基于数据驱动的年龄分区的儿童血清铜参考区间：对参考区间解读的意义

《Practical Laboratory Medicine》：Data-driven age partitioning for pediatric serum copper: implications for reference interval interpretation

　　

研究人员旨在利用数据驱动的年龄分区方法建立越南健康儿童及青少年血清铜的年龄特异性参考区间，并评估其对结果解读的意义。研究人员招募了出生至19岁以下的表面健康受试者，采用石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）测定血清铜浓度。候选年龄阈值通过递归分区分析（recursive partitioning analysis）进行探索，随后四舍五入为临床可解释的分组。最终年龄分区基于递归分区结果、组间统计比较、效应量、临床可解释性及样本量确定。相邻年龄组间及性别间差异采用Mann-Whitney U检验、Cliff's delta及Harris-Boyd方法进行评估。离群值采用Horn算法识别。参考区间依据CLSI EP28-A3c采用非参数百分位数法估计。在1157名合格参与者中，排除36个离群值后剩余1121名进行分析。最终年龄组为0-<6天、6天-<12个月、12个月-<7岁及7-<19岁。相邻年龄组间观察到显著差异，支持年龄分区。性别相关差异较小，不支持性别特异性分区。各年龄组衍生参考区间分别为1.9-15.4 μmol/L、6.5-26.9 μmol/L、9.3-35.8 μmol/L及7.9-22.6 μmol/L。研究结论为血清铜浓度随年龄变化显著，尤其在生命早期，而性别差异有限。建议采用年龄特异性而非性别特异性的参考区间。这些发现支持临床适当的年龄分区，以改善儿童铜检测结果的解读，并减少与过度宽泛年龄分组相关的潜在错误分类。

该论文发表于《Practical Laboratory Medicine》杂志。

在正式介绍研究内容前，本文将围绕研究背景、核心发现与临床意义展开解读。铜是人体必需的微量元素，广泛参与氧化代谢、结缔组织形成、铁转运及神经发育等多种生物学过程，作为铜蓝蛋白（ceruloplasmin）、细胞色素c氧化酶（cytochrome c oxidase）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase）及多巴胺β-羟化酶（dopamine beta-hydroxylase）等多种关键酶的结构或催化组分，在细胞呼吸、抗氧化防御及神经递质合成中发挥重要作用。铜稳态失调可导致铜缺乏症及Wilson病、Menkes病等重要遗传性疾病。血清铜检测广泛应用于铜代谢障碍及营养状况评估，其临床解读依赖于能够反映健康人群分析物浓度分布的适当参考区间（reference intervals, RIs），而准确建立RIs在儿科检验医学中尤为重要，因多种生化标志物因快速生长发育、发育变化及激素影响呈现显著的年龄相关性变异。既往研究已证实儿童血清铜浓度具有强烈的年龄依赖性：出生时浓度通常较低，反映了肝脏铜蓝蛋白合成不成熟及特有的胎儿铜代谢特点；随后在婴儿期随着肝脏功能成熟及膳食摄入成为铜的主要来源而升高；至儿童后期及青春期则可能趋于稳定或逐渐下降。尽管年龄分组的差异已获多项研究证实，但性别特异性分区的必要性结论尚不一致。此外，现有儿科血清铜参考区间在多种人群中仍显不足，且铜营养状况可能因膳食模式、环境暴露及人群特征而异，因此亟需建立针对特定人群的参考区间以支持临床实践的准确解读。值得注意的是，儿科参考区间研究中有限年龄类别的使用可能掩盖重要的年龄相关性变异，无法充分捕捉生命早期发生的动态生理变化，从而增加低龄儿童结果错误分类的风险。近年来，数据驱动方法在参考区间推导中的应用日益增多，递归分区分析等方法有助于客观识别候选年龄阈值，避免仅依赖任意年龄分组。然而，统计学推导的切点未必对应临床可解释类别，需结合生理学合理性及样本量综合考量。基于此，本研究旨在利用数据驱动的年龄分区方法，结合临床可解释性，建立健康儿童血清铜的年龄特异性参考区间，并探讨其对儿科铜检测结果常规解读的相关性。

为开展此项研究，研究人员采用了以下关键技术方法：利用递归分区分析（rpart）结合临床可解释性进行年龄分组，探索候选年龄阈值；采用Horn算法结合Box-Cox转换及Tukey围栏进行离群值检测；依据CLSI EP28-A3c指南，采用非参数百分位数法并辅以Bootstrap重采样（2000次迭代）估计参考区间；通过Mann-Whitney U检验、Cliff's delta效应量及Harris-Boyd方法进行综合统计评估，判断年龄及性别分组的必要性；样本来源于越南国家儿童医院及基层医疗机构、幼儿园、学校 routine 健康体检中的0-<19岁表面健康儿童队列。

