基于隨機(jī)森林算法的創(chuàng)傷患者并發(fā)血栓事件危險(xiǎn)因素分析

張昕，鐘林翠，吳峻，胡艷晶，宋曉敏，宋景春

解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第908醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科/南昌市血栓與止血學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330002

創(chuàng)傷是全球40歲以下人群死亡的首要因素，所致死亡人數(shù)在疾病死亡譜中居第3位[1-2]。既往研究認(rèn)為，創(chuàng)傷后大出血是導(dǎo)致死亡的主要原因[3-4]。近年研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷后患者高凝狀態(tài)的發(fā)生率為26%[5]，血栓栓塞事件的發(fā)生率為10%～30%[6-8]。創(chuàng)傷后出現(xiàn)腦梗死、心肌梗死、深靜脈血栓形成及肺栓塞等血栓事件是創(chuàng)傷患者1年內(nèi)死亡的主要原因[9]。因此，篩選出創(chuàng)傷后可能發(fā)生血栓的高?；颊卟⑦M(jìn)行積極預(yù)防、治療尤為重要。有研究針對(duì)創(chuàng)傷患者發(fā)生深靜脈血栓的危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，深靜脈血栓形成與損傷嚴(yán)重程度、損傷部位、伴隨疾病、手術(shù)次數(shù)等因素相關(guān)[10-11]。創(chuàng)傷后血栓形成的病理生理機(jī)制不僅包括組織損傷，更與凝血功能異常有關(guān)[12]。本研究對(duì)有完整凝血功能指標(biāo)的創(chuàng)傷患者進(jìn)行回顧性分析，篩選創(chuàng)傷后發(fā)生血栓事件的危險(xiǎn)因素。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第908醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科2016年7月-2021年12月收治的創(chuàng)傷患者255例，其中男188例，女67例，年齡(51.6±18.2)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡≥16歲；(2)ICU住院時(shí)間＆gt;24 h。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)入科時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)血栓事件；(2)過(guò)去12個(gè)月內(nèi)有血栓事件或出血性疾病史；(3)存在已知的先天性凝血功能紊亂；(4)存在中重度肝病；(5)近1個(gè)月內(nèi)接受過(guò)抗凝藥物、糖皮質(zhì)激素或免疫抑制劑治療；(6)正在接受抗凝治療的患者。上述創(chuàng)傷患者按創(chuàng)傷后是否新發(fā)血栓事件分為血栓組(n=22)與無(wú)血栓組(n=233)。血栓組創(chuàng)傷后發(fā)生血栓栓塞事件的中位時(shí)間[M(Q1，Q3)]為6(2，15) d，其中下肢靜脈血栓8例，腦梗死7例，肺栓塞6例，下肢動(dòng)脈血栓1例。以患者的性別、年齡進(jìn)行傾向性評(píng)分匹配(propensity score matching，PSM)。本研究獲解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第908醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(908yyLL028)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo) 通過(guò)住院電子病歷系統(tǒng)采集創(chuàng)傷患者的臨床資料，主要包括年齡、性別，入科時(shí)的創(chuàng)傷嚴(yán)重程度(injury severity score，ISS)評(píng)分、急性生理與慢性健康(acute physiology and chronic health evaluation，APACHE)Ⅱ評(píng)分，ICU住院時(shí)間及病死情況。收集實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)，包括入科后2 h的白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板計(jì)數(shù)及血紅蛋白(深圳邁瑞B(yǎng)C-6900全自動(dòng)血常規(guī)分析儀)；谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、總膽紅素、肌酐及總蛋白(深圳邁瑞B(yǎng)S-2000全自動(dòng)生化分析儀)；凝血酶原時(shí)間(prothrombin time，PT)、活化部分凝血活酶時(shí)間(activated partial thromboplastin time，APTT)、凝血酶時(shí)間(thrombin time，TT)、纖維蛋白原(fibrinogen，F(xiàn)IB)、纖維蛋白原降解產(chǎn)物(fibrin degradation products，F(xiàn)DP)、D-二聚體及抗凝血酶(antithrombin，AT)3(美國(guó)沃芬ACL-TOP700全自動(dòng)血凝分析儀)；凝血反應(yīng)時(shí)間(reaction time，R)、血塊形成速率(kinetics of clot development，K)、血塊形成動(dòng)力學(xué)(Angle)、血塊最大強(qiáng)度(maximum amplitude，MA)、30 min凝塊溶解分?jǐn)?shù)(lysis at 30 min，LY30)及凝血綜合指數(shù)(coagulation index，CI)(北京樂(lè)普CFMS LEPU-8800血栓彈力圖儀)。

