Хранителна поддръжка при пациенти в интензивни отделения (ICU) Тема18 Модул 18.1 Метаболитен отговор при стрес, енергийни нужди Jean-Charles Preiser René Chioléro Pierre Singer Задачи на обучението Да се разберат механизмите на физиологичния отговор при стрес; Да се разбере влиянието на критичните заболявания върху енергийния метаболизъм; Да се разбере влиянието на критичните заболявания върху адаптацията при гладуване; Да се предложат правила за снабдяване с енергия при критично болни пациенти. Съдържание 1. Физиологичен отговор на стреса 2. Метаболитен отговор: енергиен метаболизъм 3. Енергийни нужди 4. Адаптация към гладуване Ключови послания Критичните заболявания предизвикват значителни физиологични промени, които засягат енергийния метаболизъм и усвояването на хранителните субстрати; Основната енергийна обмяна се увеличава при пациенти с тежка травма, сепсис и изгаряне; Много фактори повлияват основната обмяна при критично болни пациенти: тип и тежест на заболяването, органна недостатъчност, поддържащо лечение; Трудно е да се определят точните енергийни нужди при критично болни пациенти. Индиректната калориметрия позволява по прецизно калкулиране на енергийните нужди, но в клиничната практика се използват обикновено по прости правила и методологии; Продължителното хипокалорично хранене се асоциира с клинични усложнения; при повечето пациенти трябва да се калкулира енергийният баланс; Адаптацията към гладуване е намалена, кетогенезата е потисната.
% от нормални нива Концентрация на IL в плазма (pg / ml) 1. Физиологичен отговор на стреса При критично болни пациенти настъпват значителни физиологични промени, особено при страдащите от сепсис, травма и изгаряния. Въвличат се всички органи и системи, особено циркулацията, ендокринната, метаболитната и имунната система. Този отговор се активира главно от тъканното възпаление и от централната нервна система. Отговорът играе ключова роля за адаптацията на организма към различните форми на стрес, включително оперативен, травматичен и при много типове критични заболявания (1). Метаболитен отговор при тежък сепсис Плазмени IL-6, IL-8, IL-10 и TNF 100 000 10 000 IL-6 IL-10 IL-8 TNFa 1 000 100 10 D0 D1 D2 D3 D4 D7 D12 Fig. 1 Plank, LD et al, Ann. Surg. 1998; 228: 146 Доказателство за това е неспособността на пациентите с кортико-адренален дефицит да се справят при минимален стрес. Тъканните травми индуцират локален възпалителен отговор, който активира макрофагите и ендотелните клетки, които от своя страна активират каскада от възпалителни медиатори, включващи цитокинини, фактори на коагулацията, кинини и други ендогенни субстанции (2). Хормони в плазмата при пациенти с тежки изгаряния 1200 800 400 Fig. 2 0 Insulin Glucagon Cortisol Epi Norepi Wolfe et al, N. Engl. J. Med. 1987; 317: 403
Освобождават се провъзпалителни (TNF- IL-1 и IL-6) и противовъзпалителни (IL-4 и IL-10) цитокини, за да се осигури адекватна адаптация към възпалителния стрес (Фигура 1, Фигура 3). Невроендокринният отговор се характеризира с активация на симпатико адреналната система, на хипоталамо хипофизарната ос и други ендокринни жлези (5). Механична травма на мозъка (2.83 atm) при котки: катехоламини и глюкоза в плазма Ендокринният отговор индуцира метаболитен отговор Fig. 3 Rossner MJ et al, J Neurosurg 1984; 61: 76 Това води до освобождаване на стрес хормоните епинефрин, норепинефрин, кортизол, вазопресин, растежен хормон и глюкагон (6), (Фигура 2). Съществува синергия между хипоталамо адреналната ос и симпатико адреналната система: активацията на симпатикусовата система води до паралелна стимулация на кортикотропната ос и обратно (5). Общият отговор е динамичен процес, позволяващ бърза и продължителна адаптация към стреса: времето за реакция на адреналния, растежния хормон и вазопресина са много кратки (секунди), докато кортикотропната реакция има забавяне от няколко часа (8). Факторите, стартиращи този отговор, включват ментален и психологичен стрес, физическо натоварване, болка, хиповолемия, хипотермия, хипогликемия и тежки метаболитни и електролитни нарушения. Степента на невроендокринния отговор е в зависимост от типа травма и тежестта на стреса. Невроендокринният отговор играе критична роля в поддържането на циркулацията и перфузията на жизненоважните органи, както и за енергийния метаболизъм (фигура 3). Тиреоидната ос се потиска по време на остър стрес, което води до болестен еутиреоиден синдром. Това може да намали енергийния метаболизъм по време на пролонгиран стрес и критични заболявания (10). 2. Метаболитен отговор: енергиен метаболизъм Метаболитният отговор на стреса е обширен и въвлича всички основни метаболитни пътища. Цялостният отговор се характеризира с увеличено ниво на метаболизма,
