耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌感染風險預測模型的構建

熊 琴，王震宇，宋 濤

1.武漢科技大學醫學院公共衛生與預防，湖北武漢 430065；2.湖北省襄陽市第一人民醫院檢驗科，湖北襄陽 441000

碳青霉烯類抗菌藥物對絕大多數β-內酰胺酶的穩定性好、抗菌活性也較強，常作為腸桿菌科細菌感染治療的特效藥物[1]。耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌(CRKP)是指對亞胺培南、美羅培南等碳青霉烯類抗菌藥物中的任意一種耐藥的革蘭陰性桿菌，可引起醫院內感染。2014-2019年全國細菌耐藥監測網(CHINET)顯示CRKP檢出率持續上升,從2014年的6.4%上升至2019年的10.9%[2]。有研究報道CRKP感染后30 d內病死率高達24.5%[3]，而導致CRKP感染的因素眾多，但目前研究多基于眾多風險指標的單因素或多因素分析，尚未對模型進行有效的驗證與臨床效用評價。本研究通過回顧性分析CRKP患者感染的相關危險因素，建立CRKP感染預測列線圖模型，并對該模型進行校準度及臨床效用評價，幫助臨床識別高危患者，提供精準的抗菌藥物治療方案。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性分析2021年1月至2022年4月襄陽市第一人民醫院住院患者臨床送檢標本中分離出的非重復的494株肺炎克雷伯菌。納入標準：(1)患者年齡≥18歲；(2)檢出肺炎克雷伯菌；(3)患者首次培養陽性的分離菌株納入本次研究；(4)住院時間≥48 h且≤90 d。排除標準：(1)臨床資料不全；(2)入院48 h以內感染者。研究期間符合納入標準，且發生肺炎克雷伯菌感染(>1次) 的患者，取其第一次感染結果進行分析。

將2021年1-12月肺炎克雷伯菌感染的372例患者作為建模組，2022年1-4月肺炎克雷伯菌感染的122例患者作為驗證組。

1.2方法

1.2.1細菌鑒定與藥敏試驗 按《臨床微生物標本和送檢指南》[4]規范采集、運送標本，并于標本采集后2 h內送至實驗室。細菌的分離與培養參照第4版《全國臨床檢驗操作規程》[5]。細菌鑒定采用質譜儀(德國布魯克公司)進行鑒定，藥敏試驗使用BD Phoenix M50 全自動微生物鑒定及藥敏分析儀，藥敏結果參照美國臨床和實驗室標準協會(CLSI)文件2021年標準進行判定[6]，藥敏試驗折點厄他培南最低抑菌濃度(MIC) ≥2 μg/mL或亞胺培南 MIC≥4 μg/mL,美羅培南MIC≥4 μg/mL,滿足任意一項則判定為CRKP。根據檢出的病原菌是否對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥，分為CRKP組和碳青霉烯類敏感肺炎克雷伯菌(CSKP)組。質控菌株大腸埃希菌ATCC25922、銅綠假單胞菌ATCC27853、金黃色葡萄球菌ATCC25923、糞腸球菌ATCC29212,均購自國家衛生健康委員會臨床檢驗中心。

1.2.2臨床資料的收集 臨床相關信息及檢驗指標的采集均從襄陽市第一人民醫院電子病歷系統中收集，包括患者性別、年齡、入住科室、標本類型、住院時間、基礎疾病、侵入性操作、抗菌藥物使用種類、抗菌藥物使用時間、意識、血清總蛋白和清蛋白相關檢測指標。低蛋白血癥是指血漿總蛋白和血漿清蛋白的減少,判斷標準是血清總蛋白<60 g/L或者清蛋白<35 g/L。

1.2.3模型構建及驗證 對建模組數據先進行單因素分析，將差異有統計學意義的變量納入二分類Logistic回歸分析，采用Back-Wald法篩選變量，建立回歸方程。利用構建的風險預測模型對建模組和驗證組生成預測概率，以患者是否發生CRKP感染為狀態變量，以患者的預測概率為檢驗變量，采用受試者工作特征(ROC)曲線的曲線下面積(AUC)評價模型的區分能力。在驗證組中，將預測概率與實際感染狀況進行比較，繪制ROC曲線。采用Hosmer-Lemeshow檢驗評價模型的校準能力。應用Rstudio統計學軟件繪制校準曲線及臨床決策曲線評價模型的校準度及臨床效用，并繪制列線圖呈現模型。

