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冠心病患者经皮冠状动脉介入治疗术后院内心力衰竭风险预测模型的建立与验证
曹教育, 张理想, 周晓娟, 姚勋霞, 马礼坤     
230036 合肥,中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)心血管内科
[摘要] 目的 分析影响冠心病患者经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)术后院内心力衰竭发生的风险因素,依此构建个性化的冠心病术后心力衰竭风险预测模型。方法 回顾性分析2017年1月至2018年12月在本科住院且接受PCI的640例冠心病患者的临床资料,依据术后院内心力衰竭发生情况将研究对象分为心力衰竭组(44例)和非心力衰竭组(596例)。采用Logistic多因素回归分析筛选心力衰竭发生的独立预测因素,应用R软件绘制心力衰竭发生风险的列线图预测模型。采用一致性指数(C-index)、ROC曲线下面积和校准曲线评价列线图模型的预测效率。结果 多因素分析显示:左心室射血分数(LVEF)、年龄、对比剂用量、合并脑梗死、NYHA心功能分级是冠心病患者PCI术后院内心力衰竭发生的独立预测因素(P < 0.05);列线图预测心力衰竭发生风险的C-index为0.796(95%CI:0.723~0.869),内部验证后的ROC曲线下面积为0.797(95%CI:0.726~0.861),Hosmer-Lemeshow拟合优度检验及校准曲线提示列线图具有较好的预测一致性(χ2=12.360,P=0.135)。结论 构建了预测心力衰竭发生风险的列线图模型,可协助心内科医务人员筛选出术后心力衰竭高发生风险的人群,实施针对性的干预措施。
[关键词] 冠心病    心力衰竭    风险预测    列线图    
Risk prediction model of in-hospital heart failure in patients with coronary heart disease after percutaneous coronary intervention: development and validation
CAO Jiaoyu, ZHANG Lixiang, ZHOU Xiaojuan, YAO Xunxia, MA Likun     
Department of Cardiology, First Affiliated Hospital of University of Science and Technology of China (Anhui Provincial Hospital), Hefei, Anhui Province, 230036, China
[Abstract] Objective To analyze the risk factors for heart failure in hospitalized patients with coronary heart disease (CHD) after percutaneous coronary intervention (PCI) and establish a personalized risk prediction model for heart failure after PCI. Methods The clinical data of 640 patients with CHD who were hospitalized and underwent PCI in our department from January 2017 to December 2018 were collected and retrospectively analyzed. The subjects were divided into heart failure group (n=44) and non-heart failure group (n=596) according to the occurrence of postoperative heart failure. Logistic multivariate regression analysis and R software were used respectively to screen the independent predictors and plot the nomogram prediction model of heart failure risk. Then, consistency index (C-index), area under the receiver operating characteristic (ROC) curve and calibration curve were subsequently adopted to evaluate the prediction efficiency of the model. Results Multivariate analysis showed that left ventricular ejection fraction (LVEF), age, contrast agent dosage, concomitant cerebral infarction, and grade of New York Heart Association (NYHA) functional classification were independent predictors of heart failure after PCI (P < 0.05). The C-index of the nomogram for predicting heart failure risk was 0.796 (95%CI: 0.723~0.869), and the area under the ROC curve was 0.797 after internal validation (95%CI: 0.726~0.861). Hosmer-Lemeshow test and calibration curves indicated that the nomogram had good prediction consistency (Chi-square=12.360, P=0.135). Conclusion The nomogram model for predicting heart failure risk is successfully constructed, which can assist the medical staff to screen out the population with high risk of heart failure after PCI, and then to implement targeted intervention measures.
[Key words] coronary heart disease    heart failure    risk prediction    nomogram    

