基于隨機(jī)森林算法的高血壓合并左室舒張功能障礙預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建與分析

[摘要] 目的 通過(guò)構(gòu)建隨機(jī)森林模型進(jìn)行危險(xiǎn)因素預(yù)測(cè)驗(yàn)證，探討高血壓（hypertension，EH）合并左室舒張功能障礙（left ventricular diastolic dysfunction，LVDD）的影響因素。方法 選取2023年10月至2024年7月于天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院住院治療的EH患者300例作為研究對(duì)象。根據(jù)是否合并LVDD將其分為EH組（n=60）和LVDD組（n=240），比較兩組患者的一般資料及生化指標(biāo)，采用Logistic回歸分析EH合并LVDD的影響因素，構(gòu)建隨機(jī)森林模型。結(jié)果 與EH組比較，LVDD組患者的年齡、EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層、病程、合并冠心病占比、白細(xì)胞計(jì)數(shù)（white blood cells，WBC）、血小板計(jì)數(shù)（platelet，PLT）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6、總膽固醇（total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白膽固醇（Low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）、腦鈉肽前體（pro-brain natriuretic peptide，Pro-BNP）升高，高密度脂蛋白膽固醇、白蛋白（albumin，ALB）降低（Plt;0.05）。Logistic回歸分析結(jié)果顯示，EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層、病程、合并冠心病占比、WBC、IL-6、TC、LDL-C、ALB、ALP、Pro-BNP，是EH合并LVDD的影響因素，其中ALB是保護(hù)因素。結(jié)論 IL-6、ALB、ALP、LDL-C、Pro-BNP、TC、EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層、WBC是EH合并LVDD的影響因素。

[關(guān)鍵詞] 高血壓；左室舒張功能障礙；隨機(jī)森林算法

[中圖分類(lèi)號(hào)] R544""""" [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A""""" [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.20.002

Construction and analysis of a prediction model of hypertension with left ventricular diastolic dysfunction based on the random forest algorithm

WANG Tingting， ZHOU Wei

Department of Cardiovascular Medicine， the Second Affiliated Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine， Tianjin 300143， China

[Abstract] Objective To construct a random forest model for risk factor prediction and verification， and to explore the influencing factors of hypertension（EH） combined with left ventricular diastolic dysfunction（LVDD）. Methods A total of 300 patients with EH who were hospitalized in the Second Affiliated Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine from October 2023 to July 2024 were selected as the study subjects. The patients were divided into EH group （n=60） and LVDD group （n=240） by whether LVDD was combined， the general data and biochemical indexes of two groups were compared， and the influencing factors of EH combined with LVDD were analyzed by Logistic regression， and a random forest model was constructed. Results Compared with EH group， LVDD group had an increase in age， EH grade， EH risk stratification， course of disease， proportion of coronary heart disease， white blood cells（WBC）， platelet（PLT）， interleukin（IL）-6， total cholesterol（TC）， low-density lipoprotein cholesterol（LDL-C）， alkaline phosphatase（ALP）， creatine kinase（CK）， pro-brain natriuretic peptide（Pro-BNP）， and high-density lipoprotein cholesterol and albumin （ALB） decreased （Plt;0.05）. Logistic regression analysis showed that EH grade， EH risk stratification， disease course， proportion of coronary heart disease， WBC， IL-6， TC， LDL-C， ALB， ALP， Pro-BNP were the influencing factors of EH and LVDD， and ALB was the protective factor. Conclusion IL-6， ALB， ALP， LDL-C， Pro-BNP， TC， EH grade， EH risk stratification， and WBC are the influencing factors of EH complicated with LVDD， which are helpful for early clinical prevention and treatment.

