胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期隐性失血的统计学决策树模型分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3817

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (15): 2364-2369.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3817

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胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期隐性失血的统计学决策树模型分析

高志祥1，2，肖聪1，杨红涛3，孟祥玉2

1绵阳市第三人民医院，四川省精神卫生中心骨二科，四川省绵阳市 621000；2新疆医科大学第六附属医院微创脊柱外科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000;3新疆巴州人民医院脊柱外科，新疆维吾尔自治区库尔勒市 841003

收稿日期:2020-04-24 修回日期:2020-04-28 接受日期:2020-06-17 出版日期:2021-05-28 发布日期:2021-01-05
通讯作者: 孟祥玉，硕士，主任医师，新疆医科大学第六附属医院微创脊柱外科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000
作者简介:高志祥，1991年生，四川省雅安市人，汉族，2019年新疆医科大学毕业，硕士。

Statistical decision tree model analysis on hidden blood loss in the perioperative period of thoracolumbar burst fracture accompanied with neurological deficiency

Gao Zhixiang1, 2, Xiao Cong1, Yang Hongtao3, Meng Xiangyu2

1Second Department of Orthopedics, Third Hospital of Mianyang•Sichuan Mental Health Center, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; 2Department of Spinal Surgery, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 3Department of Spinal Surgery, Xinjiang Bazhou People’s Hospital, Korla 841003, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2020-04-24 Revised:2020-04-28 Accepted:2020-06-17 Online:2021-05-28 Published:2021-01-05
Contact: Meng Xiangyu, Master, Chief physician, Department of Spinal Surgery, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Gao Zhixiang, Master, Second Department of Orthopedics, Third Hospital of Mianyang•Sichuan Mental Health Center, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; Department of Spinal Surgery, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
胸腰段：在临床上通常指T11-L2，是胸椎后凸和腰椎前凸的交界处，该区域由活动度相对固定的胸椎向较大的腰椎过渡，由于胸腰椎独有的解剖学特征构成了脊柱损伤的高发区。
隐性失血：在围术期间去除术中创面失血量、手术创口的纱布渗血等可计量的显性失血量及术后引流血量之外，患者体内丢失的、无法计算的血量。

背景：有研究表明脊柱围术期间具有较高的隐性失血，但是对隐性失血形成的危险因素并未阐述，试验对相关因素进行分析，筛选出高危因素。
目的：分析胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期隐性失血量及相关因素变化。
方法：回顾性分析2016年9月至2019年1月在新疆医科大学第六附属医院接受脊柱手术治疗的85例胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤患者临床资料，包括患者的年龄、性别、民族、高血压病、糖尿病、冠心病、吸烟和饮酒史、非酯化脂肪酸(总胆固醇、三酰甘油)、手术时间、手术切口长度、术中晶体液量、术中胶体液量、自体血输注、异体血输注、术后椎体高度恢复率、手术治疗时间窗(<48 h、≥48 h)、伤椎节段及手术固定节段，采用Gross方程计算隐性失血量；以Logistic回归分析发生隐性失血的危险因素。
结果与结论：①胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤患者85例中男66例，女19例，平均(40.75±12.42)岁，估计总失血量(1 030.84±115.45) mL，隐性失血量(484.57±98.38) mL，隐性失血量占理论总失血量的47.05%；②通过单因素、多因素Logistic回归分析结果显示：年龄、三酰甘油> 1.63 mmol/L、胆固醇>5.76 mmol/L、手术切口延长、手术时间窗<48 h及合并吸烟史是围术期间隐性失血阳性发生的独立危险因素(P < 0.05)；③通过SPSS 24.0统计学决策树模型分析及ROC曲线下面积验证显示，年龄>48岁时，该模型敏感性76.0%，特异性88.4%，具有一定的诊断准确性；④上述结论证实，隐性失血在脊柱手术围术期占有较高的比例，而年龄>48岁、胆固醇及三酰甘油偏高、手术切口延长、手术时间窗<48 h、合并吸烟史是隐性失血阳性发生的高危因素。

https://orcid.org/0000-0002-3792-0826 (高志祥) ；https://orcid.org/0000-0002-0950-135X (孟祥玉)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨, 胸腰椎, 骨折, 隐性失血, 失血量, 围术期, 决策树模型, 回顾性分析

