ROX指數、淋巴細胞指標、血糖對重癥肺炎經鼻高流量氧療后再次氣管插管的預測效能及意義

林玉霞, 陳名智

(福建省晉江市醫院 重癥醫學科, 福建 晉江, 362600)

重癥肺炎是由病毒、細菌等病原微生物侵入肺部而誘發病變,其主要治療方式為有創機械通氣[1]。經鼻高流量(HFNC)氧療是機械通氣患者拔管后序貫撤機的重要方式,但拔管失敗導致的再插管發生率達10%～19%, 故HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的選取時機成為關鍵環節[2]。ROX指數包含血氧飽和度(SpO2)、吸入氧濃度(FiO2)、呼吸頻率,其可評估患者呼吸狀態,并可能作為HFNC治療成功的預測指標[3-4]。淋巴細胞(LYM)計數、輔助/誘導T淋巴細胞(CD4+T)計數、抑制/細胞毒T淋巴細胞(CD8+T)計數可反映機體免疫狀態,參與重癥肺炎的發生發展過程,并可能作為重癥肺炎臨床轉歸的參考指標[5]。血糖水平升高可引起肺功能損傷,不利于控制肺部感染[6]。目前,ROX指數、淋巴細胞指標、血糖水平在HFNC中的應用較少。本研究探討ROX指數、淋巴細胞指標聯合血糖對重癥肺炎HFNC氧療后再次氣管插管的預測價值,以期為臨床預測撤機時機提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年4月—2023年2月收治的180例重癥肺炎機械通氣患者為研究對象,其中男92例,女88例; 年齡為51～74歲,平均(62.18±3.72)歲; 體質量指數為22～26 kg/m2, 平均(23.87±0.51) kg/m2; 收縮壓為111～149 mmHg, 平均(130.17±6.18) mmHg; 舒張壓為72～98 mmHg, 平均(84.68±4.21) mmHg; 病程為1～2年,平均(1.36±0.12)年; 機械通氣時間為2～16 d, 平均(8.91±2.16) d; 急性生理學及慢性健康狀況評分系統Ⅱ(APACHE Ⅱ)評分為1～14分,平均(7.35±2.08)分。所有患者均采用有創-高流量氧療序貫脫機,根據再次氣管插管情況分為非再插管組(n=149)和再插管組(n=31)。

納入標準: ① 符合重癥肺炎診斷標準[7]者; ② 機械通氣后達到脫機標準[8]者,即導致機械通氣的病因好轉或去除; ③ 氧合指數[pa(O2)/FiO2]>150～200 mm Hg, 呼氣末正壓(PEEP)≤5～8 cm H2O, 吸入氧濃度(FiO2)<0.4～0.5, pH值≥7.25者; ④ 血流動力學穩定,無心肌缺血的動態變化以及無需血管活性藥物治療或只需小劑量血管活性藥物者,如多巴酚丁胺或多巴胺; ⑤ 有自主呼吸能力者; ⑥有創通氣后初次嘗試拔管者。排除標準: ① 肺栓塞、活動性肺結核者; ② 先天性免疫缺陷性疾病者; ③ 合并呼吸道畸形者; ④ 合并先天性代謝疾病者; ⑤長期使用免疫抑制劑者; ⑥ 入院時即發生嚴重肝腎功能不全者; ⑦ 嚴重凝血功能障礙者; ⑧ 合并活動性出血、顱內出血者。本研究獲得醫學倫理委員會批準[院科倫審: (2019)倫審第(03039)號],患者及其家屬知情并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 有創-高流量氧療序貫脫機治療: ① 撤離過程。首先對患者行3 min自主呼吸試驗,試驗通過后繼續行20 min自主呼吸試驗,未能通過患者予以AIRVOTM2呼吸濕化治療儀(費雪派克醫療保健有限公司), HFNC序貫治療,流量設置40～60 L/min, 溫度37 ℃, 吸入氧濃度參考脫機前給氧濃度,治療48 h后評價再次氣管插管。② 再插管標準[9]。呼吸急促,呼吸頻率>30次/min; 意識改變(嗜睡、煩躁、恍惚); 復查血氣分析存在明顯低氧血癥、二氧化碳潴留; 血壓、心室率改變所致循環不穩定。

1.2.2 收集臨床資料: 收集HFNC氧療前基線資料,包括年齡、性別、體質量指數、既往病史(糖尿病、冠心病、高血壓、心功能不全、房顫、飲酒史、吸煙史、哮喘和慢性阻塞性肺疾病)、是否需用血管活性藥物和白細胞、血小板、降鈣素原、白蛋白、收縮壓、舒張壓、APACHE Ⅱ評分、有創機械通氣時間、基線心率、基線呼吸頻率、基線動脈血氧分壓[pa(O2)]、基線動脈血二氧化碳分壓[pa(CO2)]以及基線pH值。其中APACHE Ⅱ評分標準[10]包括急性生理學、慢性健康、年齡,總分為71分,分值越高表明病情越嚴重。

