PMID: 38581002IF: 15.1 Q1
PMCID: PMC10996105IF: 15.1 Q1
DOI: 10.1186/s13054-024-04892-5IF: 15.1 Q1
背景
Background
急性昏迷患者的潜在病因非常多样化，院前的鉴别诊断通常是不可能的。这对病人的管理和分诊提出了最大的挑战，特别是在偏远的地区。颅内出血患者可能需要紧急运送到有神经重症监护和神经外科设施的专科医院，以减少占位性血肿扩张的后遗症。相比之下，主要由非大脑原因导致急性昏迷的患者，如肺栓塞、心脏骤停、代谢和激素紊乱或中毒，需要在附近的医院内科及时采取诊断措施和治疗。因此，迫切需要一种广泛适用、易于使用且成本效益高的临床前分诊工具，以区分导致急性昏迷的颅内出血和非脑病因。
而胶质纤维酸性蛋白（GFAP）是一个非常有前途的生物标志物。这是一种主要在星形胶质细胞中表达的脑特异性细胞骨架蛋白。GFAP在健康个体和不涉及神经胶质损伤的神经系统疾病患者的血液水平都很低。然而，在脑出血中，GFAP会迅速从被破坏的组织中释放到血液中。研究表明，对于创伤性脑损伤（TBI），较高的GFAP血清浓度表明“局灶性脑占位性病变”（例如脑出血）。
之前的GFAP研究都是在固定的实验室平台上进行的。在2022年，美国食品和药物监督管理局（FDA）批准了便携式i-STAT Alinity®TBI血浆检测（Abbott™），适用于轻度TBI患者，以避免不必要的头部CT扫描。即时检测在15 分钟内测量了血浆中GFAP和神经元蛋白泛素C-末端水解酶L1（UCHL1）的浓度。本研究的目的是测试GFAP即时检测设备在院前阶段快速区分颅内出血和其他原因引起的急性昏迷的诊断价值。
研究方法
01
Study design
研究设计
这个探索性研究是一个正在进行的生物标志物项目的一部分，该项目旨在通过在即时检测设备上测量血浆GFAP来识别院前阶段的颅内出血。遵循诊断准确性研究报告规范（STARD）的指导方针。这项研究是在德国巴登-符腾堡州斯图加特北部附近的RKH Klinikum Ludwigsburg三级医院进行的。该医院为大约55万居民提供急性神经病学和神经外科服务，周围没有其他神经病学或神经外科医院。所有有住院指征的紧急情况，包括所有以急性昏迷为主要临床症状的急症患者，均通过救援服务（通过地面或空中）送往该医院。此外，这家医院是一个跨地区的创伤中心，可以接收来自广泛地区的创伤患者。
2023年1月1日至2023年10月31日，院前诊断为急性昏迷且格拉斯哥昏迷评分（GCS）在3-8之间的患者被认为符合纳入研究的条件。年龄小于18岁的患者不包括在内。一旦在住院期间有既往病史，采用以下排除标准：(I)过去3个月内缺血性脑卒中或短暂性脑缺血发作，（II）过去3个月内颅内出血，（III）过去3个月内TBI（不包括当前事件），（IV）既往病史中任何时间的脑肿瘤（数据显示恶性胶质瘤患者血浆GFAP升高）（图1）。
临床基线变量记录：年龄、性别、首次确定的GCS，高血压病史、糖尿病或高脂血症病史，抗凝药物（维生素K拮抗剂，直接口服抗凝剂）或抗血小板药物使用情况，症状发作和住院之间的时间间隔，紧急复苏，和创伤的情况。还记录了立即的神经外科干预和住院死亡率。
本研究的主要终点是急性昏迷的潜在病因，分为颅内出血（包括脑出血、蛛网膜下腔出血、硬膜外血肿和硬膜下血肿）与所有其他病因。继发终点将急性昏迷的病因分类为主要的脑原因（包括上述颅内出血、缺血性脑卒中和中枢神经系统感染，但不包括癫痫发作）与所有其他病因。诊断是根据《国际疾病分类》第10次修订版，基于所有可用的临床资料、脑成像、实验室结果和其他检查。
