A decision rule for identifying patients at high risk for impaired lung diffusion capacity after COVID-19

Aim. To elaborate a decision rule for identifying the main predictors of impaired lung diffusion capacity after COVID-19.

 Materials and methods. The retrospective study included 341 patients without underlying lung diseases (median age 48 years) who experienced COVID-19 with bilateral pneumonia. The median extent of parenchymal lesion in the acute phase of COVID-19 (CT_max) was 50%. Spirometry, body plethysmography, and lung diffusion capacity for carbon monoxide (DLCO) test were performed. The data were analyzed by descriptive statistics, correlation analysis, one-dimensional logistic regression analysis with an assessment of odds ratios (OR), and multivariate logistic regression analysis. Receiver operating characteristic (ROC) analysis was used to assess the quality of the binary classifier model.

Results. The initial model for predicting reduced DLCO (< 80% of predicted) included the following predictors: CT_max, time interval from the COVID-19 onset, gender, age, body mass index. Backward stepwise regression was applied, and a binary classifier model that includes CT_max was obtained. The sensitivity and specificity of the model for the training sample were 80 and 67%, respectively, for the test sample – 79 and 70%, respectively. The analysis of OR showed that OR > 1 was observed at СT_max > 40%.

Conclusion. The decision rule was obtained for predicting impaired lung diffusion capacity after COVID-19 with virus-associated lung damage in patients without underlying bronchopulmonary diseases. Patients with CT_max > 40% require more thorough clinical follow-up with DLCO monitoring after the acute phase of COVID-19

1. Зайцев А.А., Савушкина О.И., Черняк А.В., Кулагина И.Ц., Крюков Е.В. Клинико-функциональная характеристика пациентов, перенесших новую коронавирусную инфекцию COVID-19. Практическая пульмонология. 2020;(1):78–81.

2. Савушкина О.И., Черняк А.В., Крюков Е.В., Кулагина И.Ц., Самсонова М.В., Калманова Е.Н. и др. Функциональные нарушения системы дыхания в период раннего выздоровления после COVID-19. Медицинский алфавит. 2020;(25):7–12. DOI: 10.33667/2078-5631-2020-25-7-12.

3. Савушкина О.И., Черняк А.В., Крюков Е.В., Асеева Н.А., Зайцев А.А. Динамика функционального состояния системы дыхания через 4 месяца после перенесенного COVID-19. Пульмонология. 2021;31(5):580–587. DOI: 10.18093/0869-0189-2021-31-5-580-587.

4. Савушкина О.И., Малашенко М.М., Чушкин М.И., Неклюдова Г.В., Авдеев С.Н., Зайцев А.А. Функциональные показатели системы дыхания и качество жизни пациентов, перенесших COVID-19. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2023;(90):8–18. DOI: 10.36604/1998-5029-2023-90-8-18.

5. Савушкина О.И., Муравьева Е.С., Авдеев С.Н., Кулагина И.Ц., Малашенко М.М., Зайцев А.А. Анализ функциональных показателей респираторной системы в разные сроки после перенесенного COVID-19. Туберкулез и болезни легких. 2023;101(6):42–49. DOI: 10.58838/2075-1230-2023-101-6-42-49.

6. Самсонова М.В., Черняев А.Л., Омарова Ж.Р., Першина Е.А., Мишнев О.Д., Зайратьянц О.В. и др. Особенности патологической анатомии легких при COVID-19. Пульмонология. 2020;30(5):519–532. DOI: 10.18093/0869-01892020-30-5-519-532.

7. Самсонова М.В., Конторщиков А.С., Черняев А.Л., Михайличенко К.Ю., Михалева Л.М., Мишнев О.Д. и др. Патогистологические изменения в легких в отдаленные сроки после COVID-19. Пульмонология. 2021;31(5):571–579. DOI: 10.18093/0869-0189-2021-31-5-571-579.

8. Золотницкая В.П., Титова О.Н., Кузубова Н.А., Амосова О.В., Сперанская А.А. Изменения микроциркуляции в легких у пациентов, перенесших COVID-19. Пульмонология. 2021;31(5):588–597. DOI: 10.18093/0869-0189-202131-5-588-597.

