心率变异性预测胸腰椎骨折患者术后并发症风险

崔红 汪林 周敏 王江南

所有钝性创伤患者中，胸腰椎骨折发生率高达6.9%，包括从低能量椎体压缩骨折到高能量骨折脱位，导致患者瘫痪、疼痛、畸形和功能丧失等并发症[1-2]。患者相关并发症可能起始于直接或继发性创伤，或继发于手术治疗结果。而预测术后并发症风险，对于优化围术期管理至关重要。自主神经系统能间接 ( 通过增强交感神经张力，促进破骨细胞分化，抑制成骨细胞增殖 ) 和直接 ( 作用于骨细胞或激活神经递质扩散参与骨骼细胞上肾上腺素能受体 )影响骨骼系统[3]。因此，反映自主神经系统 ( 副交感和交感神经系统 ) 的平衡指标 —— 心率变异性( heart rate variability，HRV ) 被发现与骨折风险及术后并发症相关[4-5]。此外，HRV 也是评估生理系统稳定性或脆弱性参数，其降低表明机体平衡状态严重受损，对压力源脆弱性增加[6]。50% 的胸腰椎骨折会出现脊髓、髓锥和 ( 或 ) 神经根损伤，表现出神经功能缺损、截瘫或马尾综合征等神经损伤并发症[7]。因此，假设 HRV 能有效反映胸腰椎骨折患者当下生理系统稳定性及对损伤和 ( 或 ) 手术脆弱性并可能预测术后并发症。对 2019 年 11 月至 2023 年 1 月间收治的 212 例胸腰椎骨折患者行术前 HRV 评估并探讨与术后并发症关系，旨在为探索预测患者术后并发症风险的特异性指标。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 年龄 ＞ 18 岁者；( 2 ) X 线、CT 及 MRI 检查确诊为新鲜胸腰椎骨折者。

2. 排除标准：( 1 ) 病理性胸腰椎骨折或脊柱手术史者；( 2 ) 强直性脊柱炎或类风湿性关节炎者；( 3 ) 椎管狭窄或脊柱畸形者；( 4 ) 心律失常、近期使用 β 受体阻滞剂者；( 5 ) 帕金森病、全因性痴呆、中枢神经系统肿瘤和脑卒中偏瘫者；( 6 ) 长期服用镇静剂或其它精神疾病药物者；( 7 ) 甲状腺或肾上腺疾病者。

二、一般资料

本组共纳入 212 例，平均年龄 ( 69.57±10.50 )岁；男 67 例 ( 31.6% )，女 145 例 ( 68.4% )；查尔森合并症指数 ( Charlson comorbidity index，CCI )1.50±0.75；损伤机制：34 例 ( 16.0% ) 低能量损伤，178 例 ( 84.0% ) 高能量损伤；骨折部位：T1～104 例 ( 1.9% )，T11～L2179 例 ( 84.4% )，L3～529 例( 13.7% )；骨折数：单发 152 例 ( 71.7% )，多发 60 例( 28.3% )；骨折形态：爆裂性 132 例 ( 62.3% )，压缩性 55 例 ( 25.9% )，脱位性 25 例 ( 11.8% )；平均手术时间 ( 225.95±28.96 ) min，术中失血量( 577.21±123.588 ) ml；手术类型：微创手术 76 例( 35.8% )，开放手术 136 例 ( 64.2% )。本研究所有患者均知情同意，并经医院医学伦理委员会批准 ( 批准号 LAEY-2020-032 )。

三、数据收集

1. 一般临床资料：包括年龄，性别，CCI，损伤机制，骨折部位，骨折数量，骨折形态，手术时间，术中失血量和手术类型。

2. 术后并发症：术后并发症定义为不利患者术后恢复和 ( 或 ) 需要药物或外科手术治疗，时间范围在术后 3 个月内并分为非手术并发症 ( 尿路感染、肺炎、谵妄、神经性疼痛、消化道出血、压力性损伤、脑卒中和其它 ) 和手术并发症 ( 伤口感染、硬膜外血肿和其它 )。其中，谵妄诊断使用中文版 3 分钟谵妄诊断量表[8]。脑卒中和硬膜外血肿通过脑部MRI 或 CT 进行诊断。