图1 本研究的STARD流程图
02
Blood sampling and GFAP measurements
采血和GFAP检测
用于诊断目的的血液样本在院前阶段由救援服务机构根据当地执业标准进行常规采集。患者到达医院后立即在即时检测设备上进行GFAP测量（连同常规血液分析）。然而，有5例患者在院前阶段（即患者入院前）完全完成了GFAP测量，以证明该过程的可行性。一个背包配备了一个小型离心机、GFAP即时检测设备和补充材料（如移液管）（图2）。在2023年8月的选定日期（取决于研究团队的可用性），如果紧急代码中包含“无意识患者”一词，研究人员将加入救援服务。
i-STAT®TBI血浆检测由一个一次性试剂盒（i-STAT™TBI血浆检测盒）组成，该试剂盒与i-STAT Alinity®系统（一种便携式体外诊断性检测）配合使用。从单个血浆样本中同时进行GFAP和UCH‐L1的免疫分析测定。样品在2000 g离心10分钟后，将20µL血浆移到i‐STAT®TBI血浆检测试剂盒的样品孔中，然后将其插入i‐STAT-Alinity®系统。样品分析需要15分钟，这两种生物标志物的浓度显示在分析仪屏幕上。GFAP的可报告范围为30-10000 pg/mL，区间变异系数小于10%。我们将饱和的GFAP信号替换为10,001 pg/mL，比最高测量浓度高出1 pg/mL。我们进一步将显示设备下限的GFAP浓度（即<30 pg/mL）替换为29 pg/mL。
图2 对完全在院前阶段（n=5）进行的GFAP检测配备了一个背包。
03
Statistical analysis
统计分析
研究团队招募了10个月的>120名急性昏迷患者。使用IBM®SPSS®统计软件（版本29）进行统计分析。由于GFAP血浆浓度在个体间不是正态分布的，因此采用非参数Mann-Whitney U检验进行统计学比较。采用受试者工作特征（ROC）曲线分析，计算血浆GFAP的最佳阈值点浓度，以区分颅内出血和其他急性昏迷病因。敏感性和特异性测量值以及阳性预测值（PPV）和阴性预测值（NPV）都来自于交叉表格。实验中将显著性水平定为0.05。
研究结果
测定了148名最初被认为符合纳入研究条件的患者的GFAP血浆浓度。5名患者随后被排除（3位缺少知情同意；2位完全满足排除标准；见图1）。2例患者最初被纳入研究，年龄在18岁以下（救援服务机构不知道他们的年龄），13例患者的GCS值大于8（最初被救援服务机构认定为昏迷患者），这些患者没有被排除在外。
该分析基于143例患者。平均年龄65±20岁，42.7%的患者为女性。院前患者的中位GCS为4（IQR 3-6）。22.4%的患者在院前阶段接受了机械复苏，28.7%的患者在紧急情况下报告过创伤。21.7%的患者存在抗凝药物服用史。关于急性昏迷的病因，51例患者以颅内出血为主要原因（脑出血，n=24；蛛网膜下腔出血，n=22；硬膜下血肿，n=3；硬膜外血肿，n=2），90例患者有其他病因（缺血性脑卒中，n=21；癫痫发作，n=19；中枢神经系统感染，n=1；心肺，n=32；代谢，n=5；中毒，n=7；心理性，n=5）。2名患者在医院进行诊断评估前就已死亡。这些患者作为“病因不明”，并被排除在预测分析之外。
图1 本研究的STARD流程图