Abstract: BACKGROUND: Some studies have shown that there is a high rate of hidden blood loss during spinal surgery, but the risk factors of hidden blood loss have not been described. In this study, the related factors were analyzed and the high risk factors were screened out.
OBJECTIVE: To analyze the relevant factors of hidden blood loss in the perioperative period of thoracolumbar burst fracture accompanied with neurological deficiency.
METHODS: The clinical data of 85 patients with thoracolumbar burst fracture and neurological deficiency received spinal surgery treatment in Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University from September 2016 to January 2019 were analyzed. The patients’ data including age, gender, ethnic group, hypertension, diabetes, coronary heart disease, history of smoking and drinking, free fatty acid (total cholesterol, triglyceride), operation time, length of surgical incision, the amount of crystalloid solution during operation, the amount of colloidal solution during operation, autologuous blood injection, homologous blood transfusion, postoperative recovery rate of vertebral height, time window of surgical treatment (< 48 hours, ≥ 48 hours), the segment of fractured vertebra and the segment of operative fixation were recorded. Gross was adopted to calculate the volume of hidden blood loss. Logistic regression analysis was used to further discuss risk factors for hidden blood loss.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There were 66 males and 19 females with an average age of (40.75±12.42) years in the total 85 cases of the patients with thoracolumbar burst fracture and neurological deficiency. The estimated total blood loss volume was (1 030.84±115.45) mL. The volume of hidden blood loss was (484.57±98.38) mL. The volume of hidden blood loss accounted for 47.05% of the total blood loss volume in theory. (2) The results of single-factor and multivariate Logistic regression analysis showed that age, triglyceride > 1.63 mmol/L and cholesterol > 5.76 mmol/L, extended surgical incision and surgical time window < 48 hours, and smoking history were the independent risk factors for positive hidden blood loss during the perioperative period (P < 0.05). (3) The decision tree model analysis of SPSS 24.0 and ROC area under the curve verified that when the age was > 48 years, sensibility and specificity were 76.0% and 88.4% respectively, with a certain diagnostic accuracy. (4) It is concluded that hidden blood loss accounts for a high proportion in the perioperative period of the spine. Age > 48 years, slightly-high cholesterol and triglyceride, extended surgical incision, surgical time window < 48 hours, and combined with smoking history turn out to be the high risk factors for positive hidden blood loss.

Key words: bone, thoracolumbar spine, fracture, hidden blood loss, blood loss, perioperative period, decision tree model, retrospective analysis

中图分类号:

高志祥, 肖聪, 杨红涛, 孟祥玉. 胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期隐性失血的统计学决策树模型分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2364-2369.

Gao Zhixiang, Xiao Cong, Yang Hongtao, Meng Xiangyu. Statistical decision tree model analysis on hidden blood loss in the perioperative period of thoracolumbar burst fracture accompanied with neurological deficiency [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(15): 2364-2369.

图/表（结果） 6

2.1 受试者数量分析试验共收集到94例病例，其中3例术中硬膜破裂，有5例术后使用了氨甲环酸氯化钠注射液，1例术中使用凝血酶止血药予以排除；最终纳入病例85例，男66例，女19例，平均(40.75±12.42)岁，平均手术时间(162.98± 19.26) min，估计总失血量(1 030.84±115.45) mL，显性失血量(546.27±105.35) mL，隐性失血量(484.57±98.38) mL，隐性失血量占理论总失血量的47.05%。85例中隐性失血阴性51例，隐性失血阳性34例，占40.0%；输血情况：未输血66例，自体血回输10例，异体血输注9例。
2.2 隐性失血阳性组和隐性失血阴性组相关因素比较隐性失血阳性组在年龄、术前胆固醇、术前三酰甘油、体质量指数、手术时间、手术切口长度及术后伤椎椎体高度恢复率方面均高于隐性失血阴性组(P < 0.05)，见表1，2；隐性失血阳性组与隐性失血阴性组比较在高血压病、糖尿病、冠心病、手术时间窗及具有吸烟史方面差异有显著性意义(P < 0.05)，见表1，2；而在性别、民族、饮酒史、术中晶体量、术中胶体量、伤椎节段、手术固定节段、自体血回输及异体血输注方面差异无显著性意义(P > 0.05)，见表1，2。

2.3 隐性失血单因素Logistic回归分析结果将上述两组比较差异有显著性意义(P < 0.1)的危险因素纳入单因素Logistic回归分析，通过单因素Logistic回归分析结果显示：年龄增加、术前胆固醇及三酰甘油偏高、高体质量指数、手术时间及手术切口偏长、术后伤椎椎体高度恢复率增加、合并高血压病、手术时间窗<48 h及具有吸烟史可能是隐性失血阳性发生的危险因素(P < 0.05)，见表3。

