新生兒敗血癥風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型的建立與驗(yàn)證

高俐楠 楊鵬坤 曹文君 張茜

1鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院新生兒科、河南省危重新生兒救治隨訪中心、河南省早產(chǎn)兒醫(yī)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科、鄭州市發(fā)育障礙防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（鄭州 450000）；2中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（合肥 230000）

新生兒敗血癥（neonatal sepsis，NS）是指由細(xì)菌或真菌感染引起的可在血液或腦脊液等無(wú)菌標(biāo)本中培養(yǎng)出致病菌的全身炎癥反應(yīng)綜合征［1］。NS作為一個(gè)全球公共衛(wèi)生問(wèn)題，其發(fā)病率高，病死率高，并且是新生兒神經(jīng)發(fā)育障礙的主要原因之一［2］。然而，由于其臨床表現(xiàn)不具有特異性，易導(dǎo)致漏診，因此需要提前預(yù)測(cè)［3］。國(guó)外關(guān)于NS的預(yù)測(cè)模型繁多，然而在中國(guó)人群中進(jìn)行驗(yàn)證的研究卻相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)目前也只有少數(shù)學(xué)者根據(jù)心率變異率等臨床監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)建立了NS預(yù)測(cè)模型［4］，或者根據(jù)早產(chǎn)、絨毛膜羊膜炎、阿普加評(píng)分等來(lái)建立NS預(yù)測(cè)模型［5］。然而這些模型在臨床應(yīng)用中受到一定限制，例如心率變異率需要連續(xù)監(jiān)測(cè)，時(shí)間上不具備優(yōu)勢(shì)，而絨毛膜羊膜炎的準(zhǔn)確診斷需要進(jìn)行羊水抽取。目前，在國(guó)內(nèi)尚未有研究?jī)H利用簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的早期指標(biāo)來(lái)構(gòu)建NS預(yù)測(cè)模型。已有大量研究表明血常規(guī)中的多個(gè)指標(biāo)在NS的診斷及預(yù)后方面具有重要的提示價(jià)值［6-8］。鑒于此，本研究旨在利用易于獲取的一般臨床特征和生后首次血常規(guī)檢查指標(biāo)建立NS預(yù)測(cè)模型，以幫助臨床醫(yī)生早期識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)患兒。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)麻省理工學(xué)院與貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心聯(lián)合開發(fā)的美國(guó)重癥監(jiān)護(hù)醫(yī)學(xué)信息數(shù)據(jù)庫(kù)Ⅲ v1.4（Medical Information Mart for Intensive Care-Ⅲ v1.4，MIMIC-Ⅲv1.4）［9］。本研究者通過(guò)了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院網(wǎng)站“保護(hù)人類研究參與者”培訓(xùn)課程，并獲得該數(shù)據(jù)庫(kù)使用權(quán)限（證書編號(hào)：53355921）。篩選入院方式為“新生兒”的首次入住NICU且入院后完善血常規(guī)檢查的新生兒，排除死亡患兒和信息記錄缺失的患兒。最終篩選出3 001例新生兒患者，依據(jù)是否發(fā)生NS（ICD-9診斷代碼為“77181”）將3 001例新生兒分為NS組（n=185）和非NS組（n=2 816）。外部驗(yàn)證數(shù)據(jù)集來(lái)自2020年1月至2022年12月于鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院新生兒科住院的患兒，數(shù)據(jù)獲取通過(guò)電子病歷系統(tǒng)，共納入3 129例患兒，NS的診斷記錄于電子病歷表中，其中NS組212例，非NS組2 917例。本研究經(jīng)過(guò)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)（倫理批號(hào)：2023-KY-0460-001）。

