jofinЖурнал инфектологииJournal Infectology2072-6732IPO “АIDSSPbR"10.22625/2072-6732-2023-15-1-25-35jofin-1468Research ArticleОригинальное исследованиеOriginal ResearchДифференциальная диагностика вирусной и бактериальной внебольничной пневмонии у детей с использованием логистической регрессионной моделиDifferential diagnosis of viral and bacterial community-acquired pneumonia in children using logistic regressionКозыревЕ. А.KozyrevE. A.

Козырев Евгений Александрович – аспирант научно-исследовательского отдела капельных инфекций

тел.: 8(812)234-29-87

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

kozyrev_zhenya@mail.ruГригорьевС. Г.Grigor’evS. G.

Григорьев Степан Григорьевич – старший научный сотрудник научно-исследовательского отдела по организации и управлению научно-исследовательскими работами Детского научно-клинического центра инфекционных болезней; профессор кафедры общественного здоровья и здравоохранения Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета; старший научный сотрудник НИЦ Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова, д.м.н., профессор

тел.: 8(812)292-34-79

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

БабаченкоИ. В.BabachenkoI. V.

Бабаченко Ирина Владимировна – заведующая научно-исследовательским отделом капельных инфекций Детского научно-клинического центра инфекционных болезней; профессор кафедры инфекционных заболеваний у детей ФП и ДПО Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета, д.м.н., профессор

тел.: 8(812)234-29-87, +7-921-579-96-51

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

babachenko-doc@mail.ruОрловА. В.OrlovA. V.

Орлов Александр Владимирович – доцент кафедры педиатрии и неонатологии, к.м.н.

тел.: 8(812)246-09-42

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

orlovcf@yandex.ruМартенсЭ. А.MartensE. A.

Мартенс Эльвира Акрамовна – заведующая клинико-диагностической лабораторией Детского научно-клинического центра инфекционных болезней, врач-бактериолог; ассистент кафедры медицинской микробиологии Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова

тел.: +7(812)234-18-62

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

eamartens@yandex.ruНикитинаЕ. В.NikitinaE. V.

Никитина Екатерина Валерьевна – научный сотрудник научно-исследовательского отдела медицинской микробиологии и молекулярной эпидемиологии, к.б.н.

тел.: 8(812)234-18-62

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

caterina.nikitina2010@yandex.ruАлександроваЕ. В.AleksandrovaE. V.

Александрова Екатерина Вячеславовна – лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела медицинской микробиологии и молекулярной эпидемиологии

тел.: 8(812)234-18-62

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

aleksandrova.biotech@gmail.comМарченкоН. В.MarchenkoN. V.

Марченко Наталья Викторовна – кандидат медицинских наук, заведующая отделением лучевой диагностики

тел.: 8(812)234-29-87

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

gmv2006@mail.ruНовокшоновД. Ю.NovokshonovD. Yu.

Новокшонов Дмитрий Юрьевич – врач-рентгенолог отделения лучевой диагностики

тел.: 8(812)234-29-87

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

dunov7@yandex.ruОрловаЕ. Д.OrlovaE. D.

Орлова Елизавета Денисовна – младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела капельных инфекций

