用于预测接受靶向温度管理治疗的心脏骤停后患者神经系统结果的新型血清生物标志物

2023-03-23 09:57

新型血清生物标志物可高度准确地预测 CA 后不良的神经学结果。

目的确定新型血清生物标志物在接受目标温度管理 (TTM) 治疗的院外心脏骤停 (OHCA) 患者中的临床可行性。

方法

本研究是对接受 TTM 的 OHCA 患者进行前瞻性观察研究。我们测量了传统生物标志物、神经元特异性烯醇化酶和 S100 钙结合蛋白 (S-100B)，以及新型生物标志物，包括 tau 蛋白、神经丝轻链 (NFL)、胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 和泛素 C-末端水解酶-L1 (UCH-L1)，在自主循环恢复后 0、24、48 和 72 小时，通过 SIMOA 免疫测定鉴定。主要结果是 OHCA 后 6 个月的神经学结果不佳。

结果

2018 年 8 月至 2020 年 5 月，本研究共纳入 100 名患者。在纳入的患者中，46 名患者在 OHCA 后 6 个月时神经系统预后良好。所有常规和新型血清生物标志物都能够区分好和差的神经学结果组 ( P< 0.001)。新型血清生物标志物的曲线下面积在心脏骤停 (CA) 后 72 小时最高（Tau 为 0.906，NFL 为 0.946，GFAP 为 0.875，UCH-L1 为 0.935）。CA 后 72 小时的 NFL 在预测不良神经结果方面具有最高的敏感性（77.1%，95% CI 59.9-89.6），同时保持 100% 的特异性。

结论

新型血清生物标志物可靠地预测在未撤除生命维持治疗的情况下接受 TTM 治疗的 OHCA 患者的不良神经学结果。两项大型现有研究（TTM 和 COMACARE 子研究）的截止值在我们的研究中得到外部验证。新型生物标志物的预测能力在 CA 后 72 小时最高。

介绍

准确预测仍然是治疗无意识心搏骤停综合征 (PCAS) 患者的关键因素，主要侧重于预测是否存在严重脑损伤和不良神经预后。识别神经系统预后不良的患者不仅可以避免不必要的医疗资源消耗，还可以将更多资源集中在有康复潜力的患者身上。此外，目前的心脏骤停后护理指南建议采用多模式方法，因为不准确的结果预测可能导致有可能康复的患者停止生命维持治疗 (WLST) 。临床检查、脑电图 (EEG)、体感诱发电位 (SSEP)、大脑的计算机断层扫描 (CT) 或磁共振成像 (MRI) 放射成像以及脑损伤生物标志物已被用于预测神经学结果。其中，生物标志物具有易于从患者床边获取、提供客观数据、不受镇静影响的优点。新的潜在生物标志物包括 tau 蛋白、神经丝轻链 (NFL)、胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 和泛素 C 末端水解酶-L1 (UCH-L1)。tau 蛋白是一种神经轴突标志物，主要位于中枢神经系统的白质中，据报道在缺血性中风和心脏骤停中会增加。NFL 是一种神经轴突标记物，在心脏骤停 (CA) 后的预后方面非常准确，但也有报道称它会增加神经退行性疾病，例如阿尔茨海默病。此外，NFL 显示血液中的年龄依赖性增加。然而，血液中 NFL 水平的显著增加表明急性神经元损伤，如缺氧性脑损伤，而不是慢性神经退行性疾病。GFAP 是一种星形胶质细胞标志物，作为神经保护机制的一部分产生，据报道与头部外伤、脑出血、缺血性中风和心脏骤停后的预后相关。UCH-L1 是一种神经元细胞体标志物，对脑损伤后神经轴突的稳定性和修复至关重要。UCH-L1 通常用于评估创伤性脑损伤。本研究的目的是检查上述新型生物标志物在根据指南接受 TTM 治疗的心脏骤停后患者的预后评估中的有用性。将新的生物标志物与先前存在的生物标志物进行比较，以确认其临床可行性。

