李曉明，劉 超，王曉莉，毛 智，伊宏煜，周飛虎

1 解放軍醫(yī)學(xué)院，北京 100853；2 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 重癥醫(yī)學(xué)科，北京 100853

膿毒癥是指由于機(jī)體對感染的反應(yīng)失調(diào)，進(jìn)而出現(xiàn)危及生命的器官功能障礙，是一種由感染引起的生理、病理、生化等異常的綜合征[1]。一項(xiàng)涉及全球多區(qū)域的調(diào)查研究顯示，近年來膿毒癥的死亡率明顯下降，但2017年全球仍有約4 890萬患者診斷為膿毒癥，其中約1 100萬患者死亡，約占全球當(dāng)年死亡總數(shù)的20%[2]。Xie等[3]針對我國重癥監(jiān)護(hù)病房(intensive care unit，ICU)的膿毒癥的流行病學(xué)進(jìn)行了一項(xiàng)橫斷面調(diào)查研究，44家醫(yī)院的ICU參與此項(xiàng)研究；研究期間，11 272例患者入住ICU，2 322例患者發(fā)生了膿毒癥，ICU死亡率和住院死亡率分別為29.6%和32.1%，中位ICU住院費(fèi)用為52 658元。由此可見，我國膿毒癥現(xiàn)狀也仍不容樂觀。目前研究表明對膿毒癥患者采取及時(shí)有效的干預(yù)措施，如充分的液體復(fù)蘇、合理的抗生素應(yīng)用，以及其他對癥支持治療，可以改善預(yù)后[4-6]。因此，早期識(shí)別潛在的膿毒癥患者從而將治療前移至關(guān)重要。2016年版和2021年版國際拯救膿毒癥指南均推薦早診斷、早干預(yù)、早治療[7-9]。但膿毒癥是一種綜合征，臨床表現(xiàn)缺乏特異性、個(gè)體間差異大，因此早期識(shí)別存在一定困難。膿毒癥是由感染引發(fā)的復(fù)雜的免疫反應(yīng)，這種反應(yīng)隨時(shí)間的變化而變化，涉及促炎途徑和抗炎途徑[10-11]。因此，炎性反應(yīng)在膿毒癥的發(fā)生、發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用，臨床常用炎性標(biāo)志物，如白細(xì)胞計(jì)數(shù)(white blood cell，WBC)、降鈣素原(procalcitonin，PCT)、白細(xì)胞介素-6(interleukin 6，IL-6)、C反應(yīng)蛋白(Creactive protein，CRP)、中性粒細(xì)胞-淋巴細(xì)胞比值(neutrophil-to-lymphocyte ratio，NLR)等可能作為預(yù)測膿毒癥的潛在生物標(biāo)志物。列線圖(alignment diagram)又稱諾莫圖，被廣泛應(yīng)用于臨床疾病的診斷預(yù)測中，尤其在腫瘤的轉(zhuǎn)移、預(yù)后方面。其本質(zhì)為logistic或Cox回歸方程的可視化，既可整合多個(gè)預(yù)測指標(biāo)，又可以將統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型簡化為事件概率的單一數(shù)字估計(jì)[12-14]。但目前還沒有研究聯(lián)合炎性標(biāo)志物構(gòu)建早期預(yù)測ICU患者發(fā)生膿毒癥的列線圖。因此，本研究將聯(lián)合炎性標(biāo)志物構(gòu)建預(yù)測ICU患者發(fā)生膿毒癥的列線圖，驗(yàn)證其早期預(yù)測的有效性。

資料與方法

1 資料 研究群體為2017年8月- 2020年12月入住解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心ICU的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：1)年齡≥18歲；2)入住ICU時(shí)間＞48 h；3)第一次入住ICU，若患者多次入住ICU，則取患者第1次入住ICU的診療記錄。排除標(biāo)準(zhǔn)：1)妊娠；2)服用免疫抑制劑或長期使用激素；3)有血液系統(tǒng)惡性腫瘤；4)入ICU前經(jīng)歷過心肺復(fù)蘇；5)實(shí)驗(yàn)化驗(yàn)檢查缺失值＞20%。膿毒癥診斷標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)2016年提出的Sepsis-3診斷標(biāo)準(zhǔn)來定義膿毒癥，即懷疑感染基礎(chǔ)上，序貫器官衰竭評分(sequential organ failure assessment，SOFA)較基線值增加≥2分[9]。