1.3 研究方法 比較兩組創(chuàng)傷患者PSM前后基線資料；采用隨機(jī)森林算法對(duì)上述變量進(jìn)行分析，以創(chuàng)傷后是否發(fā)生血栓事件為響應(yīng)變量，評(píng)估預(yù)測(cè)變量的相對(duì)重要性并篩選重要的預(yù)測(cè)變量；篩選變量后進(jìn)行受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析，并采用bootstrap法(Stata15中bootstrap命令設(shè)置200次迭代)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)獲得的臨界值將創(chuàng)傷患者再次分組，比較組間血栓事件發(fā)生率的差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0、Stata 15及R 4.1.2統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)數(shù)資料以例表示，采用χ2檢驗(yàn)。計(jì)量資料采用單樣本S-W法進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以±s表示，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以M(Q1，Q3)表示。滿足正態(tài)分布且方差齊者數(shù)據(jù)比較采用t檢驗(yàn)，不滿足者采用非參數(shù)Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。使用R包“Match It”進(jìn)行PSM，采用“鄰近法”，比例為1:4，卡鉗值0.1進(jìn)行匹配。使用R包“randomForest”“rfPermute”及“ggplot2”進(jìn)行隨機(jī)森林分析。P＆lt;0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組創(chuàng)傷患者基線資料比較 PSM前，血栓組與無(wú)血栓組創(chuàng)傷患者年齡差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆lt;0.05)；經(jīng)PSM均衡組間基線資料，匹配后血栓組納入22例，無(wú)血栓組納入88例，其中男76例，女34例，年齡(60.4±18.2)歲，兩組年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)。PSM前，兩組性別、白細(xì)胞計(jì)數(shù)、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、血紅蛋白、血小板計(jì)數(shù)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、總膽紅素、總蛋白、肌酐、ISS評(píng)分、APACHEⅡ評(píng)分、ICU住院時(shí)間及ICU病死率差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)；PSM后，兩組患者上述指標(biāo)差異仍無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)。PSM前，兩組患者PT及TT差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)，而APTT、FIB、FDP、D-二聚體及AT3水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆lt;0.05)；PSM后，兩組患者PT、APTT及TT差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)，F(xiàn)IB、FDP、D-二聚體及AT3水平差異仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆lt;0.05)。PSM前，兩組患者的R及LY30差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)，而K、Angle、MA及CI差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆lt;0.05)；PSM后，兩組患者R、LY30及CI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆gt;0.05)，K、Angle及MA差異仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＆lt;0.05，表1)。

表1 傾向性評(píng)分匹配前后兩組創(chuàng)傷患者基線資料比較Tab.1 Comparison of basic data between the two groups of trauma patients before and after propensity score matching

2.2 隨機(jī)森林篩選變量的結(jié)果 采用隨機(jī)森林算法對(duì)24個(gè)變量進(jìn)行分析，包括基礎(chǔ)指標(biāo)如年齡、性別、入科時(shí)ISS評(píng)分、APACHEⅡ評(píng)分，入科后2 h的白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板計(jì)數(shù)、血紅蛋白，谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、總膽紅素、肌酐及總蛋白，PT、APTT、TT、FIB、FDP、D-二聚體、AT3，R、K、Angle、MA等，結(jié)果顯示，血栓彈力圖MA值高是創(chuàng)傷后血栓事件的危險(xiǎn)因素(P＆lt;0.05，圖1)。2.3 MA預(yù)測(cè)創(chuàng)傷患者發(fā)生血栓事件的ROC曲線分析 ROC曲線分析結(jié)果顯示，血栓彈力圖MA值預(yù)測(cè)創(chuàng)傷患者發(fā)生血栓事件的曲線下面積(AUC)為0.70(95%CI 0.56～0.81，P＆lt;0.01，圖2)。bootstrap法驗(yàn)證得出的AUC為0.70(95%CI 0.57～0.80，P＆lt;0.01)。MA的臨界值為63.3 mm，預(yù)測(cè)創(chuàng)傷患者發(fā)生血栓事件的敏感度為63.6%，特異度78.4%。根據(jù)此臨界值將經(jīng)傾向性評(píng)分匹配后的創(chuàng)傷患者重新分組，結(jié)果顯示，MA≥63.3 mm時(shí)血栓事件的發(fā)生率為42.4%(14/33)，高于MA＆lt;63.3 mm時(shí)血栓事件的發(fā)生率(10.4%，8/77)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=14.816，P＆lt;0.001)。

圖1 隨機(jī)森林算法篩選變量的結(jié)果Fig.1 Variables screened with random forest algorithm

圖2 MA預(yù)測(cè)創(chuàng)傷患者發(fā)生血栓事件的ROC曲線Fig.2 ROC curve of MA value predicting thrombotic events in trauma patients

