肝硬化患者發(fā)生急性腎臟病預(yù)測模型的建立與驗(yàn)證

歐陽晶，常 虹，楊夢嬌，張 夢，田 夢，鄭 亞，王玉平，陳兆峰

1蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000 2蘭州大學(xué)第一醫(yī)院消化科，蘭州 730000 3甘肅省消化系疾病臨床研究中心，蘭州 730000

肝硬化是以肝功能進(jìn)行性降低及肝組織彌漫性纖維化為主要特征的晚期慢性肝病，隨著病情進(jìn)展可引起全身多臟器損傷并增加不良預(yù)后的風(fēng)險[1]。由于有效循環(huán)血容量不足及腎內(nèi)血流重分布等帶來的影響[2]，肝硬化患者常出現(xiàn)腎功能損傷[3]，早期表現(xiàn)為功能性腎損傷，經(jīng)積極治療病情具有可逆性；若腎損害持續(xù)進(jìn)展，可引起急性腎功能衰竭并危及患者生命[4]。因此，加強(qiáng)肝硬化患者腎功能監(jiān)測、早期識別腎功能損傷具有重要意義[5]。

2017年改善全球腎臟病預(yù)后組織首次提出了急性腎臟病(acute kidney disease，AKD)的診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]，與現(xiàn)行定義不同，其早期定義為急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)啟動事件后≥7 d，出現(xiàn)AKI 1 期或更嚴(yán)重的腎功能異常，且持續(xù)時間超過90 d的 AKD 被認(rèn)為是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)[7]。Tonon等[8]在研究中強(qiáng)調(diào)了AKD對于肝硬化人群的重要性。該研究共納入324例肝硬化患者，隨訪期間共113例(34.88%)發(fā)生AKD；組間比較顯示，發(fā)生AKD患者的5年死亡率明顯高于未發(fā)生AKD者(P<0.001)；多因素分析顯示，AKD進(jìn)展是5年死亡率的獨(dú)立預(yù)測因子(HR=3.27，P<0.001)。Kellum等[9]研究表明，包括肝硬化在內(nèi)的晚期肝病患者是AKD的極高危人群，臨床應(yīng)予以密切關(guān)注并制定科學(xué)的治療、隨訪方案。列線圖預(yù)測模型是一種可視化的風(fēng)險評價方法，可直觀反映個體發(fā)生某種疾病的概率，為臨床醫(yī)生制訂臨床決策提供了重要依據(jù)[10]。本研究旨在探索導(dǎo)致肝硬化患者發(fā)生AKD的獨(dú)立危險因素，并建立列線圖預(yù)測模型，以期為臨床決策的制訂提供有益指導(dǎo)。

1 資料與資料

1.1 研究對象

本研究為回顧性隊列研究，連續(xù)納入2017年1月—2022年1月于蘭州大學(xué)第一醫(yī)院消化科住院的肝硬化患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)結(jié)合臨床表現(xiàn)、血液學(xué)指標(biāo)、影像學(xué)檢查及肝穿刺結(jié)果，確診為肝硬化；(2)年齡≥16歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)診斷肝硬化前即有慢性腎臟病史；(2)妊娠及哺乳期女性；(3)合并惡性腫瘤；(4)AKI診斷相關(guān)指標(biāo)存在缺失者。

根據(jù)住院期間是否發(fā)生AKD，將入組的肝硬化患者分為AKD組與非AKD組，并按7∶3比例隨機(jī)分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集。其中AKD被定義為存在AKI[11]，或血肌酐(serum creatinine，SCr)增加>50%，或估算的腎小球?yàn)V過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)<60 mL/(min·1.73 m2)，或eGFR較基線降低≥35%，持續(xù)時間<3個月，具體診斷標(biāo)準(zhǔn)符合2021年改善全球腎臟病預(yù)后組織發(fā)布的共識[12]。AKI診斷標(biāo)準(zhǔn)：7 d內(nèi)SCr較基線升高>50%，或2 d內(nèi)SCr升高>26.5 μmol/L，或尿量<0.5 mL/(kg·h)，持續(xù)6 h。

本研究已通過蘭州大學(xué)第一醫(yī)院倫理審查會員會審批(審批號：LDYYLL2023-407)，并豁免患者知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1 資料收集