тел.: (812)234-29-87, +7-964-335-07-75

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

Детский научно-клинический центр инфекционных болезнейРоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious DiseasesRussian FederationДетский научно-клинический центр инфекционных болезней; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет; Военно-медицинская академия им. С.М. КироваРоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases; Saint-Petersburg State Pediatric Medical University; Military Medical Аcademy named after S.M. KirovRussian FederationДетский научно-клинический центр инфекционных болезней; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университетРоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases; Saint-Petersburg State Pediatric Medical UniversityRussian FederationСеверо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. МечниковаРоссияNorth-Western State Medical University named after I.I. MechnikovRussian FederationДетский научно-клинический центр инфекционных болезней; Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. МечниковаРоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases; North-Western State Medical University named after I.I. MechnikovRussian Federation2023190420231512535Copyright © Козырев Е.А., Григорьев С.Г., Бабаченко И.В., Орлов А.В., Мартенс Э.А., Никитина Е.В., Александрова Е.В., Марченко Н.В., Новокшонов Д.Ю., Орлова Е.Д., 20232023Козырев Е.А., Григорьев С.Г., Бабаченко И.В., Орлов А.В., Мартенс Э.А., Никитина Е.В., Александрова Е.В., Марченко Н.В., Новокшонов Д.Ю., Орлова Е.Д.Kozyrev E.A., Grigor’ev S.G., Babachenko I.V., Orlov A.V., Martens E.A., Nikitina E.V., Aleksandrova E.V., Marchenko N.V., Novokshonov D.Y., Orlova E.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.niidi.ru/jofin/article/view/1468Цель

Цель: разработать логистическую регрессионную модель ранней дифференциальной диагностики вирусной и бактериальной внебольничной пневмонии у детей.  

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведено проспективное исследование клинико-лабораторных особенностей внебольничной пневмонии у 130 детей. Для этиологической верификации использовался алгоритм с применением бактериологического, молекулярно-генетического, серологического методов диагностики (материал – отделяемое из носоглотки, кровь). Выделено две этиологические группы внебольничной пневмонии: вирусная (n=76), бактериальная (n=44). Для создания модели дифференциальной диагностики применялся метод бинарной логистической регрессии. В качестве потенциальных предикторов этиологии внебольничной пневмонии в обучающую матрицу вошли анамнестические, клинические, лабораторные (клинический анализ крови), инструментальные (рентгенограмма органов грудной клетки) данные. Качество построенной регрессионной модели оценивалось на тестовой выборке из 42 детей с внебольничной пневмонией.  

Результаты

Результаты. Построена статистически значимая (p<0,001) регрессионная модель, которая имеет вид: y=exp(2,04-2,87×Х1+2,2×Х2+0,13×Х3+0,12×Х4-0,44×Х5)/ (1+ exp(2,04-2,87×Х1+2,2×Х2+0,13×Х3+0,12×Х4-0,44×Х5)), где y – вероятность бактериальной внебольничной пневмонии у детей, Х1 – бронхообструктивный синдром (нет – 0, есть – 1), Х2 – возраст (<4,5 лет – 0, ≥4,5 лет – 1), Х3 – абсолютное количество нейтрофилов (ANC, *109 клеток/л), Х4 – относительное количество палочкоядерных нейтрофилов (Band,%), Х5 – ширина распределения тромбоцитов по объему (PDW,%). 

При y≥0,31 диагностируется бактериальная внебольничная пневмония с чувствительностью 81,8%, специфичностью 81,6%; при y<0,31 – вирусная внебольничная пневмония. Используемые предикторы являются широкодоступными в клинической практике, что обусловливает возможность применения способа в поликлиниках и приемных отделениях стационаров. В кросс-проверке регрессионная модель подтвердила высокую классификационную способность.  

Заключение

Заключение. Регрессионная модель, разработанная на основе комплекса клинических (возраст, БОС) и лабораторных признаков (ANC, Band, PDW), обладая высокой статистической значимостью (p<0,001) и достаточной диагностической способностью (84,2%), может применяться для ранней дифференциальной диагностики вирусной и бактериальной внебольничной пневмонии у детей на различных уровнях оказания помощи. 

Purpose

Purpose: to develop a logistic regression model for early differential diagnosis of viral and bacterial community-acquired pneumonia in children.  

Materials and methods

Materials and methods. A prospective study of the clinical and laboratory features of community-acquired pneumonia (CAP) was carried out in 130 children. A complex approach using bacteriological, molecular genetic, serological diagnostic methods (material – nasopharyngeal swabs, pleural effusion, blood) was used to establish the etiology of CAP. Two etiological groups of CAP were distinguished: viral (n=76), bacterial (n=44). The binary logistic regression method was used to create a differential diagnosis model. Potential predictors of CAP etiology were anamnestic, clinical, laboratory (complete blood count), instrumental (chest x-ray) data. The quality of the constructed regression model was evaluated on a validation set of 42 children with CAP.  

