脓毒症合并低心功能指数患者PiCCO参数的聚类分析

doi:10.3877/cma.j.issn.2096-1537.2024.01.004

目的

通过对脓毒症合并低心功能指数（CI）患者脉搏指示连续心输出量（PiCCO）参数聚类分析，确认不同表型，筛选出预后最差表型，从而识别危重型患者。

方法

在美国监护室医学信息数据集（MIMIC-Ⅳ 2.0）（2008年至2019年）中筛选脓毒症合并低CI且有PiCCO记录的成人患者78例，根据PiCCO参数[CI、全心舒张末期容积指数（GEDI）、全身血管阻力指数（SVRI）、血管外肺水指数（ELWI）]进行K-mean聚类成不同表型，比较各表型间年龄、性别、体重指数（BMI）、序贯器官衰竭评分（SOFA）、既往疾病史；CI、GEDI、SVRI、ELWI、心率（HR）、平均动脉压（MAP）、主要临床结局（住院病死率）、次要临床结局[急性肾损伤（AKI）3级发生率、住院时长、ICU住院时长]的差异，并建立单因素及多因素logistic回归模型。

结果

共确认4种不同表型，表型1：高血容量，高血管阻力，极高血管外肺水；表型2：正常血容量，正常血管阻力，正常血管外肺水；表型3：正常血容量，高血管阻力，高血管外肺水；表型4：高血容量，正常血管阻力，极高血管外肺水。通过分析发现，表型1的预后最差，住院病死率最高（66.7%），表型1、表型2、表型3、表型4间住院病死率比较，差异有统计学意义（χ²=7.8，P=0.045）。多因素logistic回归分析显示，与表型1相比，表型2、表型3、表型4的OR值及95%CI分别为0.095（0.017~0.540）、0.087（0.013~0.580）及0.067（0.006~0.719），差异亦有统计学意义（P<0.05）。

结论

基于PiCCO参数聚类分析能确认脓毒症合并低CI患者的血流动力学状态不同表型，并能根据表型识别危重型患者，预测预后。

关键词: 脓毒症, 低心功能指数, 脉搏指示连续心输出量, 聚类分析, 表型, 住院病死率

Objective

To identify different phenotypes and screen the prognostic phenotypes by cluster analysis of pulse-indicated continuous cardiac output monitoring technique (PiCCO) parameters in septic patients combined with low cardiac function.

Methods

Seventy-eight septic patients with low cardiac function index and PiCCO recordings were screened in the US Intensive Care Database (MIMIC Ⅳ 2.0) (2008-2019). Based on the PiCCO parameters (Cardiac Function Index CI, Whole Heart End-Diastolic Volume Index GEDI, Systemic Vascular Resistance Index SVRI, Extravascular Lung Water Index (ELWI) K-mean clustering characterized patients into different phenotypes. The inter-phenotypic parameters were compared in different phenotypes, such as CI, GEDI, SVRI, ELWI, heart rate (HR), mean arterial pressure (MAP), age, gender, body mass index (BMI), sequential organ failure score (SOFA), history of previous illness, in-hospital mortality for the primary clinical outcome, and incidence of acute kidney injury (AKI grade 3) for the secondary clinical outcome, difference in the length of hospital and ICU stay. Univariate and multivariate logistic regression models were established.

Results

Four different phenotypes were identified in this study. Phenotype 1: hypervolemic, high vascular resistance, very high extravascular lung water. Phenotype 2: normal blood volume, normal vascular resistance, normal extravascular lung water. Phenotype 3: normal blood volume, high vascular resistance, high extravascular lung water. Phenotype 4: high blood volume, normal vascular resistance, very high extravascular lung water. Phenotype 1 had the worst prognosis and the highest in-hospital mortality rate (66.7%). The difference of in-hospital mortality among the four phenotypes was statistically significant different (χ²=7.8, P=0.045). Multifactorial logistic regression showed, compared to phenotype 1, phenotype 2, phenotype 3, and phenotype 4 had an OR and 95%CI of 0.095 (0.017-0.540), 0.087 (0.013-0.580) and 0.067 (0.006-0.719), with significant differences (P<0.05).

Conclusion

Cluster analysis based on PiCCO parameters confirmed different phenotypes of haemodynamic status in patients with sepsis combined with low cardiac function index and identified critically ill patients based on the phenotypes, thus predicting the prognosis of patients.

