ICU患者發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的危險因素分析及預測模型的建立

萬 瑩，朱傳衛，張青松

β-內酰胺酶是一種具有水解β-內酰胺類抗菌藥物能力的滅活酶，該種酶的出現是細菌對β-內酰胺類抗菌藥物耐藥的主要機制之一[1]。超廣譜β-內 酰 胺 酶（extended spectrum beta-lactamases,ESBLs）是由質粒介導的β-內酰胺酶，主要存在于臨床分離的革蘭陰性桿菌，其中以大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌等腸桿菌科細菌最為常見[2]。隨著β-內酰胺類抗菌藥物尤其是第三代頭孢菌素的廣泛應用，抗菌藥物選擇壓力不斷增大，產ESBLs細菌引起醫院感染病例也在不斷增加[3]，其中ICU是出現耐藥菌感染的最主要科室之一。由于ESBLs兼有多重耐藥性和快速傳播能力，給臨床抗感染治療帶來極大的困難[4]。目前有關產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的國內外研究大多僅側重于危險因素分析，難以滿足臨床定量化篩查的需求[5-6]。列線圖是一種具有個體化定量化預測功能的新型模型，近年來已被廣泛應用于臨床風險事件的預測[7]。基于此，本研究擬在篩選ICU患者發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的危險因素基礎上構建列線圖風險模型，以期為臨床早期識別和防控產ESBLs革蘭陰性桿菌所致的醫院感染提供科學的參考依據。

1 對象與方法

1.1 對象 選取2017年5月—2021年4月宣城市中心醫院ICU發生大腸埃希菌或肺炎克雷伯菌感染的189例患者作為研究對象。納入標準：①年齡≥18歲；②所有患者均符合《醫院感染診斷標準（試行）》[8]中的相關診斷標準，經菌株鑒定及藥物敏感性（藥敏）試驗確診；③入住ICU＞48 h；④30 d內臨床資料保存完整。排除標準：①細菌培養陽性而無臨床癥狀者；②排除同一患者的重復菌株；③同一病例不重復收錄；④無應答式拒訪者。本研究已通過我院倫理委員會審批，批準編號：宣醫倫審（2016）第（052）號。

1.2 方法

1.2.1 菌株鑒定和藥敏試驗 入住ICU 30 d內的患者標本培養、分離、純化、鑒定等操作嚴格按照《全國臨床檢驗操作規程》[9]進行。采用Compact vitek-Ⅱ全自動微生物分析儀進行菌株鑒定[質控菌株包括大腸埃希菌（ATCC 25922）、肺炎克雷伯菌（ATCC 700603）]。參照美國臨床實驗室標準化委員會推薦的紙片瓊脂擴散法進行藥敏試驗[10]，抗菌藥物紙片和M-H培養基均來自英國Oxoid公司。采用雙紙片確證試驗進行ESBLs的測定，當頭孢噻肟（30 μg）和頭孢噻肟 /克拉維酸（30 μg/10 μg）、頭孢他啶（30 μg）和頭孢他啶/克拉維酸（30 μg/10 μg）中任一組抑菌圈直徑相差值≥5 mm時，可確證為產ESBLs革蘭陰性桿菌菌株。

1.2.2 資料收集 通過病歷系統收集患者臨床資料：性別，年齡，急性生理與慢性健康評分Ⅱ（acute physiology and chronic health evaluation Ⅱ ,APACHEⅡ），留置尿管時長，抑酸劑使用時長，第三代頭孢菌素使用時長，抗菌藥物聯用時長，ICU住院時間及是否有糖尿病、高血壓、冠心病、慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）、低蛋白血癥、機械通氣。其中APACHEⅡ分值越高病情越重，取入住ICU 24 h內最高值。留置尿管和藥物使用時長以入住ICU日期至陽性標本送檢日期計算。