1.2 研究變量受試者ID用于識(shí)別不同的患者，新生兒的一般臨床特征及初始血常規(guī)檢查指標(biāo)納入初步分析，其中一般臨床特征包括：性別、種族、胎齡、出生體質(zhì)量、是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征。新生兒呼吸窘迫綜合征是因肺表面活性物質(zhì)缺乏所致，以生后當(dāng)時(shí)或很快出現(xiàn)呼吸窘迫并進(jìn)行性加重為特征的臨床綜合癥［10］。初始血常規(guī)檢查指標(biāo)包括：紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、白細(xì)胞計(jì)數(shù)、血小板計(jì)數(shù)、淋巴細(xì)胞百分比、中性粒細(xì)胞百分比、中性粒細(xì)胞-淋巴細(xì)胞比率（neutrophil to lymphocyte ratio，NLR）、血小板-淋巴細(xì)胞比率（platelet to lymphocyte ratio，PLR）。新生兒的性別、種族、胎齡、出生體質(zhì)量出生后即可獲取，新生兒呼吸窘迫綜合征通常發(fā)生在6 h以內(nèi)，新生兒入院后首次血常規(guī)檢查往往在24 h內(nèi)進(jìn)行，獲取結(jié)果迅速。所有納入的研究變量在預(yù)測(cè)疾病方面，具有時(shí)間早的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 新生兒敗血癥診斷NS的診斷依據(jù)2019年專家共識(shí)［1］，確診診斷：有臨床表現(xiàn)，血培養(yǎng)或腦脊液（或其他無(wú)菌腔液）培養(yǎng)陽(yáng)性；臨床診斷：有臨床異常表現(xiàn)，同時(shí)滿足下列條件中的任意一項(xiàng)：（1）血液非特異性檢查≥2項(xiàng)；（2）腦脊液檢查呈化膿性腦膜炎改變；（3）血中檢出致病菌DNA。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析采用Shapiro-Wilk法對(duì)連續(xù)性指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差或中位數(shù)（四分位數(shù)）表示，兩組間的比較根據(jù)情況選擇兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)、校正t檢驗(yàn)或Mann-WhitneyU檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)（%）表示，根據(jù)情況，組間比較選擇χ2檢驗(yàn)或Fisher精確檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 25.0完成，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.5 預(yù)測(cè)模型的建立與驗(yàn)證首先采用LASSO回歸篩選預(yù)測(cè)NS的可能因素，在選擇最優(yōu)Lambda參數(shù)時(shí)采用10倍交叉驗(yàn)證，以交叉驗(yàn)證誤差最小時(shí)的Lambda值為最優(yōu)模型。其次對(duì)LASSO回歸篩選的變量進(jìn)行多因素logistic回歸分析，建立多因素logistic回歸模型并繪制Nomogram圖。然后通過(guò)Bootstrap重采樣的方法對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證。外部驗(yàn)證時(shí)，將來(lái)自鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的新生兒的數(shù)據(jù)集特征輸入建立的Nomogram模型生成相應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果。筆者通過(guò)計(jì)算C-index指數(shù)、繪制校準(zhǔn)曲線、臨床決策曲線和受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型的效能。統(tǒng)計(jì)分析采用R語(yǔ)言（第3.6.3版）完成，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 NS組和非NS組的臨床資料共篩選符合標(biāo)準(zhǔn)的新生兒3 001例，NS患兒185例，檢出率6.2%。詳細(xì)資料見(jiàn)表1。

表1 NS組和非NS組臨床資料比較Tab.1 Comparison of data in neonates between NS group and non-NS group

2.2 NS預(yù)測(cè)因素篩查本研究共納入上述12個(gè)潛在的預(yù)測(cè)因素（對(duì)多分類變量進(jìn)行啞變量處理），通過(guò)LASSO回歸對(duì)12個(gè)預(yù)測(cè)因素進(jìn)行降維處理，篩選出最具有代表性的預(yù)測(cè)因素，LASSO回歸結(jié)果顯示性別、胎齡、出生體質(zhì)量、是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、白細(xì)胞計(jì)數(shù)、血小板計(jì)數(shù)、淋巴細(xì)胞百分比、中性粒細(xì)胞百分比、PLR為新生兒發(fā)生敗血癥的預(yù)測(cè)因素（圖1）。

