心脏手术患者急性肾损伤与预后的相关性:MIMIC-III数据库分析

简介

急性肾损伤(AKI)是心脏外科最常见的并发症(1)．全世界每年有超过200万例心脏手术，心脏手术相关AKI的发病率在5.0%至42.0%之间(2，3.)．心脏手术相关AKI (CSA-AKI)与发病率和死亡率的增加独立相关，是重症监护室(ICU)设置(脓毒症后)AKI的第二大常见原因(4)．重度CSA-AKI患者围手术期死亡率增加3 - 8倍，ICU和医院住院时间延长(5)．在心脏手术后10年内，与AKI相关的死亡风险仍然很高，即使是肾脏完全恢复的患者(3.)．然而，目前关于心脏手术患者AKI的研究大多以所有心脏手术患者为研究对象，而以重症监护室心脏手术患者为研究对象的研究较少。重症监护室的心脏外科患者可能更容易受到AKI的影响，因为他们的病情更严重。

重症监护医疗信息集市(MIMIC)-III v 1.4是一个公开提供的美国重症监护数据库(6)．MIMIC-III是一个大型的、综合的、鉴定的、全面的临床数据集。该数据库包含2001年6月1日至2012年10月31日在马萨诸塞州波士顿的贝斯以色列女执事医疗中心(BIDMC)的icu接受治疗的所有患者的数据。该数据库包括380个实验室测量值和每小时记录，以及基本信息、实验室结果、影像学检查、诊断和其他临床信息。《国际疾病分类》第九版(ICD-9)用于描述精确疾病。

在目前的研究中，我们旨在评估AKI与MIMIC-III数据库中接受泵浦心脏手术患者的住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率的关系。

方法

数据源

我们采用来自MIMIC-III数据库的回顾性队列研究设计(6)，选取我院2001 - 2012年ICU患者的临床资料。BIDMC和麻省理工学院附属机构的机构审查委员会都批准了对数据库的访问。不需要知情同意，因为所有数据都被去识别。

病人的选择

将从MIMIC-III数据库中符合条件的患者的临床数据中选择进入本研究:(1)接受泵心脏手术的患者;(2)年龄大于18岁的患者;(3)入院前24小时内进行术前常规血液检查的患者。

符合AKI标准的患者根据肾脏疾病:改善整体预后(KDIGO)进行评估，该指标也用于先前报道的MIMIC III数据库分析(7)．简而言之，AKI分期由ICU入院后48小时内的血清肌酐和排尿量来定义。第1阶段定义为ICU入院后或心脏手术后48小时内血清肌酐升高≥0.3 mg/dl(≥26.5 μ mol/L)，或血清肌酐升高基线水平1.5 - 1.9倍，或尿量<0.5 ml/kg/h持续6-12小时。第2阶段定义为血清肌酐比基线水平增加2.0 - 2.9倍，或排尿量<0.5 ml/kg/h≥12小时。第3阶段定义为血清肌酐增加到基线水平的3.0倍或血清肌酐增加到≥4.0 mg/dl(≥353.6 μ mol/L)，或排尿量<0.3 ml/kg/h≥24 h或无尿≥12 h。入院前7天内可用的最低血清肌酐值作为基线血清肌酐。入院前血清肌酐不可用时，以入院时测定的第一个血清肌酐作为基线血清肌酐。

数据提取

所有数据均采用结构化查询语言(Structured Query Language, SQL)进行获取和提取，并使用pgAdmin4 for PostgreSQL作为管理平台。提取的数据主要包括人口统计学(年龄、性别)、生命体征(舒张压(DBP)、心率(HR)、呼吸频率(RR)、收缩压(SBP)、经皮血氧饱和度(SpO)₂)、共病(AKI、心律失常、慢性肺部疾病、充血性心力衰竭、高血压、肝病、周围血管疾病、肺循环障碍、无或合并糖尿病、瓣膜病)、实验室事件(外周血白细胞计数、血小板计数、血清肌酐、血清葡萄糖、血清钾和血清钠)、SAPS II和SOFA评分，以及冠状动脉搭桥术(CABG)。考虑到各变量缺失数据的比例<1.5%，我们在进一步分析时直接省略了这些数据。

结果变量

提取以下结果变量:30天和90天死亡率(icu入院后)、医院死亡率和icu住院时间。由于患者在一次住院期间可能接受过一次以上的ICU住院治疗，因此ICU住院时间完全由第一次ICU住院决定。

统计分析

连续变量以均数±标准差或中位数(四分位范围)表示，并进行比较通过t-test或Mann-WhitneyU测试。分类数据以比例表示，并进行了分析通过的χ²以及。采用单/多因素Logistic回归分析确定心脏手术后死亡率(医院、30天和90天)的独立预后因素。设计了两种不同的模型来调整潜在的混杂因素。模型1调整心律失常、充血性心力衰竭、高血压性肝病、收缩压和瓣膜病。此外，模型2还根据年龄、身高和体重进行了调整。P-值小于0.05为有统计学意义。此外，我们构建了受试者工作特征(ROC)曲线，并计算和分析了曲线下面积(AUC)、敏感性和特异性。所有统计分析均使用STATA 14.0版(StataCorp, College Station, TX)进行。