方法

研究设计和设置

这是一项前瞻性观察研究，对象是 2018 年 8 月至 2020 年 5 月期间在两个三级医疗学术急诊科接受 TTM 治疗的成人院外心脏骤停 (OHCA) 患者：天主教首尔圣玛丽医院急诊科韩国大学，韩国忠南大学忠南医院急诊科。本研究使用了参与医院批准的知情同意书，包括首尔圣玛丽医院 (KC18TNSI0396) 的机构审查委员会 (IRB)。书面知情同意书是从所有患者的合法代理人那里获得的，如果可能的话，还从幸存者那里获得。本研究的纳入标准如下：OHCA，不考虑心脏骤停的病因，年龄大于 18 岁，ROSC 后无意识（格拉斯哥昏迷量表评分 < 8）和 TTM 治疗。排除标准如下：脑血管病史、活动性颅内出血、急性中风、已知的严重凝血病、外伤或药物引起的心脏骤停、已知的治疗限制和不尝试复苏命令、已知的脑骤停前脑功能类别(CPC) 3 或 4，以及已知的绝症。根据目前的建议，TTM 在 33–36 ℃ 的温度下保持 24 小时，然后以每小时 0.25 ℃ 的速度缓慢回温至 36.5 ℃。负责患者护理和 TTM 的医生对新的生物标志物结果不知情。

新型生物标志物分析

在 ROSC 后 0（ROSC 之后和 TTM 开始之前）、24、48 和 72 小时，从患者的血液样本中测量所有生物标志物。所有样品在从患者身上收集后立即离心，并冷冻在 - 80 ℃。生物标志物分析由对临床数据不知情的研究人员进行。血清样本中的 tau、NFL、GFAP 和 UCH-L1 浓度使用同一批试剂在 HD-X 免疫分析仪（Quanterix CorP，Boston , MA, USA) 运行基于顺磁珠的超灵敏酶联免疫吸附测定。样品以 1:4 的稀释度进行测量，或者对于浓度非常高的样品，以 1:40 的稀释度进行测量。所有测定均根据制造商的方案进行。NFL 的定量下限 (LLOQ) 为 0.964 Pg/mL，GFAP 为 1.87 Pg/mL，UCH-L1 为 37.5 Pg/mL，tau 为 0.212 Pg/mL。使用 SIMOA HD-X 分析仪使用SIMOA HD-X 软件，版本 3.0.2003.04001 收集数据。SIMOA 免疫测定由 DNA Link (DNA Link Inc., Seoul, Korea) 进行。

结果评估

本研究的主要结果是 OHCA 后 6 个月的神经学结果不佳，由脑功能类别 (CPC) 量表确定。CPC 量表从 1 到 5 分，评分基准如下：1 代表良好的脑功能或轻度脑残疾，2 代表中度残疾或独立的日常生活活动，3 代表严重残疾或依赖他人的日常支持，4 代表昏迷或植物人状态，5代表死亡或脑死亡。良好的神经学结果被定义为 CPC 评分为 1 或 2，而不良的神经学结果被定义为 CPC 评分为 3 至 5。由对生物标志物结果不知情的独立评估员面对面或通过电话随访。

统计方法

对连续变量进行了正态性检验，连续变量表示为具有标准差的平均值或具有四分位距的中值（视情况而定）。分类变量以频率和百分比表示。对于患者特征和组间比较，我们对连续变量使用 Student's t 检验或 Mann-Whitney U 检验，对分类变量使用 Fisher 精确检验或卡方检验，P≤0.05 的值被认为具有统计学意义。通过计算 AUROC，使用接受者操作特征 (ROC) 分析测试对不良结果的诊断性能。先前研究的截止值被用于测量新型生物标志物的预后性能，以预测 CA 后不良的神经学结果。新型生物标志物的正常值用于计算预测 CA 后良好神经学结果的预后准确性。正常值的定义与以前的文献中一样使用；Tau ≤ 1.55 Pg/mL；NFL < 55 皮克/毫升；GFAP < 22 皮克/毫升；UCH-L1 < 327 Pg/mL。灵敏度（不良结果中血清水平升高）、特异性（良好结果中正常血清水平）、NPV（正常血清水平中良好结果）和 PPV（血清水平升高中不良结果）以 95% 置信区间表示。使用 SPSS 24.0 版（SPSS，美国伊利诺伊州芝加哥）和 MedCalc 15.2.2 版（MedCalc Software，Mariakerke，比利时）统计分析。

结果

研究对象的特点

在研究期间，共有 100 名 18 岁以上接受 TTM 治疗的 OHCA 患者入组。其中，46 例患者在 CA 后 6 个月时神经系统预后良好。良好神经系统结果组 (53.3 ± 15.5) 和较差神经系统结果组 (58.3 ± 16.2) 患者的平均年龄没有显著差异。合并症在各组之间没有显著差异。心脏相关性骤停、旁观者 CPR 和初始可电击节律的推定在神经系统结局良好组中比在神经系统结局不良组中更常见。此外，神经功能良好组从 CA 到 ROSC 的时间明显短于神经功能不良组（24.3 ± 49.9 对 54.4 ± 59.69，P = 0.015）。从 ROSC 到 TTM 诱导的时间在各组之间没有显著差异（表1）。

