皮肤微循环指标对职业工人颈动脉粥样硬化的预警价值研究*

马崇淇，廖雅静，秦真威，朱红茹，范红敏

（华北理工大学公共卫生学院，河北 唐山 063200）

目前以动脉粥样硬化为主要病理基础的缺血性脑血管病变已成为全世界范围重要的死亡原因[1]。作为人体主要的浅表动脉，颈动脉是连接心脏和大脑2 个重要器官的主要血管，也是动脉粥样硬化最常受累部位。开展关于颈动脉粥样硬化（carotid atherosclerosis, CAS）的预警指标研究有助于提前鉴别动脉粥样硬化病变的亚临床期，为个体缺血性脑血管病变预警、评估病变进展及提高患者生命质量提供重要临床价值。现阶段关于CAS 的预警指标研究主要集中于体格检查、实验室检查、血流动力学、遗传相关因素、氧化应激、炎症相关指标等方面。由于大血管与微血管“一脉相承”，微血管中的微动脉和微静脉在微循环中分别起着“分闸门”和“后闸门”的作用，其内皮舒张功能影响毛血细管的血流灌注量和血压，进而对体液交换和回心血量产生一定作用，而大血管和微血管面临大量相似的致病因子，故两者血管病变往往同时存在[2]，甚至有报道称在颈动脉斑块形成早期即颈动脉内-中膜厚度（internal-media thickness,IMT）增厚时期就已经存在微循环障碍反应[3]。现阶段皮肤微循环与CAS 病变程度相关报道较少，但关于皮肤微循环指标在血管评估、伤口愈合等方面已有临床使用，其形成可能与CAS 病情发生、发展存在紧密关系。且微循环功能障碍效应并不只局限于某个特定器官或组织，而是影响整个系统运行状态变化，通过检测和评估特定区域的微循环功能可以用来类比其他区域的血管情况[4]。有流行病学调查称某钢铁公司员工CAS 患病率为37.6%[5]，远高于正常成年人群的19.8%[6]。本研究以职业工人群体作为研究对象，将超声诊断结果作为“金标准”，绘制受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线筛检皮肤微循环指标，通过添加相应皮肤微循环指标构建CAS预警模型，从曲线下面积（area under curve，AUC）和净收益2 个方面评估其与常用指标预警模型的效果差异，以期从皮肤微循环角度为职业工人CAS 的预警价值研究提供新的线索和依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

采用成组病例对照研究方法，选取2017年2月—2017年9月某重工业集团附属医院进行职业健康体检的324 例职业工人作为研究对象。严格按照纳入和排除标准，选取经超声诊断CAS 患者171 例作为病例组，超声诊断颈动脉正常者153 例作为对照组。病例组年龄28 ～59 岁，平均（45.95±7.49）岁；对照组年龄25 ～60 岁，平均（41.30±7.47）岁。纳入标准：①病例组颈动脉超声检查结果符合2015年《中国脑卒中血管超声检查指导规范》[7]中的CAS 诊断标准；对照组颈动脉超声检查符合2015年《中国脑卒中血管超声检查指导规范》[7]中颈动脉血管正常的诊断标准；②属于单位正式职工，工龄≥1年，年龄≤60 岁。排除标准：①患有明显心、脑、肝等主要脏器病变；②糖尿病溃疡或病足、近期烧伤、下肢外伤、静脉曲张等可能与皮肤微循环相关的疾病且近期有明显感染的受试者。本研究经华北理工大学医学伦理委员会批准，患者签署知情同意书。

1.2 调查方法

1.2.1 基本情况调查自行设计个人健康信息调查问卷，采用面对面方式开展调查，其内容包括年龄、文化程度、吸烟状况、饮酒状况、食盐程度、体育锻炼、动脉粥样硬化家族史等。相关变量及定义：①吸烟，指平均每天吸烟不少于1支且持续6个月以上。②饮酒，指平均每周饮酒不少于1 次且持续1.0年以上。③食盐程度偏淡，指食盐量＜3 g/d；食盐程度适中，指食盐量3 ～＜6 g/d；食盐程度偏重，指食盐量≥6 mmol/L。④体育锻炼，指平均每周有氧运动≥3次，≥30 min/次，持续6 个月以上。

