术前生物标志物与老年患者心脏手术相关急性肾损伤之间的关系:一项队列研究

急性肾损伤（Acutekidney injury，AKI）与心脏手术后的死亡率相关。新的风险因素可能提高对存在肾损伤风险患者的识别。最近A&A发表的一项研究，评估了反映心源性、炎症、肾脏和代谢紊乱的术前生物标志物与老年患者心脏手术相关急性肾损伤（cardiacsurgery-associated AKI，CSA-AKI）之间的相关性。该研究基于既往一项“老年患者麻醉评估”的前瞻性队列研究数据进行了二次分析。研究发现，老年心脏手术后16.3%的患者发生CSA-AKI，并且CSA-AKI的发生与死亡风险和残疾风险（RR,2.13 [95% CI, 1.53-2.95]）的增加相关。术前N端前B型利钠肽（NT-proBNP）、高敏c反应蛋白（hs-CRP）、血红蛋白和镁的浓度与CSA-AKI的相关性最强。这项研究提示：使用一系列生物标志物可以提高对CSA-AKI患者术前风险的筛查和识别能力，从而有助于术前进行针对性干预，以降低CSA-AKI的发生率。 

背景 

在老年患者中，术前心脏、炎症、肾脏和代谢的生物标志物与心脏手术相关的急性肾损伤（CSA-AKI）是否有关尚不明确。LisaVerwijmeren等人发现术前N末端B型利钠肽前体（NT-proBNP）、高敏c反应蛋白（hs-CRP）、血红蛋白、镁浓度与CSA-AKI相关，可改善风险分层。包含心脏、炎症、肾脏和代谢的生物标志物可以用来更好地识别心脏手术后存在肾损伤风险的老年患者。

约10%至30%的患者会发生心脏手术相关的急性肾损伤（CSA-AKI）。术后肾损伤是慢性肾脏疾病的危险因素，可降低心脏手术后的短期和长期生存率。即使在出院时肾功能恢复到基线水平，长期死亡风险仍然增加。心脏手术后1年，CSA-AKI患者的健康相关生活质量低于无肾损伤患者。此外，肾损伤可增加医疗费用。年龄是CSA-AKI的重要危险因素：根据不同的手术类型，70岁患者的长期死亡率是年轻患者的3倍。

CSA-AKI的病理生理机制非常复杂。多种围手术期因素，如体外循环、全身炎症、低血压和失血，均可导致肾小球血流量受损和肾组织缺氧。术前评估可识别患者的肾损伤风险，并采取预防措施。然而，临床危险因素（如合并症、年龄和性别）不足以准确区分CSA-AKI发生的风险。慢性疾病、低级别炎症和内皮功能障碍是心脏患者术前肾损伤发病机制的关键通路（见图1）。代表这些途径的生物标记物可能被用作CSA-AKI的新的风险标记物。

 

eGFR：估算的肾小球滤过率；GDF-15：生长分化因子-15；Glu：葡萄糖；Hb：血红蛋白；hs-CRP：高敏c反应蛋白质；hs-cTnT：高敏感性心肌肌钙蛋白T；IL - 6：白细胞介素- 6；Mg：镁；NT-proBNP：n端前B型利钠肽；WBC：白细胞计数。 

在本研究中，作者旨在评估术前心脏、炎症、肾脏和代谢的生物标志物与CSA-AKI之间的关系。此外，该研究还分析了CSA-AKI与老年心脏手术患者1年死亡率和残疾之间的关系。 

方法 

试验设计和参与者

这是一项关于老年麻醉评估（AnesthesiaGeriatric Evaluation，AGE）研究的再分析。AGE研究是一项双中心的前瞻性观察性队列研究，研究老年患者心脏手术后1年功能预后与衰弱之间的关系。研究纳入了2015年7月至2017年8月期间计划择期行直视下心脏手术的患者，年龄大于等于70岁。对AGE研究的设计和分析已有详细描述，简而言之，AGE研究是将麻醉前的标准评估辅以全面的老年评估。进一步的围手术期护理按照当地规范操作程序进行。伦理委员会于2015年6月30日批准了该研究方案，所有患者均已提供书面知情同意。本文遵循STROBE报告指南。术前数据从电子病历中提取，包括合并症、药物使用情况、欧洲心脏手术风险评估系统（EuroSCOREII）和超声心动图结果，这些数据在术前筛查时或术前一天均可获得。 

