引用本文： 費凡, 吳楨珍, 朱曼旎, 承璐瀟, 周廉政, 馬元, 吉寧飛, 黃茂. 聚類分析探討慢性阻塞性肺疾病急性加重的臨床表型. 中國呼吸與危重監護雜志, 2019, 18(4): 309-313. doi: 10.7507/1671-6205.201812066 復制
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）急性加重是慢阻肺慢性進程中的急性事件，患者的呼吸系統癥狀出現急性加重超出日常的變異，導致額外的治療[1]。依據慢阻肺急性加重的臨床表型和生物標志物，預測和指導慢阻肺急性加重的治療是目前的熱點，許多研究提出了不同的表型分類及相應的治療策略[2-4]，聚類分析方法也較多地應用于表型探索的研究[5-7]。本研究通過聚類分析方法對慢阻肺急性加重的臨床表型進行了探索。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
收集 2014 年 1 月 1 日至 2016 年 12 月 31 日在南京醫科大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科住院治療的慢阻肺急性加重患者。患者需滿足以下條件：（1）年齡≥40 歲，性別不限；（2）符合 2018 年慢性阻塞性肺疾病全球倡議–慢性阻塞性肺疾病診斷、治療與預防全球策略（GOLD）指南中的診斷標準[1]，其中肺功能標準是給予支氣管舒張劑（吸入 400 μg 的沙丁胺醇）后第 1 秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，FEV1）與用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的比值（FEV1/FVC）<70%；（3）住院期間主要診斷為慢阻肺急性加重；（4）病例資料完整，包含本研究所需的主要內容。
1.2 方法
收集相關資料后選取患者年齡、病程、吸煙指數、既往 1 年住院次數、住院天數、住院總費用、總藥品費、靜脈糖皮質激素累積劑量、口服糖皮質激素累積劑量、霧化糖皮質激素累積劑量（下文“糖皮質激素”均簡寫為“激素”）、抗生素使用天數共 11 個指標作為變量。根據臨床經驗和文獻報道[8-10]，首先進行主成分分析降低相關性，將變量按照特征值>1 提取了 5 個主成分，累計貢獻率達 65.42%，利用 5 個主成分變量進行系統聚類分析。聚類方法選 Ward 法（最小離均差平方和法），距離的計算選平方 Euclidean 距離。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 20.0 統計軟件。不符合正態分布的計量資料用中位數（四分位數間距）［M（Q1～Q3）］描述。組間差異性比較采用 Kruskal Wallis 非參數秩和檢驗和 χ2 檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
根據臨床經驗和文獻報道[8-10]，分別將 515 例患者聚為 3 或 4 類，描述各類的基本特征后，發現分為 4 類時臨床特征較為顯著。但是第 4 類病例數過少（n=1），其口服激素累積劑量畸高，考慮可能系偏離值，臨床意義較小不再予以分析。將其余患者（n=514）分為 3 類，并對各類指標進行了比較（表 1），根據不同特征分別命名。
表1
聚類分析三類患者的基本特征［M（Q1～Q3）］
本研究首次提出了以下 3 種表型：“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”、“輕型–激素敏感型”和“嚴重–并發癥型”。前兩類患者共同定義為“輕型”，因為和第三類患者相比，前兩類患者的住院天數、ICU 住院天數、（無創/有創）機械通氣時間均較短，并發癥中消化道出血的發生率較低，同時住院總費用、總藥品費用也較少（P<0.05），提示前兩類患者病情較輕，因而表現為較低的住院花費。對前兩類患者之間進行比較發現也存在一定的差異。