2 結 果

2.1基礎數據

2.1.1CRKP檢出情況 建模組中CRKP感染84例，感染率為22.58%；驗證組中CRKP感染30例，感染率為24.60%。

2.1.2CRKP臨床分布 在檢出的114株CRKP中，神經內科檢出的CRKP占比最高[58.77%(67/114)]，其次為重癥監護室[20.18%(23/114)]、神經外科[15.79%(18/114)]，腎病內科[2.63%(3/114)]、心血管內科[1.75%(2/114)]、泌尿外科[0.88%(1/114)]檢出的CRKP所占比例較低。在檢出的114株CRKP中，痰液和支氣管肺泡灌洗液檢出的CRKP占比最高[78.95%(90/114)]，其次是尿液[8.77%(10/114)]、血液[7.02%(8/114)]、引流液[2.63%(3/114)]、分泌物[1.75%(2/114)]，胸腔積液、腹水檢出的CRKP占比最低[0.88%(1/114)]。

2.2危險因素分析

2.2.1單因素分析 結果顯示，住院時間>30 d、肺部感染、中心靜脈置管、氣管插管/切開、機械通氣≥96 h、抗菌藥物使用種類與時間、碳青霉烯類藥物使用及有低蛋白血癥的比例在CRKP組與CSKP組患者間差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 建模組CRKP醫院感染單因素分析(n)

續表1 建模組CRKP醫院感染單因素分析(n)

2.2.2多因素Logistic回歸分析 將單因素分析中差異有統計學意義的9個變量(住院時間>30 d、入院時已存在肺部感染、機械通氣≥96 h、抗菌藥物使用時間≥4 d、碳青霉烯類藥物的使用、氣管插管/切開、抗菌藥物使用種類≥3種、低蛋白血癥、中心靜脈置管)進行賦值(均以是=1,否=0)，以是否發生CRKP感染為因變量，納入二分類Logistic回歸分析，采用Back-Wald法逐步篩選變量，最終進入模型的變量有5個，住院時間>30 d、入院時已存在肺部感染、機械通氣≥96 h、抗菌藥物使用時間≥4 d以及碳青霉烯類藥物的使用均是住院患者發生CRKP感染的獨立危險因素(P<0.05)。CRKP下呼吸道醫院感染患者風險預測模型：Logit(P)=-4.398+0.651X1+0.631X2+0.939X3+1.947X4+0.718X5，X1、X2、X3、X4、X5分別表示住院時間>30 d、入院時已存在肺部感染、機械通氣≥96 h、抗菌藥物使用時間≥4 d、碳青霉烯類藥物使用。見表2。

2.3驗證預測模型 利用建立的模型計算建模組和驗證組的預測概率，將預測概率作為檢驗變量，實際感染情況作為狀態變量，預測模型在建模組應用的AUC為0.775(95%CI：0.720～0.830,P<0.001)，見圖1；Hosmer-Lemeshow擬合優度檢驗，得到χ2=9.081，P=0.336，采用Rstudio統計學軟件繪制校準曲線，可見它圍繞45°斜線擺動表明結果概率與預測概率之間具有良好的一致性，見圖2。利用預測模型得到的ROC曲線中，約登指數為0.436，靈敏度為71.4%，特異度為72.2%。以相同的方法在驗證組中繪制ROC曲線，結果顯示AUC為0.766(95%CI：0.710～0.822,P<0.001)。見圖3。

圖1 預測模型在建模組應用的ROC曲線

圖2 驗證建模組回歸方程的校準曲線

圖3 預測模型在驗證組應用的ROC曲線

2.4列線圖呈現預測模型 基于建立的回歸方程中自變量的回歸系數，應用R語言統計軟件“rms”包呈現列線圖預測模型。在實際應用中，可在列線圖中根據預測因子找到所對應的分值，將各個預測因子的分數相加即為總分，總分所對應到的CRKP醫院感染風險軸上的值即為該患者獲得CRKP感染的可能性。例如，住院時間>30 d(33.8分)，入院時不存在肺部感染(0分)，機械通氣≥96 h(49分)，抗菌藥物使用天數≥4 d(100分)，碳青霉烯類藥物的使用(38分)，各項預測指標的累計得分為33.8+0+49+100+38=220.8分，總得分對應的CRKP感染率為0.46(46%)。見圖4。