血清生物标志物水平和神经学结果

在所有时间点，预后良好组患者的 NSE 和 S100-B 血清中位值 (IQR) 水平均低于预后不良组。（表1，图 1）在所有时间点，具有良好结果组的患者的新型生物标志物的中位血清水平也低于不良结果组（表2，图 1）。根据神经学结果随时间变化的生物标志物浓度。蓝色表示良好的神经结果组，橙色表示较差的神经结果组。显示的是中位数（线）、上下四分位数（框）和范围（晶须）。一名患者在 48 小时时的 Tau 为 406 Pg/mL，NFL 为 4,660 Pg/mL，GFAP 为 9520 Pg/mL，UCH-L1 为 2935 Pg/mL，并且在 CA 后 6 个月时表现出良好的结果。在解释结果时需要谨慎。( A ) 根据 CA 后 0、24、48 和 72 小时神经学结果的 NSE 水平 ( B ) S100-B 水平 ( C ) Tau 水平 ( D ) NFL 水平 ( E ) GFAP 水平 (F) UCH-L1 水平。

结果预测不佳

除 ROSC 后立即外，预测 NSE 不良结果的 AUC 在所有时间点均为 0.85 或更高。S100-B 的最高 AUC 为 ROSC 后 24 小时 (0.901)，截止值为 0.18，灵敏度为 79.0（95% CI 62.7–90.4），特异性为 93.3%（95% CI 77.9–99.2）。在 ROSC 后 0、24、48 和 72 小时，tau CA 后预测不良神经结果的 AUC 分别为 0.724、0.767、0.837 和 0.906。（表3）在 0、24、48 和 72 小时，具有 100% 特异性的 tau 的截止值分别为 748、131、406 和 698 Pg/mL，灵敏度为 11.1（95% CI 4.2–22.6） )、21.1 (95% CI 9.6–37.3)、18.9 (95% CI 8.0–35.2) 和 8.3 (95% CI 1.8–22.5)。（表4）用于预测 NFL、GFAP 和 UCH-L1 的 CA 后不良神经学结果的 AUC 在 ROSC 后 72 小时最高。NFL、GFAP 和 UCH-L1 的 100% 特异性截止值在 72 小时时分别为 690、1180 和 356.4 Pg/mL，灵敏度为 77.1 (95% CI 59.9–89.6)、54.6 (95% CI) 36.4–71.9) 和 50 (95% CI 32.9–67.1)我们队列中的一名患者在 48 小时时的 Tau 为 406 Pg/mL，NFL 为 4,660 Pg/mL，GFAP 为 9520 Pg/mL，UCH-L1 为 2935 Pg/mL。该患者在 72 小时时的 Tau 为 0.298 Pg/mL，NFL 为 22.8 Pg/mL，GFAP 为 22.5 Pg/mL，UCH-L1 为 39.52 Pg/mL。该患者是没有基础疾病的健康人。在接受 VF 停滞的 TTM 治疗后，他恢复了意识，并在 CA 后 6 个月表现出良好的结果。似乎有可能是实验室错误而不是混杂因素，但确切原因尚不清楚。在解释结果时需要谨慎。当将 TTM 试验子研究的临界值应用于本研究时，预测新型生物标志物神经学结果不良的特异性为 97.6–100%。与本研究相比，TTM 子研究中 Tau 的敏感性高于本研究，NFL 的敏感性与本研究相似，而本研究中 GFAP 的敏感性高于 TTM 子研究。当将 COMACARE 临床子研究的临界值应用于本研究时，除 NFL 之外的新型生物标志物的特异性为 90.5-100%。Tau 的敏感性在 COMACARE 试验子研究中高于本研究，而 GFAP 在本研究中的敏感性高于 COMACARE 试验子研究。NFL 的敏感性在 COMACARE临床试验和本研究中相似，但在本研究中测量的特异性为 70.5–93.0%。

良好的结果预测

Tau 水平在 45.0-65.1% 的预后良好（特异性）患者中处于正常范围内，在 79.0-87.8% 的不良预后患者中高于正常水平（敏感性）。（表5）正常的 Tau 水平正确预测了 75.0–84.9% 患者的良好结果 (NPV)。在 51.2-72.5% 的预后良好的患者中，NFL 水平在正常范围内，在 46.9-97.1% 的不良预后患者中，NFL 水平高于正常水平。正常的 NFL 水平正确预测52.7-95.7% 患者的良好结果。