通過電子病歷系統(tǒng)收集患者的臨床資料(多次住院患者每次住院時的臨床資料均被納入)，包括性別、年齡、住院時間、體質(zhì)量指數(shù)、吸煙、飲酒、家族史(家族中是否有肝炎、肝硬化、肝癌病史)、基礎(chǔ)疾病、肝硬化病因、用藥史、既往內(nèi)鏡下治療史、并發(fā)癥、終末期肝病模型(model for end-stage liver disease，MELD)評分、血液學(xué)指標(biāo)等。其中并發(fā)癥包括：腹水、肝性腦病、消化道出血、感染、肝腎綜合征等、門靜脈血栓/門靜脈海綿樣變等[13]。血液學(xué)指標(biāo)(AKD組為入院確診后首次檢測結(jié)果，非AKD組為入院后首次檢測結(jié)果)包括：(1)血常規(guī)：紅細(xì)胞(red blood cell，RBC)、血紅蛋白(hemoglobin，Hb)、紅細(xì)胞壓積(hematocrit，Hct)、紅細(xì)胞分布寬度標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation of red blood cell distribution width，RDW-SD)、紅細(xì)胞分布寬度變異系數(shù)(coefficient variation of red blood cell distribution width，RDW-CV)、白細(xì)胞(white blood cell，WBC)、中性粒細(xì)胞百分比(neutrophil percent，Neut%)、中性粒細(xì)胞絕對值(neutrophil，Neut)、淋巴細(xì)胞絕對值(lymphocyte，Lymp)、單核細(xì)胞絕對值(monocyte，Mono)、血小板(platelet，PLT)；(2)肝腎功能：谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase，ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶/谷丙轉(zhuǎn)氨酶、白蛋白(albumin，ALB)、總膽紅素、直接膽紅素、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、γ-谷氨?；D(zhuǎn)移酶(Gamma-glutamyl transfer-ase，GGT)、二氧化碳、血尿素、SCr；(3)電解質(zhì)及生化：血鈉(natrium，Na)、血鉀(kalium，K)、血氯(chlorine，Cl)、血鈣(calcium，Ca)；(4)凝血指標(biāo)：凝血酶原時間(prothrombin time，PT)、活化部分凝血活酶時間(activated partial thromboplastin time，APTT)、凝血酶時間(thrombin time，TT)、國際標(biāo)準(zhǔn)化比值(international normalized ratio，INR)、纖維蛋白原(fibrinogen，F(xiàn)IB)。

1.2.2 檢驗(yàn)效能估算

由于預(yù)測模型的準(zhǔn)確性受所采用的模型構(gòu)建方法、數(shù)據(jù)處理、變量選取等多方面因素的影響，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的樣本量估算。參照既往文獻(xiàn)[6，9，14-15]，根據(jù)EVP10標(biāo)準(zhǔn)，多因素回歸分析篩選的自變量為10個時，AKD組和非AKD樣本均需達(dá)到100例為宜，本研究擬納入肝硬化患者796例，其中AKD組103例，非AKD組693例，符合該標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

采用R 4.2.3軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。年齡、體質(zhì)量指數(shù)、MELD評分等不符合正態(tài)分布計量資料以中位數(shù)(四分位數(shù))表示，組間比較采用Man-WhitneyU檢驗(yàn)；性別、肝硬化病因、并發(fā)癥等計數(shù)資料以頻數(shù)(百分率)表示，組間比較采用卡方檢驗(yàn)。在數(shù)據(jù)分析過程中，若缺失數(shù)據(jù)小于該變量總數(shù)據(jù)的3%，則使用中位數(shù)插補(bǔ)法進(jìn)行填補(bǔ)；若某變量/病例缺失數(shù)據(jù)較多且對整體數(shù)據(jù)影響不大時，直接剔除該變量/病例。采用LASSO回歸法對肝硬化患者發(fā)生AKD的影響因素進(jìn)行初篩，并采用多因素Logistic回歸法進(jìn)一步篩選AKD的獨(dú)立影響因素。采用“rms”程序包繪制列線圖，以便對個體發(fā)生AKD的風(fēng)險進(jìn)行展示。采用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線、校準(zhǔn)曲線和臨床決策曲線分別從區(qū)分度、校準(zhǔn)度和臨床實(shí)用性3方面對模型的性能進(jìn)行評價。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般臨床資料

共入選符合納入與排除標(biāo)準(zhǔn)的肝硬化患者796例。其中AKD組103例，非AKD組693例；訓(xùn)練集561例，驗(yàn)證集235例。