研究结果显示：

**研究人群特征**：经数据清洗和离群值排除后，最终1121名参与者纳入分析，覆盖0-<6天、6天-<12个月、12个月-<7岁及7-<19岁四个年龄组，各组样本量分别为88、281、432和320例。

**数据驱动的年龄分区及相邻组间评估**：递归分区分析以年龄和性别为候选预测变量、血清铜浓度为结局变量，识别出早期新生儿期、婴儿期及儿童后期等主要分布变化点。经临床可解释性圆整后确定最终年龄分组。Kruskal-Wallis检验显示四组间血清铜浓度差异显著（p<0.001），所有相邻组间比较均有统计学意义（Mann-Whitney p<0.001），效应量为中等至大（Cliff's delta 0.45-0.85），支持保留独立年龄分区。

**性别分区评估**：各年龄组内男女血清铜分布比较显示，虽在0-<6天及7-<19岁组观察到名义统计学显著性，但效应量小或可忽略，且Harris-Boyd标准在任何年龄组均未满足。综合统计证据不支持所定义年龄组内存在有临床意义的性别相关差异，故未采用性别特异性分区。

**血清铜浓度分布特征**：血清铜浓度呈现清晰的年龄依赖性模式，早期新生儿期最低，婴儿期及幼儿期显著升高，此后相对趋于稳定。

**血清铜参考区间**：各年龄组参考区间分别为：0-<6天1.9-15.4 μmol/L、6天-<12个月6.5-26.9 μmol/L、12个月-<7岁9.3-35.8 μmol/L、7-<19岁7.9-22.6 μmol/L。新生儿组具有最低的中位浓度和参考限值，婴儿及幼儿期浓度较高，最高年龄组的中位数及参考限值低于12个月-<7岁组。

**与已发表研究的比较**：与Lockitch等、Lin等、Yim等研究比较显示总体年龄相关模式相似，即早期低浓度、婴儿儿童期升高、大龄儿童及青少年降低，但绝对参考限值存在差异，可能归因于分析方法、年龄分组定义、样本特征及研究人群的差异。

讨论部分，研究人员深入阐释了上述发现的理论与实践意义。研究观察到的显著年龄依赖性符合铜稳态的已知生理学：出生时血清铜较低源于肝脏铜蓝蛋白合成不成熟及胎儿铜代谢特点；出生后数月随肝脏铜蓝蛋白产生增加及膳食摄入成为主要来源而升高；此后随生长和代谢需求变化趋于稳定或逐渐下降。该结果与Lockitch等强调儿童血清微量元素发育变化、Lin等发现年龄相关差异但无性别效应、Yim等采用ICP-MS确认年龄相关变异等既往研究总体一致，但绝对参考限值差异可能反映分析方法、人群特征、营养状况及环境暴露的变异。

本研究的重要特色在于将递归分区分析作为探索性工具客观识别候选年龄阈值。在儿科参考区间研究中，有限年龄类别或任意分组可能无法充分反映早期生命的快速生理变化，而决策树等数据驱动方法有助于识别自然分布断点；同时，纯粹统计学切点未必具有临床意义，故本研究将其作为探索性而非确定性方法，最终决策综合统计与临床考量，选择圆整切点以提高实践可解释性，在统计客观性与临床适用性间取得务实平衡。相邻年龄组间的差异不仅具有统计学意义，且伴随中等至大效应量，尤其新生儿期至婴儿期、幼儿期至大龄儿童的过渡阶段尤为明显，提示过度宽泛的年龄分类可能掩盖有意义的发育变化。关于Harris-Boyd标准与统计显著性及效应量的表面不一致性，研究人员指出该标准强调统计显著差异未必足以支持独立参考区间，尤其当亚组分布重叠显著且分区仅有限减少组间变异时；而本研究中非参数比较和效应量提示存在实质性分布偏移，且具生物学合理性，故基于统计、图形和临床证据的整体一致性而非单一标准做出分区决策。

性别分区未被该人群支持，虽部分年龄组存在名义显著性，但效应量可忽略至小，Harris-Boyd标准未满足，与既往认为年龄是儿童血清铜浓度主要变异来源、性别效应有限的研究一致。从检验实践角度，年龄适宜参考区间对儿科铜检测解读至关重要，尤其婴儿期及幼儿期生理变化最大时，过度宽泛或非特异性年龄分组可能增加结果过度或不足标记的风险。

研究的方法学优势包括：采用数据驱动方法探索年龄分区而非仅依赖预设类别；多维度互补统计方法支持分区决策；采用Horn算法进行离群值检测，依据CLSI EP28-A3c采用非参数法及Bootstrap置信区间估计参考区间。局限性在于单人群研究，血清铜可能因膳食、环境暴露和分析方法存在地区差异；严格纳入标准下仍无法完全排除未识别亚临床疾病影响；前处理因素包括环境污染和痕量元素处理也可能影响测量。独立儿科队列的验证将有助于评估这些参考区间的更广泛适用性。

**研究结论**：本研究利用数据驱动的分区策略建立了健康儿童血清铜的年龄特异性参考区间。研究结果证实了年龄对儿童血清铜浓度的强影响，但未证实性别的影响。这些结果支持在临床实践中采用年龄特异性参考区间以改善儿科铜检测结果的解读。