些局限性，納入的預(yù)測因素不全，僅納入了數(shù)據(jù)庫中記錄相對完善的指標(biāo)。其他臨床指標(biāo)如頭圍、小于胎齡兒、生后窒息、阿普加評分等指標(biāo)在數(shù)據(jù)庫中未記錄或缺失值大于90%，此外，數(shù)據(jù)庫也沒有提供初始血常規(guī)中的平均血小板體積和紅細胞分布寬度，這兩個指標(biāo)在其他研究中顯示對NS有臨床預(yù)測價值［25-26］。國內(nèi)外相關(guān)研究示C反應(yīng)蛋白、降鈣素原、血清淀粉樣蛋白A等可作為診斷NS的生物標(biāo)志物［27-30］，新生兒的這些指標(biāo)在MIMIC數(shù)據(jù)庫中記錄缺失。本研究作為回顧性研究，難以控制混雜變量。本研究沒有區(qū)分早發(fā)型和遲發(fā)型敗血癥，一方面是由于MIMIC Ⅲ對診斷時間記錄不詳，另一方面兩者的診斷條件除發(fā)生時間外均相同，且部分遲發(fā)型敗血癥在出生時獲得，但在72 h后才具有臨床表現(xiàn)。因此本研究提示一個總的敗血癥風(fēng)險預(yù)測值，對指導(dǎo)臨床抗生素治療沒有提示作用。

綜上所述，本研究基于MIMIC Ⅲ數(shù)據(jù)庫建立了NS早期預(yù)測模型并在中國人群中進行驗證，模型預(yù)測性能良好，參數(shù)簡單，適用范圍較為廣泛，希望能提高醫(yī)護人員對高風(fēng)險患兒的警惕性，減少NS的漏診。