AKD組與非AKD組在年齡、肝硬化病因、并發(fā)癥、MELD評分方面以及多種血液學(xué)指標(biāo)水平差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，見表1、表2。訓(xùn)練集與驗(yàn)證集在患者年齡、肝硬化病因、并發(fā)癥、MELD評分以及多種血液學(xué)指標(biāo)方面差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。

表1 AKD組與非AKD組臨床資料比較Tab.1 Clinical datas between AKD and non-AKD groups

表2 AKD組與非AKD組血液學(xué)指標(biāo)比較[M(P25，P75)]Tab.2 Hematologic indices between AKD and non-AKD groups[M(P25，P75)]

2.2 肝硬化患者發(fā)生AKD影響因素篩選及預(yù)測模型構(gòu)建

在訓(xùn)練集中，首先通過LASSO回歸分析進(jìn)行變量初篩，采用十倍交叉驗(yàn)證法選取Lambda.1se為最佳λ值，初步選取了可能影響肝硬化患者發(fā)生AKD風(fēng)險的10個因素，分別為性別、糖尿病史、肝硬化病程、肝性腦病、消化道出血、膽道感染、腹水、Hb、ALB、TT(圖1)，然后采用多因素Logistic回歸法進(jìn)一步對上述影響因素進(jìn)行篩選，結(jié)果顯示男性、糖尿病史、肝性腦病、消化道出血、腹水、Hb、ALB、TT為肝硬化患者發(fā)生AKD的獨(dú)立影響因素(表3)。根據(jù)LASSO回歸和Logistic回歸分析結(jié)果，建立肝硬化患者發(fā)生AKD的預(yù)測模型。

圖1 基于LASSO回歸的特征變量篩選A.十倍交叉驗(yàn)證圖；B.收縮系數(shù)圖Fig.1 Screening of feature variables based on LASSO regressionA.tenfold cross-validation plot；B.contraction factor plot

表3 肝硬化患者發(fā)生AKD影響因素的多因素Logistic回歸分析結(jié)果Tab.3 Multifactorial Logistic regression analysis of factors influencing the occurrence of AKD in patients with liver cirrhosis

2.3 預(yù)測模型可視化

基于LASSO回歸和多因素Logistic回歸分析篩選的影響因素，采用“rms”程序包繪制肝硬化患者發(fā)生AKD列線圖(圖2)，其可對個體化患者發(fā)生AKD的風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測。臨床使用時，根據(jù)患者臨床資料首先可通過標(biāo)尺獲得各獨(dú)立影響因素所對應(yīng)的單項分值，然后將其相加獲得總分值，最后在總分值數(shù)軸上，向下投射所對應(yīng)的預(yù)測概率即為該肝硬化患者發(fā)生AKD的風(fēng)險。

圖2 肝硬化患者發(fā)生AKD的列線圖預(yù)測模型Fig.2 Nomogram prediction model for the occurrence of AKD in patinets with liver cirrhoticAKD：同表1

2.4 預(yù)測模型評價

2.4.1 區(qū)分度

訓(xùn)練集中，模型預(yù)測肝硬化患者發(fā)生AKD的ROC曲線AUC為0.895(95% CI：0.865～0.925)，最佳截斷值為0.17，靈敏度為88.6%，特異度為80.7%。驗(yàn)證集中，模型預(yù)測肝硬化患者發(fā)生AKD的ROC曲線AUC為0.869(95% CI：0.807～0.930)，最佳截斷值為0.23，靈敏度為78.8%，特異度為87.6%。在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集中AUC均>0.85，提示模型對AKD具有良好的區(qū)分度(圖3)。

圖3 模型預(yù)測肝硬化患者發(fā)生AKD的受試者工作特征曲線A.訓(xùn)練集；B.驗(yàn)證集Fig.3 Receiver operating characteristic curve predicted the development of AKD in patients with liver cirrhoticA.training set；B.validation setAKD：同表1

2.4.2 校準(zhǔn)度

不管在訓(xùn)練集或是驗(yàn)證集，H-L檢驗(yàn)示均顯示模型的擬合度良好，P值分別為0.727、0.357。AKD預(yù)測值分布曲線與校準(zhǔn)曲線貼合良好，即模型預(yù)測的AKD發(fā)生概率與實(shí)際情況較一致，提示預(yù)測模型具有較高的擬合度和一致性(圖4)。

圖4 預(yù)測模型在訓(xùn)練和驗(yàn)證人群中的校準(zhǔn)曲線A.訓(xùn)練集；B.驗(yàn)證集Fig.4 Calibration curves of the prediction model in the training and validation setA.training set；B.validation setAKD：同表1

