基于生物学变异数据建立血清甲状腺激素的个性化参考区间

孔丽蕊，周朝琼，何大海，黄 英，谢叶红，徐晓华，刘 辉，吴 风，张 艳

（成都市郫都区中医医院检验科，成都 611730）

甲状腺疾病是一种常见的内分泌疾病，其发病率及相关疾病谱逐年增加[1]，实验室甲状腺激素检测结果显得尤为重要。临床医生在解释甲状腺激素检测结果时，经常将患者检测结果与参考区间或以前的结果进行比较，然后做出相应的临床决策。然而，人体的生理指标总是围绕稳定状态下某个稳态设定点（homeostatic set point，HSP）上下波动，每个所谓的健康个体、甚至同一个体自身在不同时期所做的检测结果也仍然存在有一定的差异。特别是检测项目的个体内生物学变异(withinsubject biological，CVI)与个体间生物学变异(between-subject biological variation，CVG)之比也就是个体指数（index of individuality，II，II=CVI/CVG）越小时，说明检测项目的个体内变异专一性高，而参考值范围较宽。即使结果改变已有临床意义，但可能仍在参考范围内。其原因是由于检测项目显著的“个体内变异”和“个体间变异”，影响了参考区间的临床应用及结果的解释，从而导致临床诊断决策的失误[2-3]。研究表明，基于人群的参考区间(population-based reference interval，popRI)不适合分析某些检测项目[4-5]的结果。因此，为了合理解释试验结果[6-7]，应考虑生物学变异(biological variation，BV)，包括CVI，CVG以及实验相关的分析变异（analytical variation，CVA），建立个性化参考区间（personalized reference interval，prRI），对临床医生和患者都非常有益。

本文在前期研究的基础上[8]，根据个体24h内稳态情况的测试结果（n）和其短期CVI及实验室CVA，建立血清促甲状腺激素(thyroid-stimulating hormone，TSH )、三碘甲状腺原氨酸(triiodothyronine,T3)、甲状腺素(thyroxine，T4）、游离三碘甲状腺原氨酸(free T3，FT3)和游离甲状腺素(freeT4，FT4）的prRI，并对prRI和popRI，个体prRI和总体prRI进行比较，探讨其临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象 选取2019年9～11月成都市郫都区中医医院健康志愿者31例，其中男性17例（中位年龄30岁），女性14例（中位年龄33岁）。纳入标准：①无已知甲状腺疾病或明显甲状腺肿；②近年来体格检查显示无肝功能、肾功能、血脂、血糖、甲状腺功能或相关抗体浓度异常；③近期无用药史、无吸烟、饮酒等不健康习惯。患有任何其他疾病的受试者都被排除在外。所有受试者在研究前和样本收集当天均保持了正常的日常生活方式，符合纳入标准[9]。本项目经成都市郫都区中医医院伦理委员会批准，并获得所有参与者的书面知情同意。

1.2 仪器与试剂 雅培i2000SR分析仪及其配套检测试剂和校准品。质控品为Bio-Rad二个医学决定水平浓度的液体未定值质控血清（批号40331，40333）。

1.3 方法

1.3.1 标本采集：根据不同采样间隔时间(00:00，04:00，08:00，12:00，16:00，20:00)采集外周血6次，离心分离血清于-70℃冰箱保存。

1.3.2 甲状腺激素检测：所有血清样本同一天进行解冻复融。采用化学发光微粒子免疫分析法测定TSH，T3，T4，FT3和FT4浓度各2次。测试前，分析仪按照制造商的说明进行校准，检测项目均通过卫生部室间质评。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0（IBM公司）和SAS 9.4（SAS研究所）软件对实验数据进行统计分析。Dixon-Reed标准检测受试者之间的异常值。Hapiro-Wilk检验进行正态检验和同质性分析。Mann-WhitneyU检验分析性别相关差异性。Bartlett和Cochran tests检验计算CVI和CVG。CVA由每个样本的重复测量值计算得出[10]。利用CVI，CVA的估计值，以及HSP的不确定度来估计被测物HSP周围prRI的大小。prRI=HSP±Z×SDT×其中SDT是CVI和CVA的高斯组合，为测量结果，n为HSP计算中包含的数据点总数。II，参考区间指数（reference interval index，Rii）和参考变化值（reference change value，RCV）增加和减少(RCV increase%/decrease%)（RCV log%)的计算公式分别为：II=CVI/CVG，Rii=,RCVlog%=100×[exp（±z1-α/2.SD×)-1]。其中z为双侧变化的95%的概率，设置为1.96。比较分析中，P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 受试者基线特征和血清甲状腺激素水平 见表1。除NO.3受试者未在12∶00采集血液样本外，其他受试者均按要求采集了样本。24h内共收集185份血清样本，全部进行检测。受试者年龄和血压差异无统计学意义（均P> 0.05），男女体重指数（BMI），TSH，T3，T4，FT3和FT4浓度水平，男性显著高于女性，差异具有统计学意义（均P<0.01）。

表1 受试者基线特征及甲状腺激素水平

2.2 BV数据及参数 见表2。男、女不同性别表现出不同的BV。除TSH外，其他甲状腺激素IIs均≤0.60；TSH RCV明显高于其他甲状腺激素。男性的CVI，IIs和RCV低于女性。

表2 甲状腺激素BV数据及参数

2.3 参考区间比较 见表3。185份血清样本共获得检测数据：总体n=370，男n=204，女n=166。基于实验室BV获得的prRI与基于人群的popRI存在差异。TSH prRI参考区间范围明显宽于基于人群的popRI；T3，T4和FT4 prRI只占popRI的一部分，FT3 prRI高于popRI。