生物标志物

生物标志物的选择是基于临床推理和之前CSA-AKI病理生理学的研究（见图1），以及临床应用的有效性和成本。将12个生物标志物分为4类（心脏、炎症、肾和代谢）。心脏生物标志物包括高敏感心肌肌钙蛋白T （hs-cTnT）、N端前B型利钠肽（NT-proBNP）和生长分化因子-15 （GDF-15），反映心血管疾病、心力衰竭和AKI之间的联系。炎症生物标志物包括hs-c反应蛋白（hs-CRP）、白细胞介素-6 （IL-6）和白细胞计数（WBC）。这些生物标志物可以反映炎症和AKI中内皮细胞和肾小管细胞损伤之间的联系。肾脏生物标志物为血红蛋白（Hb）和根据肾脏疾病流行病学合作组织（CKD-EPI）计算的估算肾小球滤过率（eGFR）。因为Hb可能反映肾功能不全引起的贫血，因此被认为是肾脏生物标志物。代谢生物标志物包括葡萄糖、白蛋白、磷和镁。镁缺乏、葡萄糖耐受不良、白蛋白浓度低与AKI发生相关的内皮功能障碍和促炎状态有关。磷酸盐调节异常常见于慢性肾病患者。Hb、WBC和肌酐/eGFR的血液样本收集作为门诊常规护理的一部分，在Sysmex9000系统（Sysmex）上直接分析，或Sapphiresystem系统（雅培公司）用于WBC和Hb检测，Cobas平台（罗氏诊断）或Atellica系统（西门子医疗）用于肌酐检测。在手术室内麻醉诱导后和手术开始前，从动脉导管中采集血液样本收集标志物。收集的血浆保存于−80°C的低温管中，进行批量分析。血浆生物标志物用Cobas8000平台（罗氏诊断）自动分析仪进行分析，包括:hs-cTnT电化学发光法测定（第五代测定）；IL-6电化学发光法测定、GDF-15电化学发光法测定、proBNPII电化学发光法测定和CRPL3电化学发光法测定（第三代CRP测定）；ALBT2（定量白蛋白第二代测定法）；GLUC3（葡萄糖HK分析）；MG2（镁2代分析）和PHOS2（无机磷酸盐测定版本2）。生物标志物的临界值根据制造商手册（罗氏诊断）设置，或按照当地医疗机构定义（WBC），或者根据国际指南设定（Hb和eGFR），以第95百分位表示（hs-cTnT按照第99百分位表示）:hs-cTnT≥14µg/L；NT-proBNP≥486pg/mL（女性），NT-proBNP≥470pg/mL（男性）；GDF-15≥2199pg/mL；CRP≥5mg/L；IL-6≥7pg/mL；白细胞计数≥10.8×109/L（女性），白细胞计数≥10.6×109/L（男性）；葡萄糖≥6.38mmol/L；白蛋白≦35 g/L；磷酸盐≥1.45mmol/L；镁离子≤0.66mmol/L。女性Hb的临界值设定为≤7.45mmol/L，男性为≤8.07mmol/L。eGFR的临界值为≤60mL/min/1.73 m2。所有分析均采用标准化诊断方法进行。

结局指标

主要指标是CSA-AKI，定义为术后48小时内的血清肌酐绝对增加≥26.5µmol/L或者在第一个5天内较基础值增加1.5倍。术后血清肌酐值于术后第1天和第2天按常规测定，术后第3天和第5天使用自动化Cobas8000平台（罗氏诊断）或Atellica系统（西门子医疗）进行测定。未能获得的肌酐值默认为正常值。次要指标是死亡率和术后1年患者所报告的残疾。包括死亡日期在内的生命状态通过国家个人档案数据库进行查询评估。通过36项世界卫生组织残疾评估附表2.0 （WHODAS2.0）自评对残疾进行判断，结果以过去4周功能受限的百分比的形式报告，评分范围为0%（无残疾）至100%（完全残疾）。在我们的研究中，将残疾定义为评分≥25%。术后残疾分析中不包括死亡患者。

