A multicenter comparison of surgical risk prediction tools for emergency laparotomies in Greece

Abstract

Introduction: Emergency Laparotomy (EL) encompasses a broad range of procedures that warrant urgent abdominal exploration and is associated with substantial morbidity and mortality. Interest in risk stratification for this patient population is rising, as prediction of perioperative risk optimizes shared decision-making and planning of the proper operative or non-operative strategy and has been shown to be associated with improved patient outcomes. In Greece, reports of the outcomes of patients undergoing EL are missing, and it is still unclear, which prognostic models might be suitable for prediction of mortality or major morbidity following emergency general surgery (EGS). The aim of this dissertation is to provide insight into the outcomes of patients undergoing EGS in Greece, to identify the best performing model for prediction of postoperative mortality and to develop a new prognostic model suited for the Greek population. Methods: The dissertation was conducted based on a prospective multicenter collaboration of 11 centers in Greece and Cyprus, under the coordination of the University Hospital of Heraklion in Greece. Patient inclusion and exclusion criteria were in accordance with the National Emergency Laparotomy Audit (NELA). Following data collection between January 2020 and May 2021, the postoperative outcomes of patients undergoing EL were reported and risk factors for 30-day mortality were identified through a mixed-effects logistic regression analysis. Postoperative pathways of the Greek patients were analyzed and compared with their respective counterparts in the UK. Subsequently, a comparative external validation of four prognostic models for 30-day mortality following EL, namely the National Emergency Laparotomy Audit (NELA) model, the American College of Surgeons National Surgical Quality Improvement Program (ACS-NSQIP) Surgical Risk Calculator (SRC), the Portsmouth Physiological and Operative Severity Score for the Enumeration of Mortality and Morbidity (P-POSSUM), and the Predictive Optimal Trees in Emergency Surgery Risk tool (POTTER) was carried out. Measures of overall performance, discrimination, calibration and clinical utility were used to compare the models. Finally, a novel prognostic model for prediction of serious complications after EGS based on the Clavien-Dindo classification, was developed and underwent internal validation. Results: 633 EL patients were included in the analysis, most commonly undergoing surgery for gastrointestinal obstruction (39%), perforation (36%) and ischemia (15%). The 30-day mortality rate was 16.3% (95% CI, 13.5–19.4%). Age, American Society of Anesthesiologists (ASA) status, preoperative functional status, ascites, sepsis/septic shock and diabetes were independent factors associated with mortality. A significantly higher postoperative mortality was noted in the Greek cohort in comparison with the NELA cohort (16.3% vs 8.7%), despite a similar proportion of high-risk patients, while higher levels of postoperative care were underutilized (ICU admission rate: 15.8% vs 56.8%). The comparative external validation of prognostic models for 30-day mortality showed that all models had adequate discriminative performance, however the ACS-NSQIP model, especially when combined with the subjective surgeon’s assessment, was superior in terms of calibration (Hosmer-Lemeshow test, p = 0.742), had higher net benefit across a wider range of thresholds, properties that were retained following recalibration of the models’ intercept and slope. The ACS-NSQIP model and its surgeon-adjusted version showed minimal between-hospital heterogeneity and is expected to perform better in new centers. Lastly, the SErious complications After Laparotomy (SEAL) model was developed. This included 6 predictors, namely ASA score, presence of sepsis/septic shock, dependent functional status, ascites, blood urea nitrogen and serum albumin. The model displayed good performance for prediction of serious postoperative complications following internal validation, with favorable overall fit (scaled Brier score: 25.1%, 95% CI 24.1–26.1%), discriminative ability (optimism-corrected c-statistic: 0.80, 95% CI 0.79–0.81) and calibration (optimism-corrected calibration slope: 1.01, 95% CI 0.99–1.03). The SEAL model outperformed the ACS-NSQIP model, which was used as a benchmark in this study following its recalibration. Conclusions: EL in Greece is associated with significant postoperative mortality, partially explainable by differences in postoperative pathways, with concerning underutilization of higher levels of care. The ACS-NSQIP SRC’s performance for 30-day mortality was promising and could potentially be implemented as the tool of choice for risk stratification of Greek patients undergoing EGS. Finally, the novel SEAL model could predict the risk of developing serious complications following EL, serving as a new tool available for quantification of perioperative risk in Greek hospitals. Further exploration of new prognostic tools and updating of validated models is mandatory for proper prognostication, which translates to better patient outcomes.

