病毒性肺炎所致急性呼吸窘迫综合征早期风险模型的构建

施文文 李泉 陈春光

(宿迁市第一人民医院,江苏 宿迁 223800)

病毒性肺炎是社区获得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)的一种,主要是由上呼吸道病毒感染向下蔓延所致的肺部炎症,在成人CAP中占23%[1]。病毒性肺炎可进展为重症CAP和急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS) ,病死率为20.3%[2]。ARDS作为一种常见的急性呼吸衰竭危重症,可由各种肺内外致病因素所致[3-4],临床表现为呼吸窘迫、进行性低氧血症和心动过速等[5]。有研究[6]显示,ARDS患者在ICU中存在高病死率,因此,国内外医护人员已将对ARDS研究的战略重点转移至对其致病因素的探索及对其高危患者的早期甄别上[7]。近年来,病毒性肺炎所致ARDS的患者易出现继发性感染,延长病毒转阴时间,增加救治风险,预后效果不佳[8]。但目前尚未有研究将预测工具用于病毒性肺炎所致ARDS的早期甄别中,病毒性肺炎所致ARDS的患病风险依旧严峻,临床迫切需要根据相关预警模型建立完善的监测护理方案,以减少病毒性肺炎患者ARDS的发生,减轻社会医疗资源负担,提高患者的生存质量。本研究建立适合医护人员预测病毒性肺炎患者ARDS发生的早期风险模型,以期为制定预防病毒性肺炎患者ARDS发生的监测护理方案提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料采用Gorsuch法[9]进行样本量估算:本研究共有变量45个,样本量应为总变量数的5～10倍。根据病源情况及考虑丢失率20%,最终纳入最大样本量450例,排除失访、问卷规律做答等因素,最终纳入患者400例。回顾性分析2019年4月-2023年4月我院ICU收治的病毒性肺炎患者400例,依据7∶3比例分为训练集(n=280)和验证集(n=120),根据训练集中患者有无ARDS的发生分为ARDS组(n=97)和非ARDS组(n=183)。纳入标准:(1)年龄18～85岁。(2)住院时间≥24 h。(3)病毒性肺炎诊断符合2019年美国胸科协会(American thoracic society,ATS)发布的CAP诊治指南[10]。(4)ARDS诊断符合2012年柏林定义[11]。(5)患者及其家属均知情同意并签署知情同意书。排除标准:(1)病历资料丢失。(2)沟通交流阻碍者。(3)妊娠或哺乳期妇女。(4)恶性肿瘤、人类免疫缺陷病毒感染、有造血干细胞或实体器官移植史及使用免疫抑制剂者。(5)合并脓毒性休克、血流动力学不稳定者。本研究经医院医学伦理委员会审批(审批号:伦审第20240004号)。

1.2 方法

1.2.1调查工具

1.2.1.1一般资料调查问卷 该问卷自行设计,包括(1)个人情况:性别、年龄、婚姻状况、居住地、文化程度、工作状态、BMI、酗酒史和吸烟史等。(2)患病情况:合并肝脏疾病、合并糖尿病、合并多发性骨折、合并充血性心力衰竭和合并肾脏疾病等。(3)手术史情况:心脏手术史、脊柱手术史和主动脉手术史。(4)相关血气分析及实验室检查结果:淋巴细胞计数、血小板计数、肺泡动脉氧分压差[P(A-a)O2]、C-反应蛋白水平、乳酸脱氢酶水平、丙氨酸转氨酶水平、D-二聚体水平和白细胞介素-6(IL-6)水平等。

1.2.1.2肺损伤预测评分(lung injury prediction score,LIPS) 参照已被证实有效的美国重症疾病及创伤肺损伤研究组Gajic等[12]在多中心大样本对照研究基础上提出的LIPS评分量表,包含患者高风险手术、易感因素、创伤和危险因素等领域,其ROC曲线下面积、灵敏度和特异度分别为0.80、0.69和0.78,提示评估效能较好。此外,患者住院早期即可获得LIPS的评分数据,与患者是否行机械通气无关,LIPS评分能反映患者肺损伤的严重程度,总分越高肺损伤越重,或能预防病毒性肺炎患者ARDS的发生。

