急性高原病易感性的多指标神经网络预测及应用研究

摘要

急性高原病(Acute Mountain Sickness，AMS)是指由平原进入高原或由高原进入更高海拔地区，在短期内(数小时至数日)发生的各种临床症候群，分为急性轻型高原病(急性高原反应)、高原肺水肿和高原脑水肿。其发病率高、危害大，是影响快速进入高海拔地区官兵健康和生命安全的主要疾病，也是导致作业能力降低的主要因素。基础研究表明，急性高原病有明显的易感性，但目前尚无预测筛选方法，因此，为了能够给急进高原部队卫勤保障提供可供参考的资源和科学依据，本研究跳出传统思路，突破学科界限，从多因素角度考虑建立AMS易感指标体系，并结合这些指标采用神经网络基本原理和方法建立模型来预测AMS易感的可能性。
　　 一、研究的主要内容：
　　 第一、急进高原人群急性高原病易感预测需求研究
　　 第二、急性高原病易感危险因素初步筛选及Meta分析研究
　　 第三、高海拔暴露前易感危险因素与急性高原病关系研究
　　 第四、急性高原病易感神经网络预测模型建立与应用研究
　　 二、研究的主要方法：
　　 本课题主要综合运用如下方法进行研究：
　　 第一、调查研究方法：包括文献资料调研，人员基本情况调研和心理症状测评调研，获得数据资料。
　　 第二、系统分析方法：运用系统分析方法，基于循证医学原理初步确立急性高原病易感指标体系。
　　 第三、现场实验方法：通过现场实验，获得指标筛选优化、建立模型和模型验证所需的基本数据。
　　 第四、统计学方法：运用统计分析方法，实现急性高原病易感指标的优化。
　　 第五、模型方法：综合运用复杂系统神经网络方法，实现急性高原病易感者预测判断模型的建立。
　　 三、研究的主要结果：
　　 (一)急进高原人群急性高原病易感预测需求研究
　　 采用描述性统计分析、曲线拟合等方法分析了急性高原病疾病减员率与海拔高度的关系。结果表明：进入高海拔人群，在没有剧烈劳动强度情况下，急性高原病疾病减员率仍然较高，在海拔3500米-4000米范围，AMS减员率有95％概率落在2.64-8.83范围内，在4000米以上海拔区域，AMS减员率有95％概率落在9.72-25.34范围内，且随海拔高度增加呈上升趋势。因此，有必要开展高海拔暴露前AMS易感者预测筛选研究，一方面可以降低AMS疾病减员率，另一方面为大部队急进高原卫勤保障提供可供借鉴的科学依据。
　　 (二)急性高原病易感危险因素初步筛选及Meta分析研究
　　 AMS易感危险因素主要集中在生理指标、生化指标、心理指标以及基因指标四个方面，本研究采用文献阅读和Meta分析方法，从大批人群现场实验简易性、无创性、可操作性和安全性角度出发，在考虑主要指标和次要指标基础上，初步确立18项指标用于与AMS发病关系的研究，包括：身高、体重、身体指数、胸廓体积，动脉血氧饱和度、冷刺激后血压变化、血浆皮质醇含量、肺活量、用力肺活量、心率变异、精神因素、屏气时间、血浆ROS水平、血浆去甲肾上腺素、呼出气NO、呼出气CO、吸烟和饮酒。
　　 (三)AMS易感生理、生化、心理健康状态指标的实证研究
　　 在进入高原前1周，应用自制量表和焦虑自评量表、抑郁自评量表、SCL-90症状自评量表对某部314名拟进入高原新兵的基本情况和心理状况进行了调查和测评，通过体格检查获取了18项生理生化指标数据，采用国际通用的Lake Lousie Score急性高原病诊断标准对研究对象进行症状调查与评分。结果表明：新兵在进入高原前存在不同程度的心理应激，焦虑总分、抑郁总分、SCL-90总分与AMS症状分值存在一定相关性，且有焦虑、抑郁、SCL-90阳性症状人员出现AMS症状的比例显著高于无焦虑、抑郁、SCL-90阳性症状人员(x2=10.944，p<0.05；x2=20.355，p<0.05；x2=3.987，p<0.05)。新兵高海拔暴露前FENO、FECO值与AMS存在相关性，FENO和FECO均值在AMS组和非AMS组人群中显著不同(p值分别为0.003和小于0.001)，在AMS非症状组FENO均值的95％CI为[13.25，16.23]，AMS症状组为[9.07，12.98]；在AMS非症状组FECO均值的95％CI为[5.49，6.72]，AMS症状组为[3.76，5.02]。FECO值与吸烟行为强烈正相关(r=0.831，p<0.001)，AMS组吸烟率显著低于非AMS组，但是，吸烟者FENO值显著低于不吸烟者(p<0.001)，因此，虽然FECO值与AMS评分负相关，但是并不意味着FECO值越高，AMS风险越低，我们认为吸烟具有双重作用，在一定范围内，FECO值对AMS的形成具有保护作用。肺活量(VC)与AMS负相关。心率变异、冷激发后血压变化、屏气时间、SaO2、年龄、BMI、饮酒行为与AMS无显著关系(p>0.05)，研究对象高海拔暴露前血浆皮质醇含量(Cor值)虽然处于较高水平，但与AMS形成并无显著关系(p>0.05)。因此，高海拔暴露前FECO和FENO值也是AMS易感的危险因素，可以作为AMS易感性预测的指标。
　　 (四)急性高原病易感神经网络预测模型建立与应用研究
　　 本研究根据所研究问题的性质和神经网络理论，针对AMS易感指标的特征，采取学习向量量化(LVQ，Learning Vector Quantization)网络和误差反向后传(BackPropagation，BP)网络两种模型，采用比较研究方法、试错法等手段，并通过不断对训练结构和参数的修正，建立了AMS易感预测的LVQ模型，模型的平均正确预测精度达到72.22％，初步实现对AMS易感人群的筛选。因此，LVQ神经网络用于AMS易感预测是可行的，是一种更有前途的AMS易感者筛选方法。
　　 在此基础上，结合研究工作开展情况，提出了LVQ预测模型在急进高原人群AMS易感筛选的应用步骤以及大规模人群急进高原卫勤保障方案。