2 數(shù)據(jù)收集 1)人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息：性別、年齡、身高、體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)；2)入ICU后的第一次生命體征：體溫、心率、呼吸、血壓；3)入ICU的第一次實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果：血常規(guī)、血生化、動(dòng)脈血?dú)狻RP、IL-6、PCT；4)基礎(chǔ)疾?。喝绺哐獕?、糖尿病、冠心病、慢性心力衰竭等；5)各類評分：入ICU第1天的格拉斯哥昏迷量表(glasgow coma scale，GCS)評分和SOFA評分。

3 列線圖的構(gòu)建與驗(yàn)證 將納入患者按照7∶3的比例隨機(jī)分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集。根據(jù)多因素logistic回歸分析結(jié)果，利用R軟件的“rms”軟件包構(gòu)建列線圖。通過受試者工作特征曲線 (receiver operating characteristic，ROC)下面積 (area under the ROC curve，AUC)、敏感度[真陽性人數(shù)/(真陽性人數(shù) + 假陰性人數(shù))]、特異性[真陰性人數(shù)/(真陰性人數(shù) + 假陽性人數(shù))]來評估列線圖的預(yù)測性能；校準(zhǔn)度指實(shí)際發(fā)生概率與預(yù)測概率的接近程度，用校準(zhǔn)曲線來反應(yīng)，本研究將通過1 000次自抽樣的方法構(gòu)建列線圖的校準(zhǔn)曲線。將驗(yàn)證集中患者相應(yīng)數(shù)據(jù)納入已構(gòu)建的列線圖模型中，對模型的性能進(jìn)行驗(yàn)證。最后通過MedCalc軟件，將訓(xùn)練集得出的AUC值與驗(yàn)證集得的AUC值進(jìn)行對比，若P＞0.05，說明二者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，模型穩(wěn)定性較好。

4 統(tǒng)計(jì)分析 統(tǒng)計(jì)分析軟件應(yīng)用SPSS17.0、R軟件(V4.1.0)和MedCalc 19.0.4。應(yīng)用Kolmogorov-Smirnov法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布。符合正態(tài)分布的連續(xù)變量以±s表示，應(yīng)用t檢驗(yàn)比較兩

組間差異；不符合正態(tài)分布的連續(xù)變量以Md(IQR)表示，應(yīng)用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較兩組間差異。分類變量以頻數(shù)(百分比)表示，Chi-square檢驗(yàn)比較兩組間差異。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 患者分組及兩組患者基線比較 共2 074例患者納入最終分析，其中972例符合膿毒癥診斷標(biāo)準(zhǔn)，1 102例不符合。1 451例被隨機(jī)分配到了訓(xùn)練集、623例被隨機(jī)分配到了驗(yàn)證集。訓(xùn)練集與驗(yàn)證集基線比較，除入ICU后第1次血常規(guī)化驗(yàn)中的血小板數(shù)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

表1 訓(xùn)練集與驗(yàn)證集患者基線特征比較Tab. 1 Baseline characteristics of the training cohort and the validation cohort

2 ICU患者發(fā)生膿毒癥的相關(guān)危險(xiǎn)因素 將年齡、性別、BMI、入ICU第1天的SOFA評分、入ICU的第1次生命體征、第1次實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)值等進(jìn)行單因素logistic回歸分析，WBC、CRP、IL-6等26項(xiàng)指標(biāo)P＜0.1，最終納入多因素logistic回歸分析。多因素logistic回歸分析結(jié)果顯示SOFA評分、WBC、血紅蛋白、NLR、CRP、IL-6、白蛋白、PCT等11項(xiàng)指標(biāo)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，即相應(yīng)指標(biāo)的升高或降低為ICU患者發(fā)生膿毒癥的相關(guān)危險(xiǎn)因素(表2)。

表2 ICU患者發(fā)生膿毒癥的相關(guān)危險(xiǎn)因素logistic回歸分析結(jié)果Tab. 2 Logistic regression analysis of associated factors of sepsis in ICU patients