Results

Results. A statistically significant (p<0.001) regression model was created, which looks like: y=exp(2.04- 2.87×X1+2.2×X2+0.13×X3+0.12×X4-0.44×X5)/(1+exp(2.04- 2.87×X1+2.2×X2+ +0.13×X3+0.12×X4-0.44×X5)), where “y” is the probability of bacterial CAP in children, X1 – bronchoobstructive syndrome (BOS; no – 0, yes – 1), X2 – age (<4.5 years – 0, ≥4.5 years – 1), X3 – absolute neutrophil count (ANC, *109 cells/l), X4 – relative band count (Band,%), X5 – platelet distribution width (PDW,%). At y≥0.31, bacterial CAP is diagnosed with sensitivity of 81.8% and specificity of 81.6%, at y<0.31 viral CAP is diagnosed. Proposed predictors are widely available in clinical practice, which makes it possible to apply the method in outpatient and inpatient settings. The regression model confirmed the high classificatory ability using cross-validation. 

Conclusion

Conclusion. The regression model based on a complex of clinical (age, BOS) and laboratory signs (ANC, Band, PDW) has high statistical significance (p<0.001) and excellent diagnostic ability (84.2%) and can be used for early differential diagnosis viral and bacterial pediatric CAP in different health care settings. 

этиология пневмониидетидифференциальная диагностикабинарная логистическая регрессияetiologypediatric pneumoniadifferential diagnosisbinary logistic regressionReferencesMardian Y, Menur Naysilla A, Lokida D, et al. Approach to Identifying Causative Pathogens of Community-Acquired Pneumonia in Children Using Culture, Molecular, and Serology Tests. Front Pediatr. 2021 May;28(9):629318.Mardian Y, Menur Naysilla A, Lokida D, et al. Approach to Identifying Causative Pathogens of Community-Acquired Pneumonia in Children Using Culture, Molecular, and Serology Tests. Front Pediatr. 2021 May;28(9):629318.Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2020 году: Государственный доклад. – М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021. – 256 с.Federal’naya sluzhba po nadzoru v sfere zashchity prav potrebiteley i blagopoluchiya cheloveka. On the state of sanitary and epidemiological well-being of the population in the Russian Federation in 2020: State report. Moscow; 2021 (in Russian).Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2021 году: Государственный доклад. – М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2022. – 340 с.Federal’naya sluzhba po nadzoru v sfere zashchity prav potrebiteley i blagopoluchiya cheloveka. On the state of sanitary and epidemiological well-being of the population in the Russian Federation in 2021: State report. Moscow; 2022 (in Russian).Rueda ZV, Aguilar Y, Maya MA et al. Etiology and the challenge of diagnostic testing of community-acquired pneumonia in children and adolescents. BMC Pediatr. 2022 Mar; 22(1):169.Rueda ZV, Aguilar Y, Maya MA et al. Etiology and the challenge of diagnostic testing of community-acquired pneumonia in children and adolescents. BMC Pediatr. 2022 Mar; 22(1):169.Nathan AM, Teh CSJ, Jabar KA, et al. Bacterial pneumonia and its associated factors in children from a developing country: A prospective cohort study. PLoS One. 2020 Feb;15(2):e0228056.Nathan AM, Teh CSJ, Jabar KA, et al. Bacterial pneumonia and its associated factors in children from a developing country: A prospective cohort study. PLoS One. 2020 Feb;15(2):e0228056.Thomas J, Pociute A, Kevalas R, et al. Blood biomarkers differentiating viral versus bacterial pneumonia aetiology: a literature review. Ital J Pediatr. 