图3显示了根据诊断组分层计算的血浆GFAP浓度。上述颅内出血患者的中位血浆GFAP为3352 pg/mL（IQR 613-10001），其他病因的患者的血浆GFAP为43 pg/mL（IQR 29-91.25）（p<0.001）。原发性脑昏迷（包括如上所述的颅内出血、缺血性脑卒中和中枢神经系统感染，但不包括癫痫发作）患者的中位血浆GFAP为1214 pg/mL（IQR 147-8764），其他病因患者的中位数为35 pg/mL（IQ R 29-64.5）（p<0.001）。表1描述了根据最终诊断分层的基线变量和GFAP血浆值。在院前阶段完成GFAP测量的5患者显示了以下GFAP值和诊断：29 pg/mL（缺血性脑卒中），58 pg/mL和47 pg/mL（心肺事件），32 pg/mL（癫痫发作），10001 pg/mL（脑出血）。
表1 研究人群的基线特征
图3 箱线图描绘了根据最终诊断（即昏迷原因）的血浆GFAP值分布。
随着GFAP血浆浓度的增加，发生颅内出血的概率逐渐增加(GFAP<31 pg/mL 0%，GFAP>1000 pg/mL 92.1%；见图4）。ROC分析提供了颅内出血和其他昏迷病因之间区分的最佳阈值为101 pg/mL（曲线下面积为0.925 [95%可信区间0.879–0.972]，p<0.001）。此时诊断颅内出血的敏感性为94.1%（特异性为78.9%，PPV 71.6%，NPV 95.9%）。随着GFAP血浆浓度的增加，原发性脑昏迷发生的概率也会增加（GFAP<31 pg/mL 17.6%，GFAP>1000 pg/mL 100%）。当使用相同的最佳阈值101 pg/mL（曲线下ROC面积0.883[0.824–0.942]，p<0.001）时，诊断原发性脑昏迷的敏感性为83.6%（特异性91.2%，PPV 91.0%，NPV 83.8%）。住院死亡风险也与院前GFAP值密切相关，如图4所示。
当按年龄分层时，年龄在75岁以上（n=57）和75岁以下患者的诊断准确性具有可比性（曲线下ROC面积0.931[0.864–0.998]，p<0.001）。此外，昏迷发作后早期测量GFAP的患者（<30 min；n=14）与从症状发作到抽血时间较长或未知的患者的诊断准确性相当（曲线下ROC面积为1.000[1.000–1.000]，p<0.001）。
图4 急性昏迷患者的院前概率图。条形图显示了颅内出血的概率（A）和昏迷的原发性脑原因（B）与GFAP血浆值范围的相关性。与GFAP血浆值范围相关的住院死亡率如图C所示。
在颅内出血患者中，51例患者中有15例（29%）正在进行抗凝治疗（表1）。这个组的中位GFAP值为4475 pg/mL（IQR 906-10001），所有患者的GFAP值均大于244 pg/mL。抗凝相关性颅内出血患者的死亡率为93.3%（15例患者中有14例）。缺血性脑卒中患者（n=21）的中位血浆GFAP浓度为110 pg/mL（IQR 29-651.5）。2例较高值为伴有出血性转化的缺血性卒中（表1）。
院前复苏主要用于有心肺昏迷病因的患者。总共有32例患者被复苏，测定的中位浓度为57 pg/mL（IQR 29.75–89.25）
表1 研究人群的基线特征
讨论
Discussion
本研究表明，在即时检测设备上进行的院前血浆GFAP检测可以确定颅内出血是急性昏迷的潜在原因，并具有较高的诊断准确性。这使救援服务人员可以对患者进行快速的诊断、分层和管理。
GFAP是一种高度脑特异性蛋白，维持星形胶质细胞的细胞骨架。与此同时，大量证据表明GFAP可以可靠地识别有急性脑卒中症状的患者的脑出血。多项研究表明，血肿体积与血清或血浆中的GFAP水平之间有很强的相关性。这表明，由血肿扩张引起的细胞破坏是GFAP释放的最重要的因素。在对TBI患者的研究中也获得了类似的研究结果。
