Valutazione quantitativa dei parametri ematologici significativi Deviazione dallo stato di salute per il monitoraggio clinico della sepsi

Summary

Questo studio propone una nuova metrica quantitativa basata sulla distanza euclidea di tre parametri ematologici significativi (Hb, Lymph%, PDW) da uno stato sano per valutare la gravità della sepsi. I risultati dimostrano una forte correlazione con i punteggi SOFA, offrendo uno strumento semplice e oggettivo per il monitoraggio della sepsi utilizzando esami del sangue di routine.

Abstract

La sepsi, una condizione pericolosa per la vita, richiede una migliore diagnostica e una valutazione della gravità. Sulla base dell'osservazione clinica a lungo termine, l'emoglobina (Hb), la percentuale di linfociti (linfa) e l'ampiezza di distribuzione piastrinica (PDW) cambiano significativamente durante la sepsi. Questo studio mirava a valutare questi tre parametri dell'emocromo completo (CBC) per distinguere i pazienti con sepsi da individui sani e a sviluppare una nuova metrica quantitativa basata sulla loro deviazione combinata da uno stato di salute per valutare la gravità della sepsi. Questo studio retrospettivo caso-controllo ha incluso 496 pazienti con sepsi (diagnosticati secondo i criteri della Sepsi-3 al momento del ricovero) e 1136 controlli sani. L'Hb, la percentuale linfatica e la PDW iniziali sono state standardizzate con lo z-score. È stato calcolato il centroide 3D della coorte sana ed è stata calcolata la distanza euclidea di ciascun paziente con sepsi da questo centroide. Sono state analizzate le differenze di gruppo e la correlazione con i punteggi SOFA. I grafici a dispersione 3D visualizzavano queste relazioni. Hb, Lymph%, e PDW differivano significativamente tra i pazienti con sepsi e i controlli (p < 0,001), con la sepsi che mostrava una percentuale di Hb/Linfonia più bassa e una PDW più alta. La distanza euclidea calcolata dal baricentro sano era significativamente maggiore nei pazienti con sepsi (p < 0,001). Questa distanza era fortemente correlata ai punteggi SOFA (r = 0,45, p < 0,001) ed era maggiore nei pazienti con maggiore gravità della malattia. La visualizzazione 3D ha confermato la separazione dei gruppi, con l'intensità del colore che riflette questa distanza e si correla con l'aumento della deviazione dal centroide sano. La distanza euclidea dei parametri chiave dell'emocromo dal centroide di una coorte sana quantifica efficacemente la deviazione da uno stato di salute ed è correlata alla gravità della malattia. Questo approccio che utilizza i dati CBC di routine offre uno strumento semplice e promettente per la valutazione e il monitoraggio della gravità della sepsi.

Introduction

La sepsi, in quanto sindrome da risposta infiammatoria sistemica causata da un'infezione, può portare a gravi disfunzioni d'organo e rimane una delle principali cause di morte nelle unità di terapia intensiva di tutto il mondo ^1,2. Nonostante i progressi nelle tecnologie diagnostiche e terapeutiche degli ultimi anni, i tassi di mortalità per sepsi rimangono elevati, pari al 20%-40%³. L'identificazione tempestiva e la valutazione accurata della gravità della sepsi sono fondamentali per il processo decisionale clinico e per il miglioramento della prognosi⁴.

Attualmente, la diagnosi della sepsi e la valutazione della gravità si basano principalmente su sistemi di punteggio come la valutazione sequenziale dell'insufficienza d'organo (SOFA) e la valutazione della fisiologia acuta e della salute cronica II (APACHE II^)5,6. Sebbene questi sistemi siano ampiamente applicati nella pratica clinica, presentano limitazioni tra cui calcoli complessi, valutazioni dispendiose in termini di tempo, requisiti per più indicatori fisiologici e risultati di test biochimici e un certo grado di soggettività e incoerenza nella pratica clinica ^7,8. L'implementazione di questi sistemi di punteggio pone sfide significative, soprattutto nelle istituzioni sanitarie primarie e nelle aree con risorse limitate⁹. Pertanto, lo sviluppo di uno strumento di valutazione della sepsi semplice, affidabile e facilmente implementabile ha un importante significato clinico.

Gli indicatori ematologici, come elementi di base dell'esame clinico, sono caratterizzati da rilevamento rapido, basso costo e ampia disponibilità^10,11. Le osservazioni cliniche hanno rilevato che diversi indicatori ematologici nei pazienti con sepsi subiscono cambiamenti significativi, con l'emoglobina (Hb), la percentuale di linfociti (Lymph%) e l'ampiezza della distribuzione piastrinica (PDW) che mostrano alterazioni particolarmente notevoli^12,13. La diminuzione dell'emoglobina riflette l'anemia correlata alla sepsi, la riduzione della percentuale di linfociti indica la soppressione della funzione immunitaria, mentre l'aumento dell'ampiezza della distribuzione piastrinica è associato alla risposta infiammatoria e alla disfunzione della coagulazione^14,15. Studi precedenti 12,13,14,15 hanno confermato che questi indicatori si correlano individualmente con la gravità della sepsi e la prognosi in una certa misura, ma mancano metodi sistematici per la valutazione integrata di più indicatori ¹⁶.

