全膝關節置換術后神經認知功能障礙的影響因素及列線圖模型的構建

摘要：目的 探究全膝關節置換術（TKA）患者發生神經認知功能障礙（PND）的影響因素并構建列線圖預測模型。方法 收集249例行TKA患者的臨床資料并按照7∶3的比例將患者分為建模隊列（n=174）和驗證隊列（n=75）。根據患者是否發生PND，將建模隊列分為PND組（n=62）和非PND組（n=112），驗證隊列分為PND組（n=27）和非PND組（n=48）。分析TKA患者發生PND的影響因素，建立列線圖預測模型并進行驗證。結果 高衰弱評分、全身麻醉、單一鎮痛方案、高疼痛視覺模擬評分（VAS）是PND的危險因素，高白蛋白和血紅蛋白水平是PND的保護因素（均P＜0.05）。構建列線圖模型，預測建模隊列和驗證隊列發生PND的曲線下面積（AUC）及其95%CI分別為0.875（0.824～0.925）、0.905（0.835～0.975）；校準曲線分析結果發現，預測患者發生PND的風險和實際發生情況基本吻合，Hosmer-Lemeshow結果顯示模型擬合較好；臨床決策曲線結果顯示該模型臨床應用價值較高。結論 高衰弱評分、全身麻醉、單一鎮痛方案、高VAS評分、低白蛋白和低血紅蛋白水平可增加TKA患者發生PND的風險，本研究構建的列線圖預測模型有助于臨床識別PND高危人群。

關鍵詞：關節成形術，置換，膝；認知功能障礙；Logistic模型；列線圖

中圖分類號：R684 文獻標志碼：A DOI：10.11958/20241375

Influencing factors of neurocognitive dysfunction after total knee arthroplasty and the construction of a nomogram model

JIA Fang， LI Ping， LI Jing， YIN Lu

Department of Anesthesiology， Tianjin Hospital， Tianjin 300211， China

Abstract： Objective To explore the influencing factors of neurocognitive dysfunction （PND） in patients with total knee arthroplasty （TKA） and construct a nomogram prediction model. Methods The clinical data of 249 patients with TKA admitted to our hospital from December 2022 to July 2024 were selected. Patients were divided into the modeling queue （n=174） and the verification queue （n=75） according to the ratio of 7∶3. At the same time， according to whether patients developed PND or not， the modeling queue was divided into the PND group （n=62） and the non-PND group （n=112）， and the verification queue was divided into the PND group （n=27） and the non-PND group （n=48）. The influencing factors of PND in TKA patients were analyzed， and a nomogram prediction model was established to verify. Results High debilitation score， general anesthesia， single analgesic regimen and high VAS score were risk factors of PND， while high albumin and hemoglobin levels were protective factors of PND （P＜0.05）. The nomogram model was constructed， and the AUC of PND in the modeling queue and the verification queue was 0.875 （95%CI： 0.824-0.925） and 0.905 （95%CI：0.835-0.975） respectively. The results of calibration curve analysis showed that the predicted risk of PND was basically consistent with the actual situation， and the results of Hosmer-Lemeshow showed that the model fit well. The results of clinical decision curve showed that the model had high clinical application value. Conclusion High debilitating score， general anesthesia， single analgesic regimen， high VAS score and low albumin and hemoglobin levels can increase the risk of PND in TKA patients. The nomogram prediction model constructed in this study is helpful for clinical identification of high-risk groups of PND.

Key words： arthroplasty， replacement， knee; cognitive dysfunction; Logistic models; nomograms