第一類“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”153 例（29.71%）。此類患者病程最長，既往 1 年住院次數最少，ICU 住院天數較短，機械通氣使用率和并發癥發生率均較低，住院費用包括藥品費用均處于中等水平。此類表型較為顯著的特征為靜脈激素用藥時間較其余兩組顯著延長，靜脈激素累積劑量和霧化激素累積劑量顯著增高，抗生素使用率最高，抗生素使用時間也較長。這提示該類患者對不同途徑激素治療的反應均欠佳，同時對抗生素依賴性較強。
第二類“輕型–激素敏感型”307 例（59.61%）。此類患者病程較短，住院花費包括藥品費用顯著低于其他兩組，尤其是抗生素用藥時間最短，抗生素使用率較低，靜脈激素用藥時間和累積劑量、霧化激素累積劑量顯著低于第一類患者，住院天數最短。可見，此類患者對激素最為敏感，對抗生素的依賴性較小。
通過比較前兩類患者的血嗜酸性粒細胞（eosinophil，EOS）計數水平，發現差異無統計學意義。為了進一步分析兩類患者血 EOS 的特征，根據 GOLD 2019[1]，采取兩個截斷值將患者分為 3 組（EOS 計數<100 個/μL，100 個/μL≤EOS 計數≤300 個/μL，EOS 計數>300 個/μL）進行分層比較，結果發現組間差異無統計學意義（P>0.05）。結果見表 2。
表2
第一、第二類患者血 EOS 計數分層比較（%）
第三類“嚴重–并發癥型”54 例（10.49%），此類患者抗生素使用時間較長，不同途徑激素用藥時間及累積劑量均不高，血 EOS 計數水平明顯低于“輕型–激素敏感型”（P<0.05）。此類表型較為顯著的特征是患者住院時間最長，住院費用及藥品費用高于其他兩組，ICU 住院天數最長，（無創/有創）機械通氣時間顯著延長，消化道出血的發生率遠高于前兩類患者（P<0.05）。其余并發癥如呼吸衰竭、肺栓塞、肺性腦病發生率與其余兩類的差異雖無統計學意義，但仍有較高比例。患者的合并癥中，心血管疾病、肺癌的發生率較前兩類升高，但差異無統計學意義。本研究將此類患者定義為“嚴重–并發癥型”，可能合并或并發心血管、消化道等疾病，病情較為嚴重，住院花費較高。
3 討論
越來越多的研究開始探索慢阻肺急性加重的臨床表型和生物標志物[11-13]。近期一項關于慢阻肺急性加重表型的綜述總結了以下分型依據：病因學表型、炎癥表型、基于臨床表現的表型、合并癥表型、頻繁惡化表型[14]。在眾多研究中，基于臨床表現的 Anthonisen 標準[15]是最廣泛認可的分類，它將慢阻肺急性加重分為 3 種表型：1 型包括呼吸困難，痰量增多和痰液膿性增加；2 型包括后兩種癥狀；3 型僅涉及其中 1 種癥狀，伴有咳嗽，喘息或上呼吸道感染癥狀。1 型患者對抗生素治療的反應較好，血清 C 反應蛋白水平高于其他兩種類型，因此建議 1 型患者盡早使用抗生素。也有研究通過臨床評估病因對慢阻肺急性加重進行表型分析，并提出了 8 種表型，包括氣道病毒感染、細菌感染、共感染、憂郁/焦慮、肺栓塞、合并心臟病或肺損傷、高危環境、其他特定原因[4]。此外，還有研究根據炎癥類型的不同將慢阻肺急性加重分為細菌性、病毒性、嗜酸性粒細胞性炎癥和低炎癥狀態 4 種不同的臨床表型，并提出了痰白細胞介素-1β（截斷值為 130 pg/mL）、血清 CXC 趨化因子配體 10（截斷值為 145 pg/mL）和血 EOS 百分比（截斷值為 2%）分別為細菌性、病毒性、嗜酸性粒細胞性炎癥表型的標志物[16]。