缺失数据的处理

采用多重填补法处理缺失的残疾问卷相关数据，从而减少因使用同源人口信息创建多个数据集来估计缺失值所造成的偏倚。术前和术后残疾指标缺失的数据都在30个数据集中进行估算，之后进行生物标志物检测。因为只有一小部分生物标志物数值缺失（555例患者中缺失16例，2.9%），并且缺失值完全随机，因此在分析中直接排除了这些患者。

统计分析

发生或未发生CSA-AKI患者之间的差异，二分类和计数资料用以频率和百分比表示，连续计量资料用中位数和四分位数间距（interquartilerange，IQR）表示。根据具体情况选用χ2检验或Mann-WhitneyU检验进行显著性检验。CSA-AKI与1年死亡率和患者自我报告残疾之间的关系采用未调整的相对风险（unadjustedrelative risk，RR）和95%可信区间（confdenceinterval，CI）表示。死亡率用Kaplan-Meier曲线和log-rank检验进行分析。由于CSA-AKI诊断排除了早期死亡（5天内）的患者，因此Kaplan-Meier曲线只限用于术后5天后还存活的患者。生物标志物之间的差异使用Spearman分析。术前生物标志物与CSA-AKI之间的关系采用logistic回归进行评估分析。在单变量分析中，生物标记物是根据预设的临界值采用连续变量资料进行检验。为了提高结果的可读性，将高于或低于临界值的生物标志物值分别称为“升高”或“减少”。通过对年龄、性别和手术类型进行调整，采用多变量Logistic回归分析CSA-AKI和每个生物标志物之间的相关性。连续生物标志物值进行标准化转换从而可以直接比较。标准化转化是将患者特异值中减去平均值并除以该变量的标准差。因此，标准化程度最高的优势比（odds ratio，OR）暗示着多变量模型中存在强联系。标准化后进行临床解释比较困难，因此未标准化的数值也进行了多变量分析。负相关的生物标志物（如Hb、eGFR、白蛋白和镁）以相反值形式进行分析。采用方差膨胀因子检验多重共线性。通过计算曲线下面积（AUC）评价基于一系列生物标志物和根据EuroSCOREII所列的临床风险因素对CSA-AKI的识别能力。模型拟合之间的差异使用似然比值检验进行比较。P值＜0.05被认为具有统计学意义。数据分析使用微软系统（IBM公司）SPSSv24和微软系统的R3.5.1版本。

结果

患者一般资料

AGE研究队列包括555例患者，16例患者术前血样缺失（2.9%）；其余539例纳入最终分析。所有患者均进行了第1天或第2天的血清肌酐检测，而第3或第5天的血清肌酐值仅在426例（79.0%）患者中获得。患者平均年龄为75岁（IQR，72-77），其中181例（33.6%）为女性。88例患者（16.3%）术后发生CSA-AKI。CSA-AKI患者高血压、糖尿病、慢性肾功能衰竭发生率更高，纽约心脏协会（NYHA）分级更高，欧洲心脏手术风险评估系统II（EuroSCOREII）评分更高，并且这些患者接受的手术更为复杂（见表1）。住院期间的总死亡率为2.8% （n =15），1年后的死亡率为5.6% （n =30）。CSA-AKI患者的1年死亡风险增加近7倍（RR，6.70[95% CI，3.38-13.30]）。发生或未发生CSA-AKI的患者生存情况如图2所示。509例存活患者中，116例（22.8%）患者在术后1年报告发生残疾。CSA-AKI患者的残疾风险明显增加（RR，2.13[95% CI，1.53-2.95]）。

 

数值表示为频率n（%）或中位数[IQR]。CABG：冠状动脉搭桥术；CSA-AKI：心脏手术相关急性肾损伤；EuroSCORE II：欧洲心脏系统手术风险评估第二版；IQR：四分位间距；LVEF：左心室射血分数；NYHA：纽约心脏病协会；TIA：短暂性脑缺血发作。 

 

心脏生物标志物

CSA-AKI患者的术前心脏生物标志物浓度高于非CSA-AKI患者（见表2）。hs-cTnT与GDF-15浓度之间存在为中等相关（r =0.50）。CSA-AKI患者中GDF-15或NT-proBNP浓度升高分别占35.2%和64.8%，而在无CSA-AKI患者中，这一比例分别为17.3%和45.5%（P＜0.001和P=0.001）。在所有的心脏生物标志物中，GDF-15和NT-proBNP与CSA-AKI相关性最强（见表3）。