3. 术前 HRV 测量：患者于术前 1 天佩戴 12 导联动态心电监护仪 ( 型号：DMS300-4A，北京迪姆软件有限公司 ) 24 h。为防止运动干扰 HRV，在记录过程中要求患者尽可能放松并躺在病床上。动态心电图监测记录被传输到动态心电图分析系统并使用相同软件进行分析。HRV 参数由 Holter 软件自动记录为数值数据。本研究在频域 ( 功率谱密度 ) 中分析HRV，指标包括极低频 ( very low frequency，VLF，＜0.04 Hz )、低频 ( low frequency，LF，0.04～0.15 Hz )、高频 ( high frequency，HF，0.15～0.40 Hz ) 和 LF / HF比值。

四、统计学处理

采用 SPSS 22.0 和 R 4.1.0 软件对数据进行统计学分析。计数资料用率表示。计量资料采用x-±s表示，采用单因素方差分析，两两比较采用 LSD-q检验。采用单因素和多因素的 Logistic 回归分析术后并发症的危险因素。使用受试者操作特征 ( receiver operating characteristic，ROC ) 曲线分析并计算曲线下的面积 ( area under the curve，AUC )。P＜ 0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、术后并发症发生情况

非手术并发症 88 例 ( 41.5% )，包括：尿路感染52 例，肺炎 31 例，谵妄 16 例，神经性疼痛 7 例，消化道出血 5 例，压力性损伤 5 例，脑卒中 3 例，其它 10 例。手术并发症 26 例 ( 12.3% )，包括：伤口感染 14 例 ( 浅 8 例，深 6 例 )，硬膜外血肿3 例，其它 9 例。术后总体并发症发生率为 46.7%( 99 / 212 )，共有 58 例出现 1 个并发症，26 例出现2 个并发症，15 例出现 3 个及以上并发症。最常见的非手术和手术并发症分别是尿路感染和伤口感染。

二、不同数量的术后并发症患者 HRV 参数分析

与无并发症患者相比，术后不同数量的并发症患者 HRV 参数 VLF、LF、HF 和 LF / HF 比值均降低 (P＜ 0.05 )；组间比较，3 个及以上术后并发症患者 VLF、LF、HF 和 LF / HF 比值低于 1 个术后并发症患者 (P＜ 0.05 )；2 个术后并发症患者 VLF 低于1 个术后并发症患者 (P＜ 0.05 ) ( 表 1 )。

三、单因素 Logistic 回归分析

单因素 Logistic 回归分析结果显示：( 1 ) 年龄，CCI，损伤机制，骨折数，骨折形态，手术时间，手术类型，HRV 参数 VLF、LF、HF 和 LF / HF 比值是患者术后总体并发症风险因素 (P＜ 0.05 )；( 2 ) 年龄，CCI，损伤机制，手术时间，手术类型，HRV参数 VLF、LF、HF 和 LF / HF 比值是患者术后非手术并发症风险因素 (P＜ 0.05 )；( 3 ) CCI，损伤机制，骨折形态，手术类型，HRV 参数 VLF、LF、HF和 LF / HF 比值是患者术后手术并发症风险因素 (P＜0.05 ) ( 图 1 )。

四、基于 HRV 参数的多因素 Logistic 回归模型分析

多因素 Logistic 回归分析结果显示：VLF 和LF / HF 比值是术后总体并发症，术后非手术并发症和术后手术并发症风险的独立危险因素 (P＜ 0.05 )( 表 2 )。

图1 单因素 Logistic 回归模型分析结果的森林图Fig.1 Forest plot of the results of the analysis of the one-factor Logistic regression model

五、HRV 参数 VLF 和 LF / HF 比值的 ROC曲线分析

HRV 参数 VLF 在诊断术后总体并发症、术后非手术并发症和术后手术并发症的 AUC 分别为 0.842( 0.752～0.895 )、0.889 ( 0.847～0.932 ) 和 0.801( 0.746～0.856 ) ( 图 2a )。LF / HF 比值在诊断术后总体并发症、术后非手术并发症和术后手术并发症的AUC 分别为 0.874 ( 0.840～0.908 )、0.817 ( 0.754～0.880 ) 和 0.802 ( 0.743～0.855 ) ( 图 2b )。