асоциирано с увеличеното освобождаване на ендогенни субстрати за енергийния метаболизъм и увеличена обмяна на субстрати между и вътре в органите (11). Телесен състав и метаболизъм: Взаимоотношения между клетъчната телесна маса и базалната основна обмяна при здрави субекти Kcal/d 3000 2000 1000 20 40 Fig. 4 Клетъчна телесна маса (кг) Roza AM et al, Am J Clin Nutr 1984; 40: 168 Резистентността към инсулин води до увеличаване на плазмената концентрация на глюкоза и увеличаване на ендогенната продукция на глюкоза. Липолизата се активира заедно с едновременното освобождаване на мастни киселини за енергийния метаболизъм. При здрави субекти в покой основната тъкан, определяща базалната основна обмяна, е свободната от масти тъкан (FFM) (12) (Фигура 4). FFM включва тъканите с най активно метаболитно ниво, главно напречнонабраздената мускулатура и органите. При субекти с нормална FFM, (REE) основната обмяна е до 20 ккал/кг/24 часа или 1400 ккал за 70 кг субект. Специфичното участие на различните органи и тъкани в REE е много различно, вариращо от 5 ккал/кг/24 часа за мастната тъкан, до 500 ккал/кг/24 часа за миокарда (14) (Фигура 5). Като цяло жизненоважните органи, съставляващи само 5% от телесното тегло, консумират 60% от REE. Участие на органи и тъкани в разхода на енергия в покой(ree) Орган Тегло % % total REE Орган MR Kcal/kg/d Сърце 0.4 10 % 400-600 Бъбреци 0.4 8 % 400 Мозък 1.9 20 % 240 Черен дроб 2.3 21 % 200 Напрнабр. Мускул. 40 22 % 13 Мастна тъкан 21 4 % 4.5 Други 33 16 12 Fig. 5 Nelson et al, Am J Clin Nutr 1992; 56: 848
REE (Kcal/day) RMR, ккалl/м 2 на час По време на началната/инициална фаза след травмата (the ebb phase) енергийният метаболизъм се стимулира след инициалната ресуситация (flow phase). По време на тази flow phase базалната основна обмяна (REE) се увеличава. След тежка травма или сепсис и при критично болни пациенти достига до 120-150% от нормалните базални нива (12). Базалните метаболитни нива при пациенти с големи изгаряния са дори още по-високи, достигащи 140-170% (16). картинката на органите и тъканите Този хиперметаболизъм се причинява главно от стрес хормоните, провъзпалителните цитокини и другите медиатори. Инфузията на стрес хормоните кортизол, глюкагон и епинефрин при здрави субекти индуцира метаболитни промени, наподобяващи важни аспекти на метаболитния отговор при травма (Фигура 6, Фигура 7). Комбинираната инфузия на хормони стимулира метаболитния отговор при травма 74-часов инфузия настрес хормоните кортизол, глюкагон и епинефрин при девет здрави субекта. Основната метаболитна обмяна е определяна чрез индиректна калориметрия 50 45 40 Control Triple H 35 Fig. 6 hours 30 0 6 24 36 48 60 72 Bessey P et al, Ann Surg 1983; 200: 264 Енергиен метаболизъм при 12 пациента с тежък абдоминален сепсис 2400 2000 1600 REE (Двойно маркирана вода 2HO 18 ) 1200 D2 D4 D6 D8 D10 D12 Предвиден REE (HB) Fig. 7 Plank, LD et al, Ann. Surg. 1998; 228: 146 Продължителността на flow phase варира в зависимост от еволюцията на острото
картинката -74-часова заболяване: тя е краткотрайна след голяма операция без усложнения (дни), продължава няколко седмици след голяма травма и сепсис (4, 19) и даже месеци след големи изгаряния, докато настъпи пълно възстановяване на кожата. REE е много различна при различните категории пациенти и е с различно време при даден пациент (Фигура 8). Метаболитна обмяна при тежка мозъчна травма: информация от 7 проучвания използуващи индиректна калориметрия Chioléro 1989 Clifton 1986 Clifton 1986 Fig. 7 Dempsey 1985 Dempsey 1985 Clifton 1984 Haider 1985 Fig. 8 0 100 200 300 Метаболитна обмяна (% предвидена) Chiolero R, 1989 картинката 12 пациенти двойномаркирана проучвания, използващи При здрави субекти нивото на метаболизма се увеличава от хранене, излагане на студ, физическо натоварване и растеж при децата (Фигура 9).