有文獻報道，20歲及以上人群中，每年每10 000人中約有203人新診為膝關節骨性關節炎疾病［1］。隨著年齡的增長，該病的患病率和發病率隨之增加，全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）是治療終末期膝骨關節炎的常見手術療法［2］。但TKA的大創口、術后持續疼痛以及麻醉藥物的使用均與患者術后神經認知功能障礙有著密切聯系［3-4］。麻醉手術后出現的認知功能下降已在2018年被更名為圍手術期神經認知障礙（perioperative neurocognitive disorders，PND），PND包括術前已存在的認知障礙、術后譫妄（postoperative delirium，POD）、術后神經認知障礙（neurocognitive disorders，NCD）及術后延遲神經認知功能恢復（delayed recovery of neurocognitive function，DNR），其中接受髖關節手術的患者PND發生率約為22%［5］。65%以上的老年人群在接受手術或麻醉后會發生PND，可持續1年甚至更長［6］。Kitsis等［7］證實，POD是TKA的常見并發癥，增加了患者其他醫療并發癥風險。目前探究TKA患者發生PND的研究不少，但缺乏一種量化的預測工具。本研究通過構建列線圖模型，旨在為臨床預測TKA患者術后并發PND風險提供更加可靠的評估工具。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2022年12月—2024年7月在天津市天津醫院行TKA的249例患者為研究對象，其中女167例，男82例。通過隨機數字表法按照7∶3的比例將患者分為建模隊列（n=174）和驗證隊列（n=75）。納入標準：（1）患者經保守治療無效，步行距離＜500 m，影像學及實驗室檢查均具備TKA手術指征。（2）患者首次行單側TKA。（3）美國麻醉醫師協會（American Society of Anesthesiologists，ASA）分級［8］Ⅰ—Ⅲ級。（4）入院時簡易精神狀態檢查量表［9］（mini-mental state examination，MMSE）評分＞26分，日常生活活動能力量表［10］（activities of daily living scale，ADLs）評分＞60分，畫鐘表試驗為陰性。（5）年齡50～80歲。（6）臨床資料完整。排除標準：（1）合并免疫系統疾病或凝血功能障礙。（2）合并嚴重感染性疾病。（3）合并心、肝、腎等重要臟器疾病。（4）術前合并阿爾茨海默病、帕金森綜合征、腦卒中等神經或精神疾病。（5）不適用于手術治療，對術中使用藥物過敏或存在禁忌證。（6）既往有癡呆、POD病史或其他神經系統疾病。本研究經醫院倫理委員會批準（倫理批件號：TY2022J117）。

1.2 研究方法

1.2.1 PND判定方法 由臨床經驗≥5年且經過培訓的臨床醫師在患者入院時、術后3 d、術后7 d評估MMSE得分情況，若患者術后MMSE評分相較于術前評分下降≥2分，則表示出現神經認知功能障礙，判定為發生PND。PND總發生率為35.74%（89/249），建模隊列62例，驗證隊列27例。根據患者是否發生PND，將建模隊列分為PND組（n=62）和非PND組（n=112），驗證隊列分為PND組（n=27）和非PND組（n=48）。

1.2.2 一般資料收集 從醫院病歷系統中調取患者的一般資料，包括性別、年齡、身體質量指數（body mass index，BMI）、是否合并呼吸系統疾病（上呼吸道感染、支氣管炎、肺炎等）、是否合并基礎疾病（冠心病、高血壓、高脂血癥、糖尿病、既往腦梗死病史、抑郁史等）、術前衰弱評分［11］、術側、手術時間、麻醉時間、術中出血量、麻醉方式（全身麻醉、全身麻醉復合硬膜外麻醉）、術后鎮痛方案（單一鎮痛方案、多模式鎮痛）、術后疼痛視覺模擬評分（visual analog scale，VAS）［12］等。

1.2.3 實驗室檢查 術前抽取患者空腹靜脈血5 mL，以" " " 3 000 r/min離心5 min，使用上海雅培C16000全自動生化分析儀檢測白蛋白（ALB）；使用深圳邁瑞BC-5380型號的血細胞分析儀檢測紅細胞計數（RBC）、血紅蛋白（HB）、白細胞計數（WBC）、中性粒細胞計數（NEU）、淋巴細胞計數（LYM）等。