Negli ultimi anni, i metodi di analisi dei dati multidimensionali hanno visto un aumento delle applicazioni nella valutazione delle malattie¹⁷. La distanza euclidea, come metodo di misurazione geometrica per quantificare le differenze tra i campioni, può essere utilizzata per valutare il grado di deviazione degli indicatori del paziente dai normali valori di riferimento. L'applicazione di questo concetto all'analisi multidimensionale dei dati clinici può fornire nuove intuizioni per la valutazione della gravità della malattia. Tuttavia, attualmente mancano ricerche quantitative sulla valutazione della sepsi basate sulle caratteristiche spaziali multidimensionali degli indicatori ematologici^18,19.

Sulla base del background di cui sopra, questo studio mira a: valutare l'efficacia dell'emoglobina, della percentuale di linfociti e dell'ampiezza di distribuzione piastrinica nel distinguere i pazienti con sepsi dalle popolazioni sane; stabilire uno spazio multidimensionale standardizzato basato su questi tre indicatori e calcolare la distanza euclidea dei campioni di pazienti dal punto centrale sano; analizzare la correlazione tra questa distanza e la gravità della sepsi (punteggio SOFA); Esplora il valore applicativo di questo nuovo metodo di valutazione basato su esami ematologici di routine nel monitoraggio clinico della sepsi. Questo metodo fornisce un nuovo strumento oggettivo e conveniente per l'identificazione precoce, la valutazione della gravità e il monitoraggio dinamico della sepsi, particolarmente adatto per la pratica clinica nelle istituzioni sanitarie a vari livelli¹⁰.

Protocol

Questo studio è stato un'indagine retrospettiva caso-controllo approvata dal Comitato Etico dell'Ospedale Sunsimiao, Università di Medicina Cinese di Pechino (numero di approvazione: SSMYY-KYPJ-2024-065). Tutti i partecipanti o i loro rappresentanti legali hanno firmato moduli di consenso informato.

Disegno dello studio e partecipanti
Lo studio ha incluso 496 pazienti con diagnosi di sepsi (secondo il criterio³ della Sepsi-3) e 1136 controlli sani del centro di esame sanitario nel periodo da gennaio 2024 a marzo 2025. I criteri di esclusione per il gruppo di osservazione includevano: (1) età < 18 anni; (2) donne incinte; (3) malattie ematologiche primarie; (4) malati di cancro; (5) trattamento trasfusionale di sangue prima del ricovero; (6) recente terapia immunosoppressiva o immunodeficienza; (7) dati clinici incompleti. Il monitoraggio giornaliero includeva prelievi di sangue mattutini (06:00-08:00) per l'analisi CBC, con risultati disponibili entro 12 ore. I punteggi SOFA sono stati calcolati da intensivisti addestrati utilizzando criteri standardizzati. I pazienti sono stati monitorati fino alla risoluzione clinica, alla dimissione, al decesso o a un periodo di follow-up massimo di 30 giorni.

Test di laboratorio e raccolta dati
Sono stati raccolti dati demografici (età, sesso, altezza, peso, ecc.) e informazioni cliniche per tutti i soggetti inclusi. I campioni di emocromo sono stati testati utilizzando un analizzatore ematologico, i campioni di siero sono stati testati utilizzando un analizzatore clinico e i campioni di coagulazione sono stati testati utilizzando un analizzatore ematologico. Tutti i campioni di sangue dovevano essere testati entro il tempo di test specificato. Tutti i test sono stati eseguiti da tecnici di laboratorio addestrati seguendo le procedure operative standard. Il laboratorio conduce regolarmente controlli di qualità interni ed esterni.

Per i pazienti con sepsi, sono stati registrati la diagnosi principale, la sede dell'infezione, le comorbidità, il punteggio SOFA (Sequential Organ Failure Assessment), la fisiologia acuta e la valutazione della salute cronica II (APACHE II) e i risultati degli esami di laboratorio al momento del ricovero. Sulla base del punteggio SOFA al momento del ricovero, i pazienti con sepsi sono stati divisi in tre gruppi: lieve (SOFA ≤ 6 punti), moderata (7 ≤ SOFA ≤ 12 punti) e grave (SOFA ≥ 13 punti). Per un sottogruppo di pazienti, i risultati degli esami di laboratorio e i punteggi SOFA sono stati raccolti giornalmente durante il loro ricovero per l'analisi di tracciamento continuo, con un periodo di osservazione di 30 giorni o fino a quando il paziente non è stato dimesso o deceduto. I campioni del gruppo di controllo sano sono stati raccolti da partecipanti al centro di esame sanitario che hanno confermato di non avere malattie acute o croniche.