圖1 新生兒敗血癥預(yù)測(cè)因素的LASSO回歸Fig.1 LASSO regression of predictive factors for NS

2.3 NS預(yù)測(cè)因素的多l(xiāng)ogistic回歸分析應(yīng)用多因素logistic回歸驗(yàn)證上述變量。以是否罹患NS為因變量，以LASSO回歸篩選出的因素為自變量進(jìn)行多因素logistic回歸分析，多分類變量進(jìn)行啞變量化處理，回歸結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果顯示：在控制其他危險(xiǎn)因素的情況下，是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、28周 ≤ 胎齡＜32周和32周 ≤ 胎齡＜37周、出生體質(zhì)量、15 × 109/L ≤ 白細(xì)胞計(jì)數(shù)＜25 × 109/L、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、淋巴細(xì)胞百分比、中性粒細(xì)胞百分比可作為NS的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素（P＜0.05），此時(shí)繪制預(yù)測(cè)NS的ROC曲線，模型的曲線下面積為 0.860（95%CI：0.828～0.891，P＜0.001），見(jiàn)圖2。

圖2 新生兒敗血癥logistic回歸模型ROC曲線分析Fig.2 ROC curve analysis of logistic regression model in neonates with NS

表2 新生兒敗血癥多因素Logistic回歸Tab.2 Multivariable Logistic regression analysis of NS

2.4 預(yù)測(cè)NS的Nomogram模型的構(gòu)建根據(jù)logistic回歸分析結(jié)果，以是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、28周 ≤胎齡＜32周、32周 ≤ 胎齡＜37周、出生體質(zhì)量、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、15 × 109/L ≤ 白細(xì)胞計(jì)數(shù)＜25 × 109/L、淋巴細(xì)胞百分比、中性粒細(xì)胞百分比為預(yù)測(cè)因素，是否發(fā)生NS為結(jié)局指標(biāo)建立NS的Nomogram預(yù)測(cè)模型，見(jiàn)圖3。

圖3 新生兒敗血癥Nomogram預(yù)測(cè)模型Fig.3 The Nomogram predictive model for NS

2.5 Nomogram預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)Bootstrap重采樣1 000次對(duì)模型進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，C-index指數(shù)為0.729，示模型有較好的區(qū)分能力；繪制模型的校準(zhǔn)曲線，模型的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值具有良好的一致性，提示Nomogram預(yù)測(cè)模型有較好的精準(zhǔn)度（圖4A）；對(duì)列線圖進(jìn)行了臨床決策曲線分析，也觀察到了良好的性能（圖4B）。此外，根據(jù)預(yù)測(cè)模型對(duì)來(lái)自鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的3 129例新生兒的數(shù)據(jù)集進(jìn)行外部驗(yàn)證，AUROC=0.767（95%CI：0.728～0.805，P＜0.001），模型預(yù)測(cè)性能良好，提示模型有較好的泛化能力。

圖4 Nomogram預(yù)測(cè)模型的評(píng)價(jià)Fig.4 Assessment of the Nomogram

3 討論

NS在存活新生兒中的發(fā)病率是4.5%～9.7%［11］，全球NS總體病死率為1%～5%［12］。NS約占新生兒死亡率的13%［13］。NS的癥狀和體征無(wú)特異性，包括體溫不穩(wěn)定、易激惹、嗜睡、呼吸系統(tǒng)癥狀、喂養(yǎng)困難、心動(dòng)過(guò)速、灌注不良和低血壓等，這與早產(chǎn)兒相似，使得臨床醫(yī)生難以及時(shí)診斷［14］。因此，早期預(yù)測(cè)是必要的。