1.3 統計學方法 采用SPSS 26.0和R-studio 4.2.1軟件分析數據，符合正態分布的計量資料以[[x] ±s

]表示，組間比較使用獨立樣本t檢驗，計數資料以例表示，組間比較使用χ2檢驗。多因素Logistic回歸分析TKA患者發生PND的影響因素，基于多因素回歸分析結果建立列線圖預測模型，繪制校準曲線評估列線圖的預測效能，繪制受試者工作特征（ROC）曲線，以曲線下面積（AUC）評價列線圖模型區分度，繪制校準曲線驗證模型校準度并進行Hosmer-Lemeshow檢驗，繪制臨床決策曲線（DCA）評價模型的臨床獲益度。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 建模隊列與驗證隊列基線資料對比 建模隊列與驗證隊列基線資料比較差異均無統計學意義（均P＞0.05），見表1。

2.2 建模隊列PND組與非PND組基線資料對" " "比 與非PND組相比，PND組衰弱評分更高，全身麻醉和單一鎮痛方案比例更高，VAS評分更高，ALB和HB水平更低（均P＜0.05），其余資料差異無統計學意義，見表2。

2.3 TKA患者發生PND的影響因素分析 以是否發生PND為因變量（否=0，是=1），以衰弱評分、麻醉方式（全身麻醉=1，全身麻醉復合硬膜外麻醉=0）、鎮痛方案（單一鎮痛方案=1，多模式鎮痛=0）、VAS評分、ALB、HB為自變量，納入多因素Logistic分析。結果顯示，高衰弱評分、全身麻醉、單一鎮痛方案、高VAS評分是PND的危險因素，高ALB和HB水平是PND的保護因素（均P＜0.05），見表3。

2.4 TKA患者發生PND的列線圖預測模型 根據多因素分析結果構建Nomogram預測模型，各預測因子評分相加為模型總分，根據總分對應TKA患者發生PND的風險，見圖1。

2.5 列線圖模型區分度 繪制列線圖模型在建模隊列和驗證隊列中的ROC曲線，建模隊列AUC（95% CI）為0.875（0.824～0.925），驗證隊列為0.905（0.835～0.975），模型區分能力良好，見圖2、3。

2.6 列線圖模型校準度 繪制列線圖模型在建模隊列和驗證隊列中的校準曲線，Hosmer-Lemeshow檢驗結果顯示，預測結果與實際結果一致性較好（χ2分別為9.022、9.244，均P＞0.05），模型校準能力良好，見圖4、5。

2.7 決策分析曲線 繪制列線圖模型在建模隊列和驗證隊列中的決策分析曲線，結果顯示，列線圖模型曲線在＞0.1的閾值概率區間均高于其他2條極端線條，說明閾值概率＞10%時使用該列線圖模型干預可使患者在臨床中獲益，見圖6、7。

3 討論

在外科手術患者中，PND的發生不在少數，但臨床尚無關于PND適應證的特效治療藥物，這使得臨床研究重點不得不轉向為預防策略的探索［13］。如何在早期對TKA患者采取預防措施，從而避免或減少術后PND的發生，已成為麻醉科、精神科及外科醫生共同關注的熱點。本研究通過探究TKA患者發生PND的影響因素并構建列線圖預測模型，有利于臨床制定防治策略，進一步開發針對性治療手段。