Условия повлияващи енергийните разходи при здрави субекти REE Промяна Основна метаболитна обмяна -10 % Сън -5-10 % Хранене +3-20 % Натоварване +100-1500 % Бременност +10 % Растеж +5-15 % Fig. 9 Условия повлияващи енергийните разходи при пациенти в интензивни отделения REE Промяна Температура (на C) + 10 to 15 % Сепсис + 20 to + 60 % Травма + 20 to 50% Изгаряне + 40-80 % Лечение Мех. вентилация (дих. Недост.) - 25-35 % Хранителна поддр. (Изгаряне) + 20 % Ажитация + 50 100% Fig. 10 Chiolero R, Nutrition 1997;13(9 Suppl):45S-51S. Медикаменти повлияващи EE при пациенти в интензивни отделения Медикамент Състояние Промяна ОпиатиАналгезия - 9% След-оп затопляне - 26 % След-оп треска - 59 % Седиране Мех. вентилация - 20-55% Барбитурати Мозъчна травма - 32 % Муск. релаксанти Мозъчна травма - 42 % Катехохамини Цирк. недост + 32 % ß-блокери Травма на глава - 6% Изгаряне (възрастни) - 7 % Fig. 11
При пациенти с остри заболявания различни допълнителни фактори повлияват REE (Фигура 10, Фигура. 11). Основните фактори включват телесната картинката условия, повлияващитемпература, органната недостатъчност, болката, поддържащата и медикаментозна терапия (11). Фебрилитетът увеличава метаболитната обмяна с 10-15% на всеки градус C, хипотермията действа обратно. Болката, дихателната недостатъчност, острата чернодробна недостатъчност са асоциирани с хиперметаболизъм. Механичната вентилация при пациенти с дихателна недостатъчност, седирането, опиатите и мускулните релаксанти намаляват метаболитната обмяна, докато катехоламините увеличават метаболизма. Ефекти от позата върху метаболитната обмяна и сърдечната честота при пациенти с тежка мозъчна травма Fig. 12 Chioléro RL 1994 артинката условия, повлияващи медикаменти, повлияващи след-оп!!!, ако е следоперативно една дума Физическата активност е обикновено ниска при пациенти с критични заболявания, но може да е значителна при ажитирани пациенти (20) (Фигура 12). Метаболитни и сърдечно съдови реакции на интравенозен пропранолол при мозъчна травма Наблюдения при пациенти с тежка мозъчна травма в условия на покой Ефект от пропранолола RMR - 6% <0.001 HR - 12% <0.001 Fig. 13 Chiolero RL et al Crit. Care Med. 1989: 17: 328
Phenylalanine (mmol/min/100 ml leg vol) FFM change (%) HR (bpm) Mean BP (mmhg) Бета-блокадата при пациенти с изгаряне и травма се асоциира с намаление на разхода на енергия в покой (26) (Фигура 13) и с намаление на белтъчния катаболизъм (28) (Фигура. 14, Фигура. 15). Сърдечно съдови ефекти на пропранолола при деца с тежки изгаряния HerdonDN et al N. Enl. J. Med. 2001; 345: 1223 180 160 Control BB 100 Basal Pr opranolol 140 50 120 100 Fig. 14-1 0 2 5 10 15 28 Day 0 D0 D15 0,1 Ефект от бета блокадата върху нетния баланс мускулна белтъчна синтеза & катаболизъм Basal 10 FFM (body K scanning) Basal 0,05 Propranolol 0 Propranolol 0-0,05-10 -0,1 D0 D15-20 D0 Fig. 15 Herdon DN et al N. Enl. J. Med. 2001; 345: 1223 картинката сърдечно-съдови Има малко информация за промените на локалната метаболитна обмяна, индуцирана от критични заболявания. Възпалителните заболявания стимулират локалната обмяна, което се доказва от проучванията, проведени при пациенти с остра пневмония. Тези пациенти показват увеличена консумация на O 2 в белите дробове (31) (Фигура 16). Комата се асоциира с намалена консумация на O 2 от мозъка по време на инициалната фаза на мозъчната травма (33).