多年來(lái)，NS的早期預(yù)測(cè)因素主要包括孕產(chǎn)婦指標(biāo)和新生兒體征。應(yīng)用廣泛的孕產(chǎn)婦指標(biāo)包括產(chǎn)前最高溫度和是否存在絨毛膜羊膜炎等。產(chǎn)前最高溫度并不是客觀準(zhǔn)確的指標(biāo)，因?yàn)轶w溫并不是持續(xù)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)。而在大多數(shù)婦女中，“絨毛膜羊膜炎”的診斷僅根據(jù)臨床［15］，通過(guò)羊水培養(yǎng)、革蘭染色或生化分析來(lái)確認(rèn)診斷［16］，這限制了其對(duì)NS的預(yù)測(cè)價(jià)值。醫(yī)護(hù)人員無(wú)法對(duì)每一位患兒進(jìn)行持續(xù)性觀察，部分新生兒在出現(xiàn)臨床體征時(shí)早已患有敗血癥，這降低了新生兒體征作為預(yù)測(cè)因素的臨床價(jià)值。目前，NS預(yù)測(cè)模型在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同的國(guó)家進(jìn)行外部驗(yàn)證的研究極少。本研究克服了上述缺點(diǎn)，基于國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)建立了NS的預(yù)測(cè)模型并在中國(guó)人群中進(jìn)行驗(yàn)證。采用是否發(fā)生呼吸窘迫綜合征、胎齡、出生體質(zhì)量和初始血常規(guī)檢查中的紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、白細(xì)胞計(jì)數(shù)、淋巴細(xì)胞百分比、中性粒細(xì)胞百分比幾個(gè)變量構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)化的預(yù)測(cè)模型，Nomogram預(yù)測(cè)模型對(duì)各危險(xiǎn)因素量化賦分，進(jìn)而計(jì)算總分值對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)值。內(nèi)外部驗(yàn)證中多個(gè)指標(biāo)包括C-index、AUROC、校準(zhǔn)曲線和決策曲線表明本研究的列線圖得到了令人滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果。

對(duì)NS負(fù)擔(dān)的估計(jì)因研究設(shè)計(jì)而異［17］，不同收入水平的國(guó)家對(duì)負(fù)擔(dān)的估計(jì)也不同［18］。在本研究中MIMIC Ⅲ數(shù)據(jù)庫(kù)NS檢出率為6.2%，來(lái)自中國(guó)的外部驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中NS檢出率為6.8%。本研究的結(jié)果提示胎齡和出生體質(zhì)量是NS的預(yù)測(cè)因素，這與既往的研究一致。與胎齡＜28周的早產(chǎn)兒相比，胎齡≥ 28周的早產(chǎn)兒發(fā)生敗血癥的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。隨著出生體質(zhì)量的增加，NS發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低。小胎齡和低出生體質(zhì)量的新生兒特別容易受到繼發(fā)的系統(tǒng)性感染，原因是免疫系統(tǒng)不成熟、住院時(shí)間長(zhǎng)、腸道喂養(yǎng)延遲、抗生素早期暴露以及維持生命所需要的侵入性干預(yù)［19］。本研究顯示呼吸窘迫綜合征可作為NS的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。這類新生兒肺泡萎陷，導(dǎo)致肺部氧合能力降低，需要更多的氧氣維持正常生理功能。高濃度氧氣治療可導(dǎo)致腸道通透性增加、腸道菌群紊亂及細(xì)菌向遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移，腸道菌群的紊亂增加NS發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［20］。另一方面，呼吸窘迫綜合征的新生兒呼吸困難，可能需要機(jī)械通氣和靜脈注射營(yíng)養(yǎng)等操作，增加感染風(fēng)險(xiǎn)。