2020 Jan;46(1):4.Thomas J, Pociute A, Kevalas R, et al. Blood biomarkers differentiating viral versus bacterial pneumonia aetiology: a literature review. Ital J Pediatr. 2020 Jan;46(1):4.Пат. № RU2382362 Российская Федерация, МПК G01N33/48, G01N33/53. Способ ранней диагностики бактериальной пневмонии у недоношенных новорожденных детей с респираторным дистресс-синдромом / Дементьева Г.М., Чурсина Е.С., Кушнарева М.В. и др.; опубл. 27.11.2009, БИ № 33.Dement’yeva G.M., Chursina Ye.S., Kushnareva M.V., inventors; Dement’yeva GM, Chursina YeS, Kushnareva MV, assignee. Sposob ranney diagnostiki bakterial’noy pnevmonii u nedonoshennykh novorozhdennykh detey s respiratornym distress-sindromom. Russian Federation patent RU 2382362; 2009 Nov 27 (in Russian).Elemraid MA, Rushton SP, Thomas MF, et al. Utility of inflammatory markers in predicting the aetiology of pneumonia in children. Diagn Microbiol Infect Dis. 2014 Aug;79(4):458-62.Elemraid MA, Rushton SP, Thomas MF, et al. Utility of inflammatory markers in predicting the aetiology of pneumonia in children. Diagn Microbiol Infect Dis. 2014 Aug;79(4):458-62.Пат. № RU2738450 Российская Федерация, МПК G01N33/50. Способ дифференциальной диагностики типа инфильтрации легочной ткани при пневмонии / Канская Н.В., Удут В.В., Дьяков Д.А. и др.; опубл. 4.12.2020, БИ № 35.Kanskaya N.V., Udut V.V., D’yakov D.A., inventors; Kanskaya NV, Udut VV, D’yakov DA, assignee. Sposob differentsial’noy diagnostiki tipa infil’tratsii legochnoy tkani pri pnevmonii. Russian Federation patent RU 2738450; 2020 Dec 4 (in Russian).Valim C, Ahmad R, Lanaspa M, et al. Responses to Bacteria, Virus, and Malaria Distinguish the Etiology of Pediatric Clinical Pneumonia. Am J Respir Crit Care Med. 2016 Feb;193(4):448-59.Valim C, Ahmad R, Lanaspa M, et al. Responses to Bacteria, Virus, and Malaria Distinguish the Etiology of Pediatric Clinical Pneumonia. Am J Respir Crit Care Med. 2016 Feb;193(4):448-59.Юнкеров, В.И. Математико-статистическая обработка данных медицинских исследований / В.И. Юнкеров, С.Г. Григорьев. – СПб.: ВМедА, 2002. – 266 с.Yunkerov V.I., Grigor’yev S.G. Mathematical and statistical processing of medical research data. Saint Petersburg; 2002 (in Russian).Высоцкая, Е.В. Многомерный статистический анализ в прикладных медицинских исследованиях: монография / Е.В. Высоцкая. – Харьков: Технологічний Центр, 2013. – 136 с. 13. Schober P, Vetter TR. Logistic Regression in Medical Research. Anesth Analg. 2021 Feb;132(2):365-66.Vysotskaya, Ye.V. Multivariate statistical analysis in applied medical research: monograph. Kharkiv; 2013 (in Russian).Григорьев, С.Г. Роль и место логистической регрессии и ROC-анализа в решении медицинских диагностических задач / С.Г. Григорьев, Ю.В. Лобзин, Н.В. Скрипченко // Журнал инфектологии. – 2016. – Т. 8, №4. – С. 36–45.Schober P, Vetter TR. Logistic Regression in Medical Research. Anesth Analg. 2021 Feb;132(2):365-66.Rhedin SA, Eklundh A, Ryd-Rinder M, et al. Introducing a New Algorithm for Classification of Etiology in Studies on Pediatric Pneumonia: Protocol for the Trial of Respiratory Infections in Children for Enhanced Diagnostics Study. JMIR Res Protoc. 