低密度脂蛋白膽固醇直接檢測(cè)方法與間接計(jì)算公式*

敖登托婭 綜述,王美英審校

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科,內(nèi)蒙古呼和浩特 010090;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010

血脂代謝紊亂是公認(rèn)的心腦血管疾病發(fā)生的危險(xiǎn)因素[1]。制訂合理的血脂控制目標(biāo),可有效降低心腦血管疾病的發(fā)病率和病死率。血脂指標(biāo)檢測(cè)不僅是無癥狀人群進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的工具,更是患者降脂治療的依據(jù)。臨床常規(guī)檢測(cè)的血脂指標(biāo)包括總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、脂蛋白(a)、載脂蛋白A(ApoA)和載脂蛋白B(ApoB)。雖然這些血脂指標(biāo)都是心腦血管疾病的影響因素,但僅有LDL-C是被多個(gè)權(quán)威學(xué)會(huì)指南推薦的治療靶標(biāo)[2]。正因如此,準(zhǔn)確測(cè)量LDL-C水平對(duì)于心腦血管疾病的預(yù)防、治療、監(jiān)測(cè)等極為重要。

LDL-C定量檢測(cè)的參考方法是超高速離心法。但是該方法操作繁瑣,需要大量的血清標(biāo)本和超高速離心機(jī)[3]。因此不適用于普通的臨床實(shí)驗(yàn)室。1998年,SUGIUCHI等[4]率先報(bào)道了一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)LDL-C水平的方法,即均相法。該方法的原理是利用α-環(huán)糊精硫酸鹽、硫酸葡聚糖、鎂離子抑制乳糜微粒和極低密度脂蛋白(VLDL)組分中的膽固醇與酶試劑(膽固醇酯酶、膽固醇氧化酶和過氧化物酶)的反應(yīng)。聚氧化乙烯-聚氧化丙烯封閉共聚多醚則可抑制HDL-C與上述酶試劑的反應(yīng)。最終,標(biāo)本中只剩下LDL-C與酶試劑反應(yīng),借此達(dá)到選擇性檢測(cè)LDL-C水平的目的。此后,各種商業(yè)化的LDL-C檢測(cè)試劑盒應(yīng)運(yùn)而生,包括Roche,Sekisui,Denka,Kyowa,Sysmex,Wako和UMA等。這些試劑盒均基于均相法,只在試劑配方、濃度、反應(yīng)條件、反應(yīng)順序上進(jìn)行一些調(diào)整或修飾。由于均相法測(cè)定LDL-C水平有樣本量小、操作簡(jiǎn)便、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),目前我國(guó)臨床實(shí)驗(yàn)室測(cè)定血清LDL-C水平普遍采用此方法[5]。值得注意的是,按照國(guó)家膽固醇教育計(jì)劃的要求,LDL-C檢測(cè)的精密度和偏差均應(yīng)<4%,總誤差應(yīng)<12%。這些商業(yè)化試劑盒的評(píng)估結(jié)果表明:試劑盒的檢測(cè)性能各不一致,變異系數(shù)多在4%以下,與金標(biāo)準(zhǔn)(超高速離心法檢測(cè))之間存在7%的偏差[6]。在血脂代謝紊亂的患者中,均相法與超高速離心法之間的檢測(cè)結(jié)果偏差更大[7]。此外,均相法也易受到一些標(biāo)本因素的干擾,如脂蛋白X[8]?？傮w而言,均相法的檢測(cè)結(jié)果也并不是十分可靠。因此,人們發(fā)明了各種計(jì)算公式去間接計(jì)算LDL-C水平。這些間接計(jì)算公式(Friedewald公式、Martin-Hopkins公式、Sampson公式)主要利用3個(gè)檢測(cè)難度較低、準(zhǔn)確度較高的血脂指標(biāo)HDL-C、TC和TG去計(jì)算LDL-C水平。這些公式對(duì)計(jì)算LDL-C水平具有一定的準(zhǔn)確度,且極大地節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室成本,在血脂實(shí)驗(yàn)室得到廣泛應(yīng)用。值得注意的是,我國(guó)有一項(xiàng)研究探討了均相法實(shí)測(cè)LDL-C水平與多種間接公式計(jì)算LDL-C水平的相關(guān)性[9],研究發(fā)現(xiàn),這些公式均與均相法的結(jié)果具有良好的相關(guān)性,其中與Martin-Hopkins公式相關(guān)性表明,Martin-Hopkins公式可能是最適合中國(guó)人群的LDL-C計(jì)算公式。除此之外,機(jī)器學(xué)習(xí)也被應(yīng)用于LDL-C水平的計(jì)算,且有研究指出機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建的模型相比于間接計(jì)算公式能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)LDL-C水平[10]。本文在此主要介紹常見的LDL-C計(jì)算公式,以及機(jī)器學(xué)習(xí)在LDL-C水平計(jì)算中的應(yīng)用。

1 Friedewald公式

Friedewald公式在1972年被首次提出,具體公式如下[11]:

