jofinЖурнал инфектологииJournal Infectology2072-6732IPO “АIDSSPbR"10.22625/2072-6732-2024-16-3-71-79jofin-1664Research ArticleОригинальные исследованияOriginal ResearchПоказатели силы дыхательных мышц и оксигенации для прогнозирования длительности госпитализации пациентов с COVID-19Respiratory muscle strength and oxygenation as predictors of length of hospital stay in patients with COVID-19ПанькоЕ. С.Pan’koE. S.

Панько Екатерина Сергеевна – врач

тел: +375(29)727-66-09 

Брест 

 Brest

panko.yekaterina@gmail.comЖаворонокС. В.ZhavoronokS. V.

Жаворонок Сергей Владимирович – профессор кафедры инфекционных болезней, д.м.н.

тел: +375(29)6553387

Минск

Minsk 

zhavoronok.s@mail.ruСоловчукА. М.SolovchukA. M.

Соловчук Александр Михайлович – аспирант кафедры интеллектуальных информационных технологий

Брест 

Brest

solovchuk_aleksandr@mail.ruПанькоС. В.Pan’koS. V.

Панько Сергей Владимирович – заведующий кафедрой анатомии, физиологии и безопасности человека, д.м.н., профессор

тел.: +375(162)21-70-40 

Брест 

Brest

medicine@brsu.brest.byБрестская областная клиническая больницаБеларусьBrest Regional Clinical HospitalBelarusБелорусский государственный медицинский университетРоссияBelarusian State Medical UniversityRussian FederationБрестский государственный технический университетБеларусьBrest State Technical UniversityBelarusБрестский государственный университет им. А.С. ПушкинаБеларусьBrest State University named after A.S. PushkinBelarus2024220920241637179Copyright © Панько Е.С., Жаворонок С.В., Соловчук А.М., Панько С.В., 20242024Панько Е.С., Жаворонок С.В., Соловчук А.М., Панько С.В.Pan’ko E.S., Zhavoronok S.V., Solovchuk A.M., Pan’ko S.V.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/1664

Цель: исследовать возможности применения показателей вентиляции и газообмена для прогнозирования длительности лечения острой фазы COVID-19.Материалы и методы: анализ проведен с использованием базы данных 384 случайно отобранных с декабря 2021 г. по май 2022 г. пациентов в возрасте 61±16 лет с подтвержденным диагнозом острой фазы COVID-19. Кроме стандартных клинико-лабораторных обследований и исследования суррогатного индекса оксигенации (SpO2/FiO2), индекса ROX ((SpO2/FiO2)/частота дыханий), в 1-е сутки (2,2±0,2) выполнялась спирометрия максимального давления вдоха (MIP) и выдоха (MEP) с использованием портативного прибора MicroRPM (CareFusion, UK). После оценки значимости (p<0,05) корреляции между каждым показателем и длительностью госпитализации пациентов мы использовали построение моделей логистической регрессии (STATISTICA 10) с описанием рабочих характеристик (ROC) и определением площади под ними (AUC) для анализа прогностических возможностей показателей силы дыхательных мышц и/или гипоксии.Результаты: наименьшей чувствительностью и специфичностью обладали модели, построенные с использованием показателей силы дыхательных мышц MIP (Ч= 54% и C=70%) и MEP (Ч= 73% и C=47%), а также их комбинации MIP&MEP (Ч= 65%, C=58%). Во всех 3 моделях AUC составили 0,6. Модели, построенные на маркерах гипоксии, обладали большими (p<0,05) классификационными возможностями (AUC 0,7) по сравнению с тремя предыдущими, причем модель с использованием интегрального показателя ROX обладала большей (p<0,05) чувствительностью (Ч=58% и C=78%), а модель с суррогатным индексом оксигенации специфичностью (Ч=48% и C=88%). Комплексная модель, основанная на сочетании 2 интегральных индексах гипоксии, а также маркере силы диафрагмы (SpO2/FiO2 + MIP*ROX+MIP), имела наилучшие показатели чувствительности (67%) и специфичности (84%), а площадь под ROC составила 0,8.Заключение: показатели функции внешнего дыхания с определенными пороговыми значениями силы дыхательных мышц и оксигенации являются подходящими маркерами для построения комплексных моделей и алгоритмов прогнозирования длительности лечения и стратификации госпитализированных пациентов в острую фазу COVID-19.

