基于孕早期胎儿超声软指标和代谢因素的先天性心脏畸形预测模型的构建分析

陈聪丽, 曲东颖

(北部战区总医院妇产科, 辽宁 沈阳 110016)

先天性心脏畸形(Congenital heart disease,CHD)是临床上较为常见的出生缺陷,占所有新生儿先天性功能缺陷的15%左右[1],严重影响新生儿的生命安全和生活质量,也给患儿家庭带来了极大的负担。CHD病因复杂,母体所处的环境因素、遗传易感性以及生活习惯均能够对CHD产生影响。目前临床上对于早期发现CHD缺乏科学有效的手段,而超声作为公认的安全无创的胎儿心脏影像学检查技术,早在上世纪80年代就被提出应用于胎儿心脏畸形产前超声筛查,且推荐将四腔心脏切面检查纳入18～22周胎儿常规产检筛查规范[2]。临床实践表明[3],对于孕中期发现的胎儿先天性缺陷,人工流产对母体造成创伤较大,且对后期二次妊娠产生较大影响。因此临床上亟需寻求一些在孕早期能够发现CHD的手段。据报道[4],孕早期母体一些代谢因素可能对胎儿生长发育产生不同的影响,通过分析孕妇尿液中某些代谢指标的含量能够早期发现一些异常征象。本研究通过分析孕早期孕妇某些代谢指标以及胎儿超声指标来建立预测模型,评估其早期预测CHD的价值,报告如下：

1 资料与方法

1.1纳入与排除标准:纳入标准：①均为单胎妊娠；②根据《胎儿先天性心脏病诊断及围产期管理专家共识2015》孕早期筛查均存在胎儿CHD高危因素[5]；③能够坚持规律产检；④孕期临床资料完整；排除标准：①存在高血压、糖尿病及其他代谢性疾病者；②存在妊娠期并发症者；③精神异常无法配合检查及无法正常沟通者；④流产、主动引产以及中途退出研究者。共纳入2018年4月至2020年5月在我院妇产科接受产前检查存在CHD高危因素的孕妇200例。随机选取60%(120例)的病例作为训练集,40%(80例)作为测试集。

1.2方 法

1.2.1资料收集:收集所有孕妇年龄、BMI、孕次、产次、遗传病史等临床资料。

1.2.2代谢指标检测:收集所有孕妇孕11～13+6周产检时(上午8～12时)的尿液3mL,3000r/min离心10min(离心半径13cm),将尿液进行分离,而后封存与-80℃冰箱中待用。采用液相色谱-质谱(LC-MS)方法检测尿液中4-羟基苯乙酸、丙烯酸、丙二酸及尿酸水平；方法如下：首先在100μL尿样中加入300μL水稀释,用0,22μm尼龙滤膜过滤除去悬浮颗粒物质。经过预处理的尿液首先导入SIMCA-version11.0软件进行正交信号校正的偏最小二乘分析；采用ACQUITY C18柱 (100mm×2.1mm,1.7μm),流动相为0.1%甲酸水溶液(A)-乙靑(B),梯度洗脱,初始流动相为2%B,保持0.5min,然后在20min内线性增加至30%B,再在5.5min内增加至100%B,并保持2min,最后返回值2%B平衡2min。采用RRLC-MS方法分析获得谱图信号,使用SIMCA-version11.0软件将峰面积结果作为变量进行提取,所有样品通过保留时间和质荷比进行峰匹配,最终获得原始数据矩阵。获得的原始矩阵数据输入SIMCA-P软件进行处理。最终检测孕妇尿液中4-羟基苯乙酸、丙烯酸、丙二酸及尿酸水平。