3 列線圖的構(gòu)建及預(yù)測性能 根據(jù)單因素和多因素logistic回歸分析結(jié)果，WBC(X1)、CRP(X2)、IL-6(X3)、NLR(X4)和PCT(X5)均為ICU患者發(fā)生膿毒癥的相關(guān)危險(xiǎn)因素，其對ICU患者發(fā)生膿毒癥的回歸預(yù)測模型簡示為：Log(P/1-P)=-3.379 +0.112X1+ 0.122X2+ 0.001X3+ 0.062X4+ 0.222X5。聯(lián)合以上5個(gè)炎性標(biāo)志物(WBC、CRP、IL-6、NLR和PCT)，利用R軟件的“rms”軟件包構(gòu)建了列線圖(圖1)。即根據(jù)每一項(xiàng)化驗(yàn)結(jié)果，垂直畫一條線到評分軸上，從而得到一個(gè)分值，最后將分值相加得到一個(gè)總分，總分對應(yīng)到概率軸上即可得到該患者發(fā)生膿毒癥的概率。在訓(xùn)練集中，列線圖表現(xiàn)出良好的區(qū)分度，由其顯示：對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.854(95%CI：0.835 ～ 0.872)，敏感度和特異性分別為0.820和0.737。SOFA評分對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.759(95%CI：0.735 ～0.783)，敏感度和特異性分別為0.699和0.682。WBC對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.655(95%CI：0.630 ～ 0.680)。IL-6對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.712(95%CI：0.688 ～ 0.735)，敏感度和特異性分別為0.670和0.653。CRP對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.717(95%CI：0.693 ～ 0.740)，敏感度和特異性分別為0.711和0.620。PCT對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.783(95%CI：0.760 ～ 0.803)，敏感度和特異性分別為0.567和0.847。NLR對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.716(95%CI：0.689 ～ 0.742)，敏感度和特異性分別為0.621和0.724。通過AUCtest發(fā)現(xiàn)，列線圖的預(yù)測性能明顯優(yōu)于SOFA評分和單一炎性標(biāo)志物(P均＜0.001，圖2)。將驗(yàn)證集中患者數(shù)據(jù)帶入已構(gòu)建的列線圖，其對膿毒癥的預(yù)測AUC值為0.857(95%CI：0.827 ～ 0.887)，敏感度和特異性分別為0.708(95%CI：0.651 ～ 0.760)和0.864(95%CI：0.823 ～ 0.899)，通過AUC-test發(fā)現(xiàn)兩者沒有明顯差異(P=0.879)，說明模型穩(wěn)定性較好(圖3)。通過校準(zhǔn)曲線，我們可以看出，無論對于訓(xùn)練集還是驗(yàn)證集，模型對ICU患者膿毒癥的預(yù)測概率與實(shí)際概率均表現(xiàn)出良好的一致性(圖4)。

圖1 預(yù)測ICU患者發(fā)生膿毒癥的列線圖Fig.1 Nomogram predicting the probability of sepsis in ICU patients

圖2 列線圖與各炎性標(biāo)志物(A)和SOFA評分(B)的ROC曲線Fig.2 ROC curves of nomogram and inflammatory markers(A: WBC, CRP, IL-6, PCT, NLR), SOFA score (B)WBC: white blood cell; CRP: C-reactive protein; IL-6:interleukin-6; PCT: procalcitonin; NLR: neutrophil-tolymphocyte ratio; SOFA: sequential organ failure assessment

圖3 訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的ROC曲線Fig.3 ROC curves of training cohort and validation cohort

圖4 預(yù)測ICU患者發(fā)生膿毒癥的訓(xùn)練集(A)與驗(yàn)證集(B)校準(zhǔn)曲線列線圖Fig.4 Calibration curve nomogram of the training cohort (A) and the validation cohort (B) in predicting the occurrence of sepsis in ICU patients

討 論

2021年最新版的國際拯救膿毒癥指南明確指出，膿毒癥和膿毒性休克是醫(yī)療急癥，推薦立即開始復(fù)蘇和治療[8]。由此可見膿毒癥早期識(shí)別干預(yù)對改善其預(yù)后的重要性。但膿毒癥發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，臨床表現(xiàn)缺乏特異性，因此早期識(shí)別存在一定困難。微生物培養(yǎng)仍然是診斷膿毒癥的金標(biāo)準(zhǔn)，但往往結(jié)果獲取較慢，且受抗生素應(yīng)用的影響，出現(xiàn)假陰性概率較大。

