基于臨床大數據分析探討成人社區獲得性肺炎與氣象因素的相關性

黃晶一，朱 威，顏仕星，周 紅

(1. 廣州中醫藥大學第二臨床醫學院，廣州 510405； 2. 同濟大學電子與信息工程學院，上海 200092)

社區獲得性肺炎(community-acquired pneu-monia CAP)是指過去14 d內未曾入院或未在長期護理機構居住的患者在社區環境中感染微生物而發生的肺炎。臨床表現為發熱、咳嗽、咳痰以及胸片檢查中肺部有新的滲出。在美國和英國，每年成人社區獲得性肺炎患病率估計為5‰～11‰[1],2012年我國肺炎病死率高達17.46/10萬[2]。肺炎患者中有1.1‰～4‰需住院治療，其中10%～15%的病人需ICU監護治療，造成醫療資源極大的消耗。在中醫學理論中，整體觀念及運氣學說闡述了疾病與四時氣候相適應的變化規律。但整體觀念和運氣學說的實際應用價值及現代科學闡述尚不明確，氣象因素與疾病的關系很可能是整體觀念和運氣學說的表現形式之一[3]。因此，通過數據挖掘建模的方式科學闡明社區獲得性肺炎中醫證型與氣象因素的關系，從而科學地證明整體觀念及運氣學說的價值，并為疾病預測提供另一種方法。

1 資料與方法

1.1 病例數據來源

選取2009年1月至2013年12月廣東省中醫院就診并符合社區獲得性肺炎診斷的門診和住院病人病歷，病歷內容包括主訴、現病史、既往史、實驗室及影像學檢查、中醫診斷、西醫診斷、處方，檢索廣東省中醫院電子病歷系統數據庫。氣象數據來源2009年1月至2013年12月中國地面國際交換站(廣州)氣候資料日值數據集，氣象數據包括20～20時降水量、大型蒸發量、極大風速、極大風速的風向、平均本站氣壓、平均風速、平均氣溫、平均水汽壓、平均相對濕度、日照時數、日最低本站氣壓、日最低氣溫、日最高本站氣壓、日最高氣溫、小型蒸發量、最大風速、最大風速的風向和最小相對濕度。

1.2 數據處理

1.2.1 納入標準 根據美國感染病學會/胸科學會2007年成人社區獲得性肺炎指南[4]：發熱、咳嗽、咯痰、胸片顯示斑片狀滲出或間質性改變；根據中醫藥學名詞審定委員會2010版《中醫藥學名詞規范》[5]：風熱犯肺證以主要癥狀伴微惡風寒，或身痛、咽痛、氣喘、煩渴、胸痛、舌尖紅、苔薄黃、脈浮數；痰熱壅肺證以主要癥狀伴煩渴、氣喘、吐痰黃稠、胸悶、胸痛，或痰黃帶血、舌紅、苔黃膩、脈滑數。

1.2.2 排除標準 醫院獲得性肺炎、呼吸機相關性肺炎、衛生保健相關性肺炎；年齡<18周歲。

1.2.3 發病率計算 采用構成比近似計算=(某中醫證型病例人數/全院同期總就診數)×(1∶100000)。

1.2.4 氣象數據處理 通過氣候資料日值數據集按月份累計，得出月平均相對濕度(monthly mean relative humidity，MinRH)、月平均氣溫(monthly mean temperature，MT)、月平均降水量(monthly mean precipitation，MP)、月平均風速(monthly mean wind velocity，MWV)、月平均日照時數(monthly mean sunshine duration，MSD)。

1.2.5 統計學方法 采用LASSO算法構造一個懲罰函數獲得一個精煉的模型，在回歸系數的絕對值之和小于一個常數的約束條件下，使殘差平方和最小化，從而產生某些嚴格等于0的回歸系數，得到一個解釋力較強的模型。采用均方誤差(mean squared error, MSE)作為評價標準，它是衡量“平均誤差”的一種較方便的方法，MSE可以評價數據的變化程度，MSE的值越小說明預測模型描述實驗數據具有更好的精確度。

