颈脊髓损伤后气管切开危险因素和预测模型的研究进展

孙大卫 张正丰

颈脊髓损伤常导致患者出现节段性感觉或运动障碍，严重者可引起高位截瘫，甚至面临生命危险[1-2]。高位的颈段脊髓损伤常引起膈肌、肋间肌瘫痪，颈下段脊髓损伤也可因为创伤引起的出血或水肿，使脊髓损伤上升1～2个节段，导致呼吸肌瘫痪[3-6]。此外，颈脊髓损伤导致的四肢瘫痪使部分患者可能长期卧床，增加患者发生肺不张、肺炎等呼吸系统并发症的风险[3,6]。基于以上原因，颈脊髓损伤伴严重呼吸系统并发症的患者常需施行气管切开术，但对于执行气管切开的时机仍存在争议[1,7-9]。近年，学者们以探讨颈脊髓损伤患者气管切开的危险因素为突破口，通过建立预测模型提高气管切开决策的准确性[1,5,8-11]。我们对该领域相关文献进行回顾分析，对颈脊髓损伤患者气管切开危险因素和预测模型的研究进展进行综述。

1 颈脊髓损伤患者气管切开的危险因素

1.1 年龄

随着年龄增加，人体呼吸系统的生理学和形态学均发生改变，对呼吸系统并发症的耐受性明显降低。与年轻群体相比，老年群体中颈脊髓损伤患者的远期生存率降低[12]。研究发现，患者年龄与行气管切开呈正相关，年龄越大，行气管切开的可能性越高[8,13]。Mu等[8]回顾性分析294例颈脊髓损伤患者发现，大于60岁的患者行气管切开的比例远高于40～60岁的患者。以年龄作为预测颈脊髓损伤患者气管切开的危险因素时，其分界值在不同研究中稍有差异。Lee等[13]发现，与小于55岁者相比，大于55岁的颈脊髓损伤患者行气管切开的比例更高[比值比(OR)=6.86]，他们认为年龄是导致颈脊髓损伤患者气管切开的危险因素。

既往研究大多为回顾性研究，在不同地区及不同时间段，颈脊髓损伤的流行病学因素存在差异，导致研究对象的年龄分界值在不同研究中不尽相同[14]。这从另一方面也表明，年龄因素对颈脊髓损伤患者是否需气管切开的影响比较弱。

1.2 吸烟史

烟草中的有害物质可刺激和损伤呼吸道，使呼吸道上皮纤毛退化萎缩，巨噬细胞失去活性，呼吸道防御功能遭到破坏[15]。长期吸烟者的气道阻力增加，肺换气功能减弱，呼吸储备下降，对呼吸系统并发症的耐受能力显著降低[16-17]。Fan等[18]以兔子为实验对象研究吸烟对脊髓损伤的影响。他们发现，在脊髓损伤早期，吸烟组瘫痪程度高于不吸烟组，表明吸烟对脊髓损伤产生影响。杜佩红[17]对468例急性创伤性颈脊髓损伤患者进行回顾性研究，发现吸烟与患者行气管切开显著相关，进而明确吸烟史是导致颈脊髓损伤患者气管切开的危险因素。

1.3 脊髓损伤严重度

美国脊髓损伤协会(ASIA)残损分级(AIS)是衡量脊髓损伤严重程度的国际标准，已被广泛使用[19]。许多学者研究发现，完全性颈脊髓损伤患者(AIS A级)施行气管切开的比例极高，将该指标用于预测气管切开效果极佳[1,2,5,11,20-23]。Higashi等[2]对65例颈脊髓损伤患者进行回顾性研究，共20例患者行气管切开，其中15例为AIS A级[OR=11.2，95%置信区间(CI) 3.0～49.7]。据此他们提出，AIS分级越高，行气管切开可能性越大。Wang等[24]对16篇相关文献进行Meta分析研究，发现患者的脊髓损伤严重度为AIS A级(OR=7.79，95%CI5.25～11.50)和B级(OR=1.15，95%CI1.13～2.02)是导致气管切开的危险因素，而AIS C级和D级与气管切开无相关性。Mu等[8]在回顾性研究中也发现，AIS A级(OR=29.55)和B级(OR=7.89)是颈脊髓损伤患者需行气管切开的独立危险因素。因此，对于AIS A级和B级的颈脊髓损伤患者，需要高度重视，作好急诊行气管切开的准备。