本研究初步探索了慢阻肺急性加重住院患者可能的臨床表型，與文獻中的表型分類相互印證[4,14]。本研究中的“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”表現為較高的抗生素使用率和較長的使用時間，對不同途徑的激素反應均較差，可能系患者存在細菌感染，其病情的好轉依賴于充分的抗感染治療[17-19]。而“輕型–激素敏感型”患者中可能存在嗜酸性粒細胞性炎癥，因而對激素反應性較好，住院時間較短。GOLD 2019[1]提出，對于穩定期的低風險患者（既往 1 年急性加重次數≤1 次），血 EOS 計數≥300 個/μL 時，對吸入性激素治療反應較好；而對于高風險患者（既往 1 年急性加重次數≥2 次或既往 1 年住院次數≥1 次），血 EOS 計數≥100 個/μL 時，推薦吸入性激素和長效支氣管舒張劑聯合治療。可見，血 EOS 可以作為加用激素治療的依據，進一步印證了本研究中“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”患者對激素反應性較好，可能系此表型中存在相當一部分嗜酸性粒細胞性炎癥的患者。“嚴重–并發癥型”患者合并癥或并發癥的發生率較高，以心血管系統、消化系統多見。靜脈、口服、霧化激素的累積劑量與“輕型–激素敏感型”相仿，但血 EOS 計數較后者低，抗生素使用率也較低，提示此類患者無明顯特征性的炎癥類型（如嗜酸性粒細胞性炎癥、細菌性炎癥等），可能為低炎癥表型或混合性炎癥的表型[20-22]。此類患者對激素治療敏感性好于第一類，且并不完全依賴于抗生素的治療，臨床上其好轉需要激素治療、抗生素治療、防治合并癥與并發癥、改善呼吸功能等綜合性的措施。需要指出的是，由于本研究缺乏病毒感染的評價指標，導致病毒性表型的患者可能混雜在三類表型中。有研究發現 EOS 增多是病毒性惡化的良好預測因子[17]，這或許也是導致前兩類患者血 EOS 計數差異無統計學意義的原因之一[23-24]。
綜上所述，明確慢阻肺急性加重患者的不同表型可以協助臨床診斷和個體化治療，聚類分析方法可以用來探索慢阻肺急性加重可能的臨床表型，但仍然需要更多的研究進行探索和驗證。
利益沖突：本研究不涉及任何利益沖突。
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）急性加重是慢阻肺慢性進程中的急性事件，患者的呼吸系統癥狀出現急性加重超出日常的變異，導致額外的治療[1]。依據慢阻肺急性加重的臨床表型和生物標志物，預測和指導慢阻肺急性加重的治療是目前的熱點，許多研究提出了不同的表型分類及相應的治療策略[2-4]，聚類分析方法也較多地應用于表型探索的研究[5-7]。本研究通過聚類分析方法對慢阻肺急性加重的臨床表型進行了探索。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
收集 2014 年 1 月 1 日至 2016 年 12 月 31 日在南京醫科大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科住院治療的慢阻肺急性加重患者。患者需滿足以下條件：（1）年齡≥40 歲，性別不限；（2）符合 2018 年慢性阻塞性肺疾病全球倡議–慢性阻塞性肺疾病診斷、治療與預防全球策略（GOLD）指南中的診斷標準[1]，其中肺功能標準是給予支氣管舒張劑（吸入 400 μg 的沙丁胺醇）后第 1 秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，FEV1）與用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的比值（FEV1/FVC）<70%；（3）住院期間主要診斷為慢阻肺急性加重；（4）病例資料完整，包含本研究所需的主要內容。
1.2 方法
