心血管手术后感染的常用生物标志物研究和预测模型的开发及验证

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目的感染是心血管外科手术后的严重并发症之一。本研究旨在评估降钙素原(Procalcitonin,PCT),白介素-6(Interleukins-6,IL-6),C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP)和白细胞(White blood cell,WBC)用于诊断心血管外科手术后感染的应用价值。方法研究数据来源于南京鼓楼医院心胸外科2020年10月至今正在开展的一项前瞻性观察性研究。该研究连续入组符合纳入/排除标准的心血管外科手术患者,于手术后连续5日晨6:00按标准程序采集血样并立即检测PCT、IL-6、CRP和WBC。我们使用接收器工作特性曲线下的面积(Area under the receiver operating characteristic curve,AUC)来评估具有统计学意义的生物标志物的诊断准确性。单因素分析中P<0.1的临床变量和诊断准确性较高的生物标志物纳入多因素Logistic回归,以评估是否为独立危险因素。一般认为,AUC>0.7的指标的诊断准确性较高,双尾P<0.05的值有统计学意义。结果本研究于2020年10月至2021年10月,共连续纳入1033例接受择期心血管外科手术患者。平均年龄58.7±12.5岁,男性占比57.9%。住院期间共计新发感染86例,发病率8.3%,感染组较之对照组患者机械通气(15.5小时vs.7.0小时,P<0.001),重症监护时间(4.5天vs.2.0天,P<0.001),平均住院时间(24.0天vs.17.0天,P<0.001)均明显延长,死亡风险显著升高(14%vs.0.5%,P<0.001)。基线资料显示,感染组患者平均年龄较大(64.1±8.4 vs.58.2± 12.7,P<0.001)且纽约心功能分级Ⅲ、Ⅳ级者占比较高(76.7%vs.56.4%,P<0.001)。同时,感染组患者也更多的合并有糖尿病(24.3%vs.14.0%,P=0.010)、脑梗塞(16.4%vs.7.4%,P=0.004)、冠心病(43.0%vs.27.8%,P=0.003)、陈旧性心梗(15.1%vs.4.0%,P<0.001)和肾功能不全(64.0%vs.45.4%,P=0.001)等基础病史。术中数据则表明,两组患者所行术式并无显著差异(P=0.110),而感染组行胸骨正中劈开术比例较高(87.2%vs.79.8%,P=0.099),且进行了更长时间的心肺转流(Cardiopulmonary bypass,CPB)(145 分钟 vs.115 分钟,P<0.001)和主动脉阻断(Aortic cross-clamp,ACC)(89 分钟 vs.82 分钟,P=0.012)。不同生物标志物诊断价值迥异。PCT:两组患者术后连续5天的PCT表达水平和变化率均有显著差异,但是诊断准确性不足(AUC<0.7)。IL-6:两组患者术后连续5天IL-6的表达水平均有显著差异。手术后第三、第五日的IL-6表达水平诊断准确性较高(AUC分别为0.708和0.723)。CRP:两组患者术后首日CRP表达水平均较低,并于48小时内达到峰值,而感染组患者升高幅度更大。手术后第三、第四、第五日CRP表达水平展现出较好的诊断性能(AUC分别为0.712,0.716,0.709)。WBC:两组患者手术后第五日WBC表达水平开始出现差异,但是诊断效能不足(AUC=0.577)。多因素 Logistic 回归分析显示年龄[OR:1.430 95%CI(1.103-1.855),P=0.007],CPB 时间[OR:1.478 95%CI(1.161-1.880),P=0.001],脑梗塞[OR:2.777 95%CI(1.367-5.639),P=0.005],陈旧性心梗[OR:3.314 95%CI(1.482-7.409),P=0.004]以及手术后第三日 IL-6[OR:3.220 95%CI(1.901-5.456),P<0.001]和第三日的 CRP[OR:2.601 95%CI(1.637-4.132),P<0.001]表达水平显著升高是手术后感染的独立危险因素。结论感染是心血管手术后重要并发症之一,会延长患者住院时间,增加死亡率。高龄,CPB时间较长,脑梗塞和陈旧性心梗病史以及手术后第三天的IL-6和CRP表达水平显著升高是患者手术后感染的独立危险因素。第三日的IL-6和CRP表达水平可有效鉴别诊断手术后感染。目的本研究旨在开发和验证一个包含术前和术中因素的用于预测心血管手术后感染风险的模型。方法研究数据来源于南京鼓楼医院心胸外科2020年10月至今正在开展的一项前瞻性观察性研究。该研究连续入组符合纳入/排除标准的心血管手术患者。使用最优子集法筛选变量,并基于多因素Logistic回归分析构建预测模型。通过比较验证集中模型间的净重分类指数(Net Reclassification Index,NRI)和综合判别改善指数(Integrated Discrimination Improvement,IDI)来判断模型优劣性后,选择表现最佳的模型并绘制列线图。经过1000次重抽样,以列线图在验证集中的平均接收器工作特性曲线下的面积(Area under the receiver operating characteristic curve,AUC)来评估区分度,校准图、Hosmer-Lemeshow拟合优度检验、Bier评分和校准斜率来评估校准度。最后,使用决策曲线分析来评估列线图的临床应用价值。结果本研究中,我们共招募了 1033名接受开放性心脏手术的患者。平均年龄58.7±12.5岁,男性患者占比57.9%。其中,86例(发病率8.3%)患者手术后感染,归为感染组,而余下947例患者归为对照组。按7:3的比例将数据随机划分为训练集和验证集,其中训练集包括723例患者,验证集包括310例患者。通过最优子集回归和模型优劣性比较,最终选择的Mallows’s Cp模型包含4个临床变量,年龄(OR:1.049 95%CI(1.018-1.084),P=0.002)、糖尿病(OR:2.347 95%CI(1.106-4.846),P=0.023)、冠心病(OR:1.931 95%CI(1.015-3.658),P=0.043)、CPB 时间(OR:1.007 95%CI(1.004-1.011),P<0.001)和 3 个术前生物标志物,白蛋白(OR:0.862 95%CI(0.788-0.944),P=0.001)、IgG(OR:1.155 95%CI(1.049-1.270),P=0.003)和肌红蛋白(OR:1.003 95%CI(1.001-1.005),P=0.002),均为预测手术后感染的独立危险因素。据此绘制的列线图,在1000次重抽样产生的1000个验证集中,平均AUC(0.762 95%CI(0.758-0.765),错误率8.4%,Hosmer-Lemeshow拟合优度检验,P=0.5313,Bier评分为0.075,校准斜率1.000,提示模型有良好的区分度和校准度。决策曲线分析显示:如果阈值概率为3%,使用列线图来预测手术后感染的好处比假定所有患者都发生或不发生手术后感染的方案均更有益处。结论高龄,糖尿病和冠心病病史、较长的CPB时间、术前IgG和肌红蛋白的高表达是患者手术后感染的独立危险因素,而术前白蛋白的高表达是保护性因素。据此构建的列线图可以有效预测患者手术后感染的风险,当预测风险超过3%时,采取额外的护理或预防措施较为合理。
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