1.2.3胎儿心脏超声指标:对所有孕妇于孕11～13+6周产检时采用GE8彩色超声诊断仪进行检查,凸阵探头,频率设定为2～5MHz,嘱孕妇处于仰卧位,待胎儿处于静止状态时进行检查；首先行产科常规检查,了解胎儿生长发育情况,而后进行三尖瓣频谱测量,检查时间<15min；在上腹部正中矢状面或上腹部横切面静脉导管入口进行静脉导管血流情况检查,当超声影像显示导管内出现明亮且清晰的血流信号时,进行脉冲多普勒频谱分析,获得胎儿静脉导管波形,留取频谱5个以上心动周期的图像。另与胎儿正中矢状面且胎儿自然屈曲位时将超声影像放大至胎儿占整个超声图像75%,测量值精确值至0.1mm,测量颈部皮肤内缘与颈部软组织之间的距离,测量三次取最大值。相关标准：①静脉导管血流异常[6]：确保胎儿处于静止状态下,若静脉导管波形为A波,全心动周期为正向血流,说明静脉导管频谱正常；如果A波出现反向或消失则重复三次检查测量,避免出现假阳性,对于心房收缩期A波消失或出现反向血流的情况则说明存在静脉导管血流异常；②三尖瓣反流标准[7]：确保胎儿处于静止状态,采用频谱多普勒模式,调节取样门宽度值为2～3mm,探头置于三尖瓣区,取样角度与三尖瓣口平行,连续取样两次,选取清晰的多普勒信号,干茶收缩期有无反流,若收缩期反流速度>60cm/s且持续时间超过收缩期的1/2,则判断为三尖瓣反流。

1.3随访及分组:所有孕妇均坚持规律产检,检查胎儿情况,于孕18～22周时再次进行心脏超声检查,对于超声确诊CHD有困难的情况进行胎儿心脏MRI检查。所有检查均交由两名副高职以上的CHD的产前诊断专家分别判断,若意见不一致则共同商讨后确定；最终根据胎儿是否确诊为CHD分为CHD组和对照组。

2 结 果

2.1训练集分组结果及两组一般资料比较:训练集120例孕妇在后期产检过程中确诊40例CHD,据此分为CHD组和对照组。两组孕妇一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

表1 两组孕妇一般资料比较

2.2训练集两组孕妇尿液中代谢指标及胎儿三尖瓣反流情况及静脉导管血流情况比较:观察组孕妇尿液4-羟基苯乙酸、丙烯酸、丙二酸及尿酸水平高于对照组,NT值、三尖瓣反流、静脉导管血流异常比例高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05),见表2。

表2 两组孕妇代谢指标及胎儿超声指标比较

2.3训练集影响胎儿发生CHD的logistic回归分析:多因素Logistic回归分析显示,尿液中高4-羟基苯乙酸水平(OR=2.740)、高丙烯酸水平(OR=3.242)、高尿酸水平(OR=1.013)以及NT值增大(OR=20.411)、三尖瓣反流(OR=9.028)是孕早期胎儿出现先天性心脏畸形的独立危险因素(P<0.05),见表3。

表3 训练集影响胎儿发生CHD的logistic回归分析

2.4基于训练集的列线图模型的构建与评估:将训练集中影响CHD的独立相关因素纳入列线图模型,预测CHD危险度的C-index为0.915,见图1。

图1 训练集中影响CHD的独立相关因素纳入列线图模型

2.5预测模型的外部验证效果:80例测试集中,25例最终确诊CHD,其中敏感性为88.00%,特异性为96.36%,准确率为93.75%,阳性预测值为91.67%,阴性预测值为94.64%,见图2。

图2 预测模型的外部验证效果

3 讨 论

2012年原国家卫生部发布的中国出生缺陷防治报告指出[8],CHD占出生缺陷的首位,且我国每年新增CHD患儿超过13万例之多。提高早期CHD诊断质量,给予孕妇合理的产前咨询和产科管理,具有极高的临床价值和深远的社会意义。目前国内的胎儿产前CHD筛查多由超声完成,许多超声指征也是胎儿CHD的高危因素。研究表明[9],孕妇在孕期的许多代谢指标可能通过对母体的影响进而胎儿畸形及孕期并发症,这使得医生可以通过观察孕妇的代谢指标来了解胎儿畸形产生的病因。