2.4 个体与总体prRI比较 见图1。为更直观比较个体和总体prRI，以T4为例。31例健康受试者T4总体和个体prRI数据分布是不相同的，每个个体prRI变化因个体而异。即使定义了明确的男女UL/LL，也不能保证它们适合所有个体。

图1 14例健康女性(F)和17例健康男性(M)的6次重复测量T4的分布（水平线）

2.5 prRI验证 见表4。选择纳入研究的T3，T4，FT3和FT4检测数据作为验证人群数据。根据WS /T 402-2012要求[11]，四种血清甲状腺激素观测值prRI落在popRI之内的比例均大于90%，符合参考区间验证要求。

表4 T3，T4，FT3和FT4参考区间符合率

3 讨论

实验室参考区间通常是由95%健康个体检测结果分布概率来确定。实验室检测结果为医疗诊断过程提供重要信息，但是这些结果易受内源性变异的干扰，从而影响最终的结果解释。由于不同医疗机构的实验室间标准化不足、分析变异不同造成的差异值会影响结果变化的准确解释，加之人群间的高变异性，学者建议实验室应建立自己的参考区间[12]，并为每个患者定义一个独特的个性化参考区间以指导其治疗[13]。本文在前期研究基础上，基于HSP和个体CVI，实验室CVA建立血清甲状腺激素的prRI，为临床诊断和监测疾病提供科学解释检测结果的依据。

前期研究[8]发现，31例受试者的BMI均在标准范围内，男、女性别间的BMI差异有统计学意义，TSH浓度随BMI的增加而增加。男性甲状腺激素水平高于女性，差异有统计学意义，血清甲状腺激素BV按性别进行分析。年龄、性别、样本收集时间、地区和季节等[14-15]都会影响CVI估计变量值，受试者个体内部和个体之间的BV（95%Cl）明显不同。TSH受昼夜节律性影响较大[16-18]，相对于其他甲状腺激素，个体内变异性高，CVI明显大于EFLM数据库数据[19]，且高于其他甲状腺激素CVI，而CVG估计值相似。TSH的RCV Inc%/ Dec%RCV较大，即使TSH的变化翻倍，结果仍可能在参考区间内。其他甲状腺激素的RCV Inc%/ Dec%相对较小，说明检测结果发生轻微变化可能就具有了临床意义。

基于实验室BV估计值建立的prRI与其他实验室检测方法[20-24]建立的prRI存在一定差异，与popRI也存在差异，T3，T4和FT4 prRI只占popRI的一部分，FT3 prRI高于popRI。TSH有着较高的CVI，prRI区间范围明显宽于popRI和新的行业标准发布的雅培分析系统TSH参考区间[25]。II是用来评估popRI效用性的指标，当II>1.4时，popRI对结果解释很有用。当II<0.6时，popRI对疾病监测和随访不够敏感，存在局限性[26-27]。CAROBENE等[31]认为，对于低个体性的测量值（II >1.4），传统的基于人群的popRI仍然是最合适的。当II<0.6，表明有明显的个体性，应通过治疗前后结果之间的差异是否大于RCV来判断治疗效果或建立个性化参考区间进行判读结果。TSH II=1.0，高于文献[28]报道，这可能与纳入样本为24h内短期BV有关，而TSH有较长的半衰期。T3，T4，FT3和FT4 IIs≤0.60，与中、长期[29-30]BV研究结果相近。所以，TSH检测结果用popRI解释是合适的。而T3，T4，FT3和FT4采用RCV或prRI解释检测结果更有意义。

对于分析物，总体和个体数据分布的均值和方差是不相同的。如图1所示，T4总体和个体prRI数据分布不相同，个体prRI变化因个体不同而异。对于个体而言，每个T4测定值都有不同程度的随机变异，可能异常的测量结果可以位于总体/popRI区间范围内；同样，可能正常的测量结果可以位于总体/popRI区间范围之外。所以，对患者检测结果的解释也必须是“个性化的”。可以将他们的测试结果与自己的prRI进行比较，而不是与常规的popRI或总体prRI进行比较。如果仅根据popRI来判断测试结果，患者检测结果随着时间的推移而发生的变化则不能有效评估，可能会导致结果评价的偏差。

通过RRis与IIs比较，T3，T4，FT3和FT4 RRis接近popRI的IIs。对所有纳入数据进行验证，人群观测值落在popRI之外的比例均小于10%，说明T3，T4，FT3和FT4的prRI适用于本实验室健康人群。

本研究存在一定的局限性，纳入样本量少，且为短期24h内BV计算获得prRI，没有进行中、长期BV的研究和比较。有待实验室继续提供更加稳健和高质量的甲状腺激素中、长期BV数据，来推动prRI在临床实践中实施并发挥个性化检测结果解释的潜力。

综上所述，基于甲状腺激素短期BV建立的prRI，对甲状腺功能健康和疾病检测很有价值。建议在实验室报告中同时包括popRIs和prRIs，帮助解释患者的实验室检测结果，并为患者的随访提供更个性化的方法依据。由于男女甲状腺功能存在差异，使用不同性别的prRI解释检测结果可能更有意义。