lasso-logistic回归模型在经皮肾镜碎石取石术后感染性休克影响因素分析中的应用

项凤鸣 周 洁 张丹云 张 弦

温州市中心医院泌尿外科，325000 浙江 温州

泌尿系结石是泌尿外科的常见病之一。据报道，泌尿系结石的患病率约为5%～15%，10年后复发率高达50%[1-2]。经皮肾镜碎石取石术(percutaneous nephrolithotomy,PCNL)因其具有创伤小、恢复快、结石清除率高等优点，已成为治疗复杂性上尿路结石的首选方法[3-4]。感染性休克(septic shock, SS)是由尿源性脓毒血症进展而来,作为PCNL术后最严重的并发症之一,一旦控制不好，可直接威及患者生命[5]。及早认识到SS的高危患者可以帮助我们采取预防策略来逆转SS的发展。由于PCNL术后感染性休克发生率较低，而影响因素又较多，变量之间可能存在共线性，此时仍然采用经典回归分析方法会增加犯Ⅱ类错误的可能[6-7]。

lasso回归是一种用于多共线数据或高维数据的高级变量选择算法。以往的研究证实，将lasso回归引入到多共线数据或高维数据分析中，不仅可以简化模型的复杂性，而且可以提高模型的预测精度[8]。因此，本研究的目的是基于lasso-logistic回归模型分析经皮肾镜碎石术后感染性休克的相关因素，为减少SS的发生提供有价值的指导。

1 资料与方法

1.1 资料来源

回顾性分析2009年3月至2020年1月在温州市中心医院泌尿外科行PCNL的802例患者临床资料，其中术后出现感染性休克21例，未发生感染性休克781例。纳入标准：①术前确诊为肾结石或输尿管上段结石的患者，并已行经皮肾镜碎石取石术；②首次建立通道的经皮肾镜碎石取石手术患者。排除标准：①长期接受免疫抑制治疗的患者；②同时接受双侧部位结石手术的患者；③合并肾功能衰竭的患者；④临床资料缺失的患者。本研究已经我院伦理委员审查通过。

1.2 研究方法

采用统一的个案调查表，从我院电子病历系统及手麻信息系统中收集患者术前、术中以及术后临床资料。包括：(1)患者的一般资料，包括性别、年龄、术前合并症情况以及术前身体质量指数(BMI)；(2)影像学资料，包括结石大小、部位、成分、残余结石以及有无肾积水；(3)实验室检查，包括术前尿培养结果以及血红蛋白下降情况；(4)手术情况，包括手术持续时间；(5)术后情况：术后是否出现感染性休克。

1.3 诊断标准

患者术后同时满足以下2个条件则可诊断为感染性休克[9]。(1)已证实的菌血症或临床怀疑为脓毒症。(2)符合如下全身炎症反应综合征诊断标准中至少两条标准者：①体温>38.3℃或<36℃；②心率>90次/分；③呼吸频率>20次/分，或PaCO2<32 mmHg；④白细胞≥12×109/L或≤4×109/L 或不成熟白细胞>10%；(3)难治性低血压(收缩压<90 mmHg)。

1.4 统计学方法

所有统计分析均采用R 3.6.3软件进行。定性资料采用n(%)表示。应用lasso-logistic回归模型筛选经皮肾镜碎石取石术后发生感染性休克的影响因素，使用交叉验证法选择λ值，以误差最小的λ值为标准，所对应的因素种类即为筛选出来的术后发生感染性休克影响因素。将lasso-logistic回归模型与全变量逐步logistic 回归模型、逐步logistic 回归模型进行比较，采用赤池信息准则(akaike information criterion，AIC)和贝叶斯信息准则(bayesian information criterion，BIC)评估其拟合效果。检验水准α=0.05(双侧)。

2 结果

2.1 PCNL术后感染性休克影响因素的单因素分析

共有802例行经皮肾镜碎石取石术患者纳入研究，其中术后发生感染性休克21例,未发生感染性休克781例。两组患者基线特征资料相比，年龄、性别、术前BMI、高血压史、糖尿病史、结石部位、残余结石以及肾积水差异无统计学意义(均P>0.05)，结石大小、术前尿培养、血红蛋白下降值以及手术时间差异有统计学意义(均P<0.05)，见表1。