收集相關資料后選取患者年齡、病程、吸煙指數、既往 1 年住院次數、住院天數、住院總費用、總藥品費、靜脈糖皮質激素累積劑量、口服糖皮質激素累積劑量、霧化糖皮質激素累積劑量（下文“糖皮質激素”均簡寫為“激素”）、抗生素使用天數共 11 個指標作為變量。根據臨床經驗和文獻報道[8-10]，首先進行主成分分析降低相關性，將變量按照特征值>1 提取了 5 個主成分，累計貢獻率達 65.42%，利用 5 個主成分變量進行系統聚類分析。聚類方法選 Ward 法（最小離均差平方和法），距離的計算選平方 Euclidean 距離。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 20.0 統計軟件。不符合正態分布的計量資料用中位數（四分位數間距）［M（Q1～Q3）］描述。組間差異性比較采用 Kruskal Wallis 非參數秩和檢驗和 χ2 檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
根據臨床經驗和文獻報道[8-10]，分別將 515 例患者聚為 3 或 4 類，描述各類的基本特征后，發現分為 4 類時臨床特征較為顯著。但是第 4 類病例數過少（n=1），其口服激素累積劑量畸高，考慮可能系偏離值，臨床意義較小不再予以分析。將其余患者（n=514）分為 3 類，并對各類指標進行了比較（表 1），根據不同特征分別命名。
表1
聚類分析三類患者的基本特征［M（Q1～Q3）］
本研究首次提出了以下 3 種表型：“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”、“輕型–激素敏感型”和“嚴重–并發癥型”。前兩類患者共同定義為“輕型”，因為和第三類患者相比，前兩類患者的住院天數、ICU 住院天數、（無創/有創）機械通氣時間均較短，并發癥中消化道出血的發生率較低，同時住院總費用、總藥品費用也較少（P<0.05），提示前兩類患者病情較輕，因而表現為較低的住院花費。對前兩類患者之間進行比較發現也存在一定的差異。
第一類“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”153 例（29.71%）。此類患者病程最長，既往 1 年住院次數最少，ICU 住院天數較短，機械通氣使用率和并發癥發生率均較低，住院費用包括藥品費用均處于中等水平。此類表型較為顯著的特征為靜脈激素用藥時間較其余兩組顯著延長，靜脈激素累積劑量和霧化激素累積劑量顯著增高，抗生素使用率最高，抗生素使用時間也較長。這提示該類患者對不同途徑激素治療的反應均欠佳，同時對抗生素依賴性較強。
第二類“輕型–激素敏感型”307 例（59.61%）。此類患者病程較短，住院花費包括藥品費用顯著低于其他兩組，尤其是抗生素用藥時間最短，抗生素使用率較低，靜脈激素用藥時間和累積劑量、霧化激素累積劑量顯著低于第一類患者，住院天數最短。可見，此類患者對激素最為敏感，對抗生素的依賴性較小。
通過比較前兩類患者的血嗜酸性粒細胞（eosinophil，EOS）計數水平，發現差異無統計學意義。為了進一步分析兩類患者血 EOS 的特征，根據 GOLD 2019[1]，采取兩個截斷值將患者分為 3 組（EOS 計數<100 個/μL，100 個/μL≤EOS 計數≤300 個/μL，EOS 計數>300 個/μL）進行分層比較，結果發現組間差異無統計學意義（P>0.05）。結果見表 2。
表2
第一、第二類患者血 EOS 計數分層比較（%）