[Key words] Hypertension; Left ventricular diastolic dysfunction; Random forest algorithm

高血壓（hypertension，EH）患者動(dòng)脈壓的持續(xù)升高可導(dǎo)致多個(gè)心、腦、腎等靶器官損害，進(jìn)而造成多種嚴(yán)重并發(fā)癥^[1-2]。心臟的病理?yè)p傷主要表現(xiàn)在心臟后負(fù)荷增大，心肌膠原纖維增生，心肌僵硬度增加，造成心臟舒張功能障礙，最終進(jìn)展為不可逆轉(zhuǎn)的心力衰竭。因此EH的盡早診斷和干預(yù)對(duì)降低心力衰竭患病率和延緩疾病進(jìn)展、改善患者生活質(zhì)量有重要意義。隨機(jī)森林算法是一種集成學(xué)習(xí)方法，具有較高的準(zhǔn)確性，不僅在生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，隨機(jī)森林也可提供更可靠的預(yù)測(cè)和診斷結(jié)果，降低過(guò)擬合風(fēng)險(xiǎn)，提高模型泛化能力，同時(shí)提供特征的重要性排序，幫助識(shí)別與特定疾病相關(guān)的關(guān)鍵因素^[3-5]。本研究探討EH合并左室舒張功能障礙（left ventricular diastolic dysfunction，LVDD）的影響因素，構(gòu)建基于隨機(jī)森林算法的危險(xiǎn)因素預(yù)測(cè)模型，旨在為臨床防治提供依據(jù)。

1" 對(duì)象與方法

1.1" 研究對(duì)象

選取2023年10月至2024年7月于天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院住院治療的EH患者300例作為研究對(duì)象，根據(jù)是否合并LVDD分為EH組（n=60）和LVDD組（n=240）。納入標(biāo)準(zhǔn)：在未使用降壓藥的情況下，非同日3次測(cè)量診室血壓，收縮壓≥140mmHg（1mmHg=0.133kPa）和（或）舒張壓≥90mmHg。患者既往EH病史，目前正在服用降壓藥物，血壓雖然低于140/90mmHg，仍診斷為EH^[4]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①患有嚴(yán)重心、腦血管疾病者；②各種腎臟系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病等引起的繼發(fā)性EH者；③妊娠或哺乳期婦女；④患有嚴(yán)重精神疾病者；⑤臨床數(shù)據(jù)不全者。本研究經(jīng)天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（倫理審批號(hào)：EC.AT/03.19-02/10.0）。

1.2" 研究方法

收集兩組患者的年齡、性別、EH病程、家族史、吸煙飲酒史，計(jì)算EH分級(jí)及危險(xiǎn)因素分層。禁食8h以上，于次日晨抽取空腹靜脈血完善檢查。

觀(guān)察指標(biāo)①血常規(guī)：白細(xì)胞計(jì)數(shù)（white blood cells，WBC）、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)（red blood cells，RBC）；②肝腎功能：白蛋白（albumin，ALB）、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）；③感染相關(guān)指標(biāo)：Ｃ反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6；④血糖血脂指標(biāo)：總膽固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglycerides，TG）、高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein，HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein，LDL-C）；⑤心功能指標(biāo)：肌酸激酶（creatine kinase，CK）、CK同工酶（CK isoenzyme，CKMB）、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、腦鈉肽前體（pro-brain natriuretic peptide，Pro-BNP）、同型半胱氨酸（homocysteine，HCY）。

1.4" 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（"）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)（四分位數(shù)間距）[M（Q₁，Q₃）]表示，組間比較采用秩和檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以例數(shù)（百分率）[n（%）]表示，組間比較采用χ²檢驗(yàn)。采用Logistic回歸分析EH合并LVDD的影響因素。采用R4.3.0軟件構(gòu)建隨機(jī)森林模型，采用受試者操作特征曲線(xiàn)（receiver operating characteristic curve，ROC曲線(xiàn)）分析預(yù)測(cè)價(jià)值。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 "結(jié)果

2.1" 兩組患者的一般資料及實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)比較

LVDD組患者的年齡、EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層和病程均高于EH組，合并冠心病占比亦高于EH組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），見(jiàn)表1。與EH組患者比較，LVDD組患者的WBC、PLT、IL-6、TC、LDL-C、ALP、CK、Pro-BNP明顯升高，HDL-C、ALB明顯降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），見(jiàn)表2。

2.2 "影響LVDD發(fā)生的相關(guān)因素分析

Logistic回歸分析結(jié)果顯示：EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層、病程、合并冠心病占比、WBC、IL-6、TC、LDL-C、ALB、ALP、Pro-BNP是EH合并LVDD的影響因素，其中ALB是保護(hù)因素，見(jiàn)表3。