9. Рекомендации Российского респираторного общества по проведению функциональных исследований системы дыхания в период пандемии COVID-19 Версия 1.1. от 19.05.2020. Рабочая группа (в алфавитном порядке): Айсанов З.Р., Калманова Е.Н., Каменева М.Ю., Кирюхина Л.Д., Лукина О.Ф., Науменко Ж.К. и др. URL: https://spulmo.ru/upload/rekomendacii_rro_fvd_COVID_19_rev1_1_01062020.pdf

10. Каменева М.Ю., Черняк А.В., Айсанов З.Р., Авдеев С.Н., Бабак С.Л., Белевский А.С. и др. Спирометрия: методическое руководство по проведению исследования и интерпретации результатов Межрегиональная общественная организация «Российское респираторное общество» Общероссийская общественная организация «Российская ассоциация специалистов функциональной диагностики» Общероссийская общественная организация «Российское научно-медицинское общество терапевтов». Пульмонология. 2023;33(3):307–340. DOI: 10.18093/0869-0189-2023-33-3-307-340.

11. Wanger J., Clausen J.L., Coates A., Pedersen O.F., Brusasco V., Burgos F. et al. Standardisation of the measurement of lung volumes. Eur. Respir. J. 2005;26(3):511–522. DOI: 10.1183/09031936.05.00035005.

12. Graham B.L., Brusasco V., Burgos F., Cooper B.G., Jensen R., Kendrick A. et al. 2017 ERS/ATS Standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur. Respir. J. 2017;49(1):1600016. DOI: 10.1183/13993003.00016-2016.

13. Quanjer Ph.H., Tammeling G.J., Cotes J.E., Pedersen O.F., Peslin R., Yernault J-C. Lung volumes and forced ventilatory flows. Report Working Party Standardization of Lung Function Tests, European Community for Steel and Coal. Official Statement of the European Respiratory Society. Eur. Respir. J. 1993;16:5–40.

14. Cotes J.E., Chinn D.J., Quanjer P.H., Roca J., Yernault J.C. Standardization of the measurement of transfer factor (diffusing capacity). Report Working Party Standardization of Lung Function Tests, European Community for Steel and Coal. Official Statement of the European Respiratory Society. Eur. Respir. J. 1993;16:41–52.

15. Anastasio F., Barbuto S., Scarnecchia E., Cosma P., Fugagnoli A., Rossi G. et al. Medium-term impact of COVID-19 on pulmonary function, functional capacity and quality of life. Eur. Respir. J. 2021;58(3):2004015. DOI: 10.1183/13993003.04015-2020.

16. Беляев А.М., Михнин А.Е., Рогачев М.В. ROC-анализ и логистическая регрессия в MedCalc: учебное пособие. СпБ, 2023:36.

17. Григорьев С.Г., Лобзин Ю.В., Скрипченко Н.В. Роль и место логистической регрессии и ROC-анализа в решении медицинских диагностических задач. Журнал инфектологии. 2016;8(4):36–45. DOI: 10.22625/2072-6732-2016-8-4-36-45.

18. Самойлова Е.В., Фатова М.А., Миндзаев Д.Р., Житарева И.В., Насонова С.Н., Жиров И.В. и др. Решающее правило для стратификации больных хронической сердечной недостаточностью II и III функционального класса. Бюллетень сибирской медицины. 2020;19(1):101–107. DOI: 10.20538/1682-0363-2020-1-101-107.

19. Park S.H., Goo J.M., Jo C.H. Receiver operating characteristic (ROC) curve: practical review for radiologists. Korean J. Radiol. 2004;5(1):11–18. DOI: 10.3348/kjr.2004.5.1.11.

20. Garrafa E., Vezzoli M., Ravanelli M., Farina D., Borghesi A., Calza S. et al. Early prediction of in-hospital death of COVID-19 patients: a machine-learning model based on age, blood analyses, and chest x-ray score. Elife. 2021;10:e70640. DOI: 10.7554/eLife.70640.

21. Qin W., Chen S., Zhang Y., Dong F., Zhang Z., Hu B. et al. Diffusion capacity abnormalities for carbon monoxide in patients with COVID-19 at 3-month follow-up. Eur. Respir. J. 2021;22;58(1):2003677. DOI: 10.1183/13993003.03677-2020.

22. Тюрин И.Е., Струтынская А.Д. Визуализация изменений в легких при коронавирусной инфекции (обзор литературы и собственные данные). Пульмонология. 2020;30(5):658– 670. DOI: 10.18093/0869-0189-2020-30-5-658-670.