2.4 隐性失血多因素Logistic回归分析结果将通过单因素Logistic回归分析的可能危险因素(P < 0.05)纳入多因素logistic回归分析结果显示：年龄、术前胆固醇、术前三酰甘油偏高、手术切口延长以及手术时间窗<48 h、合并吸烟史是围术期间隐性失血阳性发生的独立危险因素(P < 0.05)，见表4。

2.5 预测模型决策树分析结果将多因素Logistic回归分析出的隐性失血高危因素进行预测模型分析，可以看出第一层为年龄>48岁，说明年龄>48岁时与围术期发生隐性失血阳性关联性最强；其余危险因素依次是合并吸烟史、三酰甘油> 1.63 mmol/L及胆固醇>5.76 mmol/L；而手术切口长度及手术时间窗<48 h不在预测模型之内。因此，决策树结果显示：年龄>48岁、胆固醇>5.76 mmol/L、三酰甘油>1.63 mmol/L及合并吸烟史对预测隐性失血阳性具有重要意义，见图1。

2.6 对决策树的连续性变量分层节点验证结果采用GraphPad Prism 8.0软件绘制ROC曲线下面积(AUC)分析发现：年龄>48岁时，该模型敏感性：76.0%，特异性：88.4%，AUC=0.814，P < 0.000 1；胆固醇>5.76 mmol/L时，该模型敏感性：82.4%，特异性：58.8%，AUC=0.626，P=0.05；三酰甘油>1.63 mmol/L时，该模型敏感性：88.2%，特异性：49.0%，P=0.02。因此，年龄>48岁时该模型对预测隐性失血阳性具有一定的临床意义，见图2。