24～72 h 血清 Tau 水平在正常范围内的患者有 23 例，其中 3 例预后不良。一名患者在 ECMO 治疗期间因 TTM 后精神恢复后的 ARDS 而死亡，一名患者尽管 DWI 上没有缺氧损伤但仍因未恢复的心力衰竭而死亡。一名患者在 DWI 时基底神经节出现缺氧损伤，但死于癫痫持续状态。24～72 h 血清 NFL 水平在正常范围内的患者有 20 例，其中仅 1 例预后不良。该患者在上述精神恢复后死于ARDS。3例患者24～72 h血清GFAP水平在正常范围内，均获得良好预后。24～72 h 血清 UCH-L1 水平在正常范围内的患者有 50 例，其中 10 例预后不良。

讨论

这项研究的主要发现是，新的生物标志物是 CA 后 6 个月神经功能不良结果的可靠预测指标。两项大型现有研究（TTM 和 COMACARE 子研究）的截断值应用于本研究，导致特异性达到或接近 100%，灵敏度与现有研究相当。这提供明确的证据表明这些截止值适用于不同的患者队列和实验室。对于所有新型生物标志物，预测不良神经结果的 AUC 在 CA 后 72 小时最高。在 CA 后 72 小时，新型生物标志物的 AUC 高于常规生物标志物的 AUC。其中，CA后72小时的NFL具有最高的AUC（0.946）和最高的敏感性（77.1％），特异性为100％。与之前的研究相比，我们的研究有几个优点。首先，未对本研究中包括的患者进行 WLST，这最大限度地减少混杂因素。在本研究纳入的 54 名神经功能预后不良的患者中，3 名（5.6%）患者的 CPC 评分为 3 分，14 名（25.9%）患者的 CPC 评分为 4 分，这为 WLST 不影响神经功能提供明确的证据这项研究的结果。此外，由于主治医师对新的生物标志物结果不知情，因此偏差最小化。其次，本研究招募亚裔 OHCA 患者，其病因与之前的研究不同。有 50 名患者 (50%) 患有心源性 OHCA，36 名患者 (36%) 患有初始可电击节律。非心源性CA患者因窒息29例，其他非心源性20例，药物中毒1例。Tau蛋白主要位于中枢神经系统的白质中，起到稳定微管结构的作用。马特森等人使用 TTM 试验数据并报告说，在 CA 后 24 至 72 小时，tau 比 NSE 更准确地预测不良神经结果，并且 tau 的预测能力随着时间的推移而增加（24、48 和 72 小时的 AUC 分别为 0.81、0.90 和 0.91，分别）。tau 的半衰期约为10小时，tau 浓度的后期升高可能反映了正在进行的神经元损伤。在本研究中，神经预后不良组的 tau 浓度随时间增加，预测神经预后不良的 AUC 在 CA 后 72 h 最高（24、48 和 72 h 的 AUC 分别为 0.767、0.837 和分别为 0.906）。这与 Mattsson 的研究一致，由神经丝轻链、神经丝中链和神经丝重链组成的神经丝构成神经元的细胞骨架，仅在神经元中表达。Moseby-KnaPPe 等人使用 TTM 试验数据并报告 NFL的诊断性能在 24 至 72 小时内稳定（AUC，0.94），并且当结合不同时间点的血清 NFL 时其性能没有显著增加。Wihersaari 等使用 COMACARE 试验数据并报告 NFL 在 24 小时具有出色的预后准确性（AUC 0.983）并且是 CA 后比 NSE 更准确的预后生物标志物。然而，在这项研究中，NFL 的预后能力在 72 小时时最高，这与之前的研究相反。一种可能的解释是由于研究中纳入的患者存在差异。TTM 试验和 COMACARE 试验都只包括心脏骤停的心脏原因患者，患者人群在几个方面与本研究不同，例如目击心脏骤停的比率和总缺氧时间。此外，这项研究仅包括 100 名患者，与 Moseby-KnaPPe 等人的研究中纳入的患者数量相比，这是很小的数字。GFAP 是星形胶质细胞骨架中中间丝的结构成分，GFAP 的产生在缺血后上调，这被认为是一种神经保护机制。与更早的时间点相比，GFAP 在 CA 后 48 小时和 72 小时预测神经学结果的准确性似乎更好，报告的 AUC 值分别在 0.65 和 0.89 之间。埃布纳等使用 TTM 试验数据，预测 CA 后 24–72 小时不良神经学结果的 100% 特异性阈值报告为 3425、2952 和 3581 Pg/mL，灵敏度分别为 17、19 和 12%。另一方面，在本研究中，预测 CA 后 24-72 小时神经功能不良结果的 100% 特异性阈值分别为 1970、9520 和 1180 Pg/mL，灵敏度分别为 44、44 和 55%。然而，48 小时时 9520 Pg/mL 的截止值可能会出现实验室误差，需要仔细解释。排除该患者，48 小时的截止值为 1880 Pg/mL。与之前的研究相比，这项研究的敏感性更高的原因很难解释，这表明需要进行更多的研究。

