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Article Dans Une Revue The Lancet Respiratory Medicine Année : 2022

Validation and utility of ARDS subphenotypes identified by machine-learning models using clinical data

Manoj Maddali , Matthew Churpek , Tai Pham (1, 2, 3) , Emanuele Rezoagli , Hanjing Zhuo , Wendi Zhao , June He , Kevin Delucchi , Chunxue Wang , Nancy Wickersham , J Brennan Mcneil , Alejandra Jauregui , Serena Ke , Kathryn Vessel , Antonio Gomez , Carolyn Hendrickson , Kirsten Kangelaris , Aartik Sarma , Aleksandra Leligdowicz , Kathleen Liu , Michael Matthay , Lorraine Ware , John Laffey , Giacomo Bellani , Carolyn Calfee , Pratik Sinha , Fernando Rios , Frank van Haren , T Sottiaux , Fredy Lora , Luciano Azevedo , Pieter Depuydt , Eddy Fan , Guillermo Bugedo , Haibo Qiu , Marcos Gonzalez , Juan Silesky , Vladimir Cerny , Jonas Nielsen , Manuel Jibaja , Hermann Wrigge , Dimitrios Matamis , Jorge Luis Ranero , S. Hashemian , Pravin Amin , Kevin Clarkson , Kiyoyasu Kurahashi , Asisclo Villagomez , Amine Ali Zeggwagh , Leo Heunks , Jon Henrik Laake , Jose Emmanuel Palo , Antero Do Vale Fernandes , Dorel Sandesc , Yaasen Arabi , Vesna Bumbasierevic , Nicolas Nin , Jose Lorente , Anders Larsson , Lise Piquilloud , Fekri Abroug , Daniel Mcauley , Lia Mcnamee , Javier Hurtado , Ed Bajwa , Gabriel Démpaire , Guy Francois , Hektor Sula , Lordian Nunci , Alma Cani , Alan Zazu , Christian Dellera , Carolina Insaurralde , Risso Alejandro , Julio Daldin , Mauricio Vinzio , Ruben Fernandez , Luis Cardonnet , Lisandro Bettini , Mariano Carboni Bisso , Emilio Osman , Mariano Setten , Pablo Lovazzano , Javier Alvarez , Veronica Villar , Cesar Milstein , Norberto Pozo , Nicolas Grubissich , Gustavo Plotnikow , Daniela Vasquez , Santiago Ilutovich , Norberto Tiribelli , Ariel Chena , Carlos Pellegrini , María Saenz , Elisa Estenssoro , Matias Brizuela , Hernan Gianinetto , Pablo Gomez , Valeria Cerrato , Marco 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, Bingyu Qin , Qing Huang , Wei Zhu , Ai Hang , Ma Hua , Yimin Li , Yonghao Xu , Yu Di , Long Ling , Tie Qin , Shou Wang , Junping Qin , Yi Han , Suming Zhou , Monica Vargas , Juan Silesky Jimenez , Manuel González Rojas , Jaime Solis-Quesada , Christian Ramirez-Alfaro , Jan Máca , Peter Sklienka , Jakob Gjedsted , Aage Christiansen , Boris Villamagua , Miguel Llano , Philippe Burtin , Gautier Buzancais , Pascal Beuret , Nicolas Pelletier , Satar Mortaza , Alain Mercat , Jonathan Chelly , Sébastien Jochmans , Nicolas Terzi , Cédric Daubin , Guillaume Carteaux , Nicolas de Prost , Jean-Daniel Chiche , Fabrice Daviaud , Muriel Fartoukh , Guillaume Barberet , Jerome Biehler , Jean Dellamonica , Denis Doyen , Jean-Michel Arnal , Anais Briquet , Sami Hraiech , Laurent Papazian , Arnaud Follin , Damien Roux , Jonathan Messika , Evangelos Kalaitzis , Laurence Dangers , Alain Combes , Siu-Ming Au , Gaetan Béduneau , Dorothée Carpentier , Elie Zogheib , Herve Dupont , Sylvie Ricome , Francesco Santoli , Sebastien Besset , Philippe Michel , Bruno Gelée , Pierre-Eric Danin , Bernard Goubaux , Philippe Crova , Nga Phan , Frantz Berkelmans , Julio Badie , Romain Tapponnier , Josette Gally , Samy Khebbeb , Jean-Etienne Herbrecht , Francis Schneider , Pierre-Louis Declercq , Jean-Philippe Rigaud , Jacques Duranteau , Anatole Harrois , Russell Chabanne , Julien Marin , Charlene Bigot , Sandrine Thibault , Mohammed Ghazi , Messabi Boukhazna , Salem Ould Zein , Jack Richecoeur , Daniele Combaux , Fabien Grelon , Charlene Le Moal , Elise Sauvadet , Adrien Robine , Virginie Lemiale , Danielle Reuter , Martin Dres , Alexandre Demoule , Dany Goldgran-Toledano , Loredana Baboi , Claude Guérin , Ralph Lohner , Jens Krassler , Susanne Schäfer , Kai Zacharowski , Patrick Meybohm , Andreas Reske , Philipp Simon , Hans-Bernd Hopf , Michael Schuetz , Thomas Baltus , Metaxia Papanikolaou , Theonymfi Papavasilopoulou , Giannis Zacharas , Vasilis Ourailogloy , Eleni Mouloudi , Eleni Massa , Eva 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Rhiannon Chapman , Raphael Cooper , Russell Allan , Malcolm Sim , David Wrathall , Donald Irvine , Kim Zantua , John Adams , Andrew Burtenshaw , Gareth Sellors , Ingeborg Welters , Karen Williams , Robert Hessell , Matthew Oldroyd , Ceri Battle , Suresh Pillai , Istvan Kajtor , Mageswaran Sivashanmugave , Sinead Okane , Adrian Donnelly , Aniko Frigyik , Jon Careless , Martin May , Richard Stewart , T John Trinder , Samantha Hagan , Matt Wise , Jade Cole , Caroline Macfie , Anna Dowling , Edgardo Nuñez , Gustavo Pittini , Ruben Rodriguez , María Imperio , Cristina Santos , Ana França , Alejandro Ebeid , Alberto Deicas , Carolina Serra , Aditya Uppalapati , Ghassan Kamel , Valerie Banner-Goodspeed , Jeremy Beitler , Satyanarayana Reddy Mukkera , Shreedhar Kulkarni , Jarone Lee , Tomaz Mesar , John Shinn Iii , Dina Gomaa , Christopher Tainter , R Adams Cowley , Dale Yeatts , Jessica Warren , Michael Lanspa , Russel Miller , Colin Grissom , Samuel Brown , Philippe Bauer , Ryan Gosselin , 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Manoj Maddali
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Sen-Kuang Hou
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  • Fonction : Auteur
Vesna Bumbasirevic
  • Fonction : Auteur
Bojan Jovanovic
  • Fonction : Auteur
Maja Surbatovic
  • Fonction : Auteur
Milic Veljovic
  • Fonction : Auteur

Résumé

Two acute respiratory distress syndrome (ARDS) subphenotypes (hyperinflammatory and hypoinflammatory) with distinct clinical and biological features and differential treatment responses have been identified using latent class analysis (LCA) in seven individual cohorts. To facilitate bedside identification of subphenotypes, clinical classifier models using readily available clinical variables have been described in four randomised controlled trials. We aimed to assess the performance of these models in observational cohorts of ARDS. Methods: In this observational, multicohort, retrospective study, we validated two machine-learning clinical classifier models for assigning ARDS subphenotypes in two observational cohorts of patients with ARDS: Early Assessment of Renal and Lung Injury (EARLI; n=335) and Validating Acute Lung Injury Markers for Diagnosis (VALID; n=452), with LCA-derived subphenotypes as the gold standard. The primary model comprised only vital signs and laboratory variables, and the secondary model comprised all predictors in the primary model, with the addition of ventilatory variables and demographics. Model performance was assessed by calculating the area under the receiver operating characteristic curve (AUC) and calibration plots, and assigning subphenotypes using a probability cutoff value of 0·5 to determine sensitivity, specificity, and accuracy of the assignments. We also assessed the performance of the primary model in EARLI using data automatically extracted from an electronic health record (EHR; EHR-derived EARLI cohort). In Large Observational Study to Understand the Global Impact of Severe Acute Respiratory Failure (LUNG SAFE; n=2813), a multinational, observational ARDS cohort, we applied a custom classifier model (with fewer variables than the primary model) to determine the prognostic value of the subphenotypes and tested their interaction with the positive end-expiratory pressure (PEEP) strategy, with 90-day mortality as the dependent variable. Findings: The primary clinical classifier model had an area under receiver operating characteristic curve (AUC) of 0·92 (95% CI 0·90–0·95) in EARLI and 0·88 (0·84–0·91) in VALID. Performance of the primary model was similar when using exclusively EHR-derived predictors compared with manually curated predictors (AUC=0·88 [95% CI 0·81–0·94] vs 0·92 [0·88–0·97]). In LUNG SAFE, 90-day mortality was higher in patients assigned the hyperinflammatory subphenotype than in those with the hypoinflammatory phenotype (414 [57%] of 725 vs 694 [33%] of 2088; p<0·0001). There was a significant treatment interaction with PEEP strategy and ARDS subphenotype (p=0·041), with lower 90-day mortality in the high PEEP group of patients with the hyperinflammatory subphenotype (hyperinflammatory subphenotype: 169 [54%] of 313 patients in the high PEEP group vs 127 [62%] of 205 patients in the low PEEP group; hypoinflammatory subphenotype: 231 [34%] of 675 patients in the high PEEP group vs 233 [32%] of 734 patients in the low PEEP group). Interpretation: Classifier models using clinical variables alone can accurately assign ARDS subphenotypes in observational cohorts. Application of these models can provide valuable prognostic information and could inform management strategies for personalised treatment, including application of PEEP, once prospectively validated. Funding: US National Institutes of Health and European Society of Intensive Care Medicine.

Dates et versions

hal-03642620 , version 1 (15-04-2022)

Identifiants

Citer

Manoj Maddali, Matthew Churpek, Tai Pham, Emanuele Rezoagli, Hanjing Zhuo, et al.. Validation and utility of ARDS subphenotypes identified by machine-learning models using clinical data: an observational, multicohort, retrospective analysis. The Lancet Respiratory Medicine, 2022, 10 (4), pp.367-377. ⟨10.1016/S2213-2600(21)00461-6⟩. ⟨hal-03642620⟩
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