1.2.2 体格检查主要体格检查项目有血压、皮肤微循环、颈动脉超声检查等。①血压检查：由体检科相关工作人员负责测量血压，统一使用定期校准的UDEX-Twin Ⅰ型全自动电子血压计（日本爱鹿克株式会社）。研究对象在安静环境下坐位休息5 min 后开始测量，将臂带适度绑于戴在高于肘部1 ～2 cm 胳膊处，气囊中点放于肱动脉搏动位置，并在按下开始键同时保持测量过程中安静。连续测量3 次，取受试者3 次静息状态下的上臂血压的平均值作为其最终血压值。②皮肤微循环检查：采用Peri Flux 5100 激光多普勒四通道血流仪（瑞典帕瑞医学科技有限公司，）对研究对象进行皮肤微循环情况检查。提前告知研究对象当日禁烟、酒和咖啡。要求研究对象测定前30 min进入温度控制在22 ～24℃的检查室内，无剧烈运动。采用平卧位，四肢放松，保持情绪稳定，尽量减少说话。测量前需用酒精均匀涂抹测量部位，待皮肤表面完全干燥后，用条形双面胶将探头及温控探头粘在无毛囊和皮肤角化处皮肤上，根据相应探头间信号回传至血流仪，通过Perisoft 软件进行分析计算和处理，待图像信息稳定后记录相应指标。其中皮肤温度测量时间为1.5 min，温控单元需加热到44℃保持6 min以上，踝压和趾压通过专用袖带加压至少测量3 次并取其平均值，每次测试前需对经皮氧分压探头进行校准并更换固定环，并且测量时需使用3 ～4 滴接触液以便保证精度。测定部位选取与测量血压时同侧的下肢踝部、足背及大拇脚趾。③颈动脉超声检查：由同一位具有超声检查资质医师运使用便携式彩色多普勒超声系统（深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司）进行颈动脉超声检查，探头频率5 ～12 MHz。研究对象去枕仰颏保持仰卧位，暴露双侧颈部，头部偏向于检查对侧，依次检查左、右两侧颈动脉血管情况。首先进行纵向扫描，在颈根部对颈总动脉近心端进行探查，沿动脉走行将探头往头侧缓慢移动，对颈动脉分叉处、颈外动脉和颈内动脉进行检查，尽量扫描颈部最高部位，分别对以上4 处血管部位下方约1.5 cm处检测IMT 并记录。再进行横向扫描以防遗漏。各取研究对象左、右两侧的颈总动脉、颈内动脉、颈外动脉和颈分叉处近端后壁1.5 cm 处测量IMT，若该处存在CAS 斑块病变则取病变近端1.5 cm 位置测量IMT。根据2015年《中国脑卒中血管超声检查指导规范》[7]将CAS 定义为出现IMT 增厚和粥样硬化斑块2 种情况中任意1 种。当颈总动脉、颈内动脉、颈外动脉和颈动脉分叉处任意部位的IMT ≥1.0 mm 时界定为IMT 增厚；当颈总动脉、颈内动脉、颈外动脉和颈动脉分叉处任意部位的IMT ≥1.5 mm，若有部位凸出于血管腔内，或局限性内膜增厚高于周边IMT 的50%，则判定为动脉粥样硬化斑块形成。

1.2.3 实验室检查采集研究对象晨起空腹肘静脉血5 ml 于非抗凝采血管中，于3 h 内以4 500 r/min 离心8 min，采用循环酶法检测低密度脂蛋白（LDL）、尿酸（UA）、超敏C 反应蛋白（hs-CRP）等血生化指标，由检验科当天统一进行检测。LDL：分为4 类，LDL＜2.6 mmol/L 为理想水平；2.6 ～＜ 3.4 mmol/L 为合适水平；3.4 ～＜ 4.1 mmol/L 为边缘抬高；LDL ≥4.1 mmol/L 为升高。尿酸：男性＞ 420 μmol/L，女性＞357 μmol/L 为正常值，低于此范围均视为异常。hs-CRP：分为3 类，hs-CRP＜1.03 mg/L 为低度危险性；1.03 ～3.00 mg/L 为中度危险性；hs-CRP＞3.00 mg/L 为高度危险性。