1.4 神经损伤平面

颈脊髓损伤患者神经损伤平面在C4及以上时常发生呼吸肌功能受损，严重者可诱发呼吸衰竭[8]。膈肌是最重要的呼吸肌，支配膈肌运动的膈神经由C3、C4、C5神经前支组成，神经损伤平面在C4及以上时可严重影响膈肌的神经支配[1,20,23]，同时患者的咳嗽功能及清理气管分泌物的能力也明显减弱[20,23]。Tanaka等[23]对23例行气管切开的颈脊髓损伤患者进行研究发现，21例患者神经损伤平面在C4及以上(OR=12.60，95%CI3.55～80.26)。他们认为，神经损伤平面在C4及以上可显著增加颈脊髓损伤患者呼吸衰竭发生可能，是导致患者气管切开的危险因素。Flanagan等[11]对颈脊髓损伤患者进行研究，将气管插管后7 d内行气管切开的患者作为早期组，超过7d行气管切开者作为晚期组，通过两组间比较发现，神经损伤平面在C4及以上是导致患者气管切开最重要的危险因素；与晚期行气管切开相比，早期行气管切开可以明显改善患者预后。

1.5 创伤严重程度评价

创伤严重程度评价是根据损伤的解剖学和生理学改变，以模糊数学方法量化评价创伤的严重程度[25]。评价方法有多种，包括简明损伤定级、创伤严重度评分(ISS)、Glasgow昏迷评分(GCS)等。在颈脊髓损伤患者预测气管切开危险因素的研究中，最常使用ISS来评估创伤严重程度[25]。Lee等[13]对105例创伤性颈脊髓损伤患者进行回顾性研究发现，ISS≥16可以有效预测气管切开。Leelapattana等[21]则认为，一旦发生颈脊髓损伤，则患者在简明损伤定级的头颈部评分中属重度(4分)，对应的ISS评分为16分，结合其研究中研究对象的ISS为(32.8±16.1)，故选择ISS>32为预测气管切开的危险因素。尽管在不同研究中ISS临界值不尽相同，但不可否认，ISS具有预测颈脊髓损伤患者气管切开的作用。

1.6 肺功能指标

肺功能检查是诊断呼吸系统疾病及相关并发症的必要检查之一，主要用于检测呼吸道通畅程度和肺容量。肺功能检查对于早期发现肺和气道病变，评估疾病严重程度及预后，评定治疗效果有重要价值，在危重颈脊髓损伤患者监护方面也有重要作用。Leelapattana等[21]提出，当患者连续3 d氧合指数小于300 mmHg，则根据病情进展可考虑行气管切开。而Yugué等[26]在研究中发现，用力肺活量和肺活量占预计值百分比2项指标可作为预测患者气管切开的危险因素。肺功能检查有助于明确颈脊髓损伤患者呼吸系统功能状态，对监测、诊断和预防呼吸系统并发症具有重要作用。

1.7 影像学指标

MRI检查被认为是诊断脊髓损伤的金标准，当其提示存在创伤后脊髓血肿和水肿时，常预示颈脊髓损伤患者预后不良[27]。研究发现，脊髓水肿主要发生于患者受伤后48～72 h，并呈动态变化[27-28]。出血也是判断损伤严重程度的重要指标，明显的椎管内出血(长度>1 cm)与神经恢复不良相关[29]。因此，既往许多研究通过MRI图像上脊髓出血和水肿的长度来评估颈脊髓损伤患者的病情[5,10,30]。Jeong等[5]对130例颈脊髓损伤患者的MRI图像进行分析。他们选择脊髓最大受压率、椎管最大侵占率(MCC)和脊髓内信号改变长度(LL)作为分析指标，通过多元逻辑回归分析最终确定，MCC≥50%和LL≥20 mm为气管切开的影像学危险因素指标。影像学指标在颈脊髓损伤患者气管切开预测研究中的应用仍较少，还有待开展进一步的研究。