2 結果

2.1 廣東省中醫院成人社區獲得性肺炎中醫證型病例統計

表1顯示，風熱犯肺證的發病例數逐年升高，痰熱壅肺證發病例數呈波動狀。

表1 廣東省中醫院成人社區獲得性肺炎中醫證型病例統計

2.2 廣東省中醫院成人社區獲得性肺炎平均每月中醫證型構成比

表2顯示，風熱犯肺證的發生主要集中在3～6月，痰熱壅肺證的發生每個月相對平均。

表2 廣東省中醫院成人社區獲得性肺炎平均每月中醫證型構成比(1∶100000)

2.3 風熱犯肺證與痰熱壅肺證均方誤差值

表3顯示，采用前8個月全部氣象數據進行篩選，2個證型的MSE值均最小。

2.4 提出前8個月全部氣象數據進行LASSO選擇

前8個月(8—month):風熱犯肺：日照時數2。痰熱壅肺：日照時數2、日照時數3、日照時數5、日照時數8、平均風速3、平均氣溫7、平均相對濕度7、降水量8。

注：上述所列氣象因素后面的數字代表的是第幾個月之間的氣象因素，如“日照時數2”表示上個月的日照時數，“日照時數3”表示的是上上個月的日照時數。

表3 風熱犯肺證與痰熱壅肺證均方誤差值比較

2.5 風熱犯肺證LASSO模型回歸預測圖

圖1顯示，對于風熱犯肺組計算機采用前8個月的全部氣象數據進行篩選得到的MSE值最小，而在前8個月的氣象數據中，進一步篩選出的相關氣象因素為前2個月平均日照時數(MSD2)。根據以上相關氣象因素建立風熱犯肺證發病構成比預測模型。

圖1 風熱犯肺證LASSO模型回歸預測圖

2.6 痰熱壅肺證LASSO模型回歸預測圖

圖2顯示，對于痰熱壅肺組計算機采用前8個月的全部氣象數據進行篩選得到的MSE值最小，而在前8個月的氣象數據中，進一步篩選出的相關氣象因素有前2、3、5、8個月平均日照時數(MSD2、MSD3、MSD5、MSD8)、前3個月平均風速(MWV3)、前7個月平均氣溫(MT7)、前7個月平均相對濕度(MinRH7)、前8個月平均降水量(AP8)。根據以上相關氣象因素建立痰熱壅肺證發病的預測模型。

圖2 痰熱壅肺證LASSO模型回歸預測圖注：圖1和圖2中橫坐標代表時間(月),縱坐標代表每月平均構成比,深色曲線均表示的是通過LASSO模型預測的預測值，而紅色曲線均表示的是真實值