Εισαγωγή: Ο όρος Επείγουσα Λαπαροτομή (ΕΛ) περιλαμβάνει ένα μεγάλο εύρος επεμβάσεων που απαιτούν άμεση χειρουργική διερεύνηση της περιτοναϊκής κοιλότητας και σχετίζεται με σημαντική νοσηρότητα και θνητότητα. Υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την διαστρωμάτωση κινδύνου για αυτόν τον πληθυσμό ασθενών, καθώς η πρόβλεψη του περιεγχειρητικού κινδύνου βελτιστοποιεί την από κοινού λήψη αποφάσεων και τον σχεδιασμό της σωστής επεμβατικής ή μη επεμβατικής στρατηγικής, ενώ έχει δειχθεί ότι σχετίζεται με βελτίωση των εκβάσεων των ασθενών. Στην Ελλάδα, δεν υπάρχουν διαθέσιμες αναφορές για την έκβαση ασθενών που υποβάλλονται σε ΕΛ, και είναι ακόμα ασαφές, ποια προγνωστικά μοντέλα είναι κατάλληλα για την πρόβλεψη της θνητότητας ή της μείζονος νοσηρότητας στην Επέιγουσα Γενική Χειρουργική (ΕΓΧ). Ο σκοπός της διατριβής αυτής είναι να παρέχει μια εικόνα της έκβασης των ασθενών που υποβάλλονται σε επεμβάσεις ΕΓΧ στην Ελλάδα, να αξιολογήσει την επίδοση των υπαρχόντων μοντέλων πρόβλεψης της μετεγχειρητικής θνητότητας και να αναπτύξει ένα νέο προγνωστικό μοντέλο κατάλληλο για τον Ελληνικό πληθυσμό. Μέθοδοι: Η διατριβή αυτή βασίστηκε στην πολυκεντρική συνεργασία 11 κέντρων σε Ελλάδα και Κύπρο, υπό την επίβλεψη του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Ηρακλείου στην Ελλάδα. Τα κριτήρια εισαγωγής και αποκλεισμού ορίστηκαν όπως και στο National Emergency Laparotomy Audit (NELA) του Ηνωμένου Βασιλείου (ΗΒ). Μετά την προοπτική συλλογή δεδομένων που έλαβε χώρα μεταξύ Ιανουαρίου 2020 και Μαΐου 2021, η πρώτη μελέτη εστίασε στις μετεγχειρητικές εκβάσεις ασθενών που υποβλήθηκαν σε ΕΛ και παράγοντες κινδύνου για θνητότητα στις 30 ημέρες αναγνωρίστηκαν με ανάλυση λογιστικής παλινδρόμησης mixed-effects. Τα μετεγχειρητικά «μονοπάτια» των Ελλήνων ασθενών αναλύθηκαν και συγκρίθηκαν με τους αντίστοιχους ασθενείς στο ΗΒ. Η δεύτερη μελέτη που πραγματοποιήθηκε ήταν μια συγκριτική εξωτερική επικύρωση τεσσάρων προγνωστικών μοντέλων για θνητότητα στις 30 ημέρες μετά από ΕΛ, συγκεκριμένα το μοντέλο National Emergency Laparotomy Audit (NELA), το μοντέλο American College of Surgeons National Surgical Quality Improvement Program (ACS-NSQIP) Surgical Risk Calculator, το μοντέλο Portsmouth Physiological and Operative Severity Score for the Enumeration of Mortality and Morbidity (P-POSSUM), και το Predictive Optimal Trees in Emergency Surgery Risk (POTTER). Μέτρα συνολικής επίδοσης, διακριτικής ικανότητας, βαθμονόμησης και κλινικής χρησιμότητας χρησιμοποιήθηκαν για την σύγκριση των μοντέλων. Τέλος, η τρίτη μελέτη περιλάμβανε την δημιουργία και εσωτερική επικύρωση ενός προγνωστικού μοντέλου για πρόβλεψη σοβαρών επιπλοκών μετά από επεμβάσεις ΕΓΧ με βάση την ταξινόμηση Clavien-Dindo.