心力衰竭(heart failure,HF)是心脏功能和结构异常引起的心室射血能力受损而导致的一系列临床综合征[1]。国内外多项随访研究表明[2-4]:HF为冠心病(coronary heart disease, CHD)患者经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)术后最常见的心血管不良事件之一,以症状性心力衰竭较为多见,发生率高达30%,可导致患者病死率增高,是患者术后5年生存率不足50%的主要原因。早期识别并整合CHD患者术后HF发生的风险因素,筛选出HF高发生风险患者,有助于临床医务人员制定针对性的预防策略,改善此类人群的不良预后。但国内鲜见CHD患者PCI术后院内HF风险预测模型的报道。本研究基于CHD患者PCI术后院内HF发生的独立风险因素,构建预测术后其发生的风险预测模型,旨在为CHD术后患者的HF风险进行个体化预测。

1 资料与方法 1.1 研究对象

通过医院信息系统(hospital information system,HIS)回顾性收集并分析2017年1月至2018年12月在本科因冠心病住院并行PCI治疗且符合纳入标准的640例患者的临床资料。纳入标准:①符合美国心脏病学会/协会(American heart association/American College of Cardiology)颁布的冠心病诊治指南中的诊断标准[5];②符合PCI治疗指征、首次住院进行PCI治疗的患者;③所有患者术前签订书面知情同意书。排除标准:①术前明确存在由急性心肌炎、扩张型心肌病、风湿性心脏病等为诱因引起的急性或慢性HF病史;③经术前检査存在血液系统疾病、自身免疫性疾病、严重感染、恶性肿瘤、心肝肾功能不全、慢性阻塞性肺疾病等;④临床资料不全,存在缺失值且无法经HIS系统核对到的患者数据;⑤既往有陈旧性心肌梗死、PCI治疗史。本研究经本院医学伦理委员会审批通过(2021-RE-026)。

1.2 资料收集

回顾性收集患者疾病相关资料、人口学资料及实验室检查、超声心动图检查、PCI资料。具体包括:性别、年龄、婚姻状况、家庭月收入、文化程度、医疗费用支付方式、是否吸烟、是否饮酒、体质量指数(BMI)、NYHA心功能分级、术前血压、术前空腹血糖、PCI术中并发症发生情况(再灌注性心律失常、血管迷走反应、冠脉痉挛、慢复流或无复流、出血并发症)、术中对比剂剂量、合并症情况(高血压、糖尿病、脑梗死)、肌钙蛋白、D-D二聚体、C反应蛋白(CRP)、氨基末端脑钠肽前体(NT-proBNP)、置入支架数、病变支数、术后左室射血分数(LVEF)及左心室舒张末期内径(LVEDd)。统计所有研究对象术后HF的发生情况,参照《中国心力衰竭诊断和治疗指南2018》[6]中HF的诊断标准,即根据术后LVEF分为射血分数降低的心力衰竭(HFrEF)、射血分数中间值的心力衰竭(HFmrEF)和射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)。其中HFrEF的诊断依据为具有心力衰竭的症状和/或体征且LVEF < 40%;HFmrEF的诊断依据为具有心力衰竭的症状和/或体征,LVEF为40%~49%,NT-proBNP> 125 ng/L,同时符合以下至少1条:①左心肥厚和/或左心房扩大;②心脏舒张功能异常。HFpEF的诊断依据除LVEF≥50%外,其余与HFmrEF一致。依据患者术后HF总体发生情况将研究对象分为HF组和非HF组。