1.2.1.3肺炎严重指数(pneumonia severity index,PSI) 参照已被证实有效的美国胸科医师协会提出的PSI评分量表,其对发病住院和病死的总预测准确率较我国肺炎病情评估标准更佳[13]。PSI=年龄+危险因素总分(女性-10分),总分-10～285,总分越高肺炎越重。冯耘等[14]研究显示,PSI对患者30 d死亡风险的预测ROC曲线下面积、灵敏度为和特异度分别为0.88、0.90和0.57,提示预测效能较好。因此,PSI评分能反映患者肺部炎症的程度。

1.2.1.4英国国家早期预警评分(national early warning wcore,NEWS) 参照英国皇家医师学会于2012年制订的统一早期预警评分量表[15],其包含7个项目,即患者的血氧饱和度、是否进行氧疗、腋窝温度、收缩压、意识状态、呼吸频率和心率,每个项目计0～3分,总分为0～21分,总分越高病情越重。NEWS能连续监测于重症监护患者,属于一种能甄别潜在危险因素预警评估病情的量表,在患者床旁即可获得评分数据,但目前NEWS尚无统一的最佳截断值,或可预防病毒性肺炎患者ARDS的发生。

1.2.2资料收集 患者在测定第1次动脉血气分析后向患者及其家属发放自行设计的一般资料调查表,现场发放,必要时为患者提供讲解,帮助患者填写,填写完毕后当场收回。根据资料计算LIPS、PSI和NEWS,核查病历资料的准确性并重复核算进行确认。

2 结果

2.1 患者一般资料400例患者中,男237例,女163例;平均年龄(55.88±12.58)岁;平均BMI(23.11±5.34);主要评分指标LIPS评分和NEWS评分分别为5(3,5)分和6(5,12)分;PSI评分(110.59±31.76)分。根据患者有无ARDS的发生进行分组,分为ARDS组97例(34.64%)以及非ARDS组183例(65.36%)。

2.2 影响病毒性肺炎患者ARDS发生的危险因素单因素分析见表1。

表1 影响病毒性肺炎患者ARDS发生的危险因素单因素分析

2.3 影响病毒性肺炎患者ARDS发生的危险因素多因素分析以病毒性肺炎患者有无ARDS的发生分组为因变量(ARDS组赋值为1,非ARDS组赋值为0),以单因素分析中有统计学意义的值为自变量进行赋值。变量赋值表,见表2。采用多因素二元logistic回归分析,结果显示:年龄、合并糖尿病、LIPS、NEWS、PSI是影响病毒性肺炎患者ARDS发生的独立危险因素,见表3。

表2 变量赋值表

表3 影响病毒性肺炎患者ARDS发生的危险因素多因素分析

2.4 病毒性肺炎患者ARDS发生早期风险预测模型的建立与分析

2.4.1早期风险预测模型列线图的绘制 根据多因素二元logistic回归分析结果中影响病毒性肺炎患者ARDS发生的5个独立危险因素,采用R 4.2.1软件建模绘制其早期风险预测模型列线图,见图1。通过列线图对每个独立危险因素按最上方的评分标尺评分,根据所有纳入因素的总分向下绘制一条垂直线,即可得病毒性肺炎患者ARDS的发生概率。模型公式:Z=0.055×年龄+1.312×合并糖尿病+0.318×肺损伤预测评分+0.126×英国国家早期预警评分+0.028×肺炎严重指数-16.430。

图1 病毒性肺炎患者ARDS发生早期风险列线图预测模型

2.4.2预测模型的预测效果及其各变量的比较分析 通过绘制列线图模型预测病毒性肺炎患者ARDS发生的ROC曲线,结合SPSS软件根据各独立危险因素绘制各变量的ROC曲线,评估该模型的预测效果及各纳入变量预测价值的比较分析,见表4和图2。

