“養(yǎng)生之道，常欲小勞，但莫大疲，及強(qiáng)所不能耳?！?-------孫思邈

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！

糖尿病概述

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.

截至2022年，中國(guó)糖尿病患者近1.3億。中國(guó)糖尿病患病原因受生活方式、老齡化、城市化、家族遺傳等多種因素影響。同時(shí)，糖尿病患者趨向年輕化。

糖尿病可導(dǎo)致心血管、腎臟、腦血管并發(fā)癥的發(fā)生。因此，準(zhǔn)確診斷出患有糖尿病個(gè)體具有非常重要的臨床意義。糖尿病早期遺傳風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)將有助于預(yù)防糖尿病的發(fā)生。

根據(jù)《中國(guó)2型糖尿病防治指南（2017年版）》，糖尿病的診斷標(biāo)準(zhǔn)是具有典型糖尿病癥狀（煩渴多飲、多尿、多食、不明原因的體重下降）且隨機(jī)靜脈血漿葡萄糖≥11.1mmol/L或空腹靜脈血漿葡萄糖≥7.0mmol/L或口服葡萄糖耐量試驗(yàn)（OGTT）負(fù)荷后2h血漿葡萄糖≥11.1mmol/L。

糖尿病并非單純體內(nèi)血糖過(guò)高，3-6年后可能誘發(fā)糖尿病并發(fā)癥，包括最常見的糖尿病腎病，糖尿病肺部，糖尿病足，糖尿病視網(wǎng)膜病變。下圖就是糖尿病視網(wǎng)膜病變后視覺成像。

糖尿病并發(fā)癥很容易人民喪失工作能力和生命。糖尿病腎病最終結(jié)局就是腎衰竭，需要做腎移植手術(shù)。

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)，成為藥企搖錢樹。

下圖為中國(guó)糖尿病患病率歷史數(shù)據(jù)

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
雖然有不同類型的糖尿病，但 II 型糖尿病是最常見的形式，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。

糖尿病與遺傳基因關(guān)系

今天我們有個(gè)疑問(wèn)，糖尿病與遺傳基因關(guān)系緊密嗎？?jī)烧哧P(guān)系有多緊密？
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，分析糖尿病和遺傳基因是否有相關(guān)性，并且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：

0.探索糖尿病和遺傳基因關(guān)系
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)5000左右，其中糖尿病患者1936人，占比38.7%，變量9個(gè)。

性別：1表示男性，0表示女性；

BMI指數(shù)：體重除以身高的平方，單位kg/m2;

糖尿病家族史：標(biāo)識(shí)糖尿病的遺傳特性，記錄家族里面患有糖尿病的家屬，分成三種標(biāo)識(shí)，分別是父母有一方患有糖尿病、叔叔或者姑姑有一方患有糖尿病、無(wú)記錄；

舒張壓：心臟舒張時(shí)，動(dòng)脈血管彈性回縮時(shí)，產(chǎn)生的壓力稱為舒張壓，單位mmHg；

口服耐糖量測(cè)試：診斷糖尿病的一種實(shí)驗(yàn)室檢查方法。數(shù)據(jù)采用120分鐘耐糖測(cè)試后的血糖值，單位mmol/L；

胰島素釋放實(shí)驗(yàn)：空腹時(shí)定量口服葡萄糖刺激胰島β細(xì)胞釋放胰島素。數(shù)據(jù)采用服糖后120分鐘的血漿胰島素水平，單位pmol/L；

肱三頭肌皮褶厚度：在右上臂后面肩峰與鷹嘴連線的重點(diǎn)處，夾取與上肢長(zhǎng)軸平行的皮褶，縱向測(cè)量，單位mm；

target為患有糖尿病標(biāo)識(shí)：數(shù)據(jù)標(biāo)簽，1表示患有糖尿病，0表示未患有糖尿病。

Toby老師通過(guò)建立模型，喂養(yǎng)模型數(shù)據(jù)，讓模型像人類一樣學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)區(qū)分糖尿病能力。

模型學(xué)習(xí)完畢后，Toby老師驗(yàn)證模型質(zhì)量，如下圖，模型各個(gè)指標(biāo)都非常優(yōu)秀。這幾乎是個(gè)完美的糖尿病預(yù)測(cè)模型。