1.3 统计学分析

采用SPSS 23.0软件和R软件(R 3.6.1)分析数据。正态分布计量资料以x±s表示,偏态分布计量资料以M(P25P75)表示,组间比较分别采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验;分类变量以例数、百分比及率表示,组间比较采用Pearson卡方检验或Fisher精确概率法。应用Logistic回归模型进行多因素分析,采用逐步向前法确定筛选的独立影响因素。基于多因素回归分析结果, 通过R软件(R 3.6.1)中的“rms”程序包[7]构建预测HF发生风险的列线图模型,列线图解读方法为:由列线图中各风险预测因素所在坐标轴向上做一垂线,得到顶部“分数”轴上一个对应的分值,将列线图中预测因素的各自分值相加得到总分,在“总分”轴中找到对应总分并向下做一垂线,得到“CHD患者发生HF的风险”坐标轴上的对应值即为PCI术后院内HF发生风险。为防止列线图模型的过度拟合,按照TRIPOD预测模型声明[8]中的内部验证方式采用Bootstrap自抽样1 000次对列线图模型进行内部验证,并通过C指数(C-index)和内部验证后的ROC曲线下面积(area under roc curve,AUC)检验模型的判别能力,采用Hosmer-Lemeshow拟合优度检验和校准曲线评价列线图模型的校准度和预测一致性。

2 结果 2.1 CHD患者PCI术后院内HF发生风险的单因素分析

640例CHD患者中,PCI术后院内HF的发生率为6.88%(44/640)。其中男性458例(71.56%),女性182例(28.44%)。年龄为(64.09±11.45)岁。PCI术中并发症发生情况:再灌注性心律失常12例,慢复流或无复流9例,血管迷走反应7例,冠脉痉挛5例,出血并发症3例,总计36例患者发生术中并发症。单因素分析结果表明:HF组与非HF组患者的年龄、术前舒张压、对比剂剂量、NYHA心功能分级、PCI术中并发症发生情况、肌钙蛋白、D-D二聚体、CRP、NT-proBNP、LVEF、LVEDd、合并高血压情况、合并糖尿病情况及合并脑梗死情况这14个变量的分布差异具有统计学意义(均P < 0.05),见表 1