本研究分析發現，高衰弱評分、術中全身麻醉、術后單一鎮痛、術后高VAS評分、術前ALB和HB水平降低均增加了PND發生的風險。高衰弱評分意味著患者健康狀況較差，生理儲備能力下降，手術危險性更高，患者會對手術和麻醉產生更強的應激反應，導致炎癥反應更劇烈并影響血腦屏障的完整性，進而影響神經細胞膜穩定，患者更易出現中樞神經系統損傷。此外，術前生理功能衰弱的患者術后恢復時間更長，體內正常的能量供應和細胞功能受到影響，增加了PND的發生風險［14］。Gracie等［15-16］研究同樣指出術前衰弱增加了POD的發生風險。術中行全身麻醉的患者發生PND的風險高于全身麻醉復合硬膜外麻醉的患者，可能是因為單一全身麻醉會導致患者交感神經系統過度激活，而聯合硬膜外麻醉能夠阻斷脊神經傳導，減少兒茶酚胺等血管收縮物質的釋放，并通過擴張阻滯平面以下血管增加下肢血流量，降低因缺血導致的神經損傷［17］；另一方面，也可能與全身麻醉復合硬膜外麻醉能夠有效緩解患者術后疼痛并抑制炎癥因子釋放，調節術后免疫和代謝功能有關［18］。手術損傷及術后炎癥反應均可使患者脊髓和大腦痛覺感受器敏感度增加，術后多模式鎮痛方案能夠結合多種藥物和方法通過多種機制共同控制患者術后疼痛反應，降低中樞神經系統應激和炎癥反應，減少大腦損傷。而單一鎮痛方案不足以全面緩解疼痛，無法有效抑制術后脊髓和大腦痛覺感受器的敏感化，可能加劇機體炎癥反應并導致神經遞質失衡，增加PND的發生風險。此外，TKA術后嚴重的疼痛反應會激活患者大腦炎癥通路，釋放細胞因子和趨化因子，同時激活下丘腦-垂體-腎上腺軸，損害神經元與突觸，導致大腦神經系統失衡，因此術后VAS評分較高的患者更易發生PND。術后炎癥反應可導致患者中樞神經系統中的Aβ淀粉樣蛋白高表達及tau蛋白的高度磷酸化，使得神經毒性物質Aβ淀粉樣蛋白進一步誘導神經元凋亡，而ALB則能夠與Aβ淀粉樣蛋白相結合并抑制其聚集與纖維化，降低Aβ神經毒性，因此術前較低的ALB水平可能損傷患者腦神經，并與術后PND的發生有關［19］。而術前HB降低可導致機體攜氧能力降低，腦細胞缺氧，直接影響腦細胞正常結構和功能，導致神經遞質失衡而誘發腦水腫，最終導致腦細胞喪失正常活動能力和神經系統紊亂，從而增加術后PND發生風險［20］。Wang等［21］研究顯示，貧血與癡呆風險的增加有關。Sun等［22］研究發現，血清ALB水平與認知功能顯著相關，其水平升高有助于降低帕金森疾病患者的死亡風險，與本研究結果相符。但本研究中，年齡和BMI未入選PND發生的影響因素，與Rong等［23］研究結果不同，可能與納入人群不同有關。相較于以往研究，本研究將麻醉方式、術后鎮痛方案、術前ALB及HB水平納入因素分析中，為臨床管理和預防PND提供了新視角。

本研究構建了列線圖預測模型并進行驗證，結果顯示列線圖模型預測建模組和驗證組發生PND的AUC分別為0.875（95%CI：0.824～0.925）和0.905（95%CI：0.835～0.975），校準曲線顯示，列線圖預測建模組和驗證組患者發生PND的概率與實際發生率一致性較好，同時具有較高的臨床獲益度。本次構建的列線圖模型有助于醫護人員通過數字化模型及早識別TKA患者發生PND的危險因素，可在以后的臨床工作中通過術前加強營養支持、實施個體化麻醉和鎮痛方案、采取更有效的術后疼痛管理方案、密切監測并糾正患者術前ALB及HB水平等措施積極糾正PND發生的潛在危險因素。但本研究為回顧性分析，受試者臨床資料有限，數據來自單中心，指標和樣本選擇可能存在一定偏倚，今后可通過多中心、大樣本、前瞻性研究進一步探討。

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（2024-09-18收稿 2024-11-27修回）

（本文編輯 李國琪）

作者單位：天津市天津醫院麻醉科（郵編300211）

作者簡介：賈方（1977），女，副主任醫師，主要從事麻醉學的基礎與臨床方面研究。E-mail：jiafangjia77@163.com

引用本文：賈方，李平，李靜，等. 全膝關節置換術后神經認知功能障礙的影響因素及列線圖模型的構建［J］. 天津醫藥，2025，53（3）：287-292. JIA F，LI P，LI J，et al. Influencing factors of neurocognitive dysfunction after total knee arthroplasty and the construction of a nomogram model［J］. Tianjin Med J，2025，53（3）：287-292. doi：10.11958/20241375.