2 颈脊髓损伤患者气管切开的预测模型

基于已发现的危险因素，一些学者建立了颈脊髓损伤患者气管切开的预测模型，以提高预测的准确度。

2.1 逻辑回归模型

逻辑回归模型是一种预测性建模技术，它研究因变量(气管切开)与自变量(危险因素)之间的参数关系，进而发现它们之间的因果关系。这种技术通常应用于数据挖掘、疾病预测分析等研究领域[31]。Leelapattana等[21]通过多元逻辑回归分析确定，完全性脊髓损伤、ISS>32、氧合指数<300 mmHg为导致气管切开的3个危险因素，并将这3项危险因素结合来预测延长机械通气的可能性，见表1。与以往对危险因素的研究相比，他们的研究采用多项危险因素组合，列出患者所有可能情况，借助逻辑回归模型，提供预测概率值。该模型的直观性以及临床应用便捷性显而易见，但也存在一些缺点。首先，将3个及以上危险因素组合是繁重的工作，这使该模型的进一步拓展受到限制；其次，肺功能检查在老年和创伤较重的颈脊髓损伤患者中常难以完成，限制了其广泛应用[10,32]。

表1 多项危险因素结合预测延长机械通气的概率[21]

2.2 分类与回归树模型

分类与回归树(CART)模型为非参数预测模型，其决策树是二叉树。决策树自上而下从根开始建立节点，在每个节点处选择最好的属性来分裂，取值为“是”和“否”，在输入给定危险因素后，输出颈脊髓损伤患者气管切开的概率分布[13,33]。Hou等[10]基于219例颈脊髓损伤患者，以ASIA运动评分、严重呼吸道并发症、完全性脊髓损伤、MRI高信号为危险因素建立CART模型，每个终止节的概率值即为预测概率。该预测模型提示，入院时ASIA运动评分对气管切开的预测作用最为重要，将其作为预测树的第一节点；之后，应考虑患者是否出现呼吸系统并发症及颈髓损伤的AIS分级，将其作为第二节点；最后，应兼顾术前 MRI图像显示的颈脊髓内信号改变的最高节段，将其作为第三节点[10]。随后，他们对该模型绘制受试者操作特征(ROC)曲线，确定曲线下面积为0.909，敏感度73.7%，准确度89.7%，表明模型具有较好的区分度。CART模型的建立，将以往的危险因素分析进一步整合，通过节点“是”与“否”的判断，提供气管切开的预测概率，为临床决策提供更直观的指导。依托CART模型，可对颈脊髓损伤患者在入院和病情变化时进行流程化评估，预判呼吸系统并发症的出现，为预防和早期处置并发症提供量化数据支持。

2.3 临床评分模型

在临床工作中，各类评分量表对医生们制定诊疗方案、评估病情具有重要作用。Durga等[32]制定床旁预测评估表以评估颈脊髓损伤患者发生呼吸功能不全的可能性，进而预测患者是否需要机械通气。他们通过多元逻辑回归分析确定严重损伤(ASI A级和B级)、血流动力学不稳(低血压、心动过缓)、深吸气后屏气时间(BTH)<12 s、肺部感染、神经损伤为5个危险因素，并确定了相应的回归系数。床旁预测评估表涵盖上述5个危险因素，总分为100分，通过回归系数之间的权重，以5的倍数确定各危险因素的评分，见表2。再通过ROC曲线确定评分的最佳临界值为45分，即总分大于45分时，预测颈脊髓损伤患者需要机械通气。Scantling等[34]采用类似方法制定了临床气管切开评分表，评估项目为ISS≥38(1分)、C1～C4运动损伤(1分)、完全性脊髓损伤或C1～C7脊髓前部损伤(1分)，总分为3分、2分、1分、0分时行气管切开者分别为98%、85%、67%和33%。同时，他们也对临床气管切开评分表进行了模型检验，ROC曲线下面积为0.74，表明模型具有较好的识别能力[34]。

表2 急性颈脊髓损伤患者机械通气预测评分[33]

评分量表作为临床工作中的辅助工具，发挥着重要作用。目前关于颈脊髓损伤患者气管切开预测评分量表的研究较少，将危险因素转换为具体分数的数学方法还有待进一步改进。评分量表既可以发挥评估功能，也能作为数据收集方式，为进一步完善临床评分模型提供支持，值得临床推广。

3 结语

研究表明，对预期使用机械通气超过7 d的颈脊髓损伤患者，及时行气管切开有较多益处，但对于气管切开时机仍存争议。许多研究聚焦于寻找可预测气管切开的危险因素，一些研究基于危险因素建立不同的预测模型，以提高预测准确度。但是，大多数预测模型建立于回顾性病例研究基础上，不同时期不同区域的研究，其样本特征存在差异，进而影响了预测模型应用的普适性。因此，预测模型的临床推广很有必要，并应根据实际情况与预测值间差异进一步完善模型中不同危险因素的权重，以提高模型适用性。