1.3 统计学方法

数据分析采用SPSS 20.0 和R3.4.3 统计软件和绘图。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，比较用t检验，不服从正态分布的以中位数和四分位数M（P25，P75）表示，比较采用Mann-Whitney法进行非参数检验；计量资料以率或构成比表示，比较用χ2检验，采用套索算法（least absolute shrinkage and selection operator, LASSO）筛选常用预警指标，通过朴素贝叶斯（naive bayesian, NB）分类器构建职业人群CAS 预警模型；使用ROC 曲线挑选对职业人群CAS 筛检价值较高的单一皮肤微循环指标进而建立常用指标+皮肤微循环预警模型；通过ROC 曲线和决策曲线分析法（decision curve analysis, DCA）从AUC和净收益2 个方面比较其与原模型的优势。检验水准α=0.05（双侧），P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组研究对象基本情况

通过查阅相关文献以及相关临床知识，纳入初始变量构建常用指标职业工人CAS 模型，包括人口学变量、体格检查变量、血生化变量等因素。在进行多因素分析前需检查变量间共线性情况，经计算Kappa=116.696，最大方差膨胀因子（variance inflation factor, VIF）=15.279，表明存在严重共线性现象。采用LASSO 算法解决多重共线性情况以及提取特征变量，求解算法为最小角度法。LASSO 算法在压缩到第11 步CP值最小（CP=28.185），此时纳入的变量有年龄、文化程度、吸烟、饮酒、食盐程度、体育锻炼、动脉粥样硬化家族史、舒张压、LDL、UA 和hs-CRP。两组在年龄构成上存在差异（P＜0.05），病例组在40 岁及以上占绝大多数（88.3%），而对照组主要集中在30 ～＜50 岁（78.4%）。病例组文化程度较低，以高中或中专学历为主（52.0%）。对照组从不吸烟比例（62.7%）高于病例组（38.6%）。对照组从不饮酒比例（74.5%）高于病例组（53.8%）。病例组食盐程度方面以偏重居多（52.6%），而对照组主要集中于适中口味（52.3%）。对照组有无体育锻炼分布较为均衡（47.1%和52.9%），而病例组中体育锻炼者（74.9%）比对照组多（47.1%）。两组存在动脉粥样硬化家族史构成比均小，分别为9.4%和2.0%。病例组和对照组在LDL 和hs-CRP 分布存在差异（P＜0.05），病例组LDL 的边缘抬高（19.9%）和升高比例（4.7%）低于对照组（26.8%和15.1%）。病例组高度hs-CRP 人数占比（19.9%）也多于对照组（0.0%）。但单因素分析结果显示病例组与对照组在舒张压和UA 方面比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

2.2 两组皮肤微循环指标比较

病例组和对照组在经皮氧分压（tcpO2）、踝压、趾压、踝肱指数（ABI）、加热前血流灌注量、和血流灌注百分比方面差异有统计学意义（P＜0.05），病例组的tcpO2、ABI 和血流灌注百分比低于对照组，在踝压、趾压和加热前血流灌注方面，病例组高于对照组。两组体表温度、趾肱指数（TBI）和加热后血流灌注量方面差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表1 两组经LASSO 算法提取常用特征变量的比较 例（%）

2.3 职业工人CAS 的皮肤微循环指标筛选

将研究对象实际颈动脉超声诊断结果作为判断CAS 正常与硬化的金标准，使用ROC 曲线查找职业工人CAS 9 项单个皮肤微循环指标筛检的最佳临界值点，通过AUC 和P值初步选择相应指标。ROC曲线分析结果表明体表温度、tcpO2、踝压、趾压、ABI、TBI、加热前血流灌注量、加热后血流灌注量和血流灌注百分比9 项指标的临界值分别为31.8℃、59.0 mmHg、159.0 mmHg、111.0 mmHg、1.1、0.8、8.0 PU、66.2 PU 和803.0%，其中tcpO2、踝压、趾压、ABI、加热前血流灌注量和血流灌注百分比的ROC 曲线均位于基准线以上，其AUC＞0.5，且经AUC 检验表明其结果具有统计学意义（P＜0.05），虽然本研究中皮肤微循环监测都将受试对象控制在22 ～24℃的室温环境中，温度指标和加热后血流灌注量只反映由温控探头控制的局部区域效应，且体表温度筛检结果显示其AUC＞0.5，但由于整体调查时间跨度较大，并且考虑到上述关于病例组与对照组的体表温度差异比较结果，其ROC 曲线筛检结果会不会受测量误差的影响还有待后期随访研究结果对比。ABI 和血流灌注百分比是2 个复合指标，其分别综合踝压和肱动脉收缩压，以及加热前血流灌注量和加热后血流灌注量的信息，较初始指标更具有临床意义，并且上述结果表明TBI 在病例组和对照组比较，差异无统计学意义（P＞0.05），加之趾压的临床意义尚不完全清晰，因此根据各项结果并结合相关临床知识，单项筛检指标将体表温度、踝压、趾压、TBI、加热前血流灌注量和加热后血流灌注量排除掉，保留tcpO2、ABI 和血流灌注百分比3 项筛检指标，并纳入预警模型。见表3。