1.3 統計學處理 采用SPSS 22.0軟件進行數據分析，計數資料以頻數（%）表示，組間比較采用四格表χ2檢驗。采用LASSO回歸篩選出非零系數的預測因素，采用Logistic回歸篩選ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的危險因素。采用R（R3.5.3）軟件包和rms程序包繪制列線圖。采用bootstrap自抽樣法作內部驗證，通過計算一致性指數（C-index），繪制校正曲線、ROC曲線和決策曲線評估模型的預測效能。檢驗水準 α=0.05。

2 結 果

2.1 患者的一般情況和產ESBLs革蘭陰性桿菌菌株檢出情況 共入選189例患者，平均年齡為（74.16±7.54）歲。感染原發部位：肺部157例，腹腔12例，尿路10例，胸腔7例，血/深靜脈導管3例。檢出大腸埃希菌148株（78.31%）和肺炎克雷伯菌41株（21.69%）。檢出產ESBLs革蘭陰性桿菌菌株65例，入住ICU至陽性標本檢出日時長3～30 d，總陽性檢出率為34.39%，其中大腸埃希菌47例，肺炎克雷伯菌18例，陽性檢出率分別占31.76%和43.90%。

2.2 ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的單因素分析 基于產ESBLs革蘭陰性桿菌菌株檢出情況將患者分為產ESBLs組（n=65）和非產ESBLs組（n=124）。2組單因素分析結果顯示：產ESBLs組APACHEⅡ≥16分、留置尿管時長≥7 d、抑酸劑使用時長≥3 d、第三代頭孢菌素使用時長≥3 d、抗菌藥物聯用時長≥3 d和ICU住院時間≥15 d的患者比例明顯高于非產ESBLs組，差異均有統計學意義（P均＜0.05），見表1。

表1 ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的單因素分析[例（%）]Table 1 Univariate analysis of ESBLs Gram-negative bacilli infection in ICU patients within 30 days [cases (%)]

續表1

2.3 ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的預測因素篩選 LASSO回歸分析結果顯示，log（λ）為-2.6時二項式偏差最小，此時參數最優。在線性回歸中系數為 0時，表明對相應變量無影響，而最優參數下對應的非零系數的變量個數為6個，故篩選出APACHEⅡ、留置尿管時長、抑酸劑使用時長、第三代頭孢菌素使用時長、抗菌藥物聯用時長和ICU住院時間為系數不為零的重要預測因素，見圖1。

圖1 LASSO回歸分析篩選預測因素圖A. 二項式偏差曲線與log（λ）的關系曲線，虛線垂直線顯示為最佳λ值；B. 14個特征因素的LASSO回歸系數分布；根據log（λ）的序列對系數剖面圖進行了評價，其中最佳λ產生了6個具有非零系數的變量Figure 1 LASSO regression analysis screening predictors

2.4 ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的多因素Logistic回歸分析 以產ESBLs革蘭陰性桿菌感染發生情況為因變量，以LASSO回歸中篩出的重要預測因素為自變量，進行二分類Logistic回歸分析，結果顯示：APACHEⅡ≥16分（OR=2.686）、留置尿管時長≥7 d（OR=2.915）、抑酸劑使用時長≥3 d（OR=2.561）、第三代頭孢菌素使用時長≥3 d（OR=2.795）、抗菌藥物聯用時長≥3 d（OR=3.305）和ICU住院時間≥15 d（OR=2.857）是ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的危險因素（P均＜0.05），見表2。

表2 ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的多因素Logistic回歸分析Table 2 Multivariate Logistic regression analysis of ESBLs Gram-negative bacilli infection in ICU patients within 30 days

2.5 ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的列線圖風險預警模型的建立 基于上述危險因素構建預測ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染風險的列線圖模型，結果顯示，各危險因素對應的分值自上而下依次為83分、89分、79分、86分、100分、88分，見圖2。