Key words: Sepsis, Low cardiac function index, Pulse index continuous cardiac output, Cluster analysis, Phenotype, In-hospital mortality

图1 脓毒症合并低CI患者筛选流程注：MIMIC-Ⅳ为美国监护室医学信息数据集；CI为心功能指数

表1 死亡组及生存组患者相关指标比较

相关指标	死亡组（27例）	存活组（51例）	统计值	P值
基线资料
年龄（岁，）	67±18	63±16	t=0.9	0.362
男性[例（%）]	33（42.3）	45（57.7）	χ²=0	>0.999
BMI（kg/m²，）	28±9	29±7	t=0.2	0.864
SOFA评分[分，M（Q₂₅，Q₇₅）]	5（3，8）	4（2，6）	Z=1.3	0.208
HR（次/min，）	100±4	96±3	t=1.2	0.219
MAP（mmHg，）	75±3	80±2	t=0.8	0.422
既往病史[例（%）]
心肌梗死	5（18.5）	4（8.0）	χ²=2.0	0.262
慢性肾功能不全	5（18.5）	7（14.0）	χ²=0.3	0.743
慢性阻塞性肺病	11（41.0）	14（28.0）	χ²=1.4	0.308
PiCCO参数（）
CI[L/（min·m²）]	2.4±0.5	2.6±0.5	t=1.8	0.073
ELWI（ml/kg）	17.0±8.3	12.9±6.3	t=2.2	0.030
GEDI（ml/m²）	837±23	755±213	t=1.6	0.115
SVRI（dyn·s·m²/cm⁵）	2128±721	2119±797	t=0.1	0.883

表1 死亡组及生存组患者相关指标比较

相关指标	死亡组（27例）	存活组（51例）	统计值	P值
基线资料
年龄（岁，）	67±18	63±16	t=0.9	0.362
男性[例（%）]	33（42.3）	45（57.7）	χ²=0	>0.999
BMI（kg/m²，）	28±9	29±7	t=0.2	0.864
SOFA评分[分，M（Q₂₅，Q₇₅）]	5（3，8）	4（2，6）	Z=1.3	0.208
HR（次/min，）	100±4	96±3	t=1.2	0.219
MAP（mmHg，）	75±3	80±2	t=0.8	0.422
既往病史[例（%）]
心肌梗死	5（18.5）	4（8.0）	χ²=2.0	0.262
慢性肾功能不全	5（18.5）	7（14.0）	χ²=0.3	0.743
慢性阻塞性肺病	11（41.0）	14（28.0）	χ²=1.4	0.308
PiCCO参数（）
CI[L/（min·m²）]	2.4±0.5	2.6±0.5	t=1.8	0.073
ELWI（ml/kg）	17.0±8.3	12.9±6.3	t=2.2	0.030
GEDI（ml/m²）	837±23	755±213	t=1.6	0.115
SVRI（dyn·s·m²/cm⁵）	2128±721	2119±797	t=0.1	0.883

表2 聚类分析下不同表型患者相关指标比较

相关指标	表型1（15例）	表型2（36例）	表型3（20例）	表型4（7例）	统计值	P值
基线资料
年龄（岁，）	76±14	59±17	67±16	65±8	F=4.1	0.090
男性[例（%）]	6（40.0）	15（41.7）	11（55.0）	1（14.3）	χ²=3.9	0.295
BMI（kg/m²，）	28±5	30±10	29±5	28±8	F=0.2	0.879
SOFA评分[分，M（Q₂₅，Q₇₅）]	4（2，6）	4（2，7）	5（3，7）	3（2，8）	Z=1.2	0.763
HR（次/min，）	94±21	97±22	98±16	102±19	F=0.2	0.879
MAP（mmHg，）	68±15	79±15^a	85±20^a	70±11	F=3.7	0.014
既往病史[例（%）]
心肌梗死	2（13.3）	4（11.1）	2（10.0）	1（14.3）	χ²=0.2	>0.999
慢性肾功能不全	1（6.7）	7（19.4）	2（10.0）	2（28.6）	χ²=2.7	0.394
慢性阻塞性肺病	6（40.0）	8（22.2）	7（35.0）	4（57.1）	χ²=4.1	0.236
PiCCO参数（）
CI[L/（min·m²）]	2.2±0.4	2.9±0.3^a	2.0±0.4^b	3.1±0.2^ac	F=32.0	<0.01
ELWI（ml/kg）	24.7±6.4	7.0±2.9^a	11.9±4.3^a	20.8±6.3^bc	F=40.9	<0.01
GEDI（ml/m²）	904±135	697±121^a	698±200^a	1207±210^b	F=26.0	<0.01
SVRI（dyn·s·m²/cm⁵）	2055±504	1728±43	3169±587^ab	1369±352^abc	F=44.7	<0.01
临床结局
住院死亡[例（%）]	10（66.7）	10（27.8）^a	5（25.0）^a	2（28.6）^a	χ²=7.8	0.045
AKI（3级）[例（%）]	9（60.0）	21（58.3）	12（60.0）	5（71.4）	χ²=4.5	0.932
住院时长[d，M（Q₂₅，Q₇₅）]	15.5（1.2，22.0）	21.6（13.7，31.4）	20.4（12.2，35.0）	19.2（12.2，31.7）	Z=5.7	0.129
ICU住院时长[d，M（Q₂₅，Q₇₅）]	3.1（1.3，14.2）	13.7（7.3，20.2）^a	12.5（7.4，24.4）^a	15.8（10.7，20.8）^a	Z=10.7	0.013