2.2 PCNL术后感染性休克影响因素的多因素分析

采用 lasso 回归分析选择PCNL术后感染性休克影响因素，最优λ值通过交叉验证来确定，折叠次数为10次，见图1。图1两条虚线分别代表得到最小目标参量均值的λ值lambda.min以及一个方差范围内得到最精简模型的λ值lambda.1se。本研究选取lambda.min的值为0.005，此时共有性别、结石大小、术前尿培养、血红蛋白下降值以及手术时间5个变量进入模型，见表2。模型变量随着λ值变化的筛选情况见图2。此外，我们也运用传统logistic回归建立全变量逐步logistic以及逐步logistic这2个回归模型。其中全变量逐步logistic纳入了所有12个变量进行逐步多因素分析，逐步logistic则以单因素分析中有统计学意义的结石大小、术前尿培养、血红蛋白下降值以及手术时间等4个因素作为自变量，PCNL术后感染性休克发生情况作为因变量，建立回归模型。

2.3 模型参数估计及评价

为了对比lasso变量选择的结果，本研究将lasso-logistic回归模型与全变量逐步logistic回归模型、逐步logistic 回归模型进行比较，采用AIC和BIC评估其拟合效果，结果发现lasso-logistic回归模型的AIC以及BIC均为最小，全变量逐步logistic AIC以及BIC均为最大，这表明lasso-logistic回归模型筛选出的变量拟合和预测效果相对较好。见表2。

表1 不同个体特征患者经皮肾镜碎石取石术后感染性休克情况

表2 经皮肾镜碎石取石术后感染性休克影响因素参数估计结果及模型评价

图1 log(λ)值与变量数目对应走势

图2 log(λ)值与lasso回归系数的关系

3 讨论

PCNL术后感染性休克发生率相对较低，且影响因素较为复杂，各变量间可能存在共线性，传统logistic在处理此类数据方面较为局限。与传统的变量选择方法相比，lasso回归克服了传统方法在变量选择上的不足，具有预测能力强、拟合能力好等优点[10-11]。本研究应用lasso-logistic回归模型筛选经皮肾镜碎石取石术后发生感染性休克的影响因素，并将lasso-logistic回归模型与全变量逐步logistic回归模型、逐步logistic回归模型进行比较，结果发现lasso-logistic回归模型的AIC以及BIC均为最小，这表明lasso-logistic回归模型筛选出的变量拟合和预测效果相对较好。

本研究中lasso-logistic回归模型、全变量逐步logistic回归模型以及逐步logistic回归模型均提示结石大小、术前尿培养、血红蛋白下降值以及手术时间是PCNL术后感染性休克发生的独立影响因素。Bansal SS等[12]纳入580名患者的单中心回顾性研究表明，结石大小大于25 mm与PCNL术后尿脓毒症的发生相关，本研究结果与其基本一致。机制研究表明，肾结石内毒素物质随着结石大小增大而增多，内毒素在手术过程中可逆行进入血液，成为脓毒血症的来源，最终增加感染性休克的发生率[13]。国内曹松强[13]等通过logistic回归分析PCNL术后感染性休克发生的危险因素，单因素结果表明尿培养阳性与阴性患者术后感染性休克发生率分别为2.8%与0.5%(P<0.05),并且通过多因素logistic回归调整了其余混杂因素干扰后，结果仍发现尿培养阳性是PCNL术后感染性休克发生的独立危险因素，本研究通过lasso-logistic回归模型也得出与其一致的结论。因此，术前尿培养和足量、按疗程的抗生素治疗是减少PCNL术后感染性休克发生的关键要素之一。本研究还发现血红蛋白下降值≥10 mg/dL也是PCNL术后感染性休克发生的独立危险因素。其可能与通道数量的增加以及肾皮质厚度所引起的创伤增加等两方面因素有关[14]。

值得注意的是，本研究中通过lasso-logistic回归模型发现性别是PCNL术后感染性休克发生的独立影响因素，而逐步logistic回归模型则显示男性与女性间PCNL术后感染性休克发生无统计学差异。这可能与性别与其他混杂因素之间存在关联，在单因素分析时，性别的真实效应被其他混杂因素的作用掩盖所致。

综上所述，基于性别、结石大小、术前尿培养、血红蛋白下降值以及手术时间等5个因素建立的PCNL术后感染性休克lasso-logistic回归模型具有较好的拟合和预测效果。应密切监测合并上述危险因素的患者，从而实现PCNL术后感染性休克的早期防治，降低PCNL术后感染性休克发生。