基于隨機(jī)森林算法的重型顱腦損傷患者并發(fā)急性胃腸損傷的現(xiàn)狀及風(fēng)險模型構(gòu)建

楊曉文,許彬,吳娟,王希,趙琳

(江蘇省人民醫(yī)院 神經(jīng)外科重癥監(jiān)護(hù)室,江蘇 南京 210000)

顱腦損傷指由外力引起的腦部結(jié)構(gòu)性創(chuàng)傷和/或腦功能生理性破壞[1],可分輕、中、重3種類型;而重型顱腦損傷屬于病情較為嚴(yán)重且致死率較高的一種損傷[2]。急性胃腸損傷指危重癥患者因急性疾病狀態(tài)引發(fā)的胃腸功能障礙[3],主要包括胃腸運動功能障礙與胃腸屏障功能障礙[4]。在重型顱腦損傷患者中,胃腸功能障礙發(fā)生率達(dá)50%～80%[5]。相關(guān)研究[6]證實,胃腸道功能障礙是影響危重患者預(yù)后的獨立危險因素。如何利用客觀指標(biāo)及模型對重型顱腦損傷患者的急性胃腸損傷進(jìn)行判斷尤為重要。隨機(jī)森林為一種基于樹的算法,是多種種類不同的隨機(jī)樹的集合,模型的最終值是每棵樹產(chǎn)生的所有預(yù)測,該模型普遍應(yīng)用于臨床中并獲得較高的評價[7-8]。目前,臨床中未見將隨機(jī)森林算法應(yīng)用到對重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的預(yù)測模型中?；诖?本研究旨在篩選出重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的危險因素,并采用隨機(jī)森林算法構(gòu)建風(fēng)險模型,為臨床預(yù)防急性胃腸損傷提供借鑒。

1 對象與方法

1.1 研究對象 2021年1月至2023年1月,采用便利抽樣法選取某院就診的重型顱腦損傷患者為研究對象。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)經(jīng)MRI或頭顱CT檢查診斷為顱腦損傷[9];(2)根據(jù)2015年德國成人顱腦損傷治療指南診斷為重型顱腦損傷者,格拉斯哥昏迷評分法(Glasgow coma scale,GCS)≤8分[10];(3)患者≥18歲;(4)臨床資料齊全者;排除標(biāo)準(zhǔn):(1)存在癡呆及精神、神經(jīng)系統(tǒng)方面疾病者;(2)存在惡性腫瘤;(3)有消化道出血史;(4)存在嚴(yán)重的胃腸道疾病史者。根據(jù)樣本量公式:N=Z2×[P×(1-P)]/E2,其中Z=1.64,E=10%,P=0.5,得出本次研究最小樣本量為67。本研究最終選取150例。

1.2 急性胃腸損傷診斷標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)2012年歐洲危重病醫(yī)學(xué)會急性胃腸損傷共識[3],急性胃腸損傷是指新出現(xiàn)胃腸道癥狀,如嘔吐、胃潴留、腹瀉、胃腸道出血、下消化道癱瘓或腸音異常等。

1.3 方法 從IH系統(tǒng)調(diào)取所有重型顱腦損傷診斷患者,排除死亡,放棄自動出院患者;從照護(hù)系統(tǒng)收取患者性別、年齡、吸煙、飲酒史、吸煙史、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI) 、高血壓、糖尿病等一般臨床資料;從ECARE重癥系統(tǒng)調(diào)取患者意識、血氣、生命體征等病情相關(guān)指標(biāo),如創(chuàng)傷部位、創(chuàng)傷原因、有無手術(shù)治療、 急性生理與慢性健康評分(acute physiology and chronic health evaluation-Ⅱ,APACHE-Ⅱ)、休克指數(shù)(心率/收縮壓)、GCS評分、液體負(fù)平衡、酸中毒情況、深度鎮(zhèn)靜情況、呼吸衰竭情況等;從單點檢驗指標(biāo)系統(tǒng)調(diào)取白蛋白,隱血試驗等檢驗生化指標(biāo);所有指標(biāo)經(jīng)雙人核對無誤后,錄入系統(tǒng)。

2 結(jié)果

2.1 患者的一般臨床資料情況 150例重癥顱腦損傷患者中,并發(fā)急性胃腸損傷患者94例(并發(fā)組),占62.67%,其中包括消化道出血16例、嘔吐的5例、便秘41例、腹瀉19例、腹脹11例、腸源性感染2例;未并發(fā)急性胃腸損傷患者56例,(對照組),占37.33%。