讨 论

胸腰椎骨折通常继发于高能量损伤，加上多发损伤和合并症及手术创伤，患者术后并发症风险较高。荟萃分析发现胸腰椎骨折手术患者所有不良事件发生率为 32.6%，其中肺炎、尿路感染、伤口感染和败血症最常见[9]。手术治疗且术后稳定的胸腰椎骨折患者总体并发症发生率高达 79% ( 轻微30%，严重 49% )，其中尿路感染，伤口感染和肺部感染 ( 5% ) 最常见[10]。另外一项研究报道胸腰椎骨折患者术后并发症发生率为 56%，其中尿路感染，神经性疼痛，肺炎，谵妄和肠梗阻最常见[11]。本研究总体术后并发症发生率为 46.7%，低于 Ghobrial等[9]和 Dimar 等[10]学者结果，高于 Glennie 等[11]学者结果；此外，术后并发症最常见是尿路感染和肺炎，这些研究结果强调胸腰椎骨折手术患者高术后并发症发生率。因此，充分、准确地术前评估术后并发症风险，有助于制订诊疗计划，实现更好术后康复。

表1 不同数量的并发症患者 HRV 参数比较Tab.1 Comparison of HRV parameters in patients with different number of complications

表2 基于 HRV 参数的多因素 Logistic 回归模型分析结果Tab.2 Results of multifactor Logistic regression model analysis based on HRV parameters

图2 HRV 参数 VLF 和 LF / HF 比值的 ROC 曲线Fig.2 ROC curves for HRV parameter VLF and LF / HF ratio

这项研究主要发现 HRV 参数 VLF 和 LF / HF比值降低会增加胸腰椎骨折手术患者术后并发症风险，包括术后非手术及手术并发症风险。与之结果相一致的是，最新荟萃分析揭示术前 HRV 参数与各种手术患者术后肺部感染、疼痛、心血管并发症、全因短期病死率和住院时间相关[12]。此外，少量骨科领域研究也证实 HRV 参数 VLF 和 LF / HF 比值降低与骨折风险和术后并发症相关[4-5,13]。VLF 降低与白介素-6 ( interleukin 6，IL-6 )、IL-8、IL-10 和IL-13 等细胞因子增加有关[14]，反映机体免疫 - 炎症扰动状态。而这些细胞因子增加与胸腰椎骨折患者术后切口感染相关[15]。此外，VLF 降低与肾素 -血管紧张素系统张力[16]和血管舒缩功能[17]降低相关。而口服血管紧张素转换酶抑制剂的脊柱骨折手术患者骨折愈合率和神经功能[18]。创伤会损伤血管，激活外源性凝血系统，不同程度破坏微循环以及创伤性应激反应引起血液高凝状态，导致血管舒缩功能障碍，这与术后谵妄、压力性损伤和感染显著相关。LF / HF 比值反映交感和副交感神经活动间实际平衡度。它们可以调节机体免疫功能，减少促炎细胞因子释放，具有抗炎特性[19]。胸腰椎骨折患者因创伤表现出促炎反应增强和免疫功能抑制，导致 LF / HF 比值降低，反映出患者机体生理系统不稳定性、脆弱性以及免疫能力差，这些均会增加患者术后并发症风险。与此同时，本研究也观察到VLF、LF、HF 和 LF / HF 比值降低与不同数量的术后并发症也呈现级联关系。进一步研究发现，VLF和 LF / HF 比值具有独立于其它临床特征预测术后并发症且 ROC 曲线-AUC 值均 ＞ 0.8。因此，通过评估和定位 HRV 参数 VLF 和 LF / HF 比值可能是一种对患者术后并发症风险分层的有效工具。

本研究存在几个局限性：( 1 ) HRV 参数的动态变化可能更有利于揭示与术后并发症风险联系；( 2 )HRV 参数作为一个临床实际观测值，其最佳风险截断值需进一步明确，以便更广泛用于临床实践；( 3 )需多中心和前瞻性研究来证实 HRV 参数的临床有效性和实践性。

综上所述，胸腰椎骨折患者术后并发症发生率较高。通过评估和定位 HRV 参数能有效预测患者风险，并用于确定需要加强围术期监测和预防性治疗患者。