2.4.3 臨床實(shí)用性

臨床決策曲線顯示，在兩組數(shù)據(jù)集中，當(dāng)閾值概率處于0.2%～62%范圍內(nèi)時，選擇該模型預(yù)測AKD發(fā)生風(fēng)險可使肝硬化患者臨床獲益，提示預(yù)測模型具有較好的臨床實(shí)用性(圖5)。

圖5 預(yù)測模型的臨床決策曲線A.訓(xùn)練集；B.驗(yàn)證集Fig.5 Clinical decision curves for predictive modelA.training set；B.validation setAKD：同表1

3 討論

本研究基于796例肝硬化患者的臨床資料，采用于LASSO回歸和多因素Logistic回歸法建立了肝硬化患者發(fā)生AKD的預(yù)測模型，并對模型的性能進(jìn)行了評價，結(jié)果顯示性別、糖尿病史、肝性腦病、消化道出血、腹水、Hb、ALB、TT為肝硬化患者發(fā)生AKD的獨(dú)立影響因素，基于此影響因素建立的模型在訓(xùn)練集、驗(yàn)證集中預(yù)測肝硬化相關(guān)AKD的AUC分別為0.895、0.869，且具有較好的校準(zhǔn)度及臨床實(shí)用性，提示該模型在肝硬化患者發(fā)生AKD的風(fēng)險預(yù)測方面性能較高，具有良好的應(yīng)用前景。

肝硬化患者在病情進(jìn)展過程中易出現(xiàn)腎功能損傷。文獻(xiàn)報道[16-19]，腎功能受損是肝硬化患者的嚴(yán)重并發(fā)癥之一，發(fā)病率可高達(dá)20%～80%，而AKD是腎功能損傷的一種類型，為非急性AKI中不符合CKD的腎功能損傷狀態(tài)，其可由AKI進(jìn)展而來也可獨(dú)立發(fā)生，并對患者臨床預(yù)后造成不利影響。數(shù)據(jù)顯示，相較于非AKD患者，AKD患者合并CKD與終末期腎病的風(fēng)險約增高5倍，死亡風(fēng)險增高3.5倍[20]，故加強(qiáng)AKD的預(yù)防與識別具有重要意義。既往文獻(xiàn)顯示，肝硬化患者合并AKD的比例分布于14%～32%[9，21-22]。本研究結(jié)果顯示，796例肝硬化患者中發(fā)生AKD者103例(13%)，其發(fā)病率略低于文獻(xiàn)報道，可能與入組人群或地域差異相關(guān)。

分析AKD發(fā)生的影響因素，并建立適宜的預(yù)測模型是提升臨床對肝硬化相關(guān)AKD高危人群篩查與管理水平的重要輔助手段。本研究結(jié)果顯示，糖尿病史、肝性腦病、消化道出血、腹水是肝硬化患者發(fā)生AKD的獨(dú)立危險因素。糖尿病患者體內(nèi)血糖升高可導(dǎo)致血管病變，而腎臟為其主要靶器官之一[23]。此外，糖基化蛋白亦可對腎臟產(chǎn)生不利影響，表現(xiàn)為腎小球?yàn)V過率降低，腎小球基底膜損傷，嚴(yán)重時可并發(fā)糖尿病腎病，增加AKD發(fā)生風(fēng)險[24-25]。肝性腦病是肝硬化患者常見并發(fā)癥之一，其與腎功能損傷呈現(xiàn)相互影響、互相促進(jìn)的關(guān)系。一方面，肝性腦病可損傷中樞神經(jīng)細(xì)胞，影響大腦調(diào)節(jié)功能[26]，并誘發(fā)神經(jīng)功能異常，引起酸堿失衡、水和電解質(zhì)紊亂，直接影響腎小球?yàn)V過功能，導(dǎo)致腎功能損傷；另一方面，腎功能損傷可引起尿液中氨類物質(zhì)排泄減少并通過血腦屏障進(jìn)入腦脊液，加重肝性腦病[27-28]。上消化道出血時由于液體丟失過量可導(dǎo)致機(jī)體有效循環(huán)血容量快速減少，而合并腹水者由于液體重新分布亦可導(dǎo)致有效循環(huán)血容量減少，故消化道出血、腹水均可引起血容量降低，進(jìn)而活化腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，引起血流重分配和腎臟缺血；此外，二者均可增加感染的風(fēng)險，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致腎損傷[12]。