Mm0l / L Белодробен VO 2 и A-V субстратни разлики при пациенти с или без пневмония Hensel M, Am J Respir crit care med 1999; 160: 143 250 200 150 Lung Non lung 0,5 0,4 0,3 D glucose D lactate * * 100 0,2 50 0,1 0 0 Nopneumonia Pneumonia No pneumonia Pneumonia Fig. 16 3. Енергийни нужди Клиничното определяне на енергийните разходи е трудно в условията на интензивните отделения и изисква употребата на сложна апаратура (виж Таблица 1). Няколко уравнения позволяват калкулирането на основната метаболитна обмяна при здрави субекти. Те са базирани на телесното тегло, ръста, пола и възрастта (Таблица 2, Фигура 17). Уравнение на Harris-Benedict Тези уравнения са полово специфични и са базирани на телесно тегло (кг), ръст (см)и възраст (год). Те предвиждат енергийния разход в покой (+ 10%) при субекти с нормален телесен състав Мъже: REE (ккал/ден) = 66.5 + (13.8 x телесно тегло) + (5.0 x ръст) (6.8 x възраст) Жени: REE (ккал/ден) = 655.1 + (9.6 x телесно тегло) + (1.8 x ръст) (4.7 x възраст) Fig. 17 картинкатана на телесното, ръста и възрастта
Таблица 1 Метод Принцип Условия за използване Калориметрични методи Директна калориметрия Определяне на продуцираната топлина Затворена околна среда (цялото тяло в затворена камера) Индиректна калориметрия Некалориметрични методи Изотопи (двойномаркирана вода) Метод на Fick O 2 консумация, CO 2 продукция, екскреция на азот CO 2 продукция изчислена от разликата между маркирания водород и маркирания кислород Сърдечен обем. Разлика в съдържанието на кислорода между артериалната и смесената венозна кръв Вентилация, фракция на вдишания кислород ( FiO 2 ) <0.6 Катетър в артерия пулмоналис Физическа активност Крачкомер, скоростомер Не е подходящ за пациенти в интензивни отделения Мускулна активност Електромиография Недостъпен в интензивни отделения Таблица 2 Име Harris-Benedict Формула Мъже: 66.5 + (13.8x тегло) + (5 x ръст) (6.8 x възръст) Жени: 655.1 + (9.6 x тегло) + (1.9 x ръст) (4.7 x възраст) Коригиращ фактор *: Следоперативен: Определена REE x 1.1
Пациенти брой Множествени фрактури: Определена REE x1.1 до 1.3 Тежка инфекция: Определена REE x 1.3 до 1.6 Изгаряне: Определена REE x 1.5 to 2.1 Температура: Определена REE x1.1/ C над 37 C Frankenfield 1000 + 100 (минутна вентилация) + 1.3 (хемоглобин) + 300 (сепсис) Swinamer 945 (телесна повърхност) 6.4 (възраст) + 108 (температура) + 24.2 (респираторна честота) + 817 (минутна вентилация) 4349 Fusco 983 4(възраст) + 32 (височина в инчове)+ 11 (тегло) Ireton-Jones 1925 10 (възраст) + 5 (тегло) + 281 (пол)+ 292 (травма) + 851 (изгаряне) Освен ако не е изрично определено, теглото се определя в килограми, ръстът - в сантиметри, телесната повърхност - в квадратни метри и възрастта - в години. * Ако се налага, могат да се използват няколко коригиращи фактора едновременно Пол: 0 за жени, 1 за мъже При повечето оперирани пациенти се подценява разходът на енергия в покой. За стреса се предлагат коригиращи фактори, но те се оказват неподходящи за клиничната практика, тъй като водят до излишно хранене (35) (Фигура 18). 50 40 30 20 10 Хранят ли се подходящо пациентите в интензивните отделения? McClave S, JPEN 1998; 22:375 Хипо- Нормо Хиперкалорично 21% 31% 48% Нива на енергия изразходвана (индиректна калориметрия ) с/у доставена при 213пациента с механична вентилация натотално изкуствено хранене 0 Fig. 18 <70 80-9 100-9 130-9 150-9 % Метаболизъм (определен/harris-benedict EEx100) >170 картинката енергията, изразходвана 213 пациенти