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引言

术中出血是外科手术中的常见问题，尤其在脊柱手术中，失血过多可能需要输血，相关统计脊柱围术期输血率达50%-81%不等[1-2]。外科医生评价患者围术期出血量主要包括术中出血量和术后伤口引流量，然而在临床工作中发现即便是输注一定量的异体血后，术后复查患者血红蛋白仍平均下降了18 g/L，表现出贫血症状，出现与实际出血量不相符合的红细胞压积、血红蛋白下降，从而认为脊柱围术期间仍存在隐性失血的现象[3-6]。
PATTISON等[7]于1973年在全膝关节置换后的患者中发现术后血红蛋白、红细胞压积下降明显，与术中及术后出血量不相符合，因此认为有部分血液的丢失是肉眼不可见的。2000年SEHAT等[8]在总结前人的基础上提出了隐性失血的概念并采用Gross及Nadler方程计算出围术期的隐性失血量。国内外相关研究报道在脊柱手术过程中椎旁肌肉组织的过度暴露、椎板减压等导致的慢性硬膜外出血都会增加围术期间隐性出血量[9-11]，计算此隐性失血量占实际总失血量的31.0%-51.4%；且隐性失血严重者影响患者恢复正常的生理功能、延长住院时间、直接或间接增加住院期间的脊柱护理费用。SMORGICK 等[9]发现在脊柱减压和融合围术期间隐性失血占42.0%，平均约600 mL。SASAJI等[10]于2013年指出有效管理隐性失血量是预防术后贫血的有效措施。因此，提高对脊柱围术期隐性失血危险因素的认识非常重要。目前，国内外研究仅描述脊柱外科手术中隐性失血的量，对相关因素分析的研究很少[12-13]。
试验通过收集2016年9月至2019年1月新疆医科大学第六附属医院脊柱外科住院患者，初步探讨胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期隐性失血的发生率和相关危险因素。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析。
1.2 时间及地点 2016年9月至2019年1月在新疆医科大学第六附属医院脊柱外科。
1.3 对象回顾性分析2016年9月至2019年1月在新疆医科大学第六附属医院脊柱外科因胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤且由同一手术者行脊柱后路切开复位减压内固定修复的患者85例。此回顾性研究方案已经于2019年1月经新疆医科大学第六附属医院伦理委员会讨论批准。
根据隐性失血的定义[4]，通过Gross线性方程计算，将隐性失血量≥470 mL定义为隐性失血阳性组，隐性失血量< 470 mL定义为隐性失血阴性组。
1.3.1 纳入标准 ①患者年龄18-59岁；②胸腰段(T11-L2)椎体爆裂骨折Denis分型：B型且椎体压缩超过50%，局部后凸成角>30°[14]；③神经损伤分型：Frankel脊髓损伤分级为不完全神经损伤[15-17]；④胸腰椎脊柱脊髓损伤程度评分系统(TLICS)评分≥5分[18-19]；⑤Gaines载荷评分<6分[20]。
1.3.2 排除标准 ①凝血功能异常或先天性血液系统疾病；②合并其他系统感染、长期口服类固醇类激素患者；③术中伴有硬膜破裂者；③术中及术后使用止血药；④病历资料收集不全者。
1.4 方法危险因素资料收集：通过住院电子病历HIS系统及护理系统收集手术患者年龄、性别、身高、体质量、民族、高血压病、糖尿病、冠心病、吸烟和饮酒史、术前非酯化脂肪酸(总胆固醇、三酰甘油)、手术时间、手术切口长度、术中晶体液量、术中胶体液量、自体血输注、异体血输注、术后伤椎椎体前缘高度恢复率[(术后伤椎前缘-术前伤椎前缘)×100%/术前伤椎前缘]、手术治疗时间窗(< 48 h,≥48 h)、伤椎节段和手术固定节段的资料。
1.5 主要观察指标
1.5.1 红细胞压积(Hct) 记录患者术前及术后第7天血常规中的Hct计算隐性失血。
1.5.2 显性失血量围术期显性失血量=术中显性失血量+术后显性失血量，其中术中显性失血量=血纱布的总质量-干纱布的总质量+吸引瓶中的血液量(术中吸引瓶中的液体总量减去术中生理盐水或冲洗液的量)；术后显性失血量为引流瓶或引流袋中的血液量。
1.5.3 隐性失血量根据Sehat等[8]提出的隐性失血量方法进行计算：
公式一：隐性失血量=估计总失血量+输血量-显性失血量；
总失血量通过Gross方程计算：
公式二：估计总失血量=术前患者血容量(PBV)× (Hct术前-Hct术后7 d)/HCT平均，Hct平均=(Hct术前+Hct术后7 d)/2，Hct术后7 d为患者术后第7天血常规中的Hct；
术前血容量根据1962年Nadler提出的方式进行计算：
公式三：男性术前患者血容量=0.366 9×[身高(m)]3+ 0.0321 9×体质量(kg)+0.604 1；女性术前患者血容量=0.356 1× [身高(m)]3+0.033 08×体质量(kg)+0.183 3。
1.6 统计学分析采用SPSS 24.0统计学软件进行分析，对于计量资料采用x±s表示，两组间数据比较采用t检验；计数资料采用构成比或百分数(%)表示，两组间采用卡方(χ2)检验；采用单Logistic回归分析出隐性失血阳性的相关因素，将分析出可能的相关危险因素进行多因素Logistic回归分析，筛选出高危独立危险因素；同时对于高危的危险因素采用SPSS决策树模型预测各危险因素的强度及分层节点，对于连续性变量的分层节点绘制ROC曲线下面积(AUC)进行验证，AUC为0.5-1.0，若0.5 < AUC< 0.7代表较低准确率、0.7 < AUC < 0.9代表有一定的准确性、AUC > 0.9时具有较高的准确性，以 P < 0.05表示差异有显著性意义。