UCH-L1 是大脑中含量非常丰富的蛋白质，由 223 个氨基酸组成。Ebner 等人使用 TTM 试验数据报告称，UCH-L1 在预测 CA 后不良神经学结果方面具有良好的准确性（AUC 在 0.85 和 0.87 之间）。与 NSE 相比，UCH-L1 在 CA 后 24 小时和 48 小时预测不良神经结果方面明显更好，但在 72 小时则不然。与 NSE 相比，UCH-L1 的半衰期更短可以解释这一点。然而，在这项研究中，UCH-L1 的预后能力在 72 小时时最高，这与之前的研究不同。如前所述，TTM 试验仅包括由心脏引起的心脏骤停患者，并且患者人群在几个方面与本研究不同，例如目击者心脏骤停率和总缺氧时间。换句话说，结果可能因疾病严重程度的不同而不同。附加文件1：表 S2 显示了De-long 检验的P值，该检验比较了新型生物标志物和传统生物标志物的 AUC 曲线，用于预测 CA 后不良的神经学结果。GFAP 的 AUC 优于 NSE 和 S100B 在预测 CA 后 0 小时的不良神经学结果（ NSE 的P = 0.0307 和 S100B 的P = 0.0029），并且 NFL 和 UCH-L1 的 AUC 优于 S100B 48 小时（ NFL 的P = 0.0333， UCH-L1 的P = 0.0135）。NFL 和 UCH-L1 在 72 小时时预测 CA 后较差的神经学结果优于 NSE 和 S100-B（ NFL 与 NSE 的P = 0.0168， NFL 与 S100-B 的P = 0.0148，P = 0.0361 对于 UCH-L1 对比 NSE，P = 0.0069 对于 UCH-L1 对比 S100B）。这些将新型生物标志物与传统生物标志物进行比较的结果需要进一步验证。预测良好的结果在临床上与预测昏迷 PCAS 患者的不良结果一样重要。在这项研究中，24 小时正常范围内的生物标志物显示良好的神经学结果为 71.7-100%，而 24-72 小时正常范围内的生物标志物显示 80-100% 的良好神经学结果，这与TTM 试验子研究的结果。特别是NFL或GFAP水平在正常范围内的患者，极有可能不会发生缺氧缺血性脑病（HIE）。这为防止错误的 WLST 和为具有良好结果的患者提供更多关键资源提供了证据。有 29 名患者在 72 小时时 NFL 水平为 500 Pg/mL 或更高，其中 28 名患者预后不良。有 25 名患者的 NFL 水平为 1000 Pg/mL 或更高，并且所有患者的预后都很差。因此，72 小时 NFL 为 1000 Pg/mL 的患者患 HIE 的可能性非常高。我们的研究有几项局限。首先，这是一项样本量较小的观察性研究，这引起了对 II 类错误的担忧。此外，由于样本量小，无法比较生物标志物之间的预后能力。其次，虽然本研究中没有 WLST，但 11 名患者在 72 小时内死亡。早逝导致的数据缺失可能增加了偏倚的可能性。第三，新型生物标志物的分析方法不规范。我们使用了高度敏感的 SIMOA 免疫测定，这在大多数实验室中是不可用的。此外，无法将我们的结果与之前未使用此方法的研究进行比较。第四，由于观察性研究的性质，我们的分析结果和新型生物标志物的临界值需要进一步验证。最后，我们无法证明新型生物标志物在临床实践中是否比传统生物标志物更有用。有几种方法可用于预测 CA 患者的神经学结局，目前的指南建议结合使用多种方法。因此，必须结合当前指南中建议的几种方式来证明新型生物标志物的临床实用性。

结论

新型血清生物标志物可高度准确地预测 CA 后不良的神经学结果。两项大型现有研究（TTM 和 COMACARE 子研究）的截止值在我们的研究中得到了外部验证。新型生物标志物的预测能力在 CA 后 72 小时最高。

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