基于决策树构建脊柱术后病人发生尿潴留的早期预测模型

耿贵敏，邱小莉，王 艳，罗顺梅，陈 静，姜 容，舒 丽

遵义市第一人民医院，贵州 563000

在脊柱外科手术中，术前或术中留置尿管48 h 后，病人因麻醉、体位、心理、手术、个体差异、留置尿管期间对尿管产生依赖或尿道刺激等因素，造成术后拔除尿管后仍排尿困难，发生尿潴留。据报道，术后尿潴留的发病率为2.3%～75.0%[1-2]。术后尿潴留可导致膀胱无力，增加尿路感染和败血症的风险，导致逼尿肌过度扩张和损伤，最终延长住院时间，增加医疗费用[3]。因此，需加强对病人术后尿潴留风险的预测和相关机制研究，便于早期对存在高风险病人采取有效措施，使病人恢复良好的膀胱功能。目前，关于术后发生尿潴留的研究多集中于危险因素[4]和护理干预[5]等方面，预测模型研究甚少。决策树是一种简单而强大的机器学习模型，不仅可以确定疾病的影响因素并反映其之间的相互作用，也可以用来预测疾病的发生[6]。因此，本研究旨在通过决策树方法建立脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的早期预测模型，为早期干预或延缓尿潴留提供针对性的决策依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2017 年3 月—2021 年12 月遵义市第一人民医院进行脊柱外科手术治疗的498 例病人的电子医疗记录。以术后拔除尿管后是否发生尿潴留分为发生组（n=90）和未发生组（n=408），分析两组临床资料并构建预测模型。纳入标准：1）符合脊柱外科手术指征，在全身麻醉条件下进行手术治疗，且术前予留置尿管；2）年龄≥18 岁；3）术前尿常规、大便常规检查结果正常；4）治疗前未练习过床上排尿；5）对本研究知情，且签署同意书。排除标准：1）入院评估存在排尿障碍、尿路感染或尿道解剖异常等泌尿系统疾病；2）合并重要脏器功能异常或恶性肿瘤；3）神经错乱，意识不清；4）孕妇或哺乳期妇女。

1.2 研究方法

1.2.1 结局指标

以全身麻醉脊柱外科术后病人拔除尿管后发生尿潴留为结局指标。全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后，符合以下2 种条件即可诊断为术后尿潴留：1）病人主诉下腹膨满、胀痛、尿意频急、自觉膀胱充盈；2）体格检查见下腹膨隆、耻骨联合上方压痛阳性；3）排尿困难、点滴不畅、经超声检查膀胱残余尿量≥500 mL[7]；4）不能自行、有效排空膀胱，膀胱残留尿液＞50 mL[8]。当病人出现尿潴留时，遵医嘱予以留置导尿管、药物等处理。

1.2.2 相关变量

收集病人术前相关因素、手术相关因素及术后因素。病人术前相关因素包括年龄、性别、糖尿病、高血压、C 反应蛋白（CRP）；手术相关因素包括手术时间、术前使用β-受体阻滞剂、麻醉时间；术后因素包括使用自控镇痛、卧床时间、尿管夹闭训练、留置尿管时间、拔除尿管时机。

1.2.3 统计学方法

使用SPSS R4.0.3 进行数据统计分析。符合正态分布的定量资料以均数±标准差（±s）描述，组间比较采用t检验；不符合正态分布的定量资料以中位数、四分位数[M（P25，P75）]表示，组间比较采用非参数Mann-Whitney秩和检验。定性资料以例数、百分比（%）表示，采用χ2检验。基于决策树建立全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留早期预测模型。在498 例病人中，随机抽取349 例（70%）病人作为训练集，用于构建模型；剩余的149 例（30%）病人作为验证集，用于评价模型效能。采用受试者工作特征（ROC）曲线分析评价模型的判别能力，通过计算混淆矩ROC 曲线下面积评价决策树模型的预测性能。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 脊柱术后病人发生尿潴留的单因素分析

年龄、性别、糖尿病、高血压、CRP、手术时间、术前使用β-受体阻滞剂、麻醉时间、卧床时间、尿管夹闭训练、留置尿管时间、拔除尿管时机是脊柱术后病人发生尿潴留的影响因素（P＜0.05）。详见表1。

表1 脊柱术后病人发生尿潴留的单因素分析结果

2.2 决策树预测模型分析结果

以单因素分析中差异有统计学意义的12 个变量为预测因子，通过R 语言rpart 软件包构建决策树模型，详见图1。该决策树分析确定了7 个判断规则，包括4 个判断不发生的规则和3 个判断发生的规则。对任一规则的满意程度都足以识别全身麻醉脊柱术后病人拔除导尿管后是否发生尿潴留，分类规则见表2。对相关变量进行重要性排序，依次为卧床时间、麻醉时间、尿管夹闭训练、留置尿管时间、手术时间、拔除尿管时机、年龄、性别、CRP 水平。详见图2。

图1 预测全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的决策树模型

图2 各变量对全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的重要性

表2 决策树模型分类规则

2.3 决策树模型的验证

在训练集中，决策树模型预测全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的ROC 曲线下面积为0.909[95%CI（0.865，0.953）]，敏感度为83.3%，特异度为87.9%，提示决策树模型的预测能力较好。在验证集中，ROC 曲线下面积为0.914[95%CI（0.845，0.982）]，敏感度为81.8%，特异度为89.0%。两者ROC 曲线下面积比较，差异无统计学意义（P＞0.05），说明该决策树模型有良好的预测准确性。详见图3、图4。