The aim was to analyze the prognostic value of ventilation/ gas exchange dissociation markers to predict the treatment length in patients with the acute phase of COVID-19.Materials and methods: The analysis was performed using a database of 384 randomly selected patients from December 2021 to May 2022 with a confirmed diagnosis of the acute phase of COVID-19, aged 61±16 years. Spirometry of maximal inspiratory pressure (MIP) and maximal expiratory pressure (MEP) was performed on 2,2±0,2 day of hospitalization with a portable MicroRPM device (CareFusion, UK) and measurement of surrogate oxygenation index (SpO2/FiO2), ROX index (SpO2/ FiO2)/respiratory rate) was carried out in all patients. Log-regression models were used (STATISTICA 10) to determine cutoff values for these functional variables and their ability to predict the patients length of hospital stay from the date of examination (≤ 7 vs > 7 days).Results: The lowest sensitivity (SE) and specificity (SP) were shown in models using only the respiratory muscle strength markers MIP (SE=54%, SP=70%) and MEP (SE=73%, SP=47%), that were the same in the combination of MIP and MEP (SE=65%, SP=58%). The areas under ROC were equal to 0.6 in all three models. The models based on hypoxia markers had a higher classification power (AUC 0,7) compared to the previous three, and the sensitivity value was higher in the model using the ROX index (SE = 58% and SP = 78%), but the specificity was better in the surrogate oxygenation index model (SE = 48% and SP = 88%). A complex model based on a combination of the two integral hypoxia indices, as well as a diaphragm strength marker (SpO2/FiO2+MIP*ROX+MIP) had the best sensitivity (67%) and specificity (84%), and the area under ROC reached 0.8.Conclusion: Indicators of respiratory muscle strength and oxygenation are suitable markers for combined models and algorithms for predicting hospital length of stay in COVID-19 patients.