3 討 論

發(fā)生創(chuàng)傷時(shí)，組織損傷導(dǎo)致大量組織因子進(jìn)入血液，激活外源性凝血途徑；同時(shí)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷導(dǎo)致內(nèi)皮下膠原暴露，激活內(nèi)源性凝血途徑。創(chuàng)傷早期由于止血的需要，機(jī)體可表現(xiàn)為高凝狀態(tài)；隨著出血量增加，組織損傷、炎癥、休克的發(fā)生導(dǎo)致凝血因子活性下降、血小板計(jì)數(shù)減少及纖溶亢進(jìn)，進(jìn)而形成創(chuàng)傷性凝血病，凝血狀態(tài)整體由高凝向低凝轉(zhuǎn)化[13]。當(dāng)創(chuàng)傷性凝血病被糾正后，可出現(xiàn)血小板繼發(fā)性增多，導(dǎo)致創(chuàng)傷恢復(fù)期高凝傾向[14]。本研究對(duì)255例創(chuàng)傷患者進(jìn)行回顧性病例對(duì)照研究，探討其發(fā)生血栓事件的風(fēng)險(xiǎn)因素，結(jié)果顯示，PSM前，與無(wú)血栓組相比，血栓組的纖維蛋白原水平較高，APTT縮短，F(xiàn)DP及D-二聚體水平均降低；PSM后，血栓組的纖維蛋白原仍高于無(wú)血栓組，F(xiàn)DP和D-二聚體水平仍低于無(wú)血栓組；提示創(chuàng)傷后發(fā)生血栓事件的患者在創(chuàng)傷早期存在明顯高凝傾向及纖溶活動(dòng)偏弱的狀態(tài)。

血栓彈力圖針對(duì)全血標(biāo)本進(jìn)行檢測(cè)，能夠判斷患者整體的凝血狀態(tài)，尤其對(duì)高凝狀態(tài)的判斷具有優(yōu)勢(shì)。本研究結(jié)果顯示，與無(wú)血栓組相比，血栓組的K值縮短、Angle角變大，提示纖維蛋白原功能相對(duì)增強(qiáng)；血栓組的MA值明顯升高，提示血小板功能相對(duì)亢進(jìn)。血栓彈力圖結(jié)果顯示血栓組整體狀態(tài)具有高凝傾向，與常規(guī)凝血項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果一致。采用隨機(jī)森林算法篩選變量，結(jié)果顯示只有MA值高是創(chuàng)傷后血栓形成的危險(xiǎn)因素。ROC曲線分析顯示MA判斷創(chuàng)傷患者血栓形成的AUC為0.70，當(dāng)MA界值為63.3 mm時(shí)，預(yù)測(cè)創(chuàng)傷患者發(fā)生血栓事件的敏感度為63.6%，特異度為78.4%，其結(jié)果與bootstrap法驗(yàn)證得出的AUC一致，表明MA值對(duì)創(chuàng)傷后是否發(fā)生血栓具有較好的預(yù)測(cè)價(jià)值。血栓彈力圖中MA是血小板及纖維蛋白原共同作用決定的，其中血小板的貢獻(xiàn)度約占80%[15]。Sumislawski等[16]研究發(fā)現(xiàn)，如果腦鈍器傷患者行血栓彈力圖檢查發(fā)現(xiàn)MA≥63 mm，則出現(xiàn)腦梗死的風(fēng)險(xiǎn)較MA＆lt;63 mm的患者增加4.3倍。Meier等[17]研究發(fā)現(xiàn)，腎功能不全合并腦出血患者可出現(xiàn)以MA≥67 mm為特征的高凝狀態(tài)。上述研究均表明MA值是預(yù)測(cè)血栓事件的敏感指標(biāo)。

纖溶相對(duì)抑制是創(chuàng)傷后患者并發(fā)血栓事件的重要因素。本研究發(fā)現(xiàn)，血栓組的D-二聚體、FDP及血栓彈力圖中的LY30低于無(wú)血栓組。國(guó)外已有研究認(rèn)為L(zhǎng)Y30＆lt;0.8%屬于纖溶抑制，LY30≥3%屬于纖溶亢進(jìn)[18]，但該標(biāo)準(zhǔn)是否適用于亞洲人群尚無(wú)相關(guān)證據(jù)。本研究顯示，無(wú)血栓組LY30的第三四分位值為0.5%，提示中國(guó)人群應(yīng)用血栓彈力圖診斷纖溶抑制的標(biāo)準(zhǔn)可能與國(guó)外人群不同。此外，這種纖溶相對(duì)抑制也可能與抗纖溶藥物的使用有關(guān)。現(xiàn)行指南依據(jù)循證醫(yī)學(xué)證據(jù)要求，對(duì)于創(chuàng)傷性大出血患者，需立即靜脈注射1 g氨甲環(huán)酸[19]，但過(guò)度使用氨甲環(huán)酸會(huì)增高血栓事件的發(fā)生率[20]。本研究結(jié)果提示，如行血栓彈力圖檢查顯示創(chuàng)傷患者的LY30偏低，應(yīng)謹(jǐn)慎使用抗纖溶藥物。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)血栓彈力圖的MA值高是創(chuàng)傷患者并發(fā)血栓事件的危險(xiǎn)因素。當(dāng)創(chuàng)傷患者M(jìn)A≥63.3 mm時(shí)，臨床醫(yī)師需評(píng)估患者是否已發(fā)生血栓事件，并根據(jù)檢查結(jié)果采取相應(yīng)的預(yù)防及治療措施。作為單中心研究且例數(shù)偏少是本研究的不足之處，擴(kuò)大病例數(shù)及個(gè)性化使用抗纖溶藥物為下一步研究的方向。