ICU患者发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的危险因素分析及预测模型的建立

万 莹，朱传卫，张青松

β-内酰胺酶是一种具有水解β-内酰胺类抗菌药物能力的灭活酶，该种酶的出现是细菌对β-内酰胺类抗菌药物耐药的主要机制之一[1]。超广谱β-内 酰 胺 酶（extended spectrum beta-lactamases,ESBLs）是由质粒介导的β-内酰胺酶，主要存在于临床分离的革兰阴性杆菌，其中以大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌等肠杆菌科细菌最为常见[2]。随着β-内酰胺类抗菌药物尤其是第三代头孢菌素的广泛应用，抗菌药物选择压力不断增大，产ESBLs细菌引起医院感染病例也在不断增加[3]，其中ICU是出现耐药菌感染的最主要科室之一。由于ESBLs兼有多重耐药性和快速传播能力，给临床抗感染治疗带来极大的困难[4]。目前有关产ESBLs革兰阴性杆菌感染的国内外研究大多仅侧重于危险因素分析，难以满足临床定量化筛查的需求[5-6]。列线图是一种具有个体化定量化预测功能的新型模型，近年来已被广泛应用于临床风险事件的预测[7]。基于此，本研究拟在筛选ICU患者发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的危险因素基础上构建列线图风险模型，以期为临床早期识别和防控产ESBLs革兰阴性杆菌所致的医院感染提供科学的参考依据。

1 对象与方法

1.1 对象 选取2017年5月—2021年4月宣城市中心医院ICU发生大肠埃希菌或肺炎克雷伯菌感染的189例患者作为研究对象。纳入标准：①年龄≥18岁；②所有患者均符合《医院感染诊断标准（试行）》[8]中的相关诊断标准，经菌株鉴定及药物敏感性（药敏）试验确诊；③入住ICU＞48 h；④30 d内临床资料保存完整。排除标准：①细菌培养阳性而无临床症状者；②排除同一患者的重复菌株；③同一病例不重复收录；④无应答式拒访者。本研究已通过我院伦理委员会审批，批准编号：宣医伦审（2016）第（052）号。

1.2 方法

1.2.1 菌株鉴定和药敏试验 入住ICU 30 d内的患者标本培养、分离、纯化、鉴定等操作严格按照《全国临床检验操作规程》[9]进行。采用Compact vitek-Ⅱ全自动微生物分析仪进行菌株鉴定[质控菌株包括大肠埃希菌（ATCC 25922）、肺炎克雷伯菌（ATCC 700603）]。参照美国临床实验室标准化委员会推荐的纸片琼脂扩散法进行药敏试验[10]，抗菌药物纸片和M-H培养基均来自英国Oxoid公司。采用双纸片确证试验进行ESBLs的测定，当头孢噻肟（30 μg）和头孢噻肟 /克拉维酸（30 μg/10 μg）、头孢他啶（30 μg）和头孢他啶/克拉维酸（30 μg/10 μg）中任一组抑菌圈直径相差值≥5 mm时，可确证为产ESBLs革兰阴性杆菌菌株。

1.2.2 资料收集 通过病历系统收集患者临床资料：性别，年龄，急性生理与慢性健康评分Ⅱ（acute physiology and chronic health evaluation Ⅱ ,APACHEⅡ），留置尿管时长，抑酸剂使用时长，第三代头孢菌素使用时长，抗菌药物联用时长，ICU住院时间及是否有糖尿病、高血压、冠心病、慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）、低蛋白血症、机械通气。其中APACHEⅡ分值越高病情越重，取入住ICU 24 h内最高值。留置尿管和药物使用时长以入住ICU日期至阳性标本送检日期计算。

1.3 统计学处理 采用SPSS 22.0软件进行数据分析，计数资料以频数（%）表示，组间比较采用四格表χ2检验。采用LASSO回归筛选出非零系数的预测因素，采用Logistic回归筛选ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的危险因素。采用R（R3.5.3）软件包和rms程序包绘制列线图。采用bootstrap自抽样法作内部验证，通过计算一致性指数（C-index），绘制校正曲线、ROC曲线和决策曲线评估模型的预测效能。检验水准 α=0.05。

2 结 果

2.1 患者的一般情况和产ESBLs革兰阴性杆菌菌株检出情况 共入选189例患者，平均年龄为（74.16±7.54）岁。感染原发部位：肺部157例，腹腔12例，尿路10例，胸腔7例，血/深静脉导管3例。检出大肠埃希菌148株（78.31%）和肺炎克雷伯菌41株（21.69%）。检出产ESBLs革兰阴性杆菌菌株65例，入住ICU至阳性标本检出日时长3～30 d，总阳性检出率为34.39%，其中大肠埃希菌47例，肺炎克雷伯菌18例，阳性检出率分别占31.76%和43.90%。