表 1 640例CHD患者PCI术后HF发生风险的单因素分析[M(P25, P75), x±s, 例(%)]
变量 总计(n=640) 非HF组(n=596) HF组(n=44) χ2/t/Z P
性别 2.415a 0.120
  男性 458 (71.56) 431 (72.32) 27 (61.36)
  女性 182 (28.44) 165 (27.68) 17 (38.64)
年龄/岁 64.09±11.45 63.74±11.37 68.89±11.51 -2.897b 0.004
术中对比剂剂量/mL 123.48±16.77 122.68±16.49 134.20±17.07 -4.460b < 0.001
术前收缩压/mmHg 128.38±19.98 128.77±20.14 123.11±16.99 1.815b 0.070
术前舒张压/mmHg 79.18±12.15 79.48±12.11 74.98±11.99 2.384b 0.017
术前空腹血糖/mmol·L-1 6.92(5.68, 9.03) 6.90(5.65, 8.90) 7.25 (5.98, 9.69) -1.703c 0.089
PCI术中并发症 9.413 0.002
  否 604(94.38) 567(95.13) 37(84.09)
  是 36(5.62) 29(4.87) 7(15.91)
婚姻情况 - 0.727d
  已婚 622 (97.19) 579 (97.15) 43 (97.73)
  离异 2 (0.31) 2 (0.34) 0
  丧偶 12 (1.88) 11 (1.85) 1 (2.27)
  未婚 4 (0.62) 4 (0.67) 0
  文化程度 0.003a 0.960
  初中及以下 424 (66.25) 395 (66.28) 29 (65.91)
  高中及以上 216 (33.75) 201 (33.72) 15 (34.09)
置入支架数/个 2 (1, 3) 2 (1, 3) 2 (1, 3) 1.243c 0.214
家庭月收入/元
  < 3 000 310 (48.44) 292 (48.99) 18 (40.91) 1.102a 0.577
  3 000~5 000 295 (46.09) 272 (45.64) 23 (52.27)
  >5 000 35 (5.47) 32 (5.37) 3 (6.82)
医疗支付方式 3.174a 0.366
  自费 54 (8.44) 52 (8.72) 2 (4.55)
  职工医保 242 (37.81) 221 (37.08) 21 (47.73)
  居民/新农合 314 (49.06) 296 (49.66) 18 (40.91)
  省医保 30 (4.69) 27 (4.53) 3 (6.82)
肌钙蛋白/ng·mL-1 0.64 (0.01, 10.73) 0.59 (0.01, 10.73) 3.11 (0.06, 11.05) -2.297c 0.022
D-D二聚体/ng·mL-1 0.58(0.29, 1.86) 14.85 (5.00, 24.08) 24.08 (5.00, 37.90) -3.792c < 0.001
CRP/mg·L-1 16.15 (5.00, 24.08) 14.85 (5.00, 24.08) 24.08 (5.00, 37.35) -1.973c 0.049
NT-proBNP/pg·mL-1 1 113.5 (209.5, 1782.5) 992.5 (167, 1 756) 1 756 (1146.25, 3 218.75) -4.215c < 0.001
LVEF(%) 64(51.0,67.0) 64 (53.0, 67.0) 50 (42.5, 67.0) 3.420c < 0.001
LVEDd/mm 55 (52.00, 57.00) 55 (52.00, 57.00) 55.5 (55.00, 60.75) -3.123c 0.002
NYHA心功能分级 28.806 < 0.001
  Ⅰ级 558(87.19) 531(89.09) 27(61.36)
  Ⅱ级 57(8.91) 46(7.72) 11(25.00)
  Ⅲ级 25(3.91) 19(3.19) 6(13.64)
合并高血压 5.492a 0.019
  否 220 (34.38) 212 (35.57) 8 (18.18)
  是 420 (65.62) 384 (64.43) 36 (81.82)
合并糖尿病 5.428a 0.020
  否 461 (72.03) 436 (73.15) 25 (56.82)
  是 179 (27.97) 160 (26.85) 19 (43.18)
合并脑梗死 10.491a 0.001
  否 513 (80.16) 486 (81.54) 27 (61.36)
  是 127 (19.84) 110 (18.46) 17 (38.64)
冠脉病变支数 0.368a 0.832
  1 211 (32.97) 198 (33.22) 13 (29.55)
  2 220 (34.38) 205 (34.4) 15 (34.09)
  3 209 (32.66) 193 (32.38) 16 (36.36)
BMI/kg·m-2 5.326a 0.070
  < 18.5 19 (2.97) 16 (2.68) 3 (6.82)
  18.5~23.9 239 (37.34) 218 (36.58) 21 (47.73)
  >23.9 382 (59.69) 362 (60.74) 20 (45.45)
吸烟 0.887a 0.346
  否 424 (66.25) 392 (65.77) 32 (72.73)
  是 216 (33.75) 204 (34.23) 12 (27.27)
饮酒 3.283a 0.070
  否 497 (77.66) 458 (76.85) 39 (88.64)
  是 143 (22.34) 138 (23.15) 5 (11.36)
a:Pearson卡方检验; b:独立样本t检验; c:Mann-Whitney U检验; d: Fisher精确概法

2.2 CHD患者PCI术后院内HF发生风险的多因素Logistic分析

将HF发生情况作为因变量(赋值:发生=1,未发生=0),依据单因素分析结果,将上述差异有统计学意义的14个变量纳入Logistic回归模型中进行多因素回归分析。变量赋值为:年龄、对比剂用量、术前的舒张压、肌钙蛋白、D-D二聚体、CRP、NT-proBNP、LVEF、LVEDd这9个连续性变量原值录入;NYHA心功能分级Ⅰ级=1,Ⅱ级=2,Ⅲ级=3;合并高血压、糖尿病、脑梗死及PCI术中并发症的发生情况这4个二分类变量赋值为,是=1,否=0。变量筛选方式采用逐步向前法(纳入标准:α=0.05)。结果表明:年龄、合并脑梗死、NYHA心功能分级及术中对比剂用量是CHD患者PCI术后院内HF发生的独立危险因素(P均 < 0.05),LVEF是CHD患者术后院内HF发生的独立保护因素(P < 0.05),见表 2

