儿童塑型性支气管炎(plastic bronchitis, PB)是临床上一种较为严重的呼吸道急症,其主要原因是支气管对于分泌物清除效率低下,导致分泌物固化,形成内生性的厚而黏的支气管树样管型,导致远端及中段气道堵塞,引起肺通气功能障碍,可引起呼吸困难,严重者导致窒息甚至呼吸衰竭
[1-2]。引起PB的原因多样,由于近年来难治性及耐药性肺炎支原体肺炎(
Mycoplasma pneumoniae pneumonia, MPP)的增多,儿童MPP中PB的发生率明显升高,并引起高度关注
[3-4]。MPP患儿并发PB时,其临床症状、体征及影像学表现与未并发PB者高度重叠,导致单纯依靠临床表现及影像学检查难以实现PB的早期鉴别。因此,基于客观实验室指标对MPP患儿是否发生PB进行早期识别,对于指导支气管镜的合理应用具有重要临床意义。本研究通过分析MPP患儿的临床资料,旨在筛选PB发生的预测因素,并构建预测模型,以早期识别PB发生风险较高的患儿。
1 资料与方法
1.1 研究对象
2023年1月—2024年6月于徐州医科大学附属医院儿科住院治疗、确诊为MPP并进行支气管镜检查和治疗的患儿共828例,排除26例,最终纳入802例患儿进行分析与模型构建。将802例患儿以简单随机抽样方法按照7∶3的比例随机分为训练集(562例)和测试集(240例)。802例患儿中,PB 100例(训练集70例,测试集30例),非PB 702例(训练集492例,测试集210例)。
纳入标准:(1)符合MPP诊断
[5];(2)入院后接受支气管镜检查和治疗。排除标准:(1)合并先天性心脏病、先天性支气管发育畸形和先天性免疫缺陷病;(2)合并甲状腺功能异常、哮喘、结核病;(3)染色体疾病;(4)合并其他病毒或细菌感染;(5)临床资料、实验室及影像学检查资料缺失。
本研究获得徐州医科大学附属医院医学伦理委员会审批同意,批准号为XYFY2024-KL438-01。
1.2 PB的诊断
支气管镜检查时若发现呼吸道黏膜充血、水肿伴黏性分泌物增多,支气管管腔被部分或完全堵塞,经灌洗、吸引或活检钳夹取后,获得可展开呈“树枝样”的质韧塑型物,即可诊断为PB
[6]。
1.3 临床资料收集
回顾性收集患儿的临床资料,包括年龄、性别、起病时间、发热时间、热峰、过敏性家族史(包括家属哮喘、变态反应性鼻炎/鼻窦炎等)、过敏史[包括吸入或食物过敏、血过敏原特异性免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)E增高、变应性皮炎、湿疹等]、影像学结果(包括肺实变部位、浸润范围、胸腔积液),以及主要实验室检查结果,如白细胞(white blood cell, WBC)计数、中性粒细胞比例(neutrophil percentage, N%)、淋巴细胞比例(lymphocyte percentage, L%)、嗜酸性粒细胞(eosinophils, E)计数、C反应蛋白(C-reactive protein, CRP)、血小板(platelet, PLT)计数、降钙素原(procalcitonin, PCT)、纤维蛋白原(fibrinogen, FIB)、D-二聚体(D-dimer, DD)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate, ESR)、谷草转氨酶(aspartate aminotransferase, AST)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase, ALT)、乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)、肌酸激酶(creatine kinase, CK)、白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)、IgA、IgG、IgM及IgE。
1.4 统计学分析
应用SPSS 26.0统计软件及R4.1.4软件进行数据分析。采用Kolmogorov-Smirnov检验对各组数据进行正态性分析。正态分布的计量资料以均值±标准差()表示,两组比较采用两样本t检验;非正态分布的计量资料以中位数(四分位数间距)[M(P25,P75)]表示,两组间比较采用Mann-Whitney U检验;计数资料以例数和百分率(%)表示,两组间比较采用卡方检验或连续性校正卡方检验。P<0.05为差异有统计学意义。采用单因素分析及LASSO回归分析筛选变量。LASSO回归分析前将纳入的变量进行Spearman秩相关分析,然后利用筛选出的变量采用logistic回归分析法构建MPP患儿PB发生的列线图预测模型。采用受试者操作特征曲线(receiver operating characteristic curve, ROC曲线)及曲线下面积(area under the curve, AUC)评估列线图预测模型的区分度;采用Hosmer-Lemeshow拟合优度检验评估模型的校准度,校准曲线斜率接近1或P>0.05表示模型拟合度良好;采用决策曲线分析(decision curve analysis, DCA)评价模型的实用性及效益。