图2 病毒性肺炎患者ARDS发生的早期风险预测模型及各变量的ROC曲线

表4 病毒性肺炎患者ARDS发生的早期风险预测模型中各变量的预测价值

2.4.3列线图模型的内部及外部验证 以ROC曲线与校准图对模型进行内部验证,结果显示C-indexes指数为0.878,AUC为0.878(95%CI:0.838～0.919),其敏感度为85.60%,特异度为80.30%,且其校准曲线贴近标准曲线,校准一致性较好,见图3 A和图3 B。绘制DCA图评估该模型的临床获益情况,训练集阈值概率范围较大,或可使需要进行相关临床干预的人群获益,见图3 C。将验证集的120例患者进行外部验证,其中年龄为32～87岁,平均年龄(52.74±11.15)岁;LIPS为5(4,6)分,最大值为14分,最小值为1分;NEWS为8(4,11)分,最大值为19分,最小值为1分;PSI为(111.07±31.99)分,ARDS组41例(34.17%),非ARDS组79例(65.83%),对验证模型的120例患者与构建模型的280例患者病历资料进行统计分析,结果显示,年龄、LIPS、NEWS、PSI和合并糖尿病比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。SPSS软件得出验证集ROC结果显示C-indexes指数为0.929,AUC为0.923(95%CI:0.876～0.982),其敏感度为85.40%,特异度为86.10%,且其校准曲线也贴近标准曲线,校准一致性较为良好,见图4A和图4B。绘制DCA图评估该模型的临床获益情况,验证集阈值概率范围较大,或可使需要进行相关临床干预的人群获益,见图4C。

注:A为ROC曲线;B为校准曲线;C为DCA决策曲线。

注:A为ROC曲线;B为校准曲线;C为DCA决策曲线。

3 讨论

3.1 病毒性肺炎所致ARDS的早期风险预测模型中年龄变量的预测效果本研究结果显示:年龄为影响病毒性肺炎患者ARDS发生的独立危险因素。其中ARDS组患者年龄显著大于非ARDS组,分析原因:(1)年龄更高的患者比起年龄低的患者肺功能总体指标变差,肺顺应性降低,进而使得呼吸道抵抗力相对减弱。(2)年龄更高的患者比起年龄低的患者机体的促炎反应更加缓慢,炎性反应不断刺激着免疫细胞,使其反应性不断下降,进而使免疫系统对病原体的敏感性和反应性逐渐下降。(3)年龄更高的患者比起年龄低的患者更易发生胸腔的结构异常,致使肺部感染,引起呼吸困难。提示要更加重视和关注病毒性肺炎高龄患者的病情发展,实时监测,提前制定适宜的护理干预方案以预防ARDS的发生。

3.2 病毒性肺炎所致ARDS的早期风险预测模型中是否合并糖尿病变量的预测效果近年来对合并糖尿病是否与病毒性肺炎患者并发ARDS有关研究的说法各不相同。Boyle等[16]研究显示,糖尿病不会增加ARDS的发生风险,也不会明显影响病症的转归。但本研究结果显示:合并糖尿病是影响病毒性肺炎患者ARDS发生的独立危险因素。分析原因:(1)糖尿病患者免疫功能较差,呼吸道的抵抗力降低,加重感染程度,从而发展成重度病毒性肺炎,引起ARDS。(2)病毒性肺炎合并糖尿病患者胰岛功能受损,使得血糖紊乱,加重感染刺激机体释放炎症因子,加重炎性反应,使得免疫力和血糖调控更加紊乱,最终恶性循环不止,呼吸系统不堪重负,调控紊乱而出现ARDS[17]。因此,临床需留意病毒性肺炎合并糖尿病患者的病情变化,制定相应调节血糖变化的方案以减轻恶性循环,同时增加患者免疫力以预防ARDS的发生。

3.3 病毒性肺炎所致ARDS的早期风险预测模型中LIPS变量的预测效果美国学者Trillo-Alvarez等[18]研究显示,LIPS≥4分时即可判定为ARDS高危患者。本研究结果显示:LIPS作为影响病毒性肺炎ARDS发生的独立危险因素,其最佳截断值为4.5分,即LIPS≥4.5分即可判定为病毒性肺炎所致ARDS高危患者,与之结果相近。但国内学者夏炎火等[19]研究显示,LIPS>7分方能预测评估为ARDS高危患者,其敏感度和特异度分别为0.837和0.781。分析原因:本研究为单中心、较少样本量的研究,由于不同地域的社会和自然条件,加之不同单位的医疗护理条件有异,因此试验并发ARDS的发生率结果也会存在一定差异。