结果

研究人群的基线特征

符合入选标准的6002例患者参与了本研究，其中485例患者(8.08%)有AKI合并症。表1简要总结了患者的基线特征，包括合并症、人口统计学、实验室事件、评分和生命体征。

两组间基线特征有显著差异。伴有AKI的心脏外科患者的平均年龄高于无AKI的患者(66.38±12.26 vs. 66.69±12.28，P< 0.001)。心脏手术AKI患者更多为男性，而两组之间的差异很小(68.8% vs. 73.8%)。P= 0.022)。AKI患者具有较低的HR、DBP、体温、血糖、血钠，较高的SBP、RR、血钾、血肌酐、SAPS II和SOFA评分，此外还有心律失常、慢性肺部疾病、充血性心力衰竭、高血压、肝病、周围血管疾病、肺循环障碍、非合并症和合并症糖尿病、瓣膜病病史(表1)．

研究人群的临床结果

与无AKI患者相比，AKI患者ICU住院时间延长、住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率的风险更高(2.1天vs. 3.2天，P< 0.001;1.6% vs. 4.1%P< 0.001;1.8% vs. 3.5%P= 0.008;3.0% vs. 8.7%P分别< 0.001)(表2)．

单变量logistic回归分析表3急性肾损伤(AKI)、年龄、舒张压(DBP)、身高、心律失常、充血性心力衰竭、高血压、肝病、外周血管疾病、收缩压(SBP)和瓣膜病与住院死亡率相关(全部与住院死亡率相关)P< 0.01)。此外，AKI、年龄、身高、心律失常、充血性心力衰竭、高血压、肝脏疾病、周围血管疾病、收缩压和瓣膜病(所有P< 0.01)与30天死亡率相关。此外，AKI、年龄、DBP、心律失常、慢性肺部疾病、并发糖尿病、充血性心力衰竭、身高、高血压、肝病、外周血管疾病、肺循环障碍、收缩压、体重和瓣膜病(所有P< 0.01)与90天死亡率相关。

表4显示模型1和模型2的多变量分析结果。AKI是住院死亡率的危险因素(模型1:OR = 2.50, 95% CI: 1.45-4.33，P< 0.001;模型2:OR = 2.44, 95% CI: 1.48-4.02，P< 0.001)， 30天死亡率(模型1:OR = 1.84, 95% CI: 1.05-3.24，P= 0.034;模型2:OR = 1.96, 95% CI: 1.13-3.22，P= 0.016)， 90天死亡率(模型1:OR = 2.05, 95% CI: 1.37-3.01，P< 0.001;模型2:OR = 2.76, 95% CI: 1.93-3.94，P< 0.001)。此外，Kaplan-Meier生存曲线显示，心脏手术合并AKI患者的90天生存率明显低于未发生AKI的患者(图1)．

表5结果表明，KDIGO级别越高的心脏手术合并AKI患者的住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率都越高P< 0.05)。

肌酐对AKI的预测能力

肌酐是AKI的重要诊断指标(8)．肌酐的诊断价值通过受试者工作特征曲线(图2)．结果显示肌酐的诊断性能中等好(肌酐初始AUC = 0.8776;肌酐最大AUC = 0.8843;肌酐min的AUC = 0.8838)，钾的AUC较低(钾初始的AUC = 0.5804;钾最大AUC = 0.6261;钾的最低AUC = 0.5311)和钠(钠的初始AUC = 0.4311;钠最大AUC = 0.5442;钠的AUC min = 0.4080)检测。

讨论

在本研究中，我们发现心脏手术患者AKI的发生率为8.08%。AKI患者的平均年龄高于非AKI患者，且AKI患者多为男性。与无AKI患者相比，AKI患者ICU住院时间延长、住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率的风险更高。KDIGO级别越高的AKI心脏手术患者住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率越高。在多因素分析中，AKI是住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率的危险因素。肌酐对AKI的诊断表现中等好。

根据文献，所有心脏手术患者的死亡率均高达8%，而AKI术后并发症患者的死亡率可高达60%或更高(9)．接受心脏手术的患者一旦并发AKI，死亡率将从0.4-4.4%增加到1.3-22.3%;当这些患者需要临床血液透析时，死亡率从25%上升到88.9%，这表明严重的术后并发症AKI是死亡的独立危险因素，导致死亡风险增加8倍(10，11)．因此，心脏手术术后AKI与其他并发症、ICU住院天数、生活质量较差密切相关。这些数据还表明，这类人口的早期和晚期死亡率以及保健财政支出都有所增加(5，12，13)．我们的数据与以前的研究一致。在本研究中，与无AKI患者相比，AKI患者的ICU住院时间更长(2.1天vs. 3.2天)，住院死亡率(1.6% vs. 4.1%)、30天死亡率(1.8% vs. 3.5%)和90天死亡率(3.0% vs. 8.7%)也更高。此外，KDIGO级别越高的心脏手术合并AKI患者的住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率也越高(全部均为KDIGO)P< 0.05,表5)．心脏外科AKI的发生可能与几个主要的损伤途径有关，包括低灌注、缺血-再灌注损伤、炎症、氧化应激、肾毒素、神经体液激活和机械因素，这些都可能在术前、术中和术后发生。虽然这些因素与心脏外科AKI相关，但目前的证据是相关的，而不是因果关系(1)．此外，由于巨大的后勤挑战和成本，以及缺乏心脏手术的动物模型，我们对AKI和心脏手术的病理生理学的理解仍然很初级。因此，对AKI发病机制的认识不足，极大地限制了心脏外科AKI预防和管理措施的发展。迄今为止，AKI仍是影响心脏手术患者病死率和ICU住院时间的重要因素之一。