膿毒癥涉及復(fù)雜的炎癥反應(yīng)，炎癥在其發(fā)生進(jìn)展過程中起著至關(guān)重要的作用。WBC是臨床最常用的炎性標(biāo)志物，無論升高還是降低都可能與感染相關(guān)[15]。PCT主要由甲狀腺C細(xì)胞分泌，其水平在受到細(xì)菌感染后會(huì)逐步上升，目前多篇研究表明PCT水平與膿毒癥的發(fā)生以及預(yù)后相關(guān)，一篇納入19篇研究的Meta分析表明PCT早期預(yù)測重癥患者發(fā)生膿毒癥的AUC值為0.84[16]。IL-6

為促炎細(xì)胞因子，可由內(nèi)皮細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞等產(chǎn)生，在感染和組織受損時(shí)迅速而短暫的升高，其水平的升高可能預(yù)示著膿毒癥的發(fā)生[17-18]。CRP作為一種非特異性急性期反應(yīng)蛋白，無論炎癥、創(chuàng)傷、燒傷等刺激后均可快速升高，因此單獨(dú)應(yīng)用CRP預(yù)測膿毒癥敏感度好，而特異性差，多與其他標(biāo)志物聯(lián)合應(yīng)用。NLR可以通過血常規(guī)中的中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)與淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)獲得，目前研究表明其可作為多個(gè)疾病的嚴(yán)重程度分級(jí)、預(yù)后判斷的標(biāo)志物[19]。膿毒癥的發(fā)生、發(fā)展中，由于中性粒細(xì)胞的凋亡減少，以及中性粒細(xì)胞從骨髓的邊緣池中快速動(dòng)員，所以中性粒細(xì)胞會(huì)增加；由于淋巴細(xì)胞的凋亡增加，以及活化的淋巴細(xì)胞向炎癥組織遷移，所以淋巴細(xì)胞會(huì)減少；因此，NLR會(huì)明顯升高[20]。目前已有研究將NLR應(yīng)用到膿毒癥的預(yù)測及預(yù)后判斷中[21]。但單一標(biāo)志物預(yù)測膿毒癥的敏感度或特異性可能不理想。

盡管之前已有研究構(gòu)建列線圖預(yù)測膿毒癥，但還沒有研究聯(lián)合炎性標(biāo)志物構(gòu)建預(yù)測ICU患者發(fā)生膿毒癥的列線圖[13]。我們通過單因素和多因素logistic回歸分析發(fā)現(xiàn)WBC、CRP、IL-6、PCT和NLR均為ICU患者發(fā)生膿毒癥的相關(guān)危險(xiǎn)因素。眾所周知，對于ICU疑似感染的患者，以上炎性標(biāo)志物是進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，并且可以快速獲得結(jié)果。因此我們聯(lián)合WBC、CRP、IL-6、PCT和NLR構(gòu)建了列線圖，且我們的列線圖顯示出良好的預(yù)測性能，其AUC值明顯高于SOFA評分(P＜0.001)。此外，與SOFA評分相比，其包含項(xiàng)目更少更易獲取，因此更便于臨床應(yīng)用。

本研究存在一定的局限性。首先，此研究是基于解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心ICU?？茢?shù)據(jù)庫，沒有進(jìn)行外部驗(yàn)證，且該數(shù)據(jù)庫是以外科術(shù)后患者為主，因此后續(xù)我們將納入不同類型的ICU專科數(shù)據(jù)庫的患者進(jìn)一步驗(yàn)證。其次，我們只納入了炎性標(biāo)志物，沒有將一般臨床特征等納入，雖然僅納入了炎性標(biāo)志物能簡化模型、增加模型實(shí)用性，但卻可能降低模型性能。最后，這是一項(xiàng)回顧性研究，可能存在選擇偏倚；今后我們將開展前瞻性研究進(jìn)一步優(yōu)化完善模型。

綜上所述，我們利用臨床常用的炎性標(biāo)志物(WBC、CRP、IL-6、PCT和NLR)構(gòu)建了預(yù)測ICU患者發(fā)生膿毒癥的列線圖，其預(yù)測性能優(yōu)于單一炎性標(biāo)志物和SOFA評分。該模型可以幫助ICU醫(yī)生早期識(shí)別潛在的膿毒癥，采取及時(shí)有效的干預(yù)措施，從而降低膿毒癥的發(fā)病率并改善膿毒癥患者的預(yù)后。但該模型需要進(jìn)一步外部驗(yàn)證以及前瞻性研究優(yōu)化完善。