2.3" 隨機(jī)森林自變量篩選及模型構(gòu)建

將Logistic回歸分析中顯示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的11項(xiàng)影響因素代入隨機(jī)森林模型，當(dāng)決策樹(shù)數(shù)量為300時(shí)，模型袋外數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率達(dá)到最低，為2.86%；十折交叉驗(yàn)證結(jié)果顯示，當(dāng)變量數(shù)量為9時(shí)，模型錯(cuò)誤率達(dá)到最低。因此，本研究根據(jù)平均準(zhǔn)確度下降的數(shù)值排序，選取前9項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建最終模型結(jié)果。構(gòu)建的模型ROC曲線(xiàn)下面積為0.958，敏感度為98%，特異性為93%。最終模型結(jié)果表明，根據(jù)重要性排序，影響EH合并LVDD的影響因素從高到低依次為IL-6、ALB、ALP、LDL-C、Pro-BNP、TC、EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層、WBC，見(jiàn)圖1。

3" 討論

心臟舒張功能障礙的最終結(jié)局是射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF），雖然以往研究存在差異，但HFpEF在心力衰竭中占比接近50%，病死率與射血分?jǐn)?shù)降低型心力衰竭（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）持平^[6-7]。EH發(fā)生后，代償機(jī)制使心臟收縮功能暫時(shí)正常，維持心輸出量水平，但舒張功能一旦受損，發(fā)生心力衰竭就變得顯著而迅速，EH患者往往更易發(fā)生HFpEF，排在其合并患病率的第一位^[8]。同時(shí)，對(duì)心臟的損害進(jìn)程中，LVDD的發(fā)生和發(fā)展作為關(guān)鍵的過(guò)渡階段，比收縮功能的減退更早發(fā)生^[9]。因此，分析和探討EH合并LVDD的危險(xiǎn)因素，對(duì)及早預(yù)防和干預(yù)進(jìn)一步心臟損傷有重要意義。

LVDD廣泛存在于EH患者中，EH病程長(zhǎng)、血壓控制欠佳是造成LVDD的風(fēng)險(xiǎn)因素^[10]。炎癥引起的應(yīng)激反應(yīng)和內(nèi)皮功能障礙對(duì)EH的發(fā)生和進(jìn)展機(jī)制由來(lái)已久，其最終進(jìn)展成為HFpEF與內(nèi)皮依賴(lài)性血管舒張受損有關(guān)^[11-13]。EH誘發(fā)的持續(xù)全身炎癥反應(yīng)導(dǎo)致一氧化氮（nitric oxide，NO）生物利用度降低，通過(guò)各種機(jī)制損害心血管結(jié)構(gòu)和功能^[14]。NO生物利用度降低，NO–環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷–蛋白激酶G信號(hào)通路受損，導(dǎo)致心肌僵硬度增加^[15]。中性粒細(xì)胞的激活和急性炎癥反應(yīng)的加劇誘導(dǎo)過(guò)度炎癥反應(yīng)和組織損傷，如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、IL-1和IL-6的產(chǎn)生增加^[16]。IL-6、CRP等炎癥標(biāo)志物水平的升高與有HFpEF風(fēng)險(xiǎn)的代謝綜合征患者的無(wú)癥狀LVDD獨(dú)立相關(guān)^[17]。

ALP與冠心病等主要心血管事件風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，排除合并癥干擾后，這種相關(guān)性仍持續(xù)存在^[18]，其機(jī)制可能與ALP催化脫氧核糖核酸等的去磷酸化反應(yīng)，生成無(wú)機(jī)磷酸和糖、酚、醇等成分，促進(jìn)血管鈣化有關(guān)^[19]。ALB是人體最豐富的循環(huán)蛋白，與心血管系統(tǒng)疾病關(guān)聯(lián)頗多，已成為心血管風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子^[20]。本研究結(jié)果顯示LVDD患者的ALB水平低于非LVDD患者ALB為L(zhǎng)VDD的保護(hù)因素。在心力衰竭中，ALB降低機(jī)制主要是肝臟合成減少、血管通透性增加及腎臟的丟失^[21]，也可歸因于炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激^[22]。ALB通過(guò)選擇性抑制細(xì)胞因子誘導(dǎo)的血管細(xì)胞黏附分子-1的表達(dá)及增加氧自由基清除減弱炎癥反應(yīng)^[23]。EH的發(fā)生和發(fā)展使機(jī)體處于全身炎癥狀態(tài)，此時(shí)由心源性慢性肝淤血引起的內(nèi)源性肝損傷更易導(dǎo)致低白蛋白血癥^[24]。