接下來(lái)，我們分析哪些變量是導(dǎo)致糖尿病的高位因子。如下圖BMI指數(shù)是最重要的糖尿病因子，其次是肱三頭肌皮褶厚度。胰島素釋放實(shí)驗(yàn)，口服耐糖量測(cè)試，血壓也是糖尿病相關(guān)因子。性別和糖尿病家族史看起來(lái)不像糖尿病重要因子。

回到建模初衷，Toby老師想知道糖尿病和糖尿病家族史關(guān)系有多緊密。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，多種算法分析，糖尿病和糖尿病家族史沒有顯著相關(guān)性。這有點(diǎn)顛覆我們醫(yī)學(xué)上認(rèn)真。潛意識(shí)上，我們認(rèn)為遺傳基因會(huì)提升后代糖尿病概率，但從這份數(shù)據(jù)來(lái)看，兩者并沒有關(guān)系。Toby老師備注一下，此結(jié)論是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集得到的，不同數(shù)據(jù)集可能會(huì)有不同分析結(jié)果。

如下圖，Toby老師通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)糖尿病和糖尿病家族史沒有顯著相關(guān)性。

假設(shè)糖尿病和糖尿病家族史沒有顯著相關(guān)性，我們需要注意后天生活方式，最重要是控制BMI指數(shù)。

適當(dāng)鍛煉，合理飲食，可以讓身體保持正常BMI指數(shù)，身體更年期，延緩衰老。我國(guó)唐代醫(yī)藥學(xué)家孫思邈曾言：“養(yǎng)生之道，常欲小勞，但莫大疲，及強(qiáng)所不能耳，且流水不腐，戶樞不蠹，以其運(yùn)動(dòng)故也?！睂O思邈把如何運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)和精髓都說(shuō)透了。

孫思邈的話戳中了現(xiàn)代人的痛點(diǎn)，久坐，運(yùn)動(dòng)量減少，肥胖，然后是糖尿病患者越來(lái)越多。讓我們適當(dāng)合理運(yùn)動(dòng)，對(duì)糖尿病說(shuō)bye bye！

三頭肌皮褶厚度（triceps skinfold thickness）
肩峰和尺骨鷹嘴連線的上臂中點(diǎn)上1cm處的皮下脂肪厚度。是人體測(cè)量的一個(gè)指標(biāo)。不能準(zhǔn)確反映總體脂肪量。

非糖尿病患者的三頭肌皮褶厚度平均值是2.588，糖尿病患者的三頭肌皮褶厚度平均值是14.126 。兩組數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著差異。因此三頭肌皮褶厚度和糖尿病有緊密相關(guān)性。Toby老師通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)肱三頭肌皮褶厚度和糖尿病有0.3的相關(guān)性，在醫(yī)藥領(lǐng)域，這是一個(gè)重要因子。

舒張壓和糖尿病關(guān)系之前文章已經(jīng)描述過(guò)，這里不重復(fù)描述。此數(shù)據(jù)集里舒張壓是一個(gè)中等強(qiáng)度的變量。


口服耐糖量測(cè)試OGTT
診斷糖尿病的一種實(shí)驗(yàn)室檢查方法。數(shù)據(jù)采用120分鐘耐糖測(cè)試后的血糖值，單位mmol/L。

?Toby老師統(tǒng)計(jì)非糖尿病患者的口服耐糖量測(cè)試平均值：5.66，
糖尿病患者的口服耐糖量測(cè)試平均值：6.4。這兩組數(shù)據(jù)有顯著差異，說(shuō)明口服耐糖量測(cè)試對(duì)糖尿病檢測(cè)有效性。

口服葡萄糖耐量試驗(yàn)是一種葡萄糖負(fù)荷試驗(yàn)，用以了解胰島β細(xì)胞功能和機(jī)體對(duì)血糖的調(diào)節(jié)能力，是診斷糖尿病的確診試驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐中。具體試驗(yàn)方法是指給成人口服含75g無(wú)水葡萄糖的水溶液，兒童按每公斤體重1.75g計(jì)算，總量不超過(guò)75g，然后分別于0.5、1.0、2.0小時(shí)采血? ，測(cè)其血糖變化，以觀察病人耐受葡萄糖的能力，是公認(rèn)的診斷糖尿病的金標(biāo)準(zhǔn)。在血糖異常增高但尚未達(dá)到糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用該試驗(yàn)明確是否為糖尿病。