心脏手术后发生AKI的常见术前危险因素包括年龄、肥胖、女性、存在多种合并症(例如，慢性阻塞性肺病、充血性心力衰竭、糖尿病、高血压、高胆固醇血症、左室射血分数<35%、既往慢性肾病和既往心脏手术)和肥胖(14- - - - - -16)．在我们的研究中，AKI患者往往具有较低的HR、DBP、体温、葡萄糖、血清钠，较高的SBP、RR、血清肌酐、钾、SAPS II和SOFA评分，此外还有心律失常、慢性肺部疾病、充血性心力衰竭、高血压、肝脏疾病、周围血管疾病、肺循环障碍、非合并症和合并症糖尿病、瓣膜病等病史。因此，确定心脏手术患者并发AKI的危险因素非常重要，这可以促进临床预后评估，并制定新的和更有效的临床策略来预防和减少这种并发症，从而降低相关的发病率和死亡率。

血清肌酐是AKI的重要诊断指标(8)．在正常生理条件下，心脏手术后血清肌酐水平增加0.1 ~ 0.2 mg/dl。当肌酐水平增加超过0.3 mg/dl, 2天内，根据KDIGO标准，患者被认为是一期AKI (17)．在本研究中，血清肌酐对AKI表现出中等良好的诊断性能(肌酐初始AUC = 0.8776;肌酐最大AUC = 0.8843;肌酐min的AUC = 0.8838)。除了肌酐外，一系列新的生物标志物被提出用于AIK的早期诊断和预测，如NGAL (18- - - - - -20.)、胱氨酸抑素C (19)和IL-18 (21，22)．然而，这些生物标志物在这些患者中显示出较差的预测性能，损伤发生的时间不一致(23)．

限制

我们的调查有一些局限性。首先，2012年AKI的定义发生了变化，而MIMIC-III数据库仅包含2001 - 2012年收治的危重患者的数据。虽然我们试图根据KDIGO确定AKI患者，但我们的队列可能不完全符合新定义的AKI。此外，未获得短暂性和持续性AKI，以及AKI的严重程度。其次，这是一个单中心研究。这些结果需要通过多中心试验来验证。此外，MIMIC-III数据库的疾病定义基于ICD-9-CM代码，这可能导致数据库中缺少一些重要信息。其次是回顾性设计，很难完全消除残留混杂。由于具有追溯性，时间关系往往难以评估。此外，本研究的发现可能无法推广到最新的ICD-10代码或其他数据源或医院，因为MIMIC-III数据来自单个医院系统。 Moreover, the present results could only show the correlation between AKI and mortality, but not the causal relationship. To solve this problem, causal inference could be used in the future as the previous study (24)．

结论

总之，我们发现AKI可导致ICU住院时间延长、住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率。AKI是住院死亡率、30天死亡率和90天死亡率的危险因素。肌酐对AKI的诊断表现中等好。

数据可用性声明

本研究中提出的原始贡献已包含在文章/补充材料中，进一步查询可向通讯作者咨询。

道德声明

麻省理工学院(剑桥，马萨诸塞州)和BIDMC(波士顿，马萨诸塞州)的机构审查委员会审查并批准了涉及人类参与者的研究(批准号41268972，完成日期为2021年3月02日)。根据国家法律和机构要求，本研究不需要书面知情同意。

作者的贡献

RS、GX和CS构思并设计了该研究。DC、GX和RS在管理上支持这项工作。CS、DC、XJ、CT、XG、ZT、YB和FW提供、选择、组装、分析和解释数据。所有作者都对数据分析、起草和严格修改论文做出了贡献，并同意对所有方面的工作负责。所有作者均已阅读并确认他们符合ICMJE的作者标准。所有作者都对这篇文章做出了贡献，并批准了提交的版本。

资金

本课题由浙江省基本公益计划项目资助。LQ22H230001、LY23H020008、LGF19H050003)和嘉兴学院横向重大研究项目(批准号:;00619006和00522195)。该研究的发起人不参与研究设计、数据收集、数据分析、数据解释或手稿的撰写。

致谢

作者非常感谢编辑和同行审稿人的批判性阅读和富有洞察力的评论，这对我们的手稿有很大的帮助。我们向所有由于篇幅限制而无法引用其工作的研究人员表示歉意。

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

出版商的注意

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参考文献