讨论

SEHAT等[8]于2000年在总结前人的基础上提出了隐性失血的概念及计算公式后并广泛应用在临床工作中，但相关因素的报道很少。试验对脊柱围术期隐性失血的相关危险因素进行分析，共纳入21个相关因素，通过统计学分析发现年龄、吸烟史、术前总胆固醇及三酰甘油、手术时间窗及伤椎椎体高度恢复率。
3.1 年龄和吸烟史对围术期隐性失血的影响 JIA等[21]认为随着年龄的增加，围术期间隐性失血的量逐渐增加。但也有研究认为，年龄并不是脊柱手术中隐性失血的原因[22]。试验发现隐性失血阳性组平均年龄高于隐性失血阴性组[(47.41±10.04)岁vs. (36.35±11.18)岁]，通过Logistc多因素回归分析发现年龄为高危因素之一，采用决策树模型及ROC曲线面积验证年龄>48岁时敏感性：76.0%，特异性：88.4%，AUC=0.814，95%CI：0.734-0.879，P < 0.000 1，具有一定的准确性。
对于年龄影响围术期间隐性失血的原因考虑有以下2点：①随着年龄的增加，体内骨髓造血及储存红细胞的能力下降[23]；以及对于失血性贫血的代偿能力较差，导致术后红细胞压积较长时间处于较低状态，最终出现Gross方程计算的隐性失血量偏高；②随着年龄的增加合并吸烟的患者时，体内超氧阴离子增加，毛细血管弹性能力下降[24-25]。同时胸腰椎爆裂骨折手术为全身麻醉应激导致外周毛细血管通透性增高及再灌注损伤血管内皮细胞，最终出现外周毛细血管床张力的调节能力下降，导致组织间隙及第三间隙的体液不能及时地进入血管内补充有效血环血容量。
3.2 术前总胆固醇和三酰甘油水平对围术期隐性失血的影响胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤多为高能量损伤，创伤应激反应导致机体内环境改变，血液中的胆固醇、中性脂肪等脂质类物质浓度逐渐升高。胆固醇和中性脂肪(如三酰甘油)属于非酯化脂肪酸一类。目前关于非酯化脂肪酸是否是隐性失血发生的高危因素文献鲜有报道。但相关研究指出非酯化脂肪酸刺激中性粒细胞，增加机体的氧化应激性，促进活性氧的产生，活性氧物质通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶攻击细胞壁、膜蛋白，破坏和改变红细胞结构，导致隐性失血增加[26-29]。试验中隐性失血阳性组胆固醇、三酰甘油均高于隐性失血阴性组，Logistc多因素回归分析发现胆固醇、三酰甘油偏高是胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期发生隐性失血阳性的高危因素之一。
3.3 手术时间窗对围术期隐性失血的影响胸腰椎爆裂骨折是否需要行急诊手术治疗的决定性因素是神经损伤的严重程度，大多数临床医生认为非完全神经损伤(Frankel脊髓损伤分级：B，C，D级)比完全性神经损伤更需早期急诊行减压手术[30-31]。目前，对于“早期”界线划定尚无明确的时间段。大多数研究将“早期”定义为受伤后24-72 h，但大多数临床文献证据表明，早期减压应在12-24 h内[30，32]。因此，试验通过将手术时间窗按时间段分为“< 48 h”和“≥48 h”进行分组研究发现两组时间段间具有显著性差异(P=0.001 3)，多因素Logistic回归分析发现手术时间窗< 48 h是隐性失血阳性的高危因素。罗永立等[33]根据手术时间的不同分为“急诊手术组”“损伤后3-5 d手术组”和“损伤后7-10 d手术组”，术后隐性失血分别占总失血的52.43%，45.10%和49.41%。考虑主要原因为：创伤性应激导致肿瘤坏死因子α、白细胞介素和其他细胞因子释放，从而抑制红细胞的形成；加之骨折导致局部微循环破坏、供氧中断，无氧酵解引起乳酸增加引起毛细血管扩张组织外渗，有效降低血容量减少，而急诊手术时人体不能及时自我调节、恢复内环境稳定性，最终导致Gross方程计算的隐性失血量增加。
3.4 伤椎椎体高度恢复率对围术期隐性失血的影响褚培林等[11]研究认为“蛋壳理论”是解释脊柱术后发生隐性失血的另一个主要原因。椎体受外伤发生骨折时内部松质骨被压缩，由于脊柱特殊的解剖结构，手术过程椎体内无法进行植骨，当通过手术恢复椎体部分高度时，椎体内形成“空腔”，这导致一部分血液进入“空腔”内无法引出，从而出现隐性失血。但是该研究为回顾性分析，而且每个椎体形成的空腔较小，隐性失血量较小；因此研究结果值得考虑。试验发现隐性失血阳性组伤椎椎体高度恢复率[(41.52±4.94)%]高于隐性失血阴性[(38.55±3.19)%]，但是通过多因素Logistic回归发现伤椎椎体高度恢复率并非隐性失血阳性发生的独立危险因素，考虑可能试验中样本量较少以及在伤椎椎体高度恢复率的方面可能存在选择、测量偏倚，可能会导致研究结果发生偏差。
3.5 结论及局限性年龄> 48岁、胆固醇及三酰甘油偏高、手术切口延长、手术时间窗<48 h、合并吸烟史是隐性失血阳性发生的高危因素。试验仍存在以下局限性：①由于纳入的危险因素相对较多而纳入病例数偏少导致两者之间的相关性强度较低；②在临床测量如血常规、术中及术后显性失血数据的获取中存在误差、测量偏倚的可能。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

胸腰椎爆裂骨折伴神经损伤围术期隐性失血的统计学决策树模型分析

Statistical decision tree model analysis on hidden blood loss in the perioperative period of thoracolumbar burst fracture accompanied with neurological deficiency

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