2019 Apr;8(4):e12705.Grigor’yev S.G., Lobzin YU.V., Skripchenko N.V. Zhurnal infektologii. 2016;8(4):36–5 (in Russian).Боякова, И.В. Математические модели прогноза послеоперационных инфекционно-воспалительных осложнений у больных раком желудка / И.В. Боякова [и др.] // Хирургическая практика. – 2016. – № 1. –С. 31–35.Rhedin SA, Eklundh A, Ryd-Rinder M, et al. Introducing a New Algorithm for Classification of Etiology in Studies on Pediatric Pneumonia: Protocol for the Trial of Respiratory Infections in Children for Enhanced Diagnostics Study. JMIR Res Protoc. 2019 Apr;8(4):e12705.Шарашова, Е.Е. Применение множественного логистического регрессионного анализа в здравоохранении cиспользованием пакета статистических программ SPSS / Е.Е. Шарашова, К.К. Холматова, М.А. Горбатова, А.М. Гржибовский // Наука и Здравоохранение. – 2017. – № 4. – С. 5–26.Boyakova I.V., Zukov R.A., Slepova Ye.V., et al. Khirurgicheskaya praktika. 2016;1:31–5 (in Russian).Таточенко, В.К. Внебольничные пневмонии у детей – проблемы и решения / В.К. Таточенко // Рос. вестн. перинатол и педиатр. – 2021. – Т. 66, №1. – С. 9–21.Sharashova Ye.Ye., Kholmatova K.K., Gorbatova M.A et al. Nauka i Zdravookhraneniye. 2017;4:5–26.Gao Q, Li Z, Mo X, et al. Combined procalcitonin and hemogram parameters contribute to early differential diagnosis of Gram-negative/Gram-positive bloodstream infections. J Clin Lab Anal. 2021 Sep;35(9):e23927.Tatochenko V.K. Rossiyskiy vestnik perinatologii i pediatrii. 2021;66(1):9–21.Erarslan S, Kilit TP, Çeviker SA, et al. Relationship between platelet parameters and disease severity and coagulpathy in COVID-19. DAHUDER M J. 2022 Apr;2(2):48-52.Gao Q, Li Z, Mo X, et al. Combined procalcitonin and hemogram parameters contribute to early differential diagnosis of Gram-negative/Gram-positive bloodstream infections. J Clin Lab Anal. 2021 Sep;35(9):e23927.Chen J, Li Y, Zeng Y, et al. High Mean Platelet Volume Associates with In-Hospital Mortality in Severe Pneumonia Patients. Mediators Inflamm. 2020 Jun;8(2020):8720535.Erarslan S, Kilit TP, Çeviker SA, et al. Relationship between platelet parameters and disease severity and coagulpathy in COVID-19. DAHUDER M J. 2022 Apr;2(2):48-52.Renshaw AA, Drago B, Toraya N, et al. Respiratory syncytial virus infection is strongly correlated with decreased mean platelet volume. Int J Infect Dis. 2013 Sep;17(9):e678-80.Chen J, Li Y, Zeng Y, et al. High Mean Platelet Volume Associates with In-Hospital Mortality in Severe Pneumonia Patients. Mediators Inflamm. 2020 Jun;8(2020):8720535.Наркевич, А.Н. Интеллектуальные методы анализа данных в биомедицинских исследованиях: нейронные сети / А.Н. Наркевич [и др.] // Экология человека. – 2021. – № 4. – С. 55–64.Renshaw AA, Drago B, Toraya N, et al. Respiratory syncytial virus infection is strongly correlated with decreased mean platelet volume. Int J Infect Dis. 2013 Sep;17(9):e678-80.Narkevich A.N., Vinogradov K.A., Paraskevopulo K.M. et al. Ekologiya cheloveka. 2021;4:55–4.Narkevich A.N., Vinogradov K.A., Paraskevopulo K.M. et al. Ekologiya cheloveka. 2021;4:55–4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.