2.2 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的單因素分析 兩組患者在性別、年齡、吸煙史、飲酒史、BMI、高血壓、GCS評分、創(chuàng)傷部位方面的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05);在糖尿病、白蛋白、APACHE-Ⅱ評分、休克指數(shù)、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜、呼吸衰竭方面的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05),見表1。

表1 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的單因素分析[n(%),N=150]

2.3 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的多因素分析 將單因素分析中糖尿病、白蛋白、APACHE-Ⅱ評分、休克指數(shù)、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜、呼吸衰竭等存在統(tǒng)計學(xué)意義指標(biāo)為自變量,以重型顱腦損傷有無并發(fā)急性胃腸損傷為因變量,進(jìn)行重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的二元Logistic回歸分析。采用向后法進(jìn)行分析,結(jié)果顯示:糖尿病、白蛋白<35 g/L、APACHE-Ⅱ評分≥17分、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜是重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的危險因素(P<0.05),見表2。

表2 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的多因素分析

2.4 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的隨機(jī)森林模型分析 以重型顱腦損傷有無并發(fā)急性胃腸損傷為因變量,將糖尿病、白蛋白、APACHE-Ⅱ評分、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜共6項作為自變量,構(gòu)建重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的隨機(jī)森林模型。經(jīng)分析可知,樹的數(shù)量為103時出現(xiàn)的錯誤率最低;影響重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的因素重要性排序為糖尿病、液體負(fù)平衡、APACHE-Ⅱ評分、白蛋白、深度鎮(zhèn)靜及酸中毒,見圖1。

圖1 隨機(jī)森林模型變量重要性排序

2.5 兩種模型的ROC曲線分析 隨機(jī)森林模型預(yù)測重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的ROC曲線下面積(area under curve,AUC)為0.798,Logistic回歸模型預(yù)測重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的ROC曲線AUC為0.773,二元Logistic回歸模型和隨機(jī)森林模型對重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的ROC曲線的預(yù)測都有較高的預(yù)測效能,且隨機(jī)森林模型預(yù)測重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的ROC曲線的效能稍高于Logistic回歸模型。

3 討論

3.1 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的現(xiàn)狀 本研究中150例重型顱腦損傷患者中并發(fā)急性胃腸損傷患者94例,占比62.67%,表明重型顱腦損傷患者發(fā)生急性胃腸損傷的風(fēng)險較高,嚴(yán)重影響患者的蘇醒質(zhì)量。既往文獻(xiàn)[11]報道,ICU患者并發(fā)急性胃腸損傷的發(fā)生率為51.7%,提示重癥患者發(fā)生急性胃腸損傷的風(fēng)險較高,分析原因:重型顱腦損傷可能導(dǎo)致大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)對胃腸道功能的調(diào)控失調(diào),尤其是下丘腦和腦干等部位損傷,直接影響到自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡,進(jìn)而影響胃腸運動、分泌、吸收等功能,誘發(fā)胃腸功能障礙;同時,患者長時間臥床不動和機(jī)械通氣可能導(dǎo)致胃腸動力減弱,胃液潴留,形成胃食管反流,加重胃黏膜損害,增加急性胃腸損傷的風(fēng)險。另外,嚴(yán)重創(chuàng)傷、膿毒癥、休克造成的應(yīng)激反應(yīng)均可破壞腸道內(nèi)皮細(xì)胞,增加腸道通透性,進(jìn)而引起急性胃腸損傷[12]。

3.2 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的危險因素 本研究顯示,糖尿病、白蛋白<35g/L、APACHE-Ⅱ評分≥17分、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜為重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的危險因素。劉冬燕等[13]通過基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn),糖尿病大鼠胃腸道功能常發(fā)生紊亂,其可能跟胃腸道內(nèi)的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化有關(guān)。也有學(xué)者[14]認(rèn)為,糖尿病會引起自主神經(jīng)軸突部位的脫髓鞘與周圍神經(jīng)的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,致使消化道黏膜細(xì)胞相關(guān)的神經(jīng)叢功能喪失,進(jìn)一步減弱了腸蠕動及胃排空活動能力。

馬俊秀等[15]發(fā)現(xiàn),血清白蛋白與胃腸道功能障礙存在密切關(guān)系,且對危重癥患者胃腸道功能障礙有較高預(yù)測價值(AUC為0.705)。白蛋白<35 g/L通常為低白蛋白血癥,而低白蛋白血癥是衡量營養(yǎng)不良的一項重要指標(biāo),患者處于低白蛋白狀態(tài)時其血漿滲透壓會大幅度下降,引起胃腸道黏膜組織發(fā)生水腫,進(jìn)而對腸道吸收功能產(chǎn)生一定的影響[16]。