判斷標(biāo)準(zhǔn)
1.當(dāng)靜脈空腹血糖<6.1mmol/L，OGTT2小時(shí)血糖<7.8mmoI/L，說(shuō)明人體對(duì)進(jìn)食葡萄糖后的血糖調(diào)節(jié)能力正常，為正常人。

2.當(dāng)靜脈空腹血糖≥7.0mmol/L或OGTT2小時(shí)血糖≥11.1mmoI/L，說(shuō)明人體處理進(jìn)食后葡萄糖的能力明顯降低，可以確診糖尿病。

3.當(dāng)靜脈空腹血糖<7.0mmol/L，并且OGTT2小時(shí)血糖介7.8-11.1mmoI/L之間，說(shuō)明人體對(duì)葡萄糖的調(diào)節(jié)能力輕度下降，可以診斷糖耐量減低。

4.當(dāng)靜脈空腹血糖介于6.1-7.0mmol/L之間，且OGTT2小時(shí)血≤7.8mmol/L，說(shuō)明人體對(duì)進(jìn)食葡萄糖后的血糖調(diào)節(jié)能力尚好，但對(duì)空腹血糖調(diào)節(jié)能力輕度減退，可以診斷空腹血糖受損。

下圖可見正常人和糖尿病患者的口服耐糖量測(cè)試OGTT數(shù)據(jù)分布是不一樣的。

口服耐糖量測(cè)試OGTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果不合格，表示身體細(xì)胞不能有效處理葡萄糖。如果空腹血糖和2小時(shí)后血糖檢驗(yàn)都不合格，基本可以確定糖尿病。

胰島素釋放實(shí)驗(yàn)

胰島素釋放試驗(yàn)（Ins）反應(yīng)基礎(chǔ)和葡萄糖介導(dǎo)的胰島素釋放功能。

Toby本次實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)非糖尿病的胰島素釋放實(shí)驗(yàn)平均值為： 3.04，
糖尿病的胰島素釋放實(shí)驗(yàn)平均值為：5.85，兩組數(shù)據(jù)有顯著差異。說(shuō)明胰島素釋放試驗(yàn)?zāi)軌蚝芎梅磻?yīng)糖尿病。

胰島素釋放試驗(yàn)就是令病人空腹時(shí)定量口服葡萄糖（或饅頭），使血糖升高刺激胰島β細(xì)胞釋放胰島素，通過(guò)測(cè)定空腹及服糖后0.5小時(shí).1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)的血漿胰島素水平，來(lái)了解胰β細(xì)胞的儲(chǔ)備功能，也有助于糖尿病的分型及指導(dǎo)治療。

下圖是胰島素釋放試驗(yàn)，正常人和各種患者的血漿胰島素濃度分泌變化比較表。

正常人空腹血漿胰島素濃度，測(cè)試時(shí)胰島素濃度達(dá)峰時(shí)間和胰島素分泌達(dá)峰濃度如上表，其余患者的反應(yīng)如表中所列。
糖尿病時(shí)，無(wú)論空腹還是胰島素釋放試驗(yàn)分泌曲線均較常人有明顯不同，一是胰島素分泌減少，空腹胰島素水平降低;二是胰島素分泌遲緩，高峰后移。其中1型糖尿病與2型糖尿病，在胰島素分泌曲線和空腹胰島素水平上也有明顯的不同，而各自具有不同的特點(diǎn)。
1型糖尿病患者空腹血漿胰島素水平明顯低于正常，其基值一般在5mu/L以下，服糖刺激后其胰島素釋放也不能隨血糖升高而上升。常呈無(wú)高峰的低平曲線，有些病人甚至不能測(cè)得。
2型糖尿病患者空腹胰島素水平可正常，或稍低于正常，但往往高峰出現(xiàn)的時(shí)間延遲，如在服糖后2小時(shí)或3小時(shí)出現(xiàn)，呈分泌延遲高峰后移。(而你是在30-60分鐘胰島素分泌是高峰)其中尤其是肥胖的糖尿病病人，血漿胰島素釋放曲線明顯高于正常，但低于同體重的非糖尿病病人的釋放曲線。
胰島素瘤患者，腫瘤分泌不受血糖濃度調(diào)節(jié)，血漿胰島素水平明顯高于正常人，正常血糖的生理調(diào)節(jié)反應(yīng)改變，胰島素分泌過(guò)多。

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