 

所有数值表示为中位数和四分位数间距表示。CSA-AKI：心脏手术相关急性肾损伤；eGFR：估算的肾小球滤过率；GDF-15：生长分化因子-15；Hb：血红蛋白；hs-CRP：高敏c反应蛋白；hs-cTnT：高敏感性心肌肌钙蛋白T；IL - 6：白细胞介素- 6；NT-proBNP：n端前B型利钠肽；WBC：白细胞计数。 

 

NA:所有患者的磷酸盐浓度均未低于临床临界值1.45mmol/L。CI：可信区间；CSA-AKI：心脏手术相关急性肾损伤；eGFR：估算的肾小球滤过率；GDF-15：生长分化因子-15；Hb：血红蛋白；hs-CRP：高敏C反应蛋白；hs-cTnT：高敏心肌肌钙蛋白T；IL- 6:白细胞介素-6；NA：不适用；NT-proBNP：N端前B型利钠肽；OR：比值比；WBC：白细胞计数。

a:方法部分描述了所有生物标志物的截止水平。所有相关性均根据年龄、性别和手术类型进行了调整。

B:负相关 

炎症生物标志物

发生CSA-AKI的患者术前CRP和IL-6的浓度显著升高（见表2）。CRP和IL-6浓度之间存在强相关（r =0.62）。CSA-AKI患者中分别有25.0%和27.3%的患者出现hs-CRP和IL-6浓度升高，而无CSA-AKI患者中仅10.2%和13.1%的患者出现hs-CRP和IL-6浓度的升高（P均＜0.001）。hs-CRP或IL-6浓度升高与CSA-AKI发生率增加相关（见表3）。 

肾脏生物标志物

CSA-AKI患者的术前肾脏生物标志物浓度较低（见表2）。术前较低的eGFR水平与较高的心脏标志物浓度相关。CSA-AKI患者术前多存在贫血（CSA-AKI患者15.9%vs 无CSA-AKI患者4.2%，P＜0.001）。术前贫血患者CSA-AKI的发生率增加（见表3）。 

代谢生物标志物

CSA-AKI患者中空腹血糖受损（译者注：空腹血糖受损是指空腹血糖高于正常标准但又低于糖尿病诊断标准，如空腹血糖110～126mg/dl（6.1～7.0mmol/l）为空腹血糖受损）和低镁血症比较常见，发生率分别为40.9%和18.2%，而非CS1A-AKI患者中仅有29.0%和6.7%发生空腹血糖受损和低镁血症（P =0.0038，P＜0.001）。这两个生物标记物均与CSA-AKI发生几率增加相关（见表3）。 

多变量分析

图3显示的是包括所有生物标志物在内的多变量模型的标准化效应估计。基于标准化程度最高的优势比（OR），与CSA-AKI相关性最强的生物标记物是NT-proBNP、hs-CRP、Hb和镁。与仅使用临床风险因素时（EuroSCOREII AUC, 0.67 [95% CI, 0.62-0.73]）相比，术前联合使用生物标志物（AUC,0.75 [95% CI, 0.69-0.80]）可以提高对CSA-AKI的识别，并且模型拟合也有显著改善（P =0.016）。

图3. 术前生物标志物和CSA-AKI之间的标准化关联的多变量分析，独立于年龄、性别和手术类型。负相关的生物标志物（如Hb、eGFR、白蛋白和镁）以相反值形式表示，意味着这些生物标记物的数值越低和CSA-AKI的相关性越高。

CI：可信区间；eGFR：估计肾小球滤过率；GDF-15：生长分化因子-15；Hb：血红蛋白；hs-CRP：高敏c反应蛋白；hs-cTnT：高灵敏度的心脏肌钙蛋白T；IL - 6：白细胞介素- 6；NT-proBNP：N端前B型利钠肽；WBC：白细胞计数。 

讨论

接受心脏手术的老年患者CSA-AKI发生率为16%，CSA-AKI与术后1年死亡率和残疾发生率相关。术前心脏、炎症、肾脏和代谢生物标志物与CSA-AKI有关。与CSA-AKI相关性最强的生物标记物是NT-proBNP、hs-CRP、Hb和镁。

