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。
1.1 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。
2.1 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
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。