3.4 病毒性肺炎所致ARDS的早期风险预测模型中NEWS变量的预测效果荆晨晨等[20]研究显示,NEWS预测评估ARDS发生的最佳截断值为14.5分,灵敏度和特异度分别为68.80%和86.30%,且其中提到由于慢性阻塞性肺疾病的非ARDS患者与ARDS患者均处于低水平意识形态和低血氧饱和度的状态下,容易判断混淆,而不适宜单独使用NEWS来评估ARDS的发生,需要同时测量其他评价变量以确保试验的准确性。本研究结果显示:NEWS影响病毒性肺炎患者ARDS发生的最佳截断值为6.25分,灵敏度和特异度分别为80.40%和54.10%,较不稳定。分析原因:NEWS在国内仅处于试验阶段,还不够完善,国内外人群的体质也存在一定差异,从而造成了一定试验误差,有待进一步完善并确证。

3.5 病毒性肺炎所致ARDS的早期风险预测模型中PSI变量的预测效果《中国成人社区获得性肺炎诊断和治疗指南(2016年版)》[21]指出,PSI>130分被判定为肺炎Ⅴ级,ARDS病死率高达27%。赵晶晶等[22]研究显示,重症肺炎患者并发ARDS有关PSI的最佳截断值为150.5分,敏感度和特异度分别为87.50%和90.0%。本研究结果显示:PSI作为影响病毒性肺炎ARDS发生的独立危险因素,其最佳截断值接近124分,敏感度和特异度分别为68.0%和78.7%。最佳截断值、敏感度和特异度均较低于PSI在重症肺炎患者并发ARDS中的评估作用。分析原因:本研究的研究对象包含所有严重程度状态下的病毒性肺炎患者,使得PSI敏感度和特异度都有所降低,但由于全身炎症反应的失控是患者并发ARDS的根本病因,因此,PSI也可用于协助对病毒性肺炎患者所致ARDS的早期风险判定。

3.6 病毒性肺炎所致ARDS的早期风险预测模型的预测效果及局限性本研究结果建立的早期风险模型ROC曲线下面积是0.878,95%CI(0.838,0.919),灵敏度和特异度分别为0.856和0.803,最佳截断值预测概率为0.311 410 8,说明模型的总体预测效果良好,该模型能较准确地预测病毒性肺炎患者ARDS的发生风险。在单因素分析中,2组患者吸烟史、住院时间、合并肾脏疾病、合并充血性心力衰竭、IL-6、[P(A-a)O2]、淋巴细胞计数、D-二聚体水平、C-反应蛋白水平、乳酸脱氢酶水平、丙氨酸转氨酶水平和肌酸激酶水平比较,差异均有统计学意义(P<0.05),但最终均未被纳入模型中。原因可能与病毒性肺炎患者在住院期间便出现各种因素导致的呼吸衰竭有关,因此,以上危险因素均不是影响病毒性肺炎患者ARDS发生的独立危险因素。分析原因:某些患者刻意隐瞒自身情况,使得结果脱离实际情况,由于本研究所选样本量较少,且为单中心内部研究,因此,需要加大样本量并筛选出较优质的病例进一步试验,甚至需要结合多中心行综合试验,以增加试验的准确性。

综上所述,本研究通过建立病毒性肺炎患者并发ARDS的风险预测模型,最终发现影响病毒性肺炎患者ARDS发生的独立危险因素包括年龄、LIPS、NEWS、PSI和合并糖尿病,这些因素均可在患者住院早期获得,帮助医疗护理人员尽早甄别出存在ARDS高风险的病毒性肺炎患者,并采取相应地治疗护理方案对ARDS高危患者进行有效实时监测提供借鉴。但本研究的局限性在于作为样本量较少且为单中心的研究,有待进一步进行多中心、大样本量的研究,以此提高模型的准确性和试验的可靠度。