Analisi e visualizzazione dei dati
Standardizzazione, elaborazione e analisi della significatività
Per eliminare le differenze dimensionali tra i diversi indicatori, è stata eseguita la standardizzazione dello Z-score su tutti i dati campione di Hb, Lymph% e PDW:

Data_norm, mu, sigma] = zscore([H; P])

dove H è la matrice dei dati del gruppo di controllo sano, P è la matrice dei dati del gruppo di pazienti con sepsi e mu e sigma sono rispettivamente la media e la deviazione standard. Dopo la standardizzazione, i dati sono stati conformi a una distribuzione normale standard con una media di 0 e una deviazione standard di 1.

Sono stati creati grafici di visualizzazione della significatività (Figura 1) per gli indicatori significativi Hb, Lymph%, % e PDW, che mostrano intuitivamente le differenze tra campioni sani e pazienti con sepsi in ciascuna dimensione dell'indicatore. L'effettiva importanza dell'analisi quantitativa tra gli indicatori è mostrata nella Tabella 1. Sono state calcolate statistiche descrittive (media, deviazione standard, mediana, quartili, ecc.), sono stati utilizzati t-test a campione indipendenti per confrontare le differenze tra i gruppi e la dimensione dell'effetto d di Cohen è stata calcolata per valutare la significatività delle differenze.

Calcolo del punto centrale sano e misurazione della distanza euclidea
Sulla base dei dati standardizzati del gruppo di controllo sano, sono state calcolate le coordinate del suo punto centrale nello spazio delle caratteristiche tridimensionali. Successivamente, è stata calcolata la distanza euclidea da ciascun campione di paziente con sepsi al punto centrale sano per quantificare il grado di deviazione degli indicatori ematologici del paziente dallo stato di salute, come indicatore di valutazione oggettiva della gravità della malattia.

Metodo di visualizzazione tridimensionale
Sono stati creati grafici a dispersione tridimensionali (Figura 2) per visualizzare la distribuzione dei due gruppi di campioni nello spazio delle caratteristiche. Usano una sfumatura di colore (combinazione di colori Jet) per rappresentare la gravità della sepsi, dove il blu scuro rappresenta la sepsi lieve, il rosso rappresenta la sepsi grave e il gruppo di controllo sano è contrassegnato con il verde +.

Validazione clinica di campioni di coorte lunghe
Per valutare l'applicabilità di questo metodo su nuovi campioni di pazienti a coorte lunga (seguiti per 3-6 mesi dopo il ricovero), è stato progettato un processo di validazione predittiva. Per un tipico campione di sepsi di coorte lunga, è stata eseguita un'elaborazione standardizzata utilizzando la media (mu) e la deviazione standard (sigma) precedentemente salvate dal processo di regolarizzazione, quindi è stata calcolata la distanza euclidea dal punto centrale sano. Sulla base del valore della distanza calcolato, combinato con la corrispondenza prestabilita tra distanza e gravità della malattia, è stata valutata la gravità della sepsi dei nuovi campioni. Attraverso il monitoraggio continuo, sono state tracciate curve di confronto delle serie temporali della distanza euclidea e del punteggio SOFA (Figura 3) per analizzare la consistenza e la correlazione dei cambiamenti nelle due tendenze.

Results

Analisi della significatività
Sulla base della pratica clinica a lungo termine, è stato osservato che con il progredire della sepsi, i pazienti mostrano livelli di emoglobina e percentuali di linfociti significativamente diminuiti, insieme a un aumento significativo dell'ampiezza di distribuzione piastrinica^12,16. Attraverso l'analisi di questi tre indicatori ematologici chiave - emoglobina, percentuale di linf...

Discussion

Nuovo metodo per la valutazione della sepsi basato su indicatori ematologici chiave
Questo studio propone un nuovo metodo per valutare la gravità della sepsi basato su tre indicatori ematologici chiave (emoglobina, percentuale di linfociti e ampiezza di distribuzione piastrinica). Questo metodo quantifica il grado di deviazione degli indicatori ematologici dallo stato di salute calcolando la distanza euclidea dei campioni di pazienti dal punto centrale della popolazio...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
MATLAB	MathWorks	2023B	Informatica e visualizzazione
Il grafico a dispersione colorato dello stato multivariato	Intelligente   Entropia	Stato multivariato V1.0	Pechino Entropia intelligente Scienza & Technology Co Ltd. Modellazione per Stato multivariato