LDL-C=TC-HDL-C-TG/5

該公式的假設(shè)是:外周血的TC主要來自3個(gè)部分,分別是HDL-C、LDL-C和VLDL中的膽固醇。其中,VLDL中膽固醇的含量是TG的1/5。Friedewald公式的提出,拉開了研發(fā)LDL-C水平計(jì)算公式的序幕。多個(gè)研究對(duì)Friedewald公式與超高速離心法結(jié)果之間的一致性進(jìn)行探討[12]?？傮w來看,TG水平過高和HDL-C水平過低時(shí),Friedewald公式會(huì)低估LDL-C水平,反之則會(huì)高估[13-14]。值得注意的是,Friedewald公式的應(yīng)用可能存在地域差異,并不適用于所有的國(guó)家。來自歐洲和韓國(guó)的研究認(rèn)為Friedewald公式會(huì)低估LDL-C的水平[13,15]。但在伊朗的一項(xiàng)研究中認(rèn)為Friedewald公式會(huì)高估受試者的LDL-C水平[16]。因此,將來需要在不同國(guó)家開展更多的研究去驗(yàn)證這一公式。

除此之外,也有研究比較了Friedewald公式與均相法的結(jié)果,在TG>400 mg/dL時(shí),Friedewald公式的準(zhǔn)確度并不令人滿意,推薦使用直接檢測(cè)法。這一結(jié)論得到了美國(guó)膽固醇管理指南的支持,并且該指南還補(bǔ)充Friedewald公式在LDL-C<70 mg/dL時(shí)準(zhǔn)確度較差[17]。

盡管Friedewald公式存在著一些局限性,但是考慮到均相法有一定的成本,超高速離心法又較為繁瑣。因此,Friedewald公式在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然在血脂實(shí)驗(yàn)室被廣泛使用,特別是對(duì)于TG<400 mg/dL、LDL-C>70 mg/dL的標(biāo)本。

2 Martin-Hopkins公式

Friedewald公式的科學(xué)假設(shè)是VLDL中膽固醇的含量是TG的1/5[10]。這一假設(shè)明顯過于粗略,TG與VLDL中膽固醇的比值受很多因素的影響。2013年MARTIN等[18]對(duì)Friedewald公式進(jìn)行了改進(jìn),提出了Martin-Hopkins公式。Martin-Hopkins公式認(rèn)為,Friedewald公式中固定的TG不應(yīng)該直接除以5,而是應(yīng)該根據(jù)TG和非HDL-C的水平進(jìn)行調(diào)整。Martin-Hopkins公式的具體公式如下:

LDL-C=TC-HDL-C-TG/可變系數(shù)

其中,可變系數(shù)是根據(jù)TG和非HDL-C的水平來確定的,具體可以從文獻(xiàn)[18]提供的一個(gè)6×30的表格中讀取。MARTIN等[18]PALMER等[19]的研究指出,在TG≤400 mg/dL時(shí),Martin-Hopkins公式計(jì)算LDL-C水平的準(zhǔn)確度高于Friedewald公式。但無論是Friedewald公式還是Martin-Hopkins公式可能均不適用于TG>400 mg/dL的患者。雖然Martin-Hopkins公式和Friedewald公式在計(jì)算TG高水平患者LDL-C中的準(zhǔn)確度均較差,但Martin-Hopkins公式可能更準(zhǔn)確一些。最新的一項(xiàng)基于111 939例TG水平在400～799 mg/dL的美國(guó)患者的研究指出,Martin-Hopkins公式的準(zhǔn)確度仍然高于Friedewald公式[20]。在與超高速離心法的結(jié)果比較上,Martin-Hopkins公式計(jì)算LDL-C水平的準(zhǔn)確度高于Friedewald公式,更接近參考方法。鑒于此,Martin-Hopkins公式于2018年被美國(guó)膽固醇指南推薦使用,同年,美國(guó)心臟學(xué)會(huì)心血管疾病標(biāo)志物的指南也推薦了Martin-Hopkins公式作為檢測(cè)LDL-C水平的首選計(jì)算方法[17]。

一項(xiàng)來自韓國(guó)的研究指出Martin-Hopkins公式應(yīng)用于韓國(guó)患者時(shí),會(huì)出現(xiàn)高估患者的LDL-C水平的情況[21]。并且 ,該研究還指出當(dāng)應(yīng)用Martin-Hopkins公式時(shí),由于種族地域不同可能需要對(duì)公式的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。由于以往關(guān)于Martin-Hopkins公式的研究大多源于歐美國(guó)家,因此Martin-Hopkins公式能否在全球其他地區(qū)推廣尚不明確。將來仍有必要在不同地域和人群中開展相應(yīng)的研究來探討這一問題。

3 Sampson公式

2020年,來自美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)血脂代謝實(shí)驗(yàn)室的SAMPSON的團(tuán)隊(duì)提出了新的LDL-C計(jì)算公式,即Sampson公式[22]。具體公式如下:

LDL-C=TC/0.948-HDL-C/0.971-[TG/8.56+TG×(TC-HDL-C)/2 140-TG2/16 100]-9.44

該方程基于β定量和最小二乘回歸法改進(jìn)了對(duì)VLDL-C水平的估計(jì)。該研究還指出,在TG≤400 mg/dL時(shí),Friedewald公式、Martin-Hopkins公式和Sampson公式計(jì)算LDL-C的準(zhǔn)確度相似,而TG水平在400～800 mg/dL時(shí),Sampson公式準(zhǔn)確度更高,尤其是與Friedewald公式比較,Sampson公式可減少35%的錯(cuò)誤分類[21]。這表明,Sampson公式幾乎可以應(yīng)用于所有患者,因?yàn)門G≥800 mg/dL的患者少之又少。已經(jīng)有多項(xiàng)研究對(duì)Sampson公式進(jìn)行了驗(yàn)證與評(píng)估,認(rèn)為Sampson公式是目前計(jì)算LDL-C水平準(zhǔn)確度最高的公式[23-24]。值得注意的是,Sampson公式在兒童LDL-C計(jì)算上準(zhǔn)確度也是很高[25]。

4 機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)是一種將計(jì)算機(jī)科學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)融合的新興的十分具有前景的人工智能技術(shù)。目前,機(jī)器學(xué)習(xí)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)器學(xué)習(xí)的過程大致是:預(yù)先給計(jì)算機(jī)一定量的數(shù)據(jù)(訓(xùn)練數(shù)據(jù)),并預(yù)先設(shè)定算法,讓計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化算法參數(shù),最終形成一個(gè)成熟的算法。之后,再利用該算法去測(cè)試新的數(shù)據(jù)(驗(yàn)證數(shù)據(jù))或外部數(shù)據(jù)(測(cè)試數(shù)據(jù)),以評(píng)估算法的準(zhǔn)確度。算法是機(jī)器學(xué)習(xí)的核心,也是機(jī)器學(xué)習(xí)能否成功的關(guān)鍵。目前常用的算法包括K最近鄰法、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等。很多研究利用這些算法開發(fā)新的LDL-C水平計(jì)算方案[26-33]?？傮w來看,機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算LDL-C水平的結(jié)果也較為準(zhǔn)確。在一項(xiàng)研究中,機(jī)器學(xué)習(xí)算法與均相法的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.982,高于Friedewald公式(r=0.950)和Martin-Hopkins公式(r=0.962)[32]。在TG<400 mg/dL時(shí),機(jī)器學(xué)習(xí)算法的準(zhǔn)確度與傳統(tǒng)計(jì)算公式大致相似,并且在TG>400 mg/dL的個(gè)體中,機(jī)器學(xué)習(xí)算法的準(zhǔn)確度與均相法的相關(guān)性也較高[27,29,31]?？傮w來看,機(jī)器學(xué)習(xí)是一種有前景的LDL-C水平計(jì)算方法。

值得注意的是,機(jī)器學(xué)習(xí)算法也有一些固有的缺陷。比如,機(jī)器學(xué)習(xí)算法本質(zhì)上是一個(gè)“黑匣子”,無法像Friedewald公式和Martin-Hopkins公式那樣用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)表達(dá)式來進(jìn)行描述,必須借助計(jì)算機(jī)軟件才能實(shí)現(xiàn),在臨床實(shí)踐中難以普及。可以預(yù)見的是,如果能將這些算法整合入實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)(LIS),將極大地推動(dòng)這些算法的臨床應(yīng)用。此外,機(jī)器學(xué)習(xí)算法較多,各種算法得出的結(jié)果不盡相同。因此,機(jī)器學(xué)習(xí)算法能否準(zhǔn)確地計(jì)算出LDL-C水平并具有泛化能力,很大程度上取決于研究者是否利用具有廣泛代表性的人群數(shù)據(jù)建立合理、穩(wěn)健的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。

5 總 結(jié)

目前,被廣泛認(rèn)可的LDL-C計(jì)算公式僅3個(gè),分別是Friedewald公式,Martin-Hopkins公式和Sampson公式。就準(zhǔn)確度而言,Friedewald公式不如Martin-Hopkins公式,Martin-Hopkins公式不如Sampson公式。機(jī)器學(xué)習(xí)算法雖然也具有較高的準(zhǔn)確度,但是該方法的計(jì)算過程復(fù)雜,臨床接受度尚待提升。筆者認(rèn)為Martin-Hopkins公式的臨床認(rèn)可度較高,這主要是因?yàn)樵摴揭呀?jīng)誕生了10余年,其準(zhǔn)確度在不同的人群中已被廣泛驗(yàn)證。相比之下,Sampson公式誕生不到3年。雖然初步研究顯示Sampson公式的準(zhǔn)確度高于Martin-Hopkins公式,但這方面的證據(jù)還需要不斷加強(qiáng),最終才可能被臨床接受。