2.4 构建职业工人CAS 预警模型

以LASSO 算法筛检后的11 项指标构建为自变量，颈动脉结局为因变量，使用朴素贝叶斯构建职业工人CAS 预警模型，使用ROC 曲线评价模型拟合效果。考虑到增加模型外推性，随机选取80%数据进行训练，剩余20%数据进行测试，参数Laplace 控制数据的拉普拉斯平滑，以便处理数据并不完美平衡或数据集有问题的情形。职业工人CAS 初始预警模型的AUC为0.758（95% CI：0.701，0.782），敏感性为93.3%（95% CI：0.917，0.948），特异性为47.1%（95% CI：0.458，0.486），ROC 曲线结果见图1。在已构建的模型基础上，添加tcpO2、ABI 和血流灌注量变化率3 项皮肤微循环筛检指标，创立新的职业工人CAS 预警模型，添加皮肤微循环指标后新模型AUC 为0.835（95% CI：0.795，0.860），敏感性为76.7%（95% CI：0.739，0.796），特异性为88.2%（95% CI：0.846，0.917），ROC 曲线结果见图2。通过DeLong 检验比较2 种模型差异，其结果显示（Z=-2.013，P=0.044），表明新模型拟合程度优于常用指标构建预警模型。2 种预警模型具体的条件概率见表4。

2.5 使用DCA 分析2 种模型的净收益

为更为全面地考虑到临床效用问题，通过装载KERR 等开发的“Decision Curve”R 语言程序包[8]，进一步使用DCA 分析添加皮肤微循环指标后职业工人CAS 预警模型与常用指标构建职业工人CAS 预警模型的净收益优势。其中职业工人群体CAS 预估计患病率采用本课题组已有研究结果，将人群患病率取为28.9%，将研究类型参数改为“case-control”，以“0”表示对照组，以“1”表示病例组。结果显示在阈概率0.2 ～1.0 区间，添加3 项皮肤微循环指标后新预警模型的净收益均大于初始预警模型，其预警价值也由于优于后者。见图3。

表2 两组皮肤微循环指标比较

表3 9 项皮肤微循环指标筛检职业工人CAS 的AUC 和检验结果

图1 初始预警模型的ROC 曲线

图2 常用指标+皮肤微循环预警模型的ROC 曲线

表4 2 种LASSO+NB 预警模型的条件概率

续表4

图3 2 种预警模型的DCA 分析

3 讨论

大血管病变进展与机体微循环功能密切相关，即微循环功能变化可以反映动脉粥样硬化病情进展，在大血管患病同时或甚至之前机体就已经可能处于微循环异常状态下，而CAS 又是众多缺血性血管疾病的临床前期表现，因此开展量化皮肤微循环评估将会是CAS 早期预警的切入点。皮肤微循环研究相对于甲襞、球结膜等微循环领域起步较晚，但自身具有独特优势：①测量结果反映一定时间内的动态变化规律，而不是某一瞬时特征；②操作程序简单，各流程均规定在特定时间范围内；③数据指标相对精确，受人为因素影响低；④测量探头校准效果显著，结果真实性高。