第三類“嚴重–并發癥型”54 例（10.49%），此類患者抗生素使用時間較長，不同途徑激素用藥時間及累積劑量均不高，血 EOS 計數水平明顯低于“輕型–激素敏感型”（P<0.05）。此類表型較為顯著的特征是患者住院時間最長，住院費用及藥品費用高于其他兩組，ICU 住院天數最長，（無創/有創）機械通氣時間顯著延長，消化道出血的發生率遠高于前兩類患者（P<0.05）。其余并發癥如呼吸衰竭、肺栓塞、肺性腦病發生率與其余兩類的差異雖無統計學意義，但仍有較高比例。患者的合并癥中，心血管疾病、肺癌的發生率較前兩類升高，但差異無統計學意義。本研究將此類患者定義為“嚴重–并發癥型”，可能合并或并發心血管、消化道等疾病，病情較為嚴重，住院花費較高。
3 討論
越來越多的研究開始探索慢阻肺急性加重的臨床表型和生物標志物[11-13]。近期一項關于慢阻肺急性加重表型的綜述總結了以下分型依據：病因學表型、炎癥表型、基于臨床表現的表型、合并癥表型、頻繁惡化表型[14]。在眾多研究中，基于臨床表現的 Anthonisen 標準[15]是最廣泛認可的分類，它將慢阻肺急性加重分為 3 種表型：1 型包括呼吸困難，痰量增多和痰液膿性增加；2 型包括后兩種癥狀；3 型僅涉及其中 1 種癥狀，伴有咳嗽，喘息或上呼吸道感染癥狀。1 型患者對抗生素治療的反應較好，血清 C 反應蛋白水平高于其他兩種類型，因此建議 1 型患者盡早使用抗生素。也有研究通過臨床評估病因對慢阻肺急性加重進行表型分析，并提出了 8 種表型，包括氣道病毒感染、細菌感染、共感染、憂郁/焦慮、肺栓塞、合并心臟病或肺損傷、高危環境、其他特定原因[4]。此外，還有研究根據炎癥類型的不同將慢阻肺急性加重分為細菌性、病毒性、嗜酸性粒細胞性炎癥和低炎癥狀態 4 種不同的臨床表型，并提出了痰白細胞介素-1β（截斷值為 130 pg/mL）、血清 CXC 趨化因子配體 10（截斷值為 145 pg/mL）和血 EOS 百分比（截斷值為 2%）分別為細菌性、病毒性、嗜酸性粒細胞性炎癥表型的標志物[16]。
本研究初步探索了慢阻肺急性加重住院患者可能的臨床表型，與文獻中的表型分類相互印證[4,14]。本研究中的“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”表現為較高的抗生素使用率和較長的使用時間，對不同途徑的激素反應均較差，可能系患者存在細菌感染，其病情的好轉依賴于充分的抗感染治療[17-19]。而“輕型–激素敏感型”患者中可能存在嗜酸性粒細胞性炎癥，因而對激素反應性較好，住院時間較短。GOLD 2019[1]提出，對于穩定期的低風險患者（既往 1 年急性加重次數≤1 次），血 EOS 計數≥300 個/μL 時，對吸入性激素治療反應較好；而對于高風險患者（既往 1 年急性加重次數≥2 次或既往 1 年住院次數≥1 次），血 EOS 計數≥100 個/μL 時，推薦吸入性激素和長效支氣管舒張劑聯合治療。可見，血 EOS 可以作為加用激素治療的依據，進一步印證了本研究中“輕型–激素抵抗–抗生素依賴型”患者對激素反應性較好，可能系此表型中存在相當一部分嗜酸性粒細胞性炎癥的患者。“嚴重–并發癥型”患者合并癥或并發癥的發生率較高，以心血管系統、消化系統多見。靜脈、口服、霧化激素的累積劑量與“輕型–激素敏感型”相仿，但血 EOS 計數較后者低，抗生素使用率也較低，提示此類患者無明顯特征性的炎癥類型（如嗜酸性粒細胞性炎癥、細菌性炎癥等），可能為低炎癥表型或混合性炎癥的表型[20-22]。此類患者對激素治療敏感性好于第一類，且并不完全依賴于抗生素的治療，臨床上其好轉需要激素治療、抗生素治療、防治合并癥與并發癥、改善呼吸功能等綜合性的措施。需要指出的是，由于本研究缺乏病毒感染的評價指標，導致病毒性表型的患者可能混雜在三類表型中。有研究發現 EOS 增多是病毒性惡化的良好預測因子[17]，這或許也是導致前兩類患者血 EOS 計數差異無統計學意義的原因之一[23-24]。
綜上所述，明確慢阻肺急性加重患者的不同表型可以協助臨床診斷和個體化治療，聚類分析方法可以用來探索慢阻肺急性加重可能的臨床表型，但仍然需要更多的研究進行探索和驗證。
利益沖突：本研究不涉及任何利益沖突。