3 討論

五運六氣是古人對天地、時空自然運動變化規律的理解，是古人社會實踐活動和領會世界的基本依據，是古代天文和歷法的理論基礎。同樣在中醫學中，運氣學說是中醫學基本理論的基礎和淵源[6]，是中醫學探討天象氣候規律及其人體生理、病變、防治規律的理論，是中華民族科學智慧的體現[7]，是現代中醫理論缺失的一塊重要版圖。因此，運用五運六氣才能從中醫學理論的角度闡明疾病發生發展的規律。五運六氣蘊涵了豐富的周期思想，是由五運的5年、10年，六氣的1年、6年、12年，五運六氣相合的30年以及60年大周期組成[8]，因此，周期的選擇包含了5年、6年、30年、60年。本文基于現有條件采用5年周期，選擇了廣東省中醫院5年社區獲得性肺炎病例，參考2009年至2013年運氣發現，2009年(己丑年)太陰濕土司天，太陽寒水在泉，主氣厥陰風木，客氣少陽相火，陽熱氣甚，氣候反常溫暖易發生溫病。2010年(庚寅年)少陽相火司天，厥陰風木在泉，主氣厥陰風木，客氣少陰君火，同樣氣候反常溫暖易發生溫病。2011年(辛卯年)陽明燥金司天，少陰君火在泉，主氣少陰君火，客氣少陽相火，陽熱更甚，更易發生熱病。2012年(壬辰年)太陽寒水司天，太陰濕土在泉，主氣厥陰風木，客氣少陽相火，少陽相火與2011年(辛卯年)的少陰君火遷移與相交，氣候反常溫暖易發生溫病。2013年(癸巳年)厥陰風木司天，少陽相火在泉，主氣太陽寒水，客氣少陽相火，氣候同樣反常溫暖易發生溫病。對于風熱犯肺證，2009年至2013年疾病的發生集中在3月份至6月份，春季反常的溫暖造成風熱犯肺證的增加。從氣象數據看，過度的日照可能導致火氣過剩，過剩之氣過度制約肺臟。同樣過度日照使燥邪化生，兩者共同導致患者出現微惡風寒，或身痛、咽痛、氣喘、煩渴、胸痛、舌尖紅、苔薄黃、脈浮數等風熱犯肺證表現，這就是“淫氣病肺”。對于痰熱壅肺證，2009年至2013年疾病的發生每月均較為平均。中醫認為風為百病之始屬陽，其性動，無孔不入，風邪為患，不單單侵入人體，其他邪氣侵入人體也往往借助風邪。其余邪氣也有相兼的但種類很少，只有風氣、六氣可以相兼相雜，因此對于痰熱壅肺證出現諸多相關氣象因素也就不足為奇了。首先，風速的異常變化令人腠理疏松，衛氣受傷，不能正常司開闔，發揮溫煦作用，為其余淫邪的兼雜打下基礎。日照與氣溫的升高使人腠理更加開張，容易出汗，加之濕度的變化使濕邪易生，遂風邪而入，郁結在內，阻遏了氣機，使得氣血不能正常運行化而生痰、郁熱，使人出現煩渴、氣喘、吐痰黃稠、胸悶胸痛，或痰黃帶血、舌紅、苔黃膩、脈滑數等痰熱壅肺證的表現。

從現代醫學氣象看，當氣溫出現很長一段時間的偏高或劇烈變化時，不但使細菌、病毒微生物的繁殖增加，同樣也降低人體免疫力，包括對微生物的抵抗力，甚至導致環境如空氣和水的污染，這些因素都會影響疾病在人群中的分布。環境濕度過高易造成

吸入空氣濕度增大，造成細菌微生物滋生；人體免疫力的下降使病原微生物容易侵入機體，使人出現感染特別是對于呼吸系統的影響。此外，月平均風速越小相對濕度越大，肺炎發生率越高[9]等均有相關文獻報道。本研究中筆者認為，對于風熱犯肺證日照可以影響溫度的變化，溫度的短時間劇烈變化使人體免疫系統功能下降，導致疾病發生風險增加。對于痰熱壅肺證，從模型篩選結果看是多氣象因素綜合的結果，從微生物的生長繁殖角度看，微生物的代謝和物質交換必須在水的參與下發生，如果沒有適當的濕度環境下微生物幾乎很難繁殖，更遑論感染人體。適當的濕度條件是滋生和傳播病原生物的一個必要條件。頻繁的降雨和低風速導致相對濕度增高，在這種潮濕的環境微生物可以大量繁殖和傳播。筆者在使用lasso算法選擇相關的氣候因素時還發現，8個月前的氣象因素也是成人社區獲得性肺炎風熱犯肺證與痰熱壅肺證發病增多的重要因素，這意味著多個月前的氣象變化可能是一個預測社區獲得性肺炎風熱犯肺證和痰熱壅肺證發生的條件。原因可能與人體體質的改變時間及細菌微生物的繁殖和生長周期有關，但目前論證相關結論的文獻仍然較少，有待進一步的研究。

自然界有生長化收藏的規律，天氣當中有寒暑燥濕風的正常變化，春溫夏熱、秋涼冬寒，之所以有這樣正常地運轉，就是因為六氣中有相互制約、避免過亢、避免“未至而至”“至而未至”，萬事萬物才能生生不息并在歷史的長河中生生化化。從《黃帝內經》的“三部之氣”，到張仲景的“千般疢難，不越三條”，再到陳言的“內因、外因、不內外因”，對氣候、外因的研究始終是中醫病因學的重要一環，而這些時刻體現出中醫學整體觀念的思想特點。