В клиничната практика при критично болни пациенти се използват прости правила за определяне на REE: 20-25 ккал/кг на ден при пациенти с нисък или умерен стрес 25-30 ккал/кг на ден при пациенти с изразен стрес: множествени травми, мозъчна травма, тежък сепсис 35-40 ккал/кг на ден или повече при пациенти с тежък стрес, като големи изгаряния За избягване на значителни недохранвания и прехранвания при пациенти с усложнена еволюция, изискващи продължителна хранителна поддръжка, се препоръчва седмично извършване на индиректни калориметрични измервания. По няколко причини е трудно е да се хармонизира хранителният внос към нуждите при пациенти с остри заболявания: Енергийните нужди е трудно да се предвидят, вариабилността между пациентите е висока, вариабилността при всеки пациент по време на лечението е висока и е трудно да се определи енергията, изразходвана за активност (35, 36); Пътищата и начините на хранене може да повлияят доставянето на енергия (ентерално хранене). Точното определяне на енергийните нужди е възможно при леглото на болния с използването на индиректна калориметрия. Тези измервания обикновено се правят за къс период (около 20 30 минути) и 24- часовите енергийни разходи се екстраполират. Това води до сигнификантни грешки, достигащи до 20-30%. Фигура 19 Негативно влияние на хипокалоричното хранене и енергиен баланс върху клиничния изход при пациенти от интензивни отделения Прецизното определяне на 24-часовата метаболитна обмяна изисква 24 часа измервания, което не е възможно в клинични условия. Калкулирането на дневния енергиен дефицит, дефиниран като разликата между 24- часовите разходи и доставена та енергия, позволява да се определи колко е подходящ калорийният внос. Clin Nutr 2005; Fig. 19 Прогресия на доставяната енергия сравнена с целевата енергия за 4 седмици: фигурата показва, че доставената енергия се увеличава с времето, редуцирайки дневния дефицит
картинката енергия, сравнена Съвременните проучвания подсказват, че пролонгираният енергиен дефицит се асоциира с клинични усложнения, особено при септични усложнения на критично болни пациенти (37) (Фигура 19, Фигура 20, Фигура. 21). 4. Адаптация към гладуване Здравите субекти имат способност да се адаптират към гладуване, което позволява оцеляване в случай на продължителен глад. Механизмите на адаптация включват прогресивно намаляване на метаболизма в покой, стимулация на продукцията и използването на кетонни тела като гориво и прогресивна редукция на белтъчния катаболизъм (40). Взаимоотношения между усложненията и кумулативния енергиен дефицит чрез регресионен анализ Тези адаптивни механизми са блокирани при критичните заболявания (Фигура 22): кетозата се подтиска от стрес хормоните и цитокините, докато белтъчният катаболизъм остава повишен по време на протичането на критичното заболяване (42). Поради това гладуването трябва да е колкото се може по кратко при най тежко болните пациенти, които трябва да получават адекватно снабдяване с енергия, колкото е възможно по-скоро след инициалната ресуситация.