1.2.3 檢測ROX指數、淋巴細胞計數、血糖水平: 分別于HFNC氧療前及HFNC氧療后6、12 h, 采用UMEC7心電監護儀(南京貝登醫療股份有限公司)檢測血氧飽和度(SpO2)、FiO2, 并計算ROX指數=SpO2/[FiO2×呼吸頻率]。分別于HFNC氧療前及HFNC氧療后6、12 h, 采集空腹肘靜脈血6 mL, 分為2份(3 mL/份),其中1份血液樣本采用FACSCalibur流式細胞儀(美國BD公司)檢測LYM計數,并采用MultiSET軟件檢測分析CD4+T計數、CD8+T計數。取另1份血液樣本,采用氧化酶法檢測血糖水平。

1.3 觀察指標

比較HFNC氧療前和HFNC氧療后6、12 h, 2組ROX指數和LYM計數、CD4+T計數、CD4+T計數及血糖水平。針對影響再次氣管插管的特征變量進行排序與篩選,并分析HFNC氧療后6、12 h的 ROX指數、淋巴細胞指標及血糖對再次氣管插管的預測價值。

1.4 統計學分析

2 結 果

2.1 2組基線資料比較

再插管組的心功能不全、哮喘、房顫慢性阻塞性肺疾病患者占比以及APACHE Ⅱ評分高于非再插管組,有創機械通氣時間長于非再插管組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 2組基線資料比較

2.2 2組ROX指數、淋巴細胞計數、血糖比較

不同時間點比較: 2組HFNC氧療后6、12 h的ROX指數高于HFNC氧療前,差異有統計學意義(P<0.05); 非再插管組HFNC氧療后6、12 h的CD4+T計數高于HFNC氧療前,血糖低于HFNC氧療前,差異有統計學意義(P<0.05); 再插管組HFNC氧療后6、12 h的CD8+T計數與HFNC氧療前比較,差異無統計學意義(P>0.05); 再插管組HFNC氧療后6、12 h的血糖高于HFNC氧療前,差異有統計學意義(P<0.05)。

組間比較: 再插管組HFNC氧療后6、12 h的ROX指數、CD4+T計數低于非再插管組,血糖高于非再插管組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組ROX指數、淋巴細胞計數、血糖比較

2.3 影響HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣特征變量的重要性排序

將單因素分析P<0.05變量: 心功能不全、哮喘、慢性阻塞性肺疾病、APACHE Ⅱ評分、有創機械通氣時間及HFNC氧療前及HFNC氧療后6、12 h的ROX指數、CD4+T計數、血糖作為隨機森林模型的構成變量,各特征變量賦值見表3; 根據平均基尼指數大小進行重要性排序,結果顯示,變量重要性排序依次是HFNC氧療后12 h的ROX指數、HFNC氧療后12 h的CD4+T計數、HFNC氧療后12 h的血糖、HFNC氧療后6 h的ROX指數、HFNC氧療后6 h的CD4+T計數、HFNC氧療后6 h的血糖、APACHE Ⅱ評分、HFNC氧療前的ROX指數、HFNC氧療前的CD4+T計數、HFNC氧療前的血糖、有創機械通氣時間、慢性阻塞性肺疾病、心功能不全及哮喘,見圖1。

表3 隨機森林算法賦值表

圖1 影響HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣特征變量的重要性排序

2.4 隨機森林預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣變量的篩選

采用隨機森林算法,從最重要變量開始進行逐步隨機森林分析,結果顯示,當變量數為6時,袋外數據錯誤率最低,見圖2; 固定mtry=6, ntree依次取值1～500棵得到決策樹數量與平均袋外估計誤差率變化圖,見圖3, 當ntree取值60～100棵時,平均袋外估計誤差率快速降低,取值150棵以后降低減緩,取值為400棵以后趨于穩定,所以本研究選取決策樹數量ntree為400棵,得到最優結果。重要性排序前3的變量分別是ROX指數、CD4+T計數、血糖。

圖2 逐步隨機森林袋外數據錯誤率圖

圖3 決策樹數量與平均袋外估計誤差率變化圖

2.5 ROX指數、CD4+T計數、血糖預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣效能

繪制預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的ROC曲線顯示,HFNC氧療后12 h的ROX指數、CD4+T計數、血糖預測的曲線下面積(AUC)大于HFNC氧療后6 h的對應指標(Z=3.168、4.572、3.906,P<0.05); 采用Logistic二元回歸擬合分析ROX指數、CD4+T計數、血糖聯合預測ROC曲線顯示, HFNC氧療后6 h三者聯合預測的AUC大于該時點單獨指標(Z=5.069、3.782、4.637,P<0.05), HFNC氧療后12 h三者聯合預測的AUC大于該時點單獨指標(Z=4.117、4.064、3.853,P<0.05), HFNC氧療后12 h三者聯合預測的AUC大于HFNC氧療后6 h三者聯合預測的AUC(Z=2.924,P<0.05)。見圖4、表4。