图3 训练集中决策树模型的ROC 曲线图

图4 验证集中决策树模型的ROC 曲线图

3 讨论

尿潴留是常见的术后并发症[9]。研究显示，约20%接受全身麻醉脊柱手术的病人发生尿潴留[10-11]。本研究中，全身麻醉脊柱术后病人拔尿管后尿潴留的发生率为18.07%，低于汪涓等[4]的研究结果（19.18%），高于Tan 等[12]报道的胸腰骶部脊柱融合手术病人术后尿潴留的发生率（7.8%）及Sung 等[1]报道的骨科手术病人术后尿潴留发生率（2.3%）。可能与研究对象接受手术类型不同有关。

既往研究报道，年龄、性别、糖尿病、阿片类药物使用、静脉输液量、术前排尿训练、手术时间、留置尿管时间等与脊柱病人术后拔除尿管后发生尿潴留有关。汪涓等[4]发现，留置尿管时间和卧床时间越长，发生尿潴留的风险越大。本研究决策树模型显示，卧床时间、尿管夹闭训练、麻醉时间、留置尿管时间、拔除尿管时机是全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的影响因素，卧床时间＜6 d，尿管夹闭训练≤3 次，麻醉时间＜4.1 h，留置尿管时间≥3.6 d，膀胱充盈时拔除尿管条件下，病人术后尿潴留发生率最高，为89%。可能原因为：1）病人术后长时间卧床，术后排尿姿势由原来的站位或蹲位改变为卧位，病人不习惯卧床排尿而出现排尿困难。同时，卧床排尿伴有腹肌无力，腹压减小，导致排尿反射不能完全建立，容易引起尿潴留。李巧平等[13]研究表明，建议病人术后3～4 d 或5～7 d 下床活动，可能降低术后尿潴留发生率。2）拔尿管前若未进行膀胱收缩的功能锻炼，尿管持续开放，膀胱呈空虚状，引起膀胱张力消失，影响排尿。拔尿管后若未采取相应措施，导致膀胱过度充盈，回缩无力。因此，术后尿管夹闭训练可以帮助病人减少对导尿管的依赖，让病人感受排尿感和排空感，同时锻炼膀胱的储存和自主排尿能力[14]。3）脊柱手术时全身麻醉药作为平滑肌松弛剂，通过干扰逼尿肌张力自主调节能力而引起膀胱无力[15]；麻醉时间越长，病人越容易导致尿潴留，特别是使用长效麻醉剂或大剂量麻醉剂，使支配膀胱的骶神经中动作电位传递被长期阻断，导致膀胱膨胀的急迫排尿感消失。另外，术后麻醉药物的残留使病人阴部神经感觉运动区等调控排尿的高级神经中枢尚未完全运行[16]，因此，麻醉后尿潴留发生率较高。4）长时间留置导尿管不仅会改变尿道正常的生理环境，还会降低逼尿肌的收缩力和膀胱的张力，在拔除尿管后更容易引起尿潴留[17]。由于尿道生理环境的改变，留置导尿管时间的延长，具有耐受干燥、紫外线照射和抗菌药物能力的生物膜微生物定植，且该生物膜难以使用抗生素根除，更易导致尿潴留的发生。本研究结果显示，膀胱充盈时拔除尿管也是造成病人术后尿潴留的原因之一。与邸禄芹等[18]的研究结果一致，可能与尿管前端椭圆形球囊皱襞刺激尿道，引起尿道和黏膜损伤、血尿、尿潴留等有关。与汪涓等[4,19-20]的研究结果相反，其认为在膀胱充盈、内压力的助推作用下，拔管后尿液排出更顺畅。该结果存在争议，有待后续的深入研究证实。

本研究对相关变量进行重要性排序，发现手术时间、年龄、性别、CRP 水平也与脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留有关。多项研究表明，年龄是术后尿潴留的重要危险因素[21-23]，可能是由于随着年龄的增长，逼尿肌功能逐渐退化，且随年龄的增长，膀胱功能下降[24]。性别对脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留影响的可能原因是性别特异性病理，例如良性前列腺肥大等。CRP 水平可反映病人炎症反应，病人术后发生尿潴留可能受其术前炎症状态影响。在机体炎症持续侵袭的过程中，诱导泌尿系统炎症反应，患处的逼尿肌可能会出现明显的纤维化及水肿[25]，减少尿液排泄量，导致残余尿量增加，加剧病人局部炎症反应[26]。脊柱手术具有一定的创伤性，手术应激反应在一定程度上加剧机体炎症反应，进一步加重尿路炎症损伤，导致尿潴留。另外，对手术压力的生理反应增加了交感神经张力，导致逼尿肌松弛和尿道内括约肌关闭，而内尿道括约肌中α 受体的刺激增加了膀胱颈的压力，也增加了尿潴留发生风险。因此，对于有这些危险因素的病人，应进行相应的术后处理，以最大限度地降低尿路感染、尿潴留的发生风险。

4 小结

术后尿潴留会引起病人尿路感染、逼尿肌过度扩张和损伤、延长术后住院时间。卧床时间、尿管夹闭训练、麻醉时间、留置尿管时间、拔除尿管时机是全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的影响因素。基于决策树构建的全身麻醉脊柱术后病人拔除尿管后发生尿潴留的早期预测模型具有最好的诊断敏感性和特异性，有助于临床医生简便、快速、有效地识别高危病人，早期对存在高风险病人采取有效措施，使病人尽早恢复良好的膀胱功能。