Mmole / L Fig. 21 Relation between the progressive negative energy balance and the number of infectious complications. Clin Nutr 2005; Фигура 21. Негативно влияние на хипокалоричното хранене и енергиен баланс върху клиничния изход при пациенти от интензивни отделения картинката кетони!? Общи плазмени кетонни при гладуващи пациенти с травма 10 Starvation Glucose 8 Healthy Trauma 6 Fig. 22 4 2 * * * 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 * P < 0.05 Birkhan RH, J. Trauma 1981; 21: 513
Източници 1. Van den Berghe G. The neuroendocrine response to stress is a dynamic process. Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism 2001;15(4):405-19. 2. Landry DW, Oliver JA. The pathogenesis of vasodilatory shock. N Engl J Med 2001; 345(8):588-95. 3. Plank L, Connolly A, Hill G. Sequential changes in the metabolic response in severely septic patients during the first 23 days after the onset of peritonitis. Ann Surg 1998; 228:146-58. 4. Chrousos G. The hypothalamic -pituitary-adrenal axis and immune-mediated inflammation. N Engl J Med 1995; 332:1351-62. 5. Wolfe R, Herndon D, Jahoor F, Miyoshi H, Wolfe M. Effect of severe burn injury on substrate cycling by glucose and fatty acids. N Engl J Med 1987; 7:403-8. 6. Rosner M, Newsome H, Becker D. Mechanical brain injury: the sympathoadrenal response. J Neurosurg 1984; 61:76-86. 7. Van den Berghe G. Novel insights into the neuroendocrinology of critical illness. European Journal of Endocrinology 2000; 143(1):1-13. 8. Chiolero R, Revelly JP, Tappy L. Energy metabolism in sepsis and injury. Nutrition 1997; 13(9 Suppl):45S-51S. 9. Roza A, Shizgal H. The Harris Benedict equation reevaluated: resting energy requirements and the body cell mass. Am J Clin Nutr 1984; 40:168-82. 10. Nelson K, al. Prediction of resting energy expenditure from fat-free mass and fat mass. Am J Clin Nutr 1992; 56:848-56. 11. Cunningham J. Factors contributing to increased energy expenditure in thermal injury: a review of studies employing indirect calorimetry. JPEN 1990; 14:649-6. 12. Bessey P, Watters J, Aoki T, Wilmore D. Combined hormonal infusion simulates the metabolic response to injury. Ann Surg 1984; 200:264-80. 13. Chioléro R, de Tribolet N, Schutz Y. Energy metabolism in brain injury. In: Bihari D, Holoday JW, eds. Brain failure. Springer Verlag ed. Berlin: Springer Verlag; 1989:164-72. 14. Chioléro R, Breitenstein E, Thorin D, et al. Effects of propranolol on resting metabolic rate after severe head injury. Crit Care Med 1989; 17:328-44. 15. Herndon DN, Hart DW, Wolf SE, Chinkes DL, Wolfe RR. Reversal of catabolism by beta-blockade after severe burns. N Engl J Med 2001; 345:1223-9. 16. Hensel M, Kox W. Increased intrapulmonary oxygen consumption in mechanically ventilated patients with pneumonia. Am J Respir Crit Care Med 1999; 160:137-43. 17. Obrist W, Langfitt T, Jaggi J, Cruz J, Gennarelli T. Cerebral blood flow and metabolism in comatose patients with acute head injury. J Neurosurg 1984; 61:241-53. 18. McClave S, Lowen C, Kleber M, et al. Are patients fed appropriately according to their caloric requirements? JPEN 1998; 22:375-81. 19. Villet S, Chiolero RL, Bollmann MD, et al. Negative impact of hypocaloric feeding and energy balance on clinical outcome in ICU patients. Clin Nutr 2005. 20. Schwarz M, Seely R. Neuroendocrine reponses to starvation and weight loss. N Engl J Med 1997; 36:1802-11.
21. Birkhahn R, Long C, Fitkin D, Busnardo A, Geiger J, Blakemore W. A comparison of the effects of skeletal trauma and surgery on the ketosis of starvation in man. J Trauma 1981;21:513-9.