Тема 18 Нутритивная поддержка пациентов в палате интенсивной терапии Модуль 18.2 Использование макронутриентов в ОРИТ Jean-Charles Preiser René Chioléro Pierre Singer Цели изучения Понять процесс метаболизма глюкозы у пациентов в критическом состоянии; Понять процесс обмена жиров у пациентов в критическом состоянии; Понять процесс метаболизма белка у пациентов в критическом состоянии; Понять концепцию подбора соотношения глюкозы и жира; Разобраться в основах обеспечения макронутриентами. Содержание 1. 2. 3. 4. 5. 6. Инсулинорезистентность Метаболизм углеводов Метаболизм жира Метаболизм белка Использование энергетических субстратов Тест на самооценку Основные положения Утилизация глюкозы возрастает в инсулин-независимых органах и понижается в инсулин-зависимых органах и тканях; Липолиз активируется при критическом состоянии, особенно у пациентов с сепсисом и острыми воспалительными заболеваниями; Утилизация жира стимулируется у голодающих пациентов и пациентов с сепсисом, снижается у пациентов с сердечнососудистой недостаточностью; Катаболизм белка повышается и превышает синтез белка, способствуя разрушению тощей массы. Глюкоза и инсулин снижает катаболизм белка; Формулы для пациентов в критическом состоянии должны включать 1.5 - 2.0 г/кг белка в день, углеводы и жиры. Снабжение жирами должно быть сокращено у пациентов с острой ишемией миокарда и обширными ожогами. 1. Инсулинорезистентность Инсулинорезистентность является отличительным критерием критического состояния (Рис. 1), приводящим к гипергликемии и существенным изменениям в обмене жира и белка (см. модуль 17.2) Всё это имеет важные последствия, так как может быть связано со снижением эффективности нутриционной поддержки. Инсулинорезистентность влияет на плазменный уровень глюкозы, захват глюкозы в скелетной мускулатуре и жировой ткани, а также эндогенную выработку глюкозы в печени и почках. Рис. 1 Распространенность гипергликемии у пациентов в критическом состоянии при поступлении в палату интенсивной терапии. У здоровых людей инсулин является основным регулятором эндогенного производства глюкозы для достижения её постоянного уровня в крови: выработка глюкозы подавлена богатой углеводами пищей и стимулируется в пост-абсорбтивном состоянии (Рис. 2). Иначе дела обстоят у хирургических больных и пациентов в критическом состоянии, у которых эндогенное производство глюкозы остаётся на высоком уровне, несмотря на введение углеводов, что является следствием инсулинорезистентности (Рис. 3). Рис. 2 Влияние внутривенной глюкозы на процесс эндогенного производства глюкозы у здоровых людей Рис. 3 Выработка эндогенной глюкозы не подавлена инфузией глюкозы у пациентов в критическом состоянии. Исследования, проводимые среди пациентов в критическом состоянии, получающих изокалорическое питание с различными пропорциями глюкозы и жира, показали, что эндогенное производство глюкозы остаётся постоянным для уровня глюкозы от 28 до 75% общей энергии (Рис. 4). Подобный механизм позволяет снабжать большим количеством глюкозы так называемые глюкозо-зависимые ткани, такие как иммунные, воспалительные клетки и раны. Рис. 4 Влияние энтеральных углеводов на поступление глюкозы и ее эндогенное производство у пациентов в критическом состоянии. 2. Метаболизм углеводов Глюкоза эффективно утилизируется в качестве субстрата у пациентов в критическом состоянии, несмотря на инсулинорезистентность. Следует подчеркнуть, что инсулинорезистентность связана с понижением захвата глюкозы, опосредованного действием инсулина в основном, в скелетных мышцах и жировой ткани, связанных с увеличением захвата глюкозы, не опосредованным действием инсулина (Рис. 5). Суммарное окисление глюкозы является нормальным у большинства пациентов (травма, послеоперационная, сердечно-сосудистая недостаточность), либо повышенным (обширные ожоги или травма) (Рис. 6). Рис. 5 Инсулин-зависимые и инсулин-независимые органы и ткани. Инсулинзависимые органы: 1) Печень (Глут-2); 2) Скелетные мышцы (Глут-4); 3) Миокард (Глут-4); 4) Жировая ткань (Глут-4). Инсулиннезависимые органы: 1) Мозг; 2) Эритроциты; 3) Мозговое вещество почки; 4) Воспалительные и грануляционные ткани, раны; 5) Макрофаги. Инсулинорезистентность ---- предпочтение снабжения глюкозой инсулиннезависимым тканям. Рис. 6 Окисление глюкозы, полученное у пациентов с ожогами. У пациентов с сепсисом предпочтение отдаётся утилизации жира для выработки энергии, в то время как окисление глюкозы остается в норме или несколько подавлено (Рис. 7). Рис. 7 Метаболизм энергии у пациентов с сердечнососудистыми заболеваниями или сепсисом при критическом состоянии: энергопотребность покоя и окисление субстратов: 1) 6 послеоперационных пациентов после кардиохирургических операций с острой сердечной недостаточностью (инотропные средства); 2) 6 пациентов с тяжёлым сепсисом. Синтез жирных кислот из глюкозы в печени и других тканях стимулируется у пациентов в критическом состоянии, также как и у здоровых людей, получающих большое количество глюкозы. Инсулинорезистентность не влияет на данный метаболический путь. Стимуляция липонеогенеза при помощи богатых глюкозой формул связана с повышением термогенеза (напр., диета вызывает увеличение скорости метаболизма), а также увеличением лёгочной экскреции CO2 (Рис. 8). Рис. 8 Влияние энтеральной нагрