大家好，我是Toby老師，曾擔(dān)任國(guó)內(nèi)最大醫(yī)藥數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)挖掘負(fù)責(zé)人。10年以上數(shù)據(jù)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，和中科院，重科院，重慶中藥研究所，重慶兒科醫(yī)院教授有長(zhǎng)期項(xiàng)目合作。現(xiàn)在成立了重慶未來(lái)之智信息技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司。我們公司的宗旨是用人工智能，數(shù)據(jù)科學(xué)挖掘疾病致病因子，提供疾病家庭預(yù)防和干預(yù)措施降低疾病患病率。人工智能讓生活更美好！

糖尿病科研有個(gè)痛點(diǎn)，就是臨床醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)很難用數(shù)據(jù)科學(xué)量化實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助證明。而數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)論也并非全部可信，需要和臨床經(jīng)驗(yàn)豐富醫(yī)生交叉驗(yàn)證。

今天Toby老師就來(lái)解決這個(gè)痛點(diǎn)，通過(guò)對(duì)上百萬(wàn)大樣本臨床患者數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)糖尿病致病因子，并和臨床經(jīng)驗(yàn)結(jié)合解釋數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果合理性，為家庭疾病預(yù)防做出貢獻(xiàn)。

這次數(shù)據(jù)挖掘整合了多個(gè)糖尿病數(shù)據(jù)庫(kù)，在國(guó)內(nèi)也屬于罕見(jiàn)，Toby老師提供了非常震撼的數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果，大家可以點(diǎn)擊收藏此文和分享給其他朋友，讓更多朋友受益。


糖尿病概述

糖尿病醫(yī)學(xué)描述：糖尿病是一組因胰島素絕對(duì)或相對(duì)分泌不足和(或)胰島素利用障礙，引起的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪代謝紊亂性疾病。以高血糖為主要標(biāo)志。
糖尿病有一型和二型，是由于胰腺分泌胰島素紊亂或人體無(wú)法有效利用其產(chǎn)生的胰島素而發(fā)生的一種慢性疾病，是２１世紀(jì)人類(lèi)面臨的健康問(wèn)題之一．糖尿病伴有彌漫性并發(fā)癥，其包括心血管病變、腎臟疾病、高血壓、中風(fēng)等、眼部疾病、下肢截肢上百種，由此增加了過(guò)早死亡的風(fēng)險(xiǎn)．因此，糖尿病防治形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

糖尿病最早記錄可追述到古埃及。

中國(guó)黃帝內(nèi)經(jīng)也有類(lèi)似糖尿病消渴癥狀的描述。

17世紀(jì)英國(guó)醫(yī)生托馬斯.威利斯記錄了尿甜如蜜，這也是糖尿病的一個(gè)癥狀。

1889年，醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，狗被切除胰腺后，患上了糖尿病。因此推斷糖尿病和胰腺有關(guān)系。

1921年，加拿大醫(yī)生班廷和生理學(xué)家貝斯特成功提取出了胰島素，并證實(shí)了胰島素可以降低血糖。大家為了紀(jì)念班廷醫(yī)生，把他生日11月14日定為世界糖尿病日。

糖尿病主要分為四類(lèi)：1型糖尿病2型糖尿病，妊娠期糖尿病，特殊類(lèi)型糖尿病。

1型糖尿病是由于胰島β細(xì)胞破壞、胰島素絕對(duì)不足引起的一種糖尿病。

1型糖尿病患者占比小于5%。多于兒童和青少年起病，1型糖尿病患占比80-90%。1型糖尿病患者一般在20歲前發(fā)病。

2023年，1型糖尿病患者15萬(wàn)人左右。1型糖尿病患者大多無(wú)癥狀。

糖尿病臨床癥狀主要體現(xiàn)為三多一少，即多飲，多食，多尿，體重減輕。細(xì)胞不能正常攝入葡萄糖，就會(huì)給大腦發(fā)出饑餓信號(hào)，增加飲食。但增加飲食后，葡萄糖仍然不能進(jìn)入細(xì)胞，身體通過(guò)消耗自身脂肪來(lái)給細(xì)胞供應(yīng)葡萄糖，因此出現(xiàn)消瘦。

糖尿病對(duì)全身危害較多，主要分類(lèi)兩類(lèi)，對(duì)心血管破壞和細(xì)菌感染。

糖尿病會(huì)引起血管變窄，硬化或堵塞。長(zhǎng)期供血不足，肝，腦，腎，眼睛都會(huì)發(fā)生病變。

糖尿病導(dǎo)致血管變硬。如果血管破裂出血后就會(huì)發(fā)生腦淤血，眼底出血等等。如果心腦血管堵塞就會(huì)發(fā)生心梗和腦梗。

下圖是糖尿病視網(wǎng)膜病變和正常視力對(duì)比。

糖尿病引起感染包括皮膚感染，肺炎，泌尿系統(tǒng)感染。

全球糖尿病聯(lián)盟公布數(shù)據(jù)顯示2017年全球糖尿病患者4.26億，2045年預(yù)計(jì)達(dá)到6.29億。

2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，中國(guó)20-79歲糖尿病患者1.14億，為全球最大糖尿病藥品市場(chǎng)。

如果安裝患病率統(tǒng)計(jì)，2019年估算中國(guó)糖尿病患病率排名世界第二?。

中國(guó)糖尿病患者數(shù)量為1.2億，位居世界第一。中國(guó)是糖尿病最大藥物研發(fā)市場(chǎng)。越來(lái)越多年輕人屬于糖尿病后備軍，未來(lái)也將加入糖尿病市場(chǎng)，成為藥企搖錢(qián)樹(shù)。

下圖為中國(guó)糖尿病患病率歷史數(shù)據(jù)，我們看到從1980年到2010年，糖尿病患病率從不到1%增加到11.6%。

糖尿病發(fā)病率高，但診治人數(shù)只有30%-40%左右，家庭生活方式干預(yù)更加不足。

糖尿病給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)
糖尿病也給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)，每年診斷出的糖尿病成本約為 3270 億美元，而未確診的糖尿病和前驅(qū)糖尿病的總成本接近 4000 億美元。

糖尿病可預(yù)防

雖然糖尿病無(wú)法治愈，但減肥、健康飲食、積極運(yùn)動(dòng)和接受藥物治療等策略可以減輕這種疾病對(duì)許多患者的危害。早期診斷可以改變生活方式和更有效的治療，使糖尿病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型成為公共和公共衛(wèi)生官員的重要工具。

糖尿病致病因子多樣化
雖然有不同類(lèi)型的糖尿病，但 II 型糖尿病是最常見(jiàn)的形式，其患病率因年齡、教育程度、收入、地點(diǎn)、種族和其他健康的社會(huì)決定因素而異。這種疾病的大部分負(fù)擔(dān)也落在社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位較低的人身上。
本實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)建立人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)模型，預(yù)測(cè)糖尿病概率和挖掘糖尿病重要致病因子。

模型價(jià)值和意義

通過(guò)我們建立的人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，可實(shí)現(xiàn)以下一些研究問(wèn)題：
1.模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)個(gè)人是否患有糖尿病。
2.模型能挖掘哪些風(fēng)險(xiǎn)因素最能預(yù)測(cè)糖尿病風(fēng)險(xiǎn)。
3.我們能使用風(fēng)險(xiǎn)因素的一個(gè)子集來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)一個(gè)人是否患有糖尿病。
4.我們可以使用篩選幾個(gè)重要糖尿病致病特征，然后組合創(chuàng)建為一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)某人是否可能患有糖尿病或是否有糖尿病的高風(fēng)險(xiǎn)。

糖尿病建模數(shù)據(jù)集介紹

此次臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)總?cè)藬?shù)1045238，其中糖尿病患者124989人，占比12%，和真實(shí)糖尿病患病率幾乎一致。?

此次上百萬(wàn)患者臨床試驗(yàn)中重點(diǎn)檢測(cè)變量如下：

年齡
高血壓
肥胖
新冠病毒感染情況
插管的
肺炎
腎慢性
重癥監(jiān)護(hù)室
懷孕
是否免疫抑制
醫(yī)療單位等級(jí)
吸煙
慢性阻塞性肺病
其他疾病
心血管疾病
性別
哮喘

Toby老師模型采用新一代對(duì)稱樹(shù)算法，有效降低過(guò)度擬合，提高模型預(yù)測(cè)速度和預(yù)測(cè)能力。

模型AUC為0.86，預(yù)測(cè)區(qū)分性能非常優(yōu)秀。大家可以看到下圖ROC曲線非常光滑。

我們建模后發(fā)現(xiàn)年齡，高血壓，肥胖是糖尿病前三重要相關(guān)因子。

Toby老師用informative value方法來(lái)評(píng)估變量重要性，發(fā)現(xiàn)年齡
高血壓
插管的
重癥監(jiān)護(hù)室
肺炎
慢性腎炎
肥胖
新冠感染情況
心血管疾病
提供護(hù)理的國(guó)家衛(wèi)生系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)類(lèi)型
慢性阻塞性肺病

這些變量都屬于糖尿病相關(guān)的有效因子，其中最重要因子還是年齡和高血壓。

1.性別 VS 糖尿病

在其他糖尿病數(shù)據(jù)集里，由于數(shù)據(jù)樣本量有限，往往得到性別是糖尿病重要因子。通過(guò)百萬(wàn)患者臨床實(shí)驗(yàn)，Toby老師再次驗(yàn)證了性別變量不屬于糖尿病的顯著因子。Toby老師通過(guò)查詢美國(guó)疾控中心CDC糖尿病數(shù)據(jù)，也得到性別不是糖尿病顯著因子結(jié)論。大家不要有太多性別擔(dān)憂。

2.年齡 VS 糖尿病

Toby老師把年齡分類(lèi)0-33歲，34-40歲，41-49歲，50-54歲，54-58歲，59歲+，這6個(gè)階段。Toby老師觀察到隨著年齡階段上升，糖尿病概率隨之上升，非常顯著。

隨著年齡增長(zhǎng)，身體器官老化，胰島素?cái)?shù)量分泌不足，胰島素質(zhì)量變差，
胰島素被攔截，胰島素遲到，胰島素傳遞信號(hào)異常，胰島素受體異常，運(yùn)輸胰島素的蛋白質(zhì)數(shù)量不足或治療太差都可能發(fā)生。因此隨著年齡增大，器官老化，糖尿病概率會(huì)上升。

雖然我們不能控制年齡變量，但適當(dāng)鍛煉，合理飲食，可以讓身體更年期，延緩衰老。

3.高血壓 VS 糖尿病

在12萬(wàn)糖尿病患者中，53%患者有高血壓（66006人）。這個(gè)結(jié)論讓Toby老師也非常吃驚。美國(guó)CDC疾控中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，大約十分之六的糖尿病患者同時(shí)患有高血壓。這與Toby老師統(tǒng)計(jì)53%數(shù)字非常接近。

16萬(wàn)高血壓患者中有41%同時(shí)患有糖尿。這雙向統(tǒng)計(jì)按時(shí)了我們高血壓和糖尿病的緊密聯(lián)系。

4.肥胖VS 糖尿病

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，Toby老師發(fā)現(xiàn)并非所有糖尿病患者都有肥胖，但糖尿病患者中有27%的人有肥胖。因此肥胖是糖尿病患者的一個(gè)顯著特征，也需要我們引起重視，嚴(yán)格控制BMI指數(shù)。

16萬(wàn)肥胖人群中有21%人同時(shí)患有糖尿病。這雙向統(tǒng)計(jì)按時(shí)了我們肥胖和糖尿病的緊密聯(lián)系。

肥胖患者脂肪較多，過(guò)多脂肪會(huì)干擾細(xì)胞與血糖接收信號(hào)，導(dǎo)致部分血糖不能進(jìn)入細(xì)胞里，游離在血液，尿液，造成糖尿病。

如何處理肥胖問(wèn)題，Toby老師建議少吃，適當(dāng)運(yùn)動(dòng)。平時(shí)用餐不要太飽，八分飽即可。自助餐最好避免。少吃零食，奶茶，甜食。多在家里做飯吃，少去餐館吃，少點(diǎn)外賣(mài)。一周運(yùn)動(dòng)5次，每次30分鐘。餐后可適當(dāng)運(yùn)動(dòng)，消耗體內(nèi)血糖。

如何評(píng)估自己是否肥胖呢？我們可以參考BMI指數(shù)。

BMI指數(shù)

BMI越大，糖尿病風(fēng)險(xiǎn)越大;BMI越小，糖尿病風(fēng)險(xiǎn)越小。左邊有少量紅色點(diǎn)，每個(gè)變量有少數(shù)例外，但大趨勢(shì)不變。

身體質(zhì)量指數(shù)，是BMI（Body Mass Index）指數(shù)，簡(jiǎn)稱體質(zhì)指數(shù)，是國(guó)際上常用的衡量人體胖瘦程度以及是否健康的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算公式為：BMI=體重÷身高**2。（體重單位：千克；身高單位：米。）

Toby老師提醒一下，BMI指數(shù)不僅和糖尿病關(guān)系緊密，還和其他諸多慢病關(guān)系緊密。過(guò)高BMI指數(shù)也像一個(gè)潘多拉魔盒，會(huì)釋放諸多疾病。

網(wǎng)上有很多BMI自動(dòng)計(jì)算器，大家可以去看看自己BMI指數(shù)是否正常。

例如http://bmi.wjccx.com/

5.肺炎VS 糖尿病

Toby老師統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)12萬(wàn)糖尿病患者中有33%肺炎患者?？磥?lái)糖尿病患者容易感染肺炎。

14萬(wàn)肺炎患者中，30%同時(shí)患有糖尿病。

肺炎是一種常見(jiàn)但通常很?chē)?yán)重的呼吸道感染。據(jù)美國(guó)胸科學(xué)會(huì)稱，僅在美國(guó)，每年就有約10o萬(wàn)成年人因肺炎住院，約有5萬(wàn)成年人死于該病。
糖尿病是一種慢性疾病，需要控制一系列癥狀。它還會(huì)削弱您的免疫系統(tǒng)，使您更容易患上肺炎等嚴(yán)重感染。
糖尿病引起的高血糖還會(huì)使您的身體在患上肺炎后更難抵抗。這可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的肺炎病例和并發(fā)癥增加，包括器官損傷、呼吸衰竭，甚至死亡。
這疾病控制與預(yù)防中心(CDC)“建議所有2歲以上患有糖尿病的人都接種肺炎疫苗以降低這種風(fēng)險(xiǎn)。

為什么糖尿病會(huì)增加患肺炎的風(fēng)險(xiǎn)?
患有糖尿病等慢性疾病的成年人風(fēng)險(xiǎn)增加“發(fā)展為肺炎。這是因?yàn)樘悄虿?huì)削弱您的免疫系統(tǒng)。當(dāng)您患有糖尿病時(shí)，高血糖會(huì)使您的白細(xì)胞難以抵抗感染。
糖尿病還會(huì)損害您的血液循環(huán)和神經(jīng)，從而對(duì)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。這會(huì)使您面臨更高的感染風(fēng)險(xiǎn)，包括肺炎。它還會(huì)使您的身體在出現(xiàn)感染時(shí)更難抵抗感染。
糖尿病還會(huì)增加患更嚴(yán)重肺炎的風(fēng)險(xiǎn)
除了患肺炎的風(fēng)險(xiǎn)增加外，糖尿病患者患嚴(yán)重甚至致命的肺炎的風(fēng)險(xiǎn)也增加。疾病預(yù)防控制中心報(bào)告說(shuō)，糖尿病患者可能性增加3倍“死于流感或肺炎。

6.腎炎VS 糖尿病

Toby老師統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)在12萬(wàn)糖尿病患者中，8%患者有慢性腎炎（9816人）。因此糖尿病腎病是我們需要下一步關(guān)注疾病。Toby老師也有專門(mén)糖尿病腎病數(shù)據(jù)集，預(yù)測(cè)模型性能還不錯(cuò)！

根據(jù)深讀視頻公布數(shù)據(jù)我國(guó)1.14億人中有2430萬(wàn)糖尿病腎病，每5個(gè)糖尿病患者中就有一個(gè)糖尿病腎病。

每個(gè)腎臟都由數(shù)百萬(wàn)個(gè)稱為腎單位的微小過(guò)濾器組成。隨著時(shí)間的推移，糖尿病引起的高血糖會(huì)損害腎臟和腎單位中的血管，使它們無(wú)法正常工作。許多糖尿病患者還會(huì)出現(xiàn)高血壓，這也會(huì)損害腎臟。

糖尿病腎病需要很長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)展，并且在早期階段通常沒(méi)有任何體征或癥狀。除非您的醫(yī)生檢查您，否則您不會(huì)知道自己患有?糖尿病腎病。

糖尿病腎病是一型糖尿病的第一大死因，二型糖尿病的第二大死因。因此糖尿病腎病是醫(yī)藥科研機(jī)構(gòu)高度關(guān)注疾病。

6年內(nèi)，25%的糖尿病腎病患者會(huì)發(fā)展成腎衰竭。腎衰竭患者將會(huì)面臨腎透析和腎臟移植手術(shù)，后果很?chē)?yán)重。

通過(guò)基于上百萬(wàn)臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的糖尿病數(shù)據(jù)挖掘，Toby老師發(fā)現(xiàn)年齡，高血壓，肥胖是糖尿病前三重要相關(guān)因子。糖尿病肺炎和腎炎也要值得我們警惕和預(yù)防。

為什么糖尿病這么可怕？它就像一個(gè)潘多拉魔盒，一旦打開(kāi)后可能釋放更多妖魔。我們想象一下，如果糖尿病患者發(fā)送繼發(fā)性肺炎，腎炎，視網(wǎng)膜病變，呼吸系統(tǒng)，排毒系統(tǒng)，視覺(jué)系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。那么糖尿病患者后期很可能喪失工作能力，在家修養(yǎng)，生活質(zhì)量越來(lái)越差。

血常規(guī)檢測(cè) VS 糖尿病

Toby老師把之前多個(gè)糖尿病數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果做一下關(guān)聯(lián)。在血常規(guī)檢測(cè)中，如果發(fā)現(xiàn)血糖，甘油三酯，r-谷氨?；D(zhuǎn)換酶，紅細(xì)胞體積分布寬度等指標(biāo)異常，也要警惕糖尿病風(fēng)險(xiǎn)。

1.血糖升高

血糖正常值是指人空腹的時(shí)候血糖值在3.9～6.1毫摩爾/升，血糖值對(duì)于治療疾病和觀察疾病都有著指導(dǎo)意義?？崭寡獫{血糖超過(guò)7.0毫摩爾/升有可能是糖尿病。因此血糖指標(biāo)是糖尿病最直接定義指標(biāo)。對(duì)糖尿病患者或BMI指數(shù)較高人群，血糖定期檢測(cè)非常重要。

2.甘油三酯升高，暗示糖尿病風(fēng)險(xiǎn)升高。

血清甘油三酯的正常參考值：0.45～1.69mmol/L。依據(jù)2007年《中國(guó)成人血脂異常防治指南》地劃分標(biāo)準(zhǔn)，空腹 （禁食12小時(shí)）甘油三酯在1.70mmol/L以下為適當(dāng)水平；1.70-2.25mmol/L為邊緣升高；≥2.26mmol/L為升高。

甘油三酯超量壞處
當(dāng)我們的飲食過(guò)好、過(guò)多，吃進(jìn)去的甘油三酯無(wú)法消耗完，人就會(huì)逐漸地變胖，血脂就會(huì)升高。甘油三酯升高后會(huì)有以下壞處：
一、導(dǎo)致胰島素抵抗，誘發(fā)糖尿病。人體內(nèi)甘油三酯積蓄過(guò)多，除了發(fā)胖之外，還會(huì)造成胰島素不敏感，出現(xiàn)胰島素抵抗，就會(huì)誘發(fā)糖尿病、冠心病、腦梗塞等。
二、誘發(fā)急性胰腺炎。如果體內(nèi)的甘油三酯超過(guò)了5.6mmol/L時(shí)，非常容易誘發(fā)急性胰腺炎。

3.r-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶升高，暗示糖尿病風(fēng)險(xiǎn)升高。

r-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶主要臨床參考意義在肝臟。隨著建模和數(shù)據(jù)挖掘，我們發(fā)現(xiàn)r-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶和血糖值也有一定聯(lián)系。

在參考論文：r-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶VS 糖尿病，觀察性研究中，高水平的血清 γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶 (GGT) 與前驅(qū)糖尿病和 2 型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。

在美國(guó)NCBI發(fā)表文章顯示：測(cè)量 2 型糖尿病患者 FDR 中的 GGT 可能有助于評(píng)估糖尿病風(fēng)險(xiǎn)；長(zhǎng)期高 GGT 的人應(yīng)被視為糖尿病的高危人群。

備注，糖尿病數(shù)據(jù)獨(dú)家震撼挖掘-基于上百萬(wàn)臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為相對(duì)數(shù)據(jù)，并非絕對(duì)數(shù)據(jù)，僅供參考。隨著樣本量變化和抽樣改變，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能發(fā)送變化。

糖尿病治療方法比較多，常見(jiàn)的是胰島素，拜糖平等藥物。中醫(yī)也有多部記錄糖尿病治療的醫(yī)書(shū)。

歡迎商務(wù)合作

如果您們對(duì)糖尿病模型項(xiàng)目感興趣，歡迎各大醫(yī)療機(jī)構(gòu)，科研機(jī)構(gòu)，生物醫(yī)藥企業(yè)與up主聯(lián)系。

更多內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊下面視頻

版權(quán)聲明：文章來(lái)自公眾號(hào)(python生物信息學(xué)),未經(jīng)許可，不得抄襲。遵循CC 4.0 BY-SA版權(quán)協(xié)議，轉(zhuǎn)載請(qǐng)附上原文出處鏈接及本聲明。?