高GFAP水平与创伤性脑内出血特别相关。相比之下，在缺血性脑卒中 ，GFAP会延迟释放，因为缺血性脑卒中的坏死通常不会在症状出现后的几个小时内发生。
本研究证实，任何类型的颅内出血都会导致显著的GFAP释放。在急性昏迷的患者中，颅内出血的平均体积大于只有轻度脑卒中症状的患者。这提高了GFAP对这一适应症的诊断准确性（即提高了检测颅内出血的敏感性）。由于在短时间内缺乏相关的星形胶质细胞破坏，急性昏迷的其他原因与GFAP的释放无关，包括癫痫发作、中毒、代谢紊乱和心肺事件。然而，当脑细胞长期暴露于这种病理条件（如肺栓塞或严重低血糖引起的缺氧）下，GFAP水平会随着时间的推移而增加，以及随后（但不是快速）神经胶质细胞坏死。作为急性昏迷的主要原因的缺血性脑卒中（例如“基底动脉尖综合征”）也是如此。在早期GFAP水平较低（“潜在的可挽救的组织”），而在较长的时间内，GFAP随着缺血性坏死的发生而增加。GFAP也可能在与出血转化相关的缺血性脑卒中增加。因此，GFAP检测不能可靠地确定缺血性卒中作为潜在的昏迷病因。反之亦然，数值升高并不只与颅内出血有关。
本研究是第一个描述一种基于血液的院前识别急性昏迷患者颅内出血的方法。鉴于这里使用的即时检测设备（特别是前模型i-STAT1®这个设备）是广泛可用和常规用于在院前阶段的诊断（例如，血气分析），本研究的诊断结果可能会在短时间内对这些危重患者的分层和管理产生重大影响。具体来说，图4所示的概率指标图可以作为易于阅读的“口袋卡”，分别估计颅内出血或主要脑部原因昏迷的概率。在所有病例中，GFAP值高于1000 pg/mL均与颅内出血或其他主要的脑昏迷原因相关，这使得可以基于可靠的生物标志物分诊患者，错误率较低。本研究是在德国一个人口稠密的大都市地区进行的，该地区距离三级医院很近。尽管如此，评估和治疗昏迷患者的院前和院内时间仍然很重要。在稳定（包括插管）之前，患者不能被运送，GFAP检测在这种情况下提供了帮助。当然，这种检测可能会在偏远和资源有限的地区发挥其全部潜力，在这些地区，任何程序上的改进都可能直接转化为更好的预后。
GFAP值升高的患者的高PPV为严重颅内出血患者的早期治疗打开了大门。这包括在院前快速降压和抗凝逆转治疗（例如依达赛珠单抗）。抗凝昏迷合并颅内出血患者的死亡率尤其高，因此迫切需要早期采取治疗措施，以减少出血后遗症。偶尔，疑似心肺事件的急性昏迷患者会接受抗凝药物，从而出现颅内出血，可导致临床情况恶化。在任何院前抗凝治疗前进行GFAP检测可能有助于减少未确诊的颅内出血造成的致命后果。
本研究的即时检测需要血浆来装到GFAP试验盒。本研究中纳入的大部分患者均在院前阶段采血，并在到达后不久在常规实验室离心。然而，在一小部分患者中，我们能够证明院前GFAP测量是可行的，即使离心步骤是必要的。将来，GFAP即时检测可能会大大减少流程。
结论
Conclusions
总之，急性昏迷患者血浆GFAP值的升高对诊断颅内出血具有较高的准确性。院前在即时检测设备上进行的GFAP测量，可以允许救援服务根据昏迷的根本原因进行快速分诊。这可能会对这些危重患者的分层和管理产生重大影响。
译者简介
袁皓月，内科学硕士，毕业于复旦大学，在胡锦教授指导下从事神经重症方向工作。
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