表 2 CHD术后院内HF发生风险的多因素Logistic回归分析
变量 B SE Wald χ2 P OR 95%CI
常量 -11.147 2.150 26.880 < 0.001 - -
年龄 0.041 0.018 5.054 0.025 1.042 1.005-1.080
LVEF 0.044 0.013 11.715 0.001 0.957 0.933-0.981
合并脑梗死 0.776 0.369 4.438 0.035 2.174 1.056-4.476
NYHA心功能分级 1.249 0.256 23.807 < 0.001 3.487 2.111-5.760
术中对比剂用量 0.050 0.011 20.738 < 0.001 1.051 1.029-1.074

2.3 HF发生风险列线图预测模型的建立

将多因素Logistic回归模型中具有统计学意义的5个风险因素纳入可视化列线图预测模型的建立,包括年龄、合并脑梗死、NYHA心功能分级、术中对比剂用量及LVEF,见图 1。用R软件成功构建可视化列线图预测模型, 赋予每个临床指标不同的评分,根据总分可预测CHD患者PCI术后院内HF发生风险。

图 1 预测CHD患者PCI术后院内HF发生风险的列线图模型

2.4 列线图HF模型的评价及内部验证

列线图预测PCI术后院内HF发生风险的C-index为0.796(95%CI:0.723~0.869),内部验证后的AUC值为0.797(95%CI:0.726~0.861),提示该列线图的区分度及判别能力较高,见图 2。校准曲线显示列线图预测HF发生风险与现况值之间具有较好的一致性(图 3)。Hosmer-Lemeshow拟合优度检验提示列线图模型的预测值与现况值之间的预测偏差不具有统计学意义(χ2=12.360,P=0.135)。

图 2 列线图模型内部验证后的ROC曲线

图 3 列线图模型的校准曲线

3 讨论

PCI是目前治疗冠心病较有效的手段之一,近年来,接受PCI治疗的冠心病患者数量增加,使得术后心血管不良事件的发生率随之增高,其中HF的发生率可达16%~30%,严重干扰了患者术后的生存质量,导致患者病情恶化和死亡[3, 9]。针对CHD患者PCI术后HF发生的风险因素展开分析以遏制高HF发生率成为当务之急。多项针对CHD患者术后HF风险评估的研究指出:合并严重心律失常、血肌酐、高龄、多支病变等因素与HF发生、发展密切相关[10-11]。提示基于单一因素的HF风险评估是不全面的,可能存在一定的偏倚性。准确判别HF风险需整合患者多个方面的风险因素,包括临床资料、实验室检查结果、放射学变量和管理策略等。在本研究中,约6.88%的CHD患者在PCI术后出现院内HF事件。为此,本研究基于PCI术后HF发生的多种独立预测因素,构建了预测CHD患者术后HF发生风险的列线图预测模型,以便于精准识别术后高HF发生风险患者,及时为患者提供有针对性的干预措施及健康指导。

本研究筛选出的年龄、LVEF、合并脑梗死、NYHA心功能分级、对比剂用量这5个PCI术后患者HF发生的独立影响因素已在其他研究中证实与HF的发生、发展存在密切的关系。分析原因为:随着年龄的增加,患者心功能明显降低,心力衰竭发生风险增加,病情更严重、预后更差,且由此引发的2年全因死亡率、心力衰竭再入院率及复合终点事件发生率及风险更高[12]。LVEF作为HF发生及分型的辅助诊断指标,与冠心病患者术后1年死亡风险[13]及出院后2年内不良预后事件[14]的发生风险密切相关。脑梗死与心力衰竭发生的关系主要体现在红细胞分布宽度(RDW)方面,红细胞分布宽度是反映血液循环中外周血细胞的重要指标,与心力衰竭发生关系密切。合并有脑梗死尤其是急性期患者的RDW水平增多,发生急性左心力衰竭的风险明显增高[15]。NYHA分级不仅可以反映冠心病患者心功能状态,还可用于反映冠状动脉病变的严重程度和复杂度,能够为心力衰竭的诊断、治疗及预后转归提供依据[16]。刘红涛等[17]开展的一项针对104例急性冠脉综合征患者PCI术后心力衰竭高危因素分析的研究发现:心力衰竭组较对照组对比剂用量明显增多,心肌梗死比率明显增加,这与本研究的结果一致。