COVID-19SARS-CoV-2спирометриямаксимальное давление вдоха и выдохаслабость дыхательных мышцпульсоксиметриясоотношение SaO 2/FiO2ROXпрогнозирование исходаCOVID-19SARS-CoV-2spirometrymaximal respiratory pressuresSpO2/FiO2 ratioROX indexpredictive modelalgorithmReferencesYamada G, Hayakawa K, Matsunaga N et al. Predicting respiratory failure for COVID-19 patients in Japan: a simple clinical score for evaluating the need for hospitalisation. Epidemiology and Infection. 2021; 149, e175, 1–9. https://doi.org/10.1017/S0950268821001837.Yamada G, Hayakawa K, Matsunaga N et al. Predicting respiratory failure for COVID-19 patients in Japan: a simple clinical score for evaluating the need for hospitalisation. Epidemiology and Infection.2021; 149, e175, 1–9. https://doi.org/10.1017/S0950268821001837.Garcia-Gordillo JA, Camiro-Zúñiga A, Aguilar-Soto M, et al. COVID-IRS: A novel predictive score for risk of invasive mechanical ventilation in patients with COVID-19. PLoS One. 2021;16(4):e0248357. Published 2021 Apr 5. doi: 10.1371/journal.pone.0248357.Garcia-Gordillo JA, Camiro-Zúñiga A, -Soto M, et al. COVID-IRS: A novel predictive score for risk of invasive mechanical ventilation in patients with COVID-19. PLoS One. 2021;16(4):e0248357. Published 2021 Apr 5. doi: 10.1371/journal.pone.0248357.Каронова, Т.Л. Использование искусственного интеллекта у больных с новой коронавирусной инфекцией для прогнозирования течения заболевания в условиях инфекционного стационара / Т.Л. Каронова [и др.] // Журнал инфектологии. – 2023. – Т. 15, № 3. – С. 60–66. – https://doi.org/10.22625/2072-6732-2023-15-3-60-66.Karonova T.L., Korsakov I.N., Mikhailova A.A., Lagutina D.I., Chernikova A.T., Vashukova М.A., Smolnikova M.A., Gusev D.A., Konradi A.O., Shlyakhto E.V. An artificial intelligence approach for prognosis of COVID-19 course in hospitalized patients. Journal Infectology. 2023;15(3):60-66. (In Russ.) https://doi.org/10.22625/2072-6732-2023-15-3-60-66Касьяненко, К.В. Прогноз степени тяжести течения SARS-CoV-2-инфекции у лиц молодого возраста с применением методов искусственного интеллекта / К.В. Касьяненко [и др.] // Журнал инфектологии. – 2022. – Т. 14, № 5. – С.14–25. – https://doi.org/10.22625/2072-6732-2022-14-5-14-25.Kas’janenko K.V., Kozlov K.V., Zhdanov K.V., Lapikov I.I., Belikov V.V. SARS-CoV-2 severity prediction in young adults using artificial intelligence. Journal Infectology. 2022;14(5):14-25. (In Russ.) https://doi.org/10.22625/2072-6732-2022-14-5-14-25Zaboli A, Ausserhofer D, Pfeifer N, et al. The ROX index can be a useful tool for the triage evaluation of COVID-19 patients with dyspnoea. J Adv Nurs. 2021;77(8):3361-3369. doi:10.1111/janZaboli A, Ausserhofer D, Pfeifer N, et al. The ROX index can be a useful tool for the triage evaluation of COVID-19 patients with dyspnoea. J Adv Nurs. 2021;77(8):3361-3369. doi:10.1111/janRahman A, Tabassum T, Araf Y, Al Nahid A, Ullah MA, Hosen MJ. Silent hypoxia in COVID-19: pathomechanism and possible management strategy. Mol Biol Rep. 2021;48(4):3863-3869. doi: 10.1007/s11033-021-06358-1.14848.Rahman A, Tabassum T, Araf Y, Al Nahid A, Ullah MA, Hosen MJ. Silent hypoxia in COVID-19: pathomechanism and possible management strategy. Mol Biol Rep. 2021;48(4):3863-3869. doi: 10.1007/s11033-021-06358-1.14848.Levitan R. Pulse oximetry as a biomarker for early identification and hospitalization of COVID-19 pneumonia. AcadEmerg Med. 2020;27(8):785–786.Levitan R. Pulse oximetry as a biomarker for early identification and hospitalization of COVID-19 pneumonia. AcadEmerg Med. 2020;27(8):785–786.Camporota L, Vasques F, Sanderson B, Barrett NA, Gattinoni L. Identification of pathophysiological patterns for triage and respiratory support in COVID-19.Lancet Respir Med. 2020;8(8):752-754. doi:10.1016/S2213-2600(20)30279-4.Camporota L, Vasques F, Sanderson B, Barrett NA, Gattinoni L. Identification of pathophysiological patterns for triage and respiratory support in COVID-19.Lancet Respir Med. 2020;8(8):752-754. doi:10.1016/S2213-2600(20)30279-4.Frija-Masson J, Debray MP, Gilbert M, et al. Functional characteristics of