2 结果
2.1 一般情况
训练集患儿中,并发PB 70例(PB组),未并发PB 492例(非PB组)。PB组支气管镜检查前的病程、发热时间、发热峰值、有家族过敏史的比例、有过敏史的比例及胸腔积液比例高于非PB组,WBC计数、N%、CRP、PCT、FIB、DD、AST、ALT、CK、LDH、IgA、IL-6水平高于非PB组,L%低于非PB组,差异均有统计学意义(
P<0.05)。两组其他临床资料的比较差异无统计学意义(
P>0.05)。见
表1。
2.2 LASSO回归分析前变量间相关性分析结果
高度相关的自变量可能引起多重共线性问题,严重的多重共线性可能会导致模型不稳定或结果解释困难。因此,进行LASSO回归分析前将纳入的28个变量进行Spearman秩相关分析,发现N%与L%呈极强的负相关,相关系数为-0.85(P<0.001),过敏史与IgE呈中等正相关(相关系数为0.57,P<0.001),WBC计数与PLT计数呈中等正相关(相关系数为0.42,P<0.001),CRP与FIB呈中等正相关(相关系数为0.41,P<0.001),AST与LDH呈中等正相关(相关系数为0.55,P<0.001),IgA与IgG呈中等正相关(相关系数为0.43,P<0.001),其余变量为弱相关或无相关性。因此,LASSO回归分析前将L%这个变量排除,最终纳入27个变量进行LASSO回归分析。
2.3 训练集患儿并发PB的危险因素分析
LASSO回归分析中的系数路径图显示,随着正则化参数log(λ)的增大,多数无关变量的系数被压缩至零,最终保留核心变量。交叉验证曲线显示平均预测误差随log(λ)变化的轨迹,确定最优正则化强度(误差在一个标准差以内的最大正则化强度),最终选择log(λ)在-2.93时的4个变量,兼顾预测精度与解释性。结果显示,胸腔积液、PCT、DD、LDH与MPP患儿并发PB密切相关,遂将此4个变量纳入logistic回归模型,绘制预测模型中各项预测因子独立预测PB的ROC曲线,其中DD独立预测MPP患儿发生PB的AUC最高,LDH次之,见
表2。预测模型方程为:logit(
P)=-5.753+1.266×胸腔积液(有=1,无=0)+1.662×PCT(ng/mL)+0.484×DD(μg/mL)+0.007×LDH(U/L),见
表3。
2.4 列线图预测模型的构建
通过训练集数据纳入筛选出的变量,即胸腔积液、PCT、DD、LDH,构建列线图模型(
图1)。根据列线图得出每个预测指标对应的分值,各项分值相加得到总分后,与总分相对应的预测概率为MPP患儿发生PB的概率。
2.5 列线图预测模型的效能评估
2.5.1 模型区分度
通过ROC曲线评估模型区分度,可见列线图模型预测度较好,在训练集中的灵敏度为71.4%,特异度为87.2%,AUC为0.852,95%
CI:0.798~0.906;在测试集中的灵敏度为73.3%,特异度为84.8%,AUC为0.830,95%
CI:0.738~0.922。见
图2。
2.5.2 模型拟合度
绘制训练集和测试集的校正曲线,并采用Hosmer-Lemeshow拟合优度检验评估模型拟合效果。结果显示:训练集
=6.263,
P=0.618;测试集
=9.724,
P=0.285。训练集和测试集
P值均>0.05,提示模型预测概率与实际观测结果的差异无统计学意义,拟合效果较好。见
图3。
2.5.3 模型获益率
MPP患儿并发PB的预测模型列线图的DCA如
图4所示,可见模型在训练集及测试集中,大多数阈值概率下列线图模型均有明显临床获益,即使用该列线图模型对MPP患儿并发PB的情况进行预测,从而对此类患者进行干预有明显的临床获益,可减少过度治疗及不及时治疗造成的损失。
3 讨论
目前,肺炎支原体(
Mycoplasma pneumoniae, MP)感染患儿PB发生的机制仍不明确,可能与MP直接侵袭及免疫损伤两方面密切相关
[7-9]。发生PB的MPP患儿通常表现为糖皮质激素抵抗、过度炎症反应、延迟的临床和放射学表现消退以及长期的肺部后遗症