在心力衰竭患者中，收縮、舒張功能受損都能使pro-BNP水平升高，獨(dú)立于年齡及其他合并癥^[25]。HFpEF患者由于左心室主動(dòng)松弛能力降低和心室壁僵硬度增加導(dǎo)致心室舒張末壓升高，心肌受到牽張刺激，血漿pro-BNP濃度升高^[26]。但EFpEF病人體內(nèi)無(wú)明顯血流動(dòng)力學(xué)紊亂，心臟順應(yīng)性改變較HFrEF患者有所改善，從而避免pro-BNP的過(guò)度上升^[27]。本研究結(jié)果表明，相對(duì)于EH組，合并LVDD時(shí)，pro-BNP水平明顯上升，但其他心肌標(biāo)志物如CK、CK-MB、LDH卻并未見(jiàn)顯著差異，分析原因是LVDD病人病情進(jìn)展較輕，病程較短，且并無(wú)明顯心臟泵血功能異常，心肌細(xì)胞和冠狀動(dòng)脈無(wú)明顯缺血，從而避免過(guò)度的CK、CK-MB、LDH上調(diào)。

EH并發(fā)脂質(zhì)代謝異常在臨床中十分普遍，其機(jī)制已被證實(shí)與動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程密不可分^[28]，主要表現(xiàn)為T(mén)G、TC增高。高TG水平下，易致血管內(nèi)皮功能失調(diào)，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，加速動(dòng)脈粥樣硬化^[29]。雖然研究表明心力衰竭時(shí)心臟泵血功能受損、血液淤積，或可引起血液中血脂水平下降^[22]。但本研究中，LVDD組的血脂水平與EH組未見(jiàn)顯著降低，可能與病情尚處早期、患者營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)未明顯下降、樣本量較小等有關(guān)。研究顯示，與HFrEF患者比較，HFpEF患者血脂異常的比例更高^[31]。LDL-C是反映脂代謝的常見(jiàn)指標(biāo)，EH與脂代謝紊亂可相互促進(jìn)、相互影響。LDL-C水平過(guò)高時(shí)，可誘導(dǎo)產(chǎn)生各種細(xì)胞因子、炎性介質(zhì)、生物酶等，促進(jìn)炎癥細(xì)胞分化，進(jìn)而參與血管內(nèi)、中外膜損傷，影響血管舒縮功能，參與心血管疾病發(fā)生、進(jìn)展；另一方面EH通過(guò)介導(dǎo)血管內(nèi)皮損傷、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗等過(guò)程也能影響脂代謝^[23]。血脂指標(biāo)對(duì)LVDD及HFpEF患者具有一定預(yù)后預(yù)測(cè)價(jià)值，降脂治療可帶來(lái)預(yù)后的收益，但其具體機(jī)制、適用人群還需要高質(zhì)量、長(zhǎng)期研究予以明確肯定。

單中心研究等不足，結(jié)果可能存在偏倚，故需要進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍，同時(shí)選取多個(gè)不同維度樣本進(jìn)行分析，進(jìn)一步完善LVDD預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建。綜上，IL-6、ALP、LDL-C、Pro-BNP、TC、EH分級(jí)、EH危險(xiǎn)分層、WBC是EH合并LVDD的危險(xiǎn)因素，ALB是EH合并LVDD的保護(hù)因素?；陔S機(jī)森林算法構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型具有較好的預(yù)測(cè)價(jià)值，有利于篩選EH合并LVDD的高風(fēng)險(xiǎn)人群，及時(shí)采取干預(yù)措施減緩疾病進(jìn)展。本研究存在樣本量較少。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2025–02–20）

（修回日期：2025–06–09）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目（82374195）；天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院育才計(jì)劃資助項(xiàng)目（YC-ZY202413）

通信作者：周巍，電子信箱：zhouweishmily@163.com