patients with SARS-CoV-2 pneumonia at 30 days post-infection. Eur Respir J. 2020;56(2):2001754. Published 2020 Aug 6. doi:10.1183/13993003.01754-2020бFrija-Masson J, Debray MP, Gilbert M, et al. Functional characteristics of patients with SARS-CoV-2 pneumonia at 30 days post-infection. Eur Respir J. 2020;56(2):2001754. Published 2020 Aug 6. doi:10.1183/13993003.01754-2020б 9FrijaMasson J, Debray MP, Gilbert M, et al. Functional characteristics of patients with SARS-CoV-2 pneumonia at 30 days postinfection. Eur Respir J. 2020;56(2):2001754. Published 2020 Aug 6. doi: 10.1183/13993003.01754-2020бMo X, Jian W, Su Z, et al. Abnormal pulmonary function in COVID-19 patients at time of hospital discharge. Eur Respir J. 2020;55(6):2001217. Published 2020 Jun 18. doi: 10.1183/13993003.01217-2020.10, Mo X, Jian W, Su Z, et al. Abnormal pulmonary function in COVID-19 patients at time of hospital discharge. Eur Respir J. 2020;55(6):2001217. Published 2020 Jun 18. doi: 10.1183/13993003.01217-2020.Frat JP, Thille AW, Mercat A et al. High-flow oxygen through nasal cannula in acute hypoxemic respiratory failure. N Engl J Med 2015; 372:2185–2196. https ://doi.org/10.1056/nejmo a1503 326Frat JP, Thille AW, Mercat A et al. High-flow oxygen through nasal cannula in acute hypoxemic respiratory failure. N Engl J Med 2015; 372:2185–2196. https ://doi.org/10.1056/ nejmo a1503 326Цинзерлинг, В.А. Вопросы патоморфогенеза новой коронавирусной инфекции (COVID-19) / В.А. Цинзерлинг [и др.] // Журнал инфектологии. – 2020. – Т. 12, № 2. – С. 5–11. – DOI: 10.22625/2072-6732-2020-12-2-5-11.Zinserling V.А., Vashukova М.А., Vasilyeva М.V., Isakov А.N., Lugovskaya N.А., Narkevich Т.А., Sukhanova Yu.V., Semenova N.Yu., Gusev D.А. Issues of pathology of a new coronavirus infection COVID-19. J Infectologii. 2020;12(2): 5-11. DOI: 10.22625/2072-6732-2020-12-2-5-11. (in Russian).Scala R, Heunks L. Highlights in acute respiratory failure. Eur Respir Rev.2018;27(147):180008. doi: 10.1183/16000617.0008-2018.].1Scala R, Heunks L. Highlights in acute respiratory failure. Eur Respir Rev.2018;27(147):180008. doi: 10.1183/16000617.0008-2018.].1Власенко, А.И. Взаимосвязь между вирусом SARSCOV-2 и аутоиммунными неврологическими заболеваниями / А.И. Власенко [и др.] // Журнал инфектологии. – 2022. – Т.14, № 2. – С. 65–72. – https://doi.org/10.22625/2072-6732-2022-14-2-65-72Vlasenko A.I., Portik O.A., Bisaga G.N., Topuzova M.P., Malko V.A., Isabekova P.Sh., Skripchenko N.V., Alekseeva T.M. Relationship between SARS-COV-2 And autoimmune neurological diseases. Journal Infectology. 2022;14(2):65-72. (In Russ.) https://doi.org/10.22625/2072-6732-2022-14-2-65-72Shi Z, de Vries HJ, Vlaar APJ, van der Hoeven J, Boon RA, Heunks LMA, et al. Diaphragm pathology in critically ill patients with COVIDü19 and postmortem findings from 3 medical centers. JAMA Intern Med 2021;181:122–124.Shi Z, de Vries HJ, Vlaar APJ, van der Hoeven J, Boon RA, Heunks LMA, et al. Diaphragm pathology in critically ill patients with COVID-19 and postmortem findings from 3 medical centers. JAMA Intern Med 2021;181:122–124.Панько, Е.С. Предикторы длительности стационарного лечения острой фазы инфекционного процесса, вызванного COVID-19 / Е.С. Панько [и др.] // Журнал инфектологии. – 2023. – Т.15, № 1. – С. 86–92. – https://doi.org/10.22625/2072-6732-2023-15-1-86-92Pan’ko E.S., Zhavoronok S.V., Solovchuk A.M., Pan’ko S.S., Pan’ko S.V. Predictors of length of hospital stay in patients with acute COVID-19. Journal Infectology. 