圖4 預測住院患者CRKP醫院感染的列線圖模型

2.5臨床決策曲線評價模型的臨床效用 臨床決策曲線分析用于確定在臨床中使用預測模型來告知臨床決策是否利大于弊。從圖5中可以看出，當概率落在0.2～0.6的閾概率，可以獲得較高的臨床效用。

圖5 臨床決策曲線用于驗證模型的凈獲益

3 討 論

1997年在蘇格蘭東北部首次報道了CRKP感染[7]，目前，它已在世界范圍內被發現，并構成了日益嚴重的公共衛生威脅。本研究在建模組和驗證組中,CRKP感染率分別為22.58%和24.60%；中國耐藥細菌檢測網也顯示2018年肺炎克雷伯菌對亞胺培南耐藥率高達25.0%，對美羅培南耐藥率高達26.3%[8]。

本研究顯示，在檢出的114株CRKP中，神經內科CRKP所占比例明顯高于其他臨床科室。神經內科的重癥患者普遍具有以下特點：高齡、疾病進展迅速、常伴隨有復雜病癥。患者在住院期間常伴有神經功能障礙、意識障礙且治療期間侵入性診療操作較多，但其抵抗力較低、自身免疫力下降，因此這一病患群體始終是醫院感染，特別是多重耐藥菌感染的高危人群[9]。以往的臨床研究表明，大多數的高血壓導致腦出血患者在微創手術后容易因各種因素導致肺部感染，如昏迷、肺誤吸、長時間臥床等，從而導致患者病情惡化，甚至死亡[10]。高血壓腦出血合并肺部感染患者可能存在插管時間較長、格拉斯哥昏迷評分過低、神經功能缺損嚴重等問題，從而引發CRKP感染。

CRKP的出現主要是碳青霉烯酶基因廣泛獲得的結果，碳青霉烯類藥物濫用也促進了這一上升趨勢。DAI等[11]在多變量分析中，碳青霉烯類藥物的使用與碳青霉烯類耐藥性獨立相關；吳迪等[12]采用Meta分析CRKP感染的危險因素，23個獨立危險因素中抗菌藥物應用時間≥7 d呈高度相關性；本研究也得出碳青霉烯類藥物的使用是住院患者發生CRKP感染的獨立危險因素。合理應用抗菌藥物，并及時根據藥敏結果調整用藥，可有效減少細菌對碳青霉烯類藥物的耐藥性。馬永馳等[13]和張莉等[14]均認為機械通氣時間是CRKP感染的危險因素，本研究多因素分析得出相同的結論。機械通氣時,有創操作可能會損傷氣道上皮細胞，破壞機體自然防御功能，增加病原菌黏附、定植的可能性，阻礙了部分抗菌藥物的有效滲透，增加CRKP感染發生的風險[15]。醫務人員應嚴格遵循無菌技術，減少有創操作治療，縮短呼吸機使用時長。

本研究對CRKP院內感染建立了量化的風險評估模型，并用列線圖呈現模型，與傳統的預測模型相比，列線圖更加直觀、形象，可根據個體的各因素取值水平實現個體化預測，在日常實踐中有更大的應用價值[16]。為了檢驗模型的穩定性和代表性，本研究設置了驗證組，用同樣的模型對驗證組進行CRKP感染風險評估，繪制ROC曲線。結果顯示建模組和驗證組的AUC達0.775和0.766，表明該模型具有較好的區分度；同時采用校準曲線和臨床決策曲線評價模型的校準度及臨床效用，結果顯示該模型可用于臨床診療活動中，具有較好的臨床應用價值。

然而本研究仍存在一些不足，對CRKP感染風險預測模型只進行了初步的研究，為單中心研究，未進行多中心的研究與驗證，該模型有待多中心驗證后進行修正及完善。此外，本研究未對患者感染CRKP后病情嚴重程度及預后進行探討，有待于下一步完善。