研究结果证实术前生物标志物与CSA-AKI的发生有关。另外有一项着重于炎症、肾血流受损和缺血再灌注等多个术前生物标志物与CSA-AKI相关性的研究显示，术前炎症生物标志物（可溶性肿瘤坏死因子受体1和2）对CSA-AKI的识别率最高（AUC，0.75[95% CI, 0.68-0.81]）。所有生物标志物都与肾脏疾病进展相关，提示既往肾功能衰竭是发生CSA-AKI的一个重要危险因素。此外，研究结果显示慢性心脏疾病促进CSA-AKI的发展，它的存在可以用于改善风险分层。心力衰竭是心脏疾病的重要预后指标，与慢性肾脏疾病相关。EuroSCOREII包含术前心力衰竭的详细临床资料（即左心室功能和NYHA心功能分级），可用于准确预测术后死亡率。该研究发现，除了术前超声心动图结果和临床症状，使用NT-proBNP可以术前加强对CSA-AKI的风险评估。在该研究包括其他11个生物标志物的完整模型中，NT-proBNP仍然与CSA-AKI具有相关性。

研究结果表明，不同的病理生理过程参与了心脏疾病肾损伤的发病机制。术前NT-proBNP、hs-CRP、Hb和镁离子浓度与CSA-AKI的相关性最强。慢性心脏病以发生心肌缺血、心力衰竭及全身性激素和炎症反应为特征。取决于疾病的严重程度，这些疾病通过心脏源性和内皮功能障碍导致肾脏氧合受损。体循环神经内分泌激素水平升高导致肾脏水钠潴留，从而减少肾小球血流（静脉淤血）并损害肾脏微循环。局部的水肿和炎症会导致肾脏氧合受损并触发全身性炎症反应。同时并存的贫血会加重肾脏的低氧血症。此外，内源性儿茶酚胺增加血管张力并降低肾小球灌注。肾微循环的稳态依赖于内皮来源的一氧化氮介导的血管舒张。镁能自然地抑制血管收缩并增强内源性血管扩张剂的作用，因此低镁血症可能导致肾血管收缩从而减少肾小球血流。高血糖可以使肾小球内皮细胞的多糖-蛋白质复合物发生改变，降低其作为蛋白屏障层的功能并加重内皮功能障碍。

术前生物标志物可用于诊断新的疾病和评估已诊断疾病的进展。基于生物标志物的结果进行有针对性的术前干预，以改善心脏术后的预后还非常少见。为降低CSA-AKI的发生率，未来进一步研究应该考虑术前生物标志物的使用，从而确定患者术前的特异性风险，以有助于术前进行针对性干预。

这项研究存在一些局限性。首先，AKI的定义包括7天eGFR和尿量测定。在该研究中，术后2天内获得所有患者的eGFR数据，但术后第3天至第5天仅有79%的患者能获得eGFR数据。同时该研究没有测定尿量。肌酐值或尿液测量的缺失可能导致一些CSA-AKI患者的遗漏。但是，该研究得到的CSA-AKI的发病率与以前的报告相似。其次，术前16例患者的血液样本缺失，但缺失的血液样本与患者特征或结果无关，因此偏倚的风险很低。73例患者的残疾问卷缺失，尽管该研究设置了多个缺失值插补方法以限制偏倚，然而这可能影响CSA-AKI和术后1年残疾发生率之间的关系。该研究的一个主要优势为使用了代表心脏患者肾损伤多因素发病机制的12个术前生物标志物。虽然可能还有许多其他与CSA-AKI相关的生物标志物，但出于实际原因，作者选择了一种生物标志物检测套餐以便于临床护理的定期评估。罗氏、雅培和西门子提供了不太常见的GDF-15和IL-6的检测套餐，贝克曼库尔特诊断公司提供了IL-6套餐，罗氏和雅培提供了GDF-15套餐。这些检测项目使用广泛，使得该研究的结果可以被其他人重复和比较，并便于临床实施。本研究其他优点包括术前彻底筛查所有患者和资料的可用性。此外，研究重点为老年患者，增加了结果的准确性。 

结论

老年患者CSA-AKI比较常见，CSA-AKI与术后1年死亡率或残疾发生风险增高相关。术前心脏、炎症、肾脏和代谢生物标志物与CSA-AKI相关。这些标志物的使用可以提高对高风险患者的识别。