2023;15(1):86-92. (In Russ.) https://doi.org/10.22625/2072-6732-2023-15-1-86-92Lu X, Jiang L, Chen T, et al. Continuously available ratio of SpO2/FiO2 serves as a noninvasive prognostic marker for intensive care patients with COVID-19. Respir Res. 2020;21(1):194. Published 2020 Jul 22. doi:10.1186/s12931-020-01455-4.Lu X, Jiang L, Chen T, et al. Continuously available ratio of SpO2/FiO2 serves as a noninvasive prognostic marker for intensive care patients with COVID-19. Respir Res. 2020;21(1):194. Published 2020 Jul 22. doi:10.1186/s12931-020-01455-4.Babu S, Abhilash KP, Kandasamy S, Gowri M. Association between SpO2/FiO2 Ratio and PaO2/FiO2 Ratio in Different Modes of Oxygen Supplementation. Indian J Crit Care Med. 2021;25(9):1001-1005. doi:10.5005/jp-journals-10071-23977Babu S, Abhilash KP, Kandasamy S, Gowri M. Association between SpO2/FiO2 Ratio and PaO2/FiO2 Ratio in Different Modes of Oxygen Supplementation. Indian J Crit Care Med. 2021;25(9):1001-1005. doi:10.5005/jp-journals-10071-23977Mukhtar A, Rady A, Hasanin A, et al. Admission SpO2 and ROX index predict outcome in patients with COVID-19. Am J Emerg Med. 2021;50:106-110. doi:10.1016/j.ajem.2021.07.049Mukhtar A, Rady A, Hasanin A, et al. Admission SpO2 and ROX index predict outcome in patients with COVID-19. Am J Emerg Med. 2021;50:106-110. doi: 10.1016/j.ajem.2021.07.049Zucman N, Mullaert J, Roux D, Roca O, Ricard JD, Contributors Prediction of outcome of nasal high flow use during COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure. Intens Care Med.2020 Oct;46(10):1924–1926.Zucman N, Mullaert J, Roux D, Roca O, Ricard JD, Contributors Prediction of outcome of nasal high flow use during COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure. Intens Care Med.2020 Oct;46(10):1924–1926.Zaccagnini G, Berni A, Pieralli F. Correlation of noninvasive oxygenation parameters with paO2/FiO2 ratio in patients with COVID-19 associated ARDS. Eur J Intern Med. 2022;96:117-119. doi: 10.1016/j.ejim.2021.12.015Zaccagnini G, Berni A, Pieralli F. Correlation of noninvasive oxygenation parameters with paO2/FiO2 ratio in patients with COVID-19 associated ARDS. Eur J Intern Med. 2022;96:117-119. doi: 10.1016/j.ejim.2021.12.015Xu J, Yang X, Huang C, et al. A Novel Risk-Stratification Models of the High-Flow Nasal Cannula Therapy in COVID-19 Patients With Hypoxemic Respiratory Failure. Front Med (Lausanne). 2020;7:607821. Published 2020 Dec 8. doi: 10.3389/fmed.2020.607821Xu J, Yang X, Huang C, et al. A Novel Risk-Stratification Models of the High-Flow Nasal Cannula Therapy in COVID-19 Patients With Hypoxemic Respiratory Failure. Front Med (Lausanne). 2020;7:607821. Published 2020 Dec 8. doi:10.3389/fmed.2020.607821Zaboli A, Ausserhofer D, Pfeifer N, et al. The ROX index can be a useful tool for the triage evaluation of COVID-19 patients with dyspnoea. J Adv Nurs. 2021;77(8):3361-3369. doi: 10.1111/jan.14848Zaboli A, Ausserhofer D, Pfeifer N, et al. The ROX index can be a useful tool for the triage evaluation of COVID-19 patients with dyspnoea. J Adv Nurs. 2021;77(8):3361-3369. doi: 10.1111/jan.14848Koyauchi T, Yasui H, Enomoto N, et al. Pulse oximetric saturation to fraction of inspired oxygen (SpO2/FIO2) ratio 24 hours after high-flow nasal cannula (HFNC) initiation is a good predictor of HFNC therapy in patients with acute exacerbation of interstitial lung disease. Ther Adv Respir Dis. 2020;14:1753466620906327. doi: 10.1177/1753466620906327Koyauchi T, Yasui H, Enomoto N, et al. Pulse oximetric saturation to fraction of inspired oxygen (SpO2/FIO2) ratio 24 hours after high-flow nasal cannula (HFNC) initiation is a good predictor of HFNC therapy in patients with acute exacerbation of interstitial lung disease. Ther Adv Respir Dis. 2020;14:1753466620906327. doi: 10.1177/1753466620906327Rahman A, Tabassum T, Araf Y, Al Nahid A, Ullah MA, Hosen MJ. Silent hypoxia in COVID-19: pathomechanism and possible management strategy. Mol Biol Rep. 2021;48(4):3863-3869. doi: 10.1007/s11033-021-06358-1Rahman A, Tabassum T, Araf Y, Al Nahid A, Ullah MA, Hosen MJ. Silent hypoxia in COVID-19: pathomechanism and possible management strategy. Mol Biol Rep. 2021;48(4):3863-3869. doi: 10.1007/s11033-021-06358-1Scarpino M, Bonizzoli M, Lazzeri C, et al. Electrodiagnostic findings in patients with non-COVID-19- and COVID-19-related acute respiratory distress syndrome. Acta Neurol Scand. 2021;144(2):161-169. doi: 10.1111/ane.13433Scarpino M, Bonizzoli M, Lazzeri C, et al. Electrodiagnostic findings in patients with non-COVID-19- and COVID-19-related acute respiratory distress syndrome. Acta Neurol Scand. 2021;144(2):161-169. doi:10.1111/ane.13433

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