2.2 ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的单因素分析 基于产ESBLs革兰阴性杆菌菌株检出情况将患者分为产ESBLs组（n=65）和非产ESBLs组（n=124）。2组单因素分析结果显示：产ESBLs组APACHEⅡ≥16分、留置尿管时长≥7 d、抑酸剂使用时长≥3 d、第三代头孢菌素使用时长≥3 d、抗菌药物联用时长≥3 d和ICU住院时间≥15 d的患者比例明显高于非产ESBLs组，差异均有统计学意义（P均＜0.05），见表1。

表1 ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的单因素分析[例（%）]Table 1 Univariate analysis of ESBLs Gram-negative bacilli infection in ICU patients within 30 days [cases (%)]

续表1

2.3 ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的预测因素筛选 LASSO回归分析结果显示，log（λ）为-2.6时二项式偏差最小，此时参数最优。在线性回归中系数为 0时，表明对相应变量无影响，而最优参数下对应的非零系数的变量个数为6个，故筛选出APACHEⅡ、留置尿管时长、抑酸剂使用时长、第三代头孢菌素使用时长、抗菌药物联用时长和ICU住院时间为系数不为零的重要预测因素，见图1。

图1 LASSO回归分析筛选预测因素图A. 二项式偏差曲线与log（λ）的关系曲线，虚线垂直线显示为最佳λ值；B. 14个特征因素的LASSO回归系数分布；根据log（λ）的序列对系数剖面图进行了评价，其中最佳λ产生了6个具有非零系数的变量Figure 1 LASSO regression analysis screening predictors

2.4 ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的多因素Logistic回归分析 以产ESBLs革兰阴性杆菌感染发生情况为因变量，以LASSO回归中筛出的重要预测因素为自变量，进行二分类Logistic回归分析，结果显示：APACHEⅡ≥16分（OR=2.686）、留置尿管时长≥7 d（OR=2.915）、抑酸剂使用时长≥3 d（OR=2.561）、第三代头孢菌素使用时长≥3 d（OR=2.795）、抗菌药物联用时长≥3 d（OR=3.305）和ICU住院时间≥15 d（OR=2.857）是ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的危险因素（P均＜0.05），见表2。

表2 ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的多因素Logistic回归分析Table 2 Multivariate Logistic regression analysis of ESBLs Gram-negative bacilli infection in ICU patients within 30 days

2.5 ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的列线图风险预警模型的建立 基于上述危险因素构建预测ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染风险的列线图模型，结果显示，各危险因素对应的分值自上而下依次为83分、89分、79分、86分、100分、88分，见图2。

图2 预测ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的列线图风险模型APACHEⅡ评分、留置尿管时长、抑酸剂使用时长、第三代头孢菌素使用时长、抗菌药物联用时长和ICU住院时间6个变量轴上相应点对应不同的分数，各项预测变量的评分相加，得到总分，不同总分对应不同的ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染风险概率。例如，1位APACHEⅡ评分≥16分、留置尿管时长≥7 d、抑酸剂使用时长≥3 d、第三代头孢菌素使用时长＜3 d、抗菌药物联用时长≥3 d和ICU住院时间＜15 d是ICU患者，总得分为83+89+79+0+100+0=351分，对应发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的预测概率约为64%Figure 2 Nomogram risk model for predicting ESBLs Gram-negative bacilli infection in ICU patients within 30 days

2.6 列线图模型的验证 模型验证结果显示，C-index为0.795；校正曲线趋近于理想曲线，见图3，ROC曲线下面积（AUC）为0.807（95% CI：0.775～0.839），见图4。决策曲线显示，在2条临界线以上，即2%～81%范围内，模型净获益，见图5。

图3 列线图模型的校正曲线Figure 3 Calibration curve of nomogram model

图4 列线图模型的ROC曲线Figure 4 ROC curve of nomogram model

图5 列线图模型的决策曲线分析图Figure 5 Decision curve analysis of nomogram model

3 讨 论

产ESBLs革兰阴性杆菌是医院感染的重要致病菌，尽管发病率因患者群体、时间和ESBLs，定义不同而不同，但在全世界范围内均呈持续上升趋势[11]。国外文献报道ICU患者中有5%～25%是产ESBLs的肠杆菌科细菌携带者[12]，国内有研究报道大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌感染的产ESBLs检出率分别为62.15%和78.78%[13-14]。本研究中产ESBLs革兰阴性杆菌菌株总阳性检出率34.39%，其中大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌的阳性检出率分别占31.76%和43.90%，与国内外研究的检出率具有较大的差异，可见产ESBLs革兰阴性杆菌菌株存在地域性差异，这可能与各地经济状况以及抗菌药物使用习惯不同有关。