A: HFNC氧療后6 h ROX指數、CD4+T計數、血糖預測的ROC曲線; B: HFNC氧療后12 h ROX指數、CD4+T計數、血糖預測的ROC曲線。圖4 ROX指數、CD4+T計數、血糖預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的ROC曲線

表4 ROX指數、CD4+T計數、血糖預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的ROC曲線分析結果

3 討 論

重癥肺炎發病機制可能與炎性反應、免疫功能紊亂、內皮功能損傷有關[11]。HFNC可改善氧合、通氣,減少呼吸做功,而過度使用HFNC導致氣管插管延遲,可能延長患者住院時間,提高病死率[12-13]。因此尋找有效預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的潛在指標有助于提高撤機成功率。

ROX指數降低是HFNC治療患者預后不良的獨立危險因素,并可反映HFNC治療效果,但對氣管插管的預測價值尚未完全統一[14-15]。ROX指數可用于缺氧所致呼吸事件,并可用于評估HFNC治療效果[16]。本研究結果顯示, 2組HFNC氧療后6、12 h的ROX指數高于HFNC氧療前,再插管組HFNC氧療后6、12 h的 ROX指數低于非再插管組,表明ROX指數可能作為預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的指標。重癥肺炎患者體內免疫水平降低,免疫細胞數量減少,存在免疫功能紊亂,淋巴細胞屬于人體免疫功能重要組成部分,CD4+可誘導/輔助細胞毒性T淋巴細胞發展成熟,增強B淋巴細胞抗體; CD8+可抑制抗體形成,負向調節免疫反應[17]。淋巴細胞減少可加重機體炎性反應程度,并可作為預測重癥肺炎患者預后的預測指標[18]。本研究結果顯示,非再插管組HFNC氧療后6、12 h的 CD4+T計數高于HFNC氧療前,且高于再插管組,提示CD4+T計數水平變化與再次氣管插管有關。CD4+T計數水平降低可激活T細胞,促進炎性因子分泌,加重病情嚴重程度[19]。結合本研究結果推測淋巴細胞計數變化可反映機體免疫功能/免疫狀態,通過觀察HFNC與淋巴細胞計數相關性,有助于臨床醫生判斷HFNC氧療后是否需再次氣管插管機械通氣。血糖水平升高可引起代謝紊亂,減少肺通氣量,引起呼吸肌萎縮,誘發呼吸功能障礙,可增加撤機失敗的發生風險[20]。本研究結果顯示, HFNC氧療后6、12 h非再插管組血糖水平低于HFNC氧療前,再插管組血糖水平高于HFNC氧療前,且再插管組血糖水平高于非再插管組。重癥肺炎患者體內的炎性細胞因子水平升高,可激活中性粒細胞,增加氧自由基生成量,引起組織器官損傷,同時炎性介質釋放分解大量蛋白質,可抑制糖原合成,引起胰島素抵抗,增加胰高血糖素分泌量,導致血糖水平升高[21]。由此可知血糖水平過高可能是影響HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的重要因素,但仍需進一步驗證。

隨機森林法是通過眾多分類樹建立模型,依據每一株決策樹的投票率匯總得到判別結果,與其他方法相比準確率更高,且不易出現過擬合現象,并可同時處理連續性/非連續性變量,計算出所有參數定量在參與結果中的重要性,還可利用importance函數提取擬合模型中變量的重要性分析值,并對變量進行重要性排序[22-23]。本研究嘗試采用隨機森林法分析影響HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣特征變量的重要性排序,篩選結果顯示,重要性排序前3的變量分別是ROX指數、CD4+T計數、血糖。ROX指數可用于預測肺炎患者HFNC治療過程中插管風險,當ROX指數>5.95時插管風險較低[24-25]。本研究發現, ROX指數>6.23時撤機失敗風險較低,與上述研究結果不同,這可能與本研究患者病情較重有關。淋巴細胞計數可能作為預測重癥肺炎患者預后的潛在指標[26]。血糖水平升高與重癥肺炎患者預后不良有關。基于此,本研究分析ROX指數、CD4+T計數、血糖在重癥肺炎機械通氣撤離過程中,患者HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣中的應用,結果顯示, HFNC氧療后6、12 h ROX指數、CD4+T計數、血糖水平聯合預測再次氣管插管的AUC大于單獨指標預測,且HFNC氧療后12 h聯合預測HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣的AUC大于HFNC氧療后6 h,提示ROX指數、CD4+T計數、血糖水平動態變化有助于區分HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣患者,可對HFNC治療的重癥肺炎機械通氣患者進行日常臨床決策。

綜上所述, HFNC氧療后6、12 h, 聯合檢測ROX指數、CD4+T計數、血糖可為重癥肺炎患者HFNC氧療后再次氣管插管機械通氣提供參考。