本研究結(jié)果顯示，男性、Hb、ALB、TT為肝硬化相關(guān)AKD的保護(hù)因素。受體表面積的影響，多數(shù)女性的腎小球數(shù)量少于男性，故當(dāng)發(fā)生腎血管收縮、腎缺血灌注性損傷時，女性患者早期腎小球?yàn)V過率下降更為明顯，AKD發(fā)生風(fēng)險隨之升高，但部分研究認(rèn)為男性是AKD的重要促進(jìn)因素[29]。低Hb濃度誘發(fā)AKD的詳細(xì)原因尚不清楚，可能是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果[30-31]：(1)Hb不足可降低血液攜氧能力，以致腎髓質(zhì)缺氧，在腎損傷的發(fā)生中起重要促進(jìn)作用；(2)貧血患者可能存在亞臨床腎臟疾病，提升了腎小管耗氧量并加劇其氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而增加腎損傷的易感性。ALB是評估機(jī)體營養(yǎng)狀況的重要參數(shù)，肝硬化患者由于腸黏膜損傷導(dǎo)致營養(yǎng)攝入不足，而營養(yǎng)不良將增加感染風(fēng)險，過量的內(nèi)毒素和炎癥因子進(jìn)入體循環(huán)可使腎小管周圍毛細(xì)血管壁纖維蛋白沉著[32]，繼而引起腎臟損傷。此外，隨著肝臟功能衰竭持續(xù)性進(jìn)展，ALB逐漸減少可引起循環(huán)系統(tǒng)膠體滲透壓降低，大量液體進(jìn)入細(xì)胞間隙，有效循環(huán)血容量減少，亦可激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)和交感神經(jīng)，引起腎血管收縮、腎缺血灌注性損傷。TT變化與AKD相關(guān)性的機(jī)制尚未明確，TT縮短多發(fā)生于高纖維蛋白血癥或血標(biāo)本pH呈酸性時，此時血液呈高凝狀態(tài)或機(jī)體酸中毒，腎小球灌注及代謝異常，可能誘發(fā)AKD。

目前肝硬化患者發(fā)生AKD預(yù)測模型的相關(guān)研究較為匱乏。基于篩選的影響因素，本研究建立了肝硬化患者發(fā)生AKD的預(yù)測模型，并從區(qū)分度、校準(zhǔn)度和臨床實(shí)用性方面對模型的性能進(jìn)行了評價。結(jié)果顯示，模型在驗(yàn)證集中預(yù)測肝硬化AKD的AUC為0.895，靈敏度為88.6%，特異度為80.7%；而在驗(yàn)證集中AUC、靈敏度、特異度分別為0.869、78.8%、87.6%，提示模型對于AKD具有良好的區(qū)分度。校準(zhǔn)曲線顯示模型的擬合度、一致性均良好；而臨床決策曲線顯示，當(dāng)閾值概率處于0.2%～62%范圍時，通過模型預(yù)測AKD可使肝硬化患者獲益，提示預(yù)測模型具有良好的臨床實(shí)用性，故整體而言，本研究建立的模型對于肝硬化AKD的預(yù)測具有較高的性能和準(zhǔn)確性，有利于肝硬化相關(guān)AKD的早期識別和診斷。

本研究局限性：(1)為單中心回顧性研究，可能存在一定程度的信息偏倚；(2)受回顧性研究固有屬性的影響，納入的觀察指標(biāo)受限，可能存在其他影響AKD發(fā)生風(fēng)險的因素未納入分析。

綜上，作為肝硬化病情進(jìn)展的常見并發(fā)癥，AKD可對患者預(yù)后產(chǎn)生不利影響，加強(qiáng)AKD的預(yù)防與早期識別具有重要意義。本文采用LASSO回歸和Logistic回歸方法篩選的8個影響因素成功建立了肝硬化AKD的預(yù)測模型，經(jīng)驗(yàn)證性能良好，有望應(yīng)用于肝硬化AKD的早期篩查，以期做到早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療。

作者貢獻(xiàn)：歐陽晶負(fù)責(zé)研究構(gòu)思、資料收集及論文撰寫；常虹、楊夢嬌、張夢負(fù)責(zé)文獻(xiàn)檢索、研究設(shè)計；田夢負(fù)責(zé)資料整理；鄭亞、王玉平負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析；陳兆峰負(fù)責(zé)論文寫作指導(dǎo)及修訂。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突