列线图(nomogram)是—种基于多个临床指标、建立在多因素回归分析的基础上、用于预测一定的临床结局或不良事件发生率的带有分数高低线段的图形,在量化风险方面更简洁、更精确[18-19]。国内已有研究证实列线图在预测冠脉综合征患者住院期间新发房颤风险[20]、急性心力衰竭患者并发急性肾损伤风险[21]、急性ST段抬高型心肌梗死患者发生自发再灌注风险[22]、冠心病合并心房颤动患者PCI术后出血风险[23]等方面具有良好的应用效果。但是关于CHD患者PCI术后HF发生风险列线图构建方面的研究报道较少。本研究通过多因素Logistic回归筛选出了5个PCI患者术后HF发生风险的独立预测因素,并依此构建了个性化的HF发生风险列线图模型,该模型的C-index为0.796(95%CI:0.723~0.869),内部验证后的AUC值为0.797(95%CI:0.726~0.861),提示该列线图的区分度及判别能力较高。校准曲线及Hosmer-Lemeshow拟合优度检验表明:列线图预测HF发生风险与现况值之间具有较好的一致性且两者之间的预测偏差不具有统计学意义(χ2=12.360,P=0.135),提示列线图模型具有较好的预测一致性。同时构建列线图模型所需的预测因素均来自于患者住院期间的临床资料,指标简便易得,在获取HF风险值方面无需复杂的计算转换,极大地提高了预测模型的临床实用性。

本研究局限性:①本研究为单中心回顾性研究,样本来源、样本总量均有限,同时本研究排除了临床病历资料不全、存在较为严重的缺失的病例数据,这可能导致分析结果存在一定的偏倚性,开展多中心大样本的前瞻性研究对于提高模型预测的准确性和临床的适用性仍是十分必要;②本研究仅对构建的列线图模型进行了内部验证,这使得模型的外推性仍处于未知状态,故仍需开展其它临床研究中心的外部验证对列线图的预测效果进行验证;③本次研究纳入的研究指标与预测模型中的预测指标均有限,这使列线图模型的预测效能仍有进一步提高的可能,进一步纳入更多预测性强的风险评估指标对于改善模型预测效果具有重要的现实意义。

本研究基于上述探讨,整合年龄、LVEF、合并脑梗死、对比剂用量、NYHA心功能分级等5项风险预测因素构建的列线图模型在预测CHD患者PCI术后HF发生风险方面有较高的预测准确性,且列线图预测较为直观与个体化,具有较强的临床应用价值。

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经国家新闻出版署批准,《第三军医大学学报》于2022年第1期更名为《陆军军医大学学报》。国内统一刊号CN50-1223/R,ISSN 2097-0927。主管单位为陆军军医大学,主办单位为陆军军医大学教研保障中心。

文章信息

曹教育, 张理想, 周晓娟, 姚勋霞, 马礼坤
CAO Jiaoyu, ZHANG Lixiang, ZHOU Xiaojuan, YAO Xunxia, MA Likun
冠心病患者经皮冠状动脉介入治疗术后院内心力衰竭风险预测模型的建立与验证
Risk prediction model of in-hospital heart failure in patients with coronary heart disease after percutaneous coronary intervention: development and validation
陆军军医大学学报, 2022, 44(12): 1272-1279
Journal of Army Medical University, 2022, 44(12): 1272-1279
http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202110047

文章历史

收稿: 2021-10-12
修回: 2022-01-11

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