在本研究分析了120例孕妇的超声指标及尿液代谢指标,logistic回归分析显示,尿液中高4-羟基苯乙酸水平、高丙烯酸水平、高尿酸水平以及NT值增大、三尖瓣反流是孕早期胎儿出现先天性心脏畸形的独立危险因素；分析认为：①NT值与胎儿发育异常具有十分密切的关联,指南中已经明确NT≥3.5mm是发生CHD的高危因素,NT值越高,胎儿异常几率越大[10]。临床上在产科检查时也对于NT至增大的孕妇需要在孕18周时再次进行心脏超声检查以便明确诊断。②研究表明[11],早孕期发现胎儿三尖瓣反流,其最终确诊CHD的风险将增加8倍。胎儿之所以出现三尖瓣反流,原因可能是由于心脏结构异常导致右心负荷增加,氧耗增大,进一步加重右心室肌及乳头肌缺血缺氧导致了三尖瓣反流。因此孕早期出现三尖瓣反流对于筛查胎儿心脏结构异常具有十分重要的临床意义,这也是业内用以早期筛查CHD的高危因素,同样对于出现三尖瓣反流的胎儿需要在18～22周再次行心脏彩超检查确诊。③CHD组的丙烯酸水平高于对照组,丙烯酸主要来源于肠道中产生的丙酸,丙酸进入肠道上皮细胞提供能量,脱氢生成丙烯酸,加水生成羟基丙烯酸,再脱氢、硫解反应生成丙二酸。研究中,CHD胎儿母亲的母尿中丙烯酸含量升高,可能是肠道微生物群产生丙酸过多所致。丙酸是短链脂肪酸最重要的成分之一,是梭菌IV和XIV发酵未消化碳水化合物(如寡糖、非淀粉多糖和抗性淀粉)的主要产物[12]。丙酸过多时,可产生类似于VPA的生理作用,诱发CHD,这表明CHD组可能与肠道厚壁细菌中过量的梭菌属IV和XIV相关。④尿酸是嘌呤代谢的最终产物,嘌呤代谢功能障碍、能量代谢异常和尿酸的肾脏排泄可导致血浆尿酸浓度升高(高尿酸血症)或降低(低尿酸血症)[13]。肠道菌群的变化可能会通过改变某些身体特征来影响嘌呤代谢。动物实验也表明[14],益生菌可以降低小鼠血清尿酸水平,主要是由于益生菌治疗引起血清内毒素减少和黄嘌呤氧化酶活性增加,进而减少尿酸生成,降低血清尿酸水平,其原因可能为CHD的发生可能与肠道菌群失调引起的嘌呤代谢紊乱有关(具体机制尚不明确)。⑤据国内研究报道,酪氨酸在肠道细菌的作用下由苯丙氨酸转化,酪氨酸脱羧进一步转化为4-羟基苯乙酸。可见,CHD组4-羟基苯乙酸升高可能是由于CHD胎儿母体微生态菌紊乱或酪氨酸升高所致[15]。

本研究通过对多因素分析得出的危险因素建模后进行测试分析显示,预测模型在早期预警CHD中的敏感度,特异度和准确率均具有较高水平,提示可为临床医生早期评估提供了更加科学的依据和手段,有助于提高临床诊断效能。研究局限性：本研究为单中心研究,且样本量较小,许多代谢指标其导致CHD的机理尚不明确,后续将开展大样本、多中心研究以及基础临床研究来进一步论证此结论。

综上所述,孕早期超声检查NT厚度、三尖瓣反流以及孕妇尿液中4-羟基苯乙酸、丙烯酸及尿酸水平与胎儿CHD发生风险相关,基于超声软指标和代谢指标的预测模型对胎儿CHD风险有较好的预测效能。