通过ROC 曲线筛检结果表明单一皮肤微循环指标对CAS 的预警效果较低，AUC 主要集中于0.5 ～0.6，提示单指标的价值有待于进一步提升，其他类似研究也存在此种现象[9]，很难找到对研究结局产生较高筛检价值的单指标变量，因此需进行通过构建模型进行多指标联合分析以提高其整体指标应用水平[10]。通过查阅相关资料发现国内外已发表开展皮肤微循环研究中样本量减少，本研究研究对象虽相对较多，但考虑避免出现多重共线性和过拟合现象情况有必要提取相应特征变量。LASSO 算法[11]是近年来应用逐步较多的特征变量选择方法，基于逐步压缩和收缩估计的框架，能在进行变量选取的程序中同时进行参数估计，不仅克服最小二乘法难以减小预测方法和自变量个数的局限性，而且也继承子集选择可解释性和岭回归稳定性的优势，适宜于解决高维数据影响因素的变量选择问题，克服由多重共线性造成的变量分析误差，提高初始模型的拟合效果。

通过使用NB 分类器构建职业人群CAS 的预警模型，从ROC 曲线角度上发现常用指标+皮肤微循环预警模型的AUC 达到0.835，高于仅有常用指标模型构建的预警模型AUC。ROC 曲线本质是分类问题的预测效果评估，采用预测数据结果并结合可视化的方式展现模型拟合效果，其综合了有限样本或所有情况的敏感性和特异性，通过AUC 大小判断模型的优劣，但在临床领域实际应用中，AUC 最大也许并不符合决策方案的实际效益[12]，还需要考虑假阳性率和极端特殊情况。ROC 曲线关注的重点集中于预测模型的准确性，并不能在实际临床模型效用判断应用中提供充分建议，并且一个AUC 较高的预测模型很难兼顾最优的特异性与敏感性，往往特异性较高但敏感性偏低[13]，本研究中常用指标+皮肤微循环预警模型的特异性从初始预警模型的0.471 上升至0.882，但敏感性下降0.175。

而DCA 是一种能体现临床结局并可用于评估不同预测模型实际应用效益的新方法，其产生基于一个原则：即假阳性和假阴性的相对损失值可以用阈概率Pt 表示，通过选择合适的阈概率Pt，将受试者A 发生不良结局的概率记为a，当Pa＞Pt 时为阳性，计算真阳性与假阳性的个数以及净收益值，改变Pt 值并重复上述步骤，通过阈值概率和净获益值的一一对应关系，将此关系绘制线图便得到决策曲线[14]，弥补了ROC曲线在临床实际决策中的缺陷。本研究在ROC 曲线分析的基础上结合DCA 分析适宜阈概率下两种预警方式的优劣。DCA 结果显示在阈概率0.2 ～1.0，添加3 项皮肤微循环指标后新预警模型的净收益均大于初始预警模型，具有更为出色的临床决策意义，且CAS是一种慢性非传染性疾病并非罕见病，其阈概率较大，因此可认为该结果真实可靠。

综上所述，分析可表明皮肤微循环指标对于职业人群CAS 具有良好的预警价值，其中tcpO2、ABI、和血流灌注百分比3 项具体指标分别从组织供养能力、血管壁硬度和弹性的改变、微血管储备能力、血管收缩功能等方面反映机体微循环水平，通过结合激光多普勒理论和经皮氧分压理论的技术优势，这一无创非侵入检查方式对血管病变预警研究将具有更为广阔的应用前景。本研究存在的不足：①根据仪器厂商官方资料中指出tcpO2通常需要至少测量2 个位点才能精确地评估组织血氧供给能力，伴随位点数量增加其评估效果的精确性升高，但通过查阅国内外相关报道其测量绝大多数也仅测量1 个位点，本研究在对tcpO2测量时间共为15 min，其中前10 min 对指定区域加热从而使组织处于充血状态，同时溶解表皮死亡和角化的细胞及脂质层增加皮肤对气体的通透性，后5 min 处于数值稳定区，取其动态变化平均值作为最终调查对象tcpO2检测结果，操作符合技术要求程序，且tcpO2最大值为86.0 mmHg，可见并未受到外部空气氧分压的影响，测量结果较为可靠，未来研究可以通过增加tcpO2探头和检测位点以提高数值的精确性；②有报道称ABI＞1.4 后血管钙化风险增加[15]，本研究ROC 做单一皮肤微循环指标筛检职业人群CAS 时发现ABI 的最佳临界值为1.1，筛检试验将＜1.1 判断为CAS 硬化，＞1.4 的研究对象仅有14 例（占约4%），并且ABI 过高与CAS 是否存在正相关还有待公认，所以本次未将ABI＞1.4 的研究对象排除，可能在这一点上缺乏严谨。