本研究筛选出APACHEⅡ≥16分、留置尿管时长≥7 d、抑酸剂使用时长≥3 d、第三代头孢菌素使用时长≥3 d、抗菌药物联用时长≥3 d和ICU住院时间≥15 d是ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的危险因素。杨静等[15]报道APACHEⅡ是产ESBLs肠杆菌血行感染的危险因素，与本文结果一致。虽然俞锡灿等[16]报道APACHEⅡ≥16分与ICU内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染无关，但统计值P为0.08，已接近统计学差异临界值。究其原因，可能是因为APACHEⅡ评分较高反映了患者病情较为危重，常存在不同程度的意识障碍和免疫力受损，导致纤毛清除功能和机体保护能力下降，为细菌的生长繁殖创造了有利条件。甄鹏等[17]报道留置尿管的患者更易分离出产ESBLs革兰阴性杆菌，与本研究结果相似。究其原因，可能是因为留置尿管作为一项侵入性操作，长期进行会对尿道黏膜造成一定程度的机械性损伤，导致防御保护能力下降，故产ESBLs革兰阴性杆菌的定植风险增加。尤其是黏附于管壁的致病菌，由于表面生物膜或黏膜复合物的覆盖，难以被抗菌药物抑制或杀灭，从而易诱发感染。由于ICU患者为重症患者，病情相对危急，一般尽管在不确定病原菌的前提下，临床仍须经验性使用抗菌药物以挽救患者生命，联用抗菌药物已成为控制重症感染的常用方法，但这样会造成病原菌暴露在多种抗菌药物中，易获得耐药性。黄文进等[18]提出联用抗菌药物与产ESBLs革兰阴性杆菌感染显著相关，与本研究结果一致。抑酸剂常在ICU应用于应激性黏膜病变，它能够有效减少胃酸的分泌，增高胃内pH值，但也会导致胃肠道内的细菌摆脱胃酸的抑制作用而过度繁殖，改变肠道微生物结构。此外，抑酸剂还兼有降低胃粘液黏度，延长排空时间等作用，可造成胃肠道自我保护能力下降，增加感染风险[19]。刘勇等[20]报道使用第三代头孢菌素超过3 d是感染产ESBLs大肠埃希菌的危险因素，与本研究结果一致。第三代头孢菌素是目前临床常用的抗生素，可有效杀灭敏感菌群，但不合理的应用会破坏正常菌群，诱导细菌产生耐药性。尤其是头孢曲松等广谱抗生素可将肠道内耐药菌株选择出来，长期使用可诱发耐药菌株感染。张湘湘等[21]报道住院时间是产ESBLs革兰阴性杆菌感染的危险因素，与本研究结果一致。产ESBLs革兰阴性杆菌广泛存在于外界环境、人体皮肤和开放的腔道中，ICU患者多集中管理，当患者长期暴露在医院环境下时，接触产ESBLs革兰阴性杆菌的风险也就较大。

既往有研究采用指数平滑法和ARIMA乘积季节模型来预测产ESBLs革兰阴性杆菌的流行趋势，通过回顾性分析观测数据随时间变化的规律有效预测了未来的流行趋势和变化，并利用模型参数对结果进行量化提高了模型的预测精度[22]。但此类模型难以个体化预测每1例患者的产ESBLs革兰阴性杆菌感染风险，临床实用价值有限。本研究基于回归方程的筛选结果构建了ICU内产ESBLs革兰阴性杆菌感染风险的列线图模型，模型主要由危险因素、对应线段和赋值轴3部分构成，可视可读，简洁直观，使用人员可通过简单的作图和计算快速个体化预测患者的感染风险，相较于传统数学模型更适用于临床实际操作系统。同时，本研究为防止模型过度拟合，以及保证模型的可靠性，采用计算C-index，绘制校正曲线、ROC曲线和决策曲线验证模型的预测效能，并在结果中得到C-index高达0.795，校正曲线趋近于理想曲线，表明模型预测值与实际值具有较好的一致性。AUC为0.807（95% CI：0.775～0.839），表明模型区分度良好。且在2%～81%预测范围内，对ICU患者采取干预措施后，能够在降低30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染率方面净获益，故该模型在预测操作系统中具备良好的预测效能。此外，使用人员还可根据患者的各项指标情况，以降低总分值为目标采取干预措施，如对危重患者做好气道保护措施，加强留置尿管护理，严格控制抑酸剂和第三代头孢菌素的使用。同时，针对ICU患者要及早进行微生物筛查，尽可能选用单种抗菌药物进行抗感染治疗。缩短ICU住院时间，尽可能提高患者周转率，对于预计长期入住ICU的患者，在细菌培养结果出来前有条件的可置入隔离病房，并对ICU患者周围环境进行严格消毒。

本研究存在的不足：受试者获取局限于单中心，且数量有限，未能纳入外中心数据对模型进行外部验证；受条件限制未做细菌分子分型，未能准确追溯既往抗菌药物使用种类及疗程；未对ICU转出患者进行远期预后评估。故模型仍须大规模、多中心的研究予以进一步验证和完善。

综上所述，临床应对APACHEⅡ≥16分、留置尿管时长≥7 d、抑酸剂使用时长≥3 d、第三代头孢菌素使用时长≥3 d、抗菌药物联用时长≥3 d和ICU住院时间≥15 d的ICU患者予以高度重视，警惕其30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染。根据危险因素建立的列线图模型能够有效预测ICU患者30 d内发生产ESBLs革兰阴性杆菌感染的风险，有助于临床及早筛查ESBLs革兰阴性杆菌感染高风险患者。