[10]。本研究显示,基于胸腔积液、PCT、DD和LDH 4个指标构建的预测模型可以较好地预测MPP患儿PB的发生风险。
本研究中PB组胸腔积液患儿比例高于非PB组,考虑MP诱导的PB患儿的局部胸膜炎症反应更强,出现胸腔积液可能提示更严重的局部炎症。研究表明,由于炎症细胞的浸润及炎症介质释放,局部气管黏膜充血水肿,上皮细胞损伤脱落,造成管腔堵塞及炎症性狭窄,同时大量黏蛋白加速生成,使气道内黏液呈高分泌状态,同时局部重度炎症导致纤毛清除功能障碍,气道内脱落的细胞及黏液排出障碍,导致PB的发生,同时局部管腔的堵塞又会加快胸腔积液的形成
[11],使其成为PB发生的一个危险信号。这与既往的研究结果
[12-14]一致。
在MPP患儿中,PCT水平可反映支气管黏膜炎性损害程度,其水平升高是患儿病情发展恶化及预后不良的重要信号
[15]。支原体作为一种病原体,有细菌的脂多糖及内毒素作用,感染后加重细胞损伤,可诱导炎症细胞的合成,致单核细胞、巨噬细胞分泌PCT增多,导致PCT水平升高,从而引起机体剧烈的炎性反应
[16]。塑型的形成可能与剧烈的炎症介导的一系列反应相关。研究表明,PCT作为炎症急性期的敏感指标,有助于鉴别MPP患儿是否并发PB
[12]。本研究中,PB组PCT水平高于非PB组,提示临床上可以通过监测PCT水平的变化,以助评估PB发生的风险及后续治疗效果。
有研究表明,DD水平与MPP严重程度相关
[17-19]。本研究发现PB组DD水平显著高于非PB组,与既往研究结果
[20]相一致。MP侵袭气道黏膜后导致全身炎症反应,血管内皮细胞受损、皮下胶原暴露和血管收缩激活凝血系统,在全身性炎症反应下使凝血系统和抗凝血系统之间失衡,导致高凝状态和较高的DD水平,在局部形成微血栓影响微循环,导致肺组织的空气交换能力降低,肺部炎症因子潴留,黏液渗出增加,并形成PB
[9,12]。在临床治疗中,对于DD明显升高的患儿可以考虑抗凝治疗,但同时需权衡出血风险。
本研究中,PB组LDH水平明显高于非PB组。有研究表明,并发PB的MPP患儿LDH水平更高,可能反映更严重的肺部炎症、缺氧及细胞损伤
[21]。MP感染后引起呼吸道上皮细胞的氧化应激反应,导致细胞膜通透性增加,从而导致LDH增加,而在PB的形成过程中,气道内的纤维蛋白渗出、炎性细胞浸润和组织坏死等导致局部细胞损伤,进一步增加LDH的释放,同时PB引起的气道阻塞导致肺组织的气体交换障碍,引起缺氧和代谢紊乱,使细胞内的LDH更易释放到细胞外。LDH水平升高已被证实与MPP患儿PB的发生密切相关
[3,22-23],本研究结果与之一致。但目前对于LDH的预警截断值尚未达成共识
[3,21]。本研究显示LDH预测MPP患儿发生PB的截断值是382 U/L(AUC为0.794),希望有进一步的研究来探讨该截断值。
本研究显示,PB组PCT、DD、LDH水平显著高于非PB组。这些升高的炎症生物标志物表明患儿存在过度的炎症反应,这种过度的炎症反应会导致严重的气道损伤和纤毛清除功能障碍,促使PB的发生。这也提示发生PB患儿往往存在更强的炎症反应、免疫紊乱及更明显的高凝状态,临床应早期识别此类患儿,在抗感染、抗炎、抗凝治疗的同时积极行纤维支气管镜进行干预,通畅呼吸道,减少并发症、后遗症,从而改善患儿预后。
本研究的列线图模型预测因素包括:是否存在胸腔积液(OR=3.548)、PCT≥0.27 ng/mL(OR=5.271)、DD≥1.12 μg/mL(OR=1.623)、LDH≥382 U/L(OR=1.007)。该模型在训练集的AUC为0.852(95%CI:0.798~0.906),测试集为0.830(95%CI:0.738~0.922),在PB的预测上具有较好的区分度;模型的校准度通过Hosmer-Lemeshow拟合优度检验进行评估,结果显示预测概率与实际概率的一致性良好,体现出较好的拟合度;决策曲线分析显示,在大多数阈值概率下,模型净获益率显著高于“全干预”或“不干预”策略,体现出良好的获益率。这说明,该列线图模型具有较高的效能,具有一定的临床实用价值。
本研究存在的局限性包括:(1)本研究为单中心、回顾性研究,数据选择上可能存在偏倚,研究结论的外推受到一定限制;(2)缺乏对支气管塑型物质的系统性病理分析;(3)由于PB的发病率较低,纳入研究的样本量较少。
综上所述,本研究基于胸腔积液、PCT、DD、LDH 4个指标构建了MPP患儿并发PB的列线图预测模型,并验证了模型的可靠性。该模型利用常用临床指标可快速评估PB发生的风险,为MPP患儿个体化诊疗提供了简便可靠的实用工具。