圖2 預測ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的列線圖風險模型APACHEⅡ評分、留置尿管時長、抑酸劑使用時長、第三代頭孢菌素使用時長、抗菌藥物聯用時長和ICU住院時間6個變量軸上相應點對應不同的分數，各項預測變量的評分相加，得到總分，不同總分對應不同的ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染風險概率。例如，1位APACHEⅡ評分≥16分、留置尿管時長≥7 d、抑酸劑使用時長≥3 d、第三代頭孢菌素使用時長＜3 d、抗菌藥物聯用時長≥3 d和ICU住院時間＜15 d是ICU患者，總得分為83+89+79+0+100+0=351分，對應發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的預測概率約為64%Figure 2 Nomogram risk model for predicting ESBLs Gram-negative bacilli infection in ICU patients within 30 days

2.6 列線圖模型的驗證 模型驗證結果顯示，C-index為0.795；校正曲線趨近于理想曲線，見圖3，ROC曲線下面積（AUC）為0.807（95% CI：0.775～0.839），見圖4。決策曲線顯示，在2條臨界線以上，即2%～81%范圍內，模型凈獲益，見圖5。

圖3 列線圖模型的校正曲線Figure 3 Calibration curve of nomogram model

圖4 列線圖模型的ROC曲線Figure 4 ROC curve of nomogram model

圖5 列線圖模型的決策曲線分析圖Figure 5 Decision curve analysis of nomogram model

3 討 論

產ESBLs革蘭陰性桿菌是醫院感染的重要致病菌，盡管發病率因患者群體、時間和ESBLs，定義不同而不同，但在全世界范圍內均呈持續上升趨勢[11]。國外文獻報道ICU患者中有5%～25%是產ESBLs的腸桿菌科細菌攜帶者[12]，國內有研究報道大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌感染的產ESBLs檢出率分別為62.15%和78.78%[13-14]。本研究中產ESBLs革蘭陰性桿菌菌株總陽性檢出率34.39%，其中大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌的陽性檢出率分別占31.76%和43.90%，與國內外研究的檢出率具有較大的差異，可見產ESBLs革蘭陰性桿菌菌株存在地域性差異，這可能與各地經濟狀況以及抗菌藥物使用習慣不同有關。

本研究篩選出APACHEⅡ≥16分、留置尿管時長≥7 d、抑酸劑使用時長≥3 d、第三代頭孢菌素使用時長≥3 d、抗菌藥物聯用時長≥3 d和ICU住院時間≥15 d是ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的危險因素。楊靜等[15]報道APACHEⅡ是產ESBLs腸桿菌血行感染的危險因素，與本文結果一致。雖然俞錫燦等[16]報道APACHEⅡ≥16分與ICU內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染無關，但統計值P為0.08，已接近統計學差異臨界值。究其原因，可能是因為APACHEⅡ評分較高反映了患者病情較為危重，常存在不同程度的意識障礙和免疫力受損，導致纖毛清除功能和機體保護能力下降，為細菌的生長繁殖創造了有利條件。甄鵬等[17]報道留置尿管的患者更易分離出產ESBLs革蘭陰性桿菌，與本研究結果相似。究其原因，可能是因為留置尿管作為一項侵入性操作，長期進行會對尿道黏膜造成一定程度的機械性損傷，導致防御保護能力下降，故產ESBLs革蘭陰性桿菌的定植風險增加。尤其是黏附于管壁的致病菌，由于表面生物膜或黏膜復合物的覆蓋，難以被抗菌藥物抑制或殺滅，從而易誘發感染。由于ICU患者為重癥患者，病情相對危急，一般盡管在不確定病原菌的前提下，臨床仍須經驗性使用抗菌藥物以挽救患者生命，聯用抗菌藥物已成為控制重癥感染的常用方法，但這樣會造成病原菌暴露在多種抗菌藥物中，易獲得耐藥性。黃文進等[18]提出聯用抗菌藥物與產ESBLs革蘭陰性桿菌感染顯著相關，與本研究結果一致。抑酸劑常在ICU應用于應激性黏膜病變，它能夠有效減少胃酸的分泌，增高胃內pH值，但也會導致胃腸道內的細菌擺脫胃酸的抑制作用而過度繁殖，改變腸道微生物結構。此外，抑酸劑還兼有降低胃粘液黏度，延長排空時間等作用，可造成胃腸道自我保護能力下降，增加感染風險[19]。劉勇等[20]報道使用第三代頭孢菌素超過3 d是感染產ESBLs大腸埃希菌的危險因素，與本研究結果一致。第三代頭孢菌素是目前臨床常用的抗生素，可有效殺滅敏感菌群，但不合理的應用會破壞正常菌群，誘導細菌產生耐藥性。尤其是頭孢曲松等廣譜抗生素可將腸道內耐藥菌株選擇出來，長期使用可誘發耐藥菌株感染。張湘湘等[21]報道住院時間是產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的危險因素，與本研究結果一致。產ESBLs革蘭陰性桿菌廣泛存在于外界環境、人體皮膚和開放的腔道中，ICU患者多集中管理，當患者長期暴露在醫院環境下時，接觸產ESBLs革蘭陰性桿菌的風險也就較大。