Αποτελέσματα: 633 ασθενείς που υπεβλήθησαν σε ΕΛ συμπεριλήφθηκαν στην ανάλυση, ενώ οι πιο συχνές διαγνώσεις αφορούσαν απόφραξη πεπτικού (39%), διάτρηση (36%) και ισχαιμία (15%). Η θνητότητα στις 30 ημέρες ήταν 16.3% (95% CI, 13.5–19.4%). Η ηλικία, το American Society of Anesthesiologists (ASA) status, το λειτουργικό status, ο ασκίτης, η σήψη/σηπτικό σοκ και ο διαβήτης ήταν ανεξάρτητοι παράγοντες σχετιζόμενοι με θνητότητα. Μια σημαντικά υψηλότερη μετεγχειρητική θνητότητα παρατηρήθηκε στους Έλληνες ασθενείς σε σύγκριση με εκείνους της NELA (16.3% vs 8.7%), παρά το παρόμοιο ποσοστό ασθενών υψηλού κινδύνου, ενώ ανώτερα επίπεδα φροντίδας δεν χρησιμοποιήθηκαν επαρκώς στην μετεγχειρητική φάση (εισαγωγή σε ΜΕΘ: 15.8% vs 56.8%). Η συγκριτική εξωτερική επικύρωση προγνωστικών μοντέλων για θνητότητα στις 30 ημέρες ανέδειξε ότι όλα τα μοντέλα είχαν επαρκή διακριτική ικανότητα, παρ’όλα αυτά το μοντέλο ACS-NSQIP, ειδικά όταν συνδυάστηκε με την υποκειμενική εκτίμηση του χειρουργού, ήταν ανώτερο όσον αφορά την βαθμονόμηση (Hosmer-Lemeshow test, p = 0.742), είχε υψηλότερο καθαρό όφελος σε μεγαλύτερο εύρος κατωφλιών κινδύνου, ιδιότητες που διατηρήθηκαν έπειτα από επαναβαθμονόμηση των μοντέλων. Το μοντέλο ACS-NSQIP και η τροποποιημένη με βάση την εκτίμηση των χειρουργών εκδοχή του είχαν ελάχιστη ετερογένεια ανάμεσα στα διαφορετικά κέντρα της μελέτης και αναμένεται να έχουν την καλύτερη επίδοση σε νέα κέντρα. Τέλος το μοντέλο SEAL (SErious complications After Laparotomy) δημιουργήθηκε με 6 μεταβλητές: το σκορ ASA, την παρουσία σήψης/σηπτικού σοκ, το λειτουργικό status, τον ασκίτη, την προεγχειρητική τιμή της ουρίας και της αλβουμίνης. Το μοντέλο παρουσίασε καλή επίδοση για πρόβλεψη σοβαρών μετεγχειρητικών επιπλοκών έπειρα από εσωτερική επικύρωση, με καλή συνολική επίδοση (scaled Brier score: 25.1%, 95% CI 24.1–26.1%), διακριτική ικανότητα (διορθωμένο c-statistic: 0.80, 95% CI 0.79–0.81) και βαθμονόμηση (διορθωμένο calibration slope: 1.01, 95% CI 0.99–1.03). Το μοντέλο SEAL είχε καλύτερη επίδοση σε σχέση με το ACS-NSQIP, το οποίο έπειτα από επαναβαθμονόμηση χρησιμοποίηθηκε ως μέτρο σύγκρισης.Συμπεράσματα: Οι ΕΛ στην Ελλάδα σχετίζονται με σημαντική θνητότητα, που εξηγείται μερικώς από διαφορές στα μετεγχειρητικά «μονοπάτια» των ασθενών, με ανησυχητικά χαμηλή αξιοποίηση υψηλότερων επιπέδων φροντίδας. Η επίδοση του ACS-NSQIP όσον αφορά την θνητότητα στις 30 ημέρες είναι υποσχόμενη και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο επιλογής για διαστρωμάτωση κινδύνου των Ελλήνων ασθενών που υποβάλλονται σε επεμβάσεις ΕΓΧ. Τέλος, το νέο μοντέλο SEAL μπορεί να προβλέψει τον κίνδυνο ανάπτυξης σοβαρών επιπλοκών μετά από ΕΛ, όντας ένα νέο διαθέσιμο εργαλείο για την ποσοτικοποίηση του περιεγχειρητικού ρίσκου στα ελληνικά νοσοκομεία. Περαιτέρω διερεύνηση για ανάπτυξη νέων προγνωστικών σκορ, καθώς και αναθάθμιση και προσαρμογή επικυρωμένων μοντέλων απαιτούνται για την σωστή αξιολόγηση του κινδύνου, που οδηγεί τελικά σε βελτιωμένες εκβάσεις των ασθενών.