表2 聚类分析下不同表型患者相关指标比较

相关指标	表型1（15例）	表型2（36例）	表型3（20例）	表型4（7例）	统计值	P值
基线资料
年龄（岁，）	76±14	59±17	67±16	65±8	F=4.1	0.090
男性[例（%）]	6（40.0）	15（41.7）	11（55.0）	1（14.3）	χ²=3.9	0.295
BMI（kg/m²，）	28±5	30±10	29±5	28±8	F=0.2	0.879
SOFA评分[分，M（Q₂₅，Q₇₅）]	4（2，6）	4（2，7）	5（3，7）	3（2，8）	Z=1.2	0.763
HR（次/min，）	94±21	97±22	98±16	102±19	F=0.2	0.879
MAP（mmHg，）	68±15	79±15^a	85±20^a	70±11	F=3.7	0.014
既往病史[例（%）]
心肌梗死	2（13.3）	4（11.1）	2（10.0）	1（14.3）	χ²=0.2	>0.999
慢性肾功能不全	1（6.7）	7（19.4）	2（10.0）	2（28.6）	χ²=2.7	0.394
慢性阻塞性肺病	6（40.0）	8（22.2）	7（35.0）	4（57.1）	χ²=4.1	0.236
PiCCO参数（）
CI[L/（min·m²）]	2.2±0.4	2.9±0.3^a	2.0±0.4^b	3.1±0.2^ac	F=32.0	<0.01
ELWI（ml/kg）	24.7±6.4	7.0±2.9^a	11.9±4.3^a	20.8±6.3^bc	F=40.9	<0.01
GEDI（ml/m²）	904±135	697±121^a	698±200^a	1207±210^b	F=26.0	<0.01
SVRI（dyn·s·m²/cm⁵）	2055±504	1728±43	3169±587^ab	1369±352^abc	F=44.7	<0.01
临床结局
住院死亡[例（%）]	10（66.7）	10（27.8）^a	5（25.0）^a	2（28.6）^a	χ²=7.8	0.045
AKI（3级）[例（%）]	9（60.0）	21（58.3）	12（60.0）	5（71.4）	χ²=4.5	0.932
住院时长[d，M（Q₂₅，Q₇₅）]	15.5（1.2，22.0）	21.6（13.7，31.4）	20.4（12.2，35.0）	19.2（12.2，31.7）	Z=5.7	0.129
ICU住院时长[d，M（Q₂₅，Q₇₅）]	3.1（1.3，14.2）	13.7（7.3，20.2）^a	12.5（7.4，24.4）^a	15.8（10.7，20.8）^a	Z=10.7	0.013

表3 患者主要临床结局的logistic回归模型

表型	模型一			模型二
表型	OR值	95%CI	P值	OR值	95%CI	P值
表型1	1			1
表型2	0.192	0.053~0.704	0.013	0.095	0.017~0.540	0.008
表型3	0.167	0.038~0.729	0.017	0.087	0.013~0.580	0.012
表型4	0.200	0.028~1.420	0.108	0.067	0.006~0.719	0.026

表3 患者主要临床结局的logistic回归模型

表型	模型一			模型二
表型	OR值	95%CI	P值	OR值	95%CI	P值
表型1	1			1
表型2	0.192	0.053~0.704	0.013	0.095	0.017~0.540	0.008
表型3	0.167	0.038~0.729	0.017	0.087	0.013~0.580	0.012
表型4	0.200	0.028~1.420	0.108	0.067	0.006~0.719	0.026

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