既往有研究采用指數平滑法和ARIMA乘積季節模型來預測產ESBLs革蘭陰性桿菌的流行趨勢，通過回顧性分析觀測數據隨時間變化的規律有效預測了未來的流行趨勢和變化，并利用模型參數對結果進行量化提高了模型的預測精度[22]。但此類模型難以個體化預測每1例患者的產ESBLs革蘭陰性桿菌感染風險，臨床實用價值有限。本研究基于回歸方程的篩選結果構建了ICU內產ESBLs革蘭陰性桿菌感染風險的列線圖模型，模型主要由危險因素、對應線段和賦值軸3部分構成，可視可讀，簡潔直觀，使用人員可通過簡單的作圖和計算快速個體化預測患者的感染風險，相較于傳統數學模型更適用于臨床實際操作系統。同時，本研究為防止模型過度擬合，以及保證模型的可靠性，采用計算C-index，繪制校正曲線、ROC曲線和決策曲線驗證模型的預測效能，并在結果中得到C-index高達0.795，校正曲線趨近于理想曲線，表明模型預測值與實際值具有較好的一致性。AUC為0.807（95% CI：0.775～0.839），表明模型區分度良好。且在2%～81%預測范圍內，對ICU患者采取干預措施后，能夠在降低30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染率方面凈獲益，故該模型在預測操作系統中具備良好的預測效能。此外，使用人員還可根據患者的各項指標情況，以降低總分值為目標采取干預措施，如對危重患者做好氣道保護措施，加強留置尿管護理，嚴格控制抑酸劑和第三代頭孢菌素的使用。同時，針對ICU患者要及早進行微生物篩查，盡可能選用單種抗菌藥物進行抗感染治療。縮短ICU住院時間，盡可能提高患者周轉率，對于預計長期入住ICU的患者，在細菌培養結果出來前有條件的可置入隔離病房，并對ICU患者周圍環境進行嚴格消毒。

本研究存在的不足：受試者獲取局限于單中心，且數量有限，未能納入外中心數據對模型進行外部驗證；受條件限制未做細菌分子分型，未能準確追溯既往抗菌藥物使用種類及療程；未對ICU轉出患者進行遠期預后評估。故模型仍須大規模、多中心的研究予以進一步驗證和完善。

綜上所述，臨床應對APACHEⅡ≥16分、留置尿管時長≥7 d、抑酸劑使用時長≥3 d、第三代頭孢菌素使用時長≥3 d、抗菌藥物聯用時長≥3 d和ICU住院時間≥15 d的ICU患者予以高度重視，警惕其30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染。根據危險因素建立的列線圖模型能夠有效預測ICU患者30 d內發生產ESBLs革蘭陰性桿菌感染的風險，有助于臨床及早篩查ESBLs革蘭陰性桿菌感染高風險患者。