本研究表明初始紅細(xì)胞計(jì)數(shù)的增加提示NS發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低。紅細(xì)胞具有免疫黏附作用，可增強(qiáng)吞噬性白細(xì)胞對(duì)微生物的吞噬作用。紅細(xì)胞計(jì)數(shù)的減少可影響氧氣在體內(nèi)的利用和傳遞，從而影響免疫功能。此外，有研究［21］表明，發(fā)生NS時(shí)貧血的程度高，改善貧血可預(yù)防NS的并發(fā)癥。新生兒出生時(shí)白細(xì)胞總數(shù)為15 × 109/L，出生后隨著時(shí)間的推移而發(fā)生改變［22］。白細(xì)胞計(jì)數(shù)≥ 25 ×109/L或＜5 × 109/L均提示NS風(fēng)險(xiǎn)［1，23］。白細(xì)胞計(jì)數(shù)與NS的發(fā)生并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，據(jù)此，筆者將白細(xì)胞計(jì)數(shù)作為分類變量進(jìn)行分析。在本研究中，15 × 109/L ≤ 白細(xì)胞計(jì)數(shù)＜25 × 109/L可作為NS的預(yù)測(cè)因素，這與既往的研究不同，原因可能是本研究建模人群來(lái)自MIMIC數(shù)據(jù)庫(kù)，其中大多數(shù)為白種人，不同的研究中白細(xì)胞計(jì)數(shù)的分布存在差異性，獲取檢測(cè)指標(biāo)的時(shí)間也不同，導(dǎo)致白細(xì)胞計(jì)數(shù)在不同的NS預(yù)測(cè)模型中閾值并不統(tǒng)一。本研究顯示初始淋巴細(xì)胞百分比和中性粒細(xì)胞百分比減小，發(fā)生NS的概率會(huì)小程度增高。這可能與新生兒不成熟的免疫系統(tǒng)有關(guān)。淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞都是人體免疫系統(tǒng)中重要的類型，中性粒細(xì)胞主要負(fù)責(zé)吞噬和消滅病原體，淋巴細(xì)胞的主要作用是產(chǎn)生抗體和調(diào)節(jié)免疫。中性粒細(xì)胞功能的降低和低濃度的免疫球蛋白增加了早產(chǎn)兒對(duì)侵襲性感染的易感性［14］。雖然有部分研究顯示NLR、PLR是NS的預(yù)測(cè)因子［8，24］。然而在本研究中NLR和PLR均未納入最終模型，這與研究人群及指標(biāo)獲取時(shí)間有關(guān)。

本研究存在一些局限性，納入的預(yù)測(cè)因素不全，僅納入了數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄相對(duì)完善的指標(biāo)。其他臨床指標(biāo)如頭圍、小于胎齡兒、生后窒息、阿普加評(píng)分等指標(biāo)在數(shù)據(jù)庫(kù)中未記錄或缺失值大于90%，此外，數(shù)據(jù)庫(kù)也沒(méi)有提供初始血常規(guī)中的平均血小板體積和紅細(xì)胞分布寬度，這兩個(gè)指標(biāo)在其他研究中顯示對(duì)NS有臨床預(yù)測(cè)價(jià)值［25-26］。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究示C反應(yīng)蛋白、降鈣素原、血清淀粉樣蛋白A等可作為診斷NS的生物標(biāo)志物［27-30］，新生兒的這些指標(biāo)在MIMIC數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄缺失。本研究作為回顧性研究，難以控制混雜變量。本研究沒(méi)有區(qū)分早發(fā)型和遲發(fā)型敗血癥，一方面是由于MIMIC Ⅲ對(duì)診斷時(shí)間記錄不詳，另一方面兩者的診斷條件除發(fā)生時(shí)間外均相同，且部分遲發(fā)型敗血癥在出生時(shí)獲得，但在72 h后才具有臨床表現(xiàn)。因此本研究提示一個(gè)總的敗血癥風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)值，對(duì)指導(dǎo)臨床抗生素治療沒(méi)有提示作用。

綜上所述，本研究基于MIMIC Ⅲ數(shù)據(jù)庫(kù)建立了NS早期預(yù)測(cè)模型并在中國(guó)人群中進(jìn)行驗(yàn)證，模型預(yù)測(cè)性能良好，參數(shù)簡(jiǎn)單，適用范圍較為廣泛，希望能提高醫(yī)護(hù)人員對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)患兒的警惕性，減少NS的漏診。