APACHE-Ⅱ評分是評估重型顱腦損傷患者疾病嚴(yán)重程度的重要工具。王擂等[17]將APACHE-Ⅱ評分應(yīng)用到ICU患者的急性胃腸損傷評估研究中發(fā)現(xiàn),APACHE-Ⅱ評分獲得數(shù)值越高,其胃腸損傷越嚴(yán)重。上述研究支持了本研究結(jié)果,分析原因可能是APACHE-Ⅱ評分中包含了反映機(jī)體多個系統(tǒng)生理狀態(tài)的參數(shù),如血壓、心率、呼吸頻率、氧合狀態(tài)、腎功能等,而重型顱腦損傷患者往往伴有嚴(yán)重的全身性生理紊亂,這些異常生理指標(biāo)會導(dǎo)致APACHE-Ⅱ評分升高,且這種嚴(yán)重的生理失衡又會進(jìn)一步增加并發(fā)急性胃腸損傷的風(fēng)險。

液體負(fù)平衡會導(dǎo)致胃腸功能障礙風(fēng)險增加是由于重型顱腦損傷患者各種原因引起的器官功能損傷缺氧、缺血等,易導(dǎo)致其腸屏障功能受損,使重型顱腦損傷后患者體內(nèi)的乳酸堆積,使PH值降低,容易發(fā)生酸中毒,進(jìn)而造成胃腸黏膜發(fā)生損傷,且由于嚴(yán)重創(chuàng)傷會誘發(fā)機(jī)體的強(qiáng)烈應(yīng)激及自主神經(jīng)功能發(fā)生紊亂等情況,進(jìn)而引起胃腸蠕動紊亂,降低了消化腺分泌能力,增強(qiáng)了胃黏膜通透性,造成胃腸功能障礙。

另外,鎮(zhèn)痛鎮(zhèn)靜作為重型顱腦損傷患者治療的重要組成部分,可以減輕腦組織耗氧,減輕腦水腫但是這部分藥物作用于胃腸道平滑肌,抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,導(dǎo)致腸蠕動減慢;此外,鎮(zhèn)靜劑還會導(dǎo)致一過性的食管下端括約肌松弛而發(fā)生胃食管返流,并且使用劑量越大,鎮(zhèn)靜越深,胃腸功能動力障礙越嚴(yán)重[18]。

3.3 重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的隨機(jī)森林模型分析 本研究建立了預(yù)測重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的隨機(jī)森林模型,模型中每個危險因素均進(jìn)行了重要性排序。與王義等[19]建立的Logistic回歸模型比較,隨機(jī)森林模型具有操作簡便、可視可讀性強(qiáng)等特點,且對危險因素進(jìn)行重要性排序,醫(yī)護(hù)人員根據(jù)危險因素的重要性排序進(jìn)行有針對性的進(jìn)行干預(yù)。

本研究隨機(jī)森林模型顯示,影響重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的因素重要性排序依次為糖尿病、白蛋白<35 g/L、APACHE-Ⅱ評分≥17分、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜,臨床可結(jié)合影響重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的因素重要性排序?qū)颊哌M(jìn)行合理干預(yù),以減少重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的發(fā)生率。隨機(jī)森林模型預(yù)測重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的AUC為0.798,二元Logistic回歸模型預(yù)測重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的AUC為0.773,表明隨機(jī)森林模型與二元Logistic回歸模型對重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的預(yù)測都有較高的預(yù)測效能,而隨機(jī)森林模型對重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的預(yù)測價值更高。

綜上所述,糖尿病、白蛋白<35 g/L、APACHE-Ⅱ評分≥17分、液體負(fù)平衡、酸中毒、深度鎮(zhèn)靜為重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的危險因素,本研究構(gòu)建的重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的隨機(jī)森林模型具有較高的臨床實用價值,有利于篩選重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷的高風(fēng)險人群及提前制訂重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷有關(guān)的防治措施。本研究的不足之處在于樣本量少,患者來源單一,并采用了回顧性研究,可能會存在數(shù)據(jù)偏倚。因此,今后需進(jìn)行大樣本、多中心的前瞻性研究,開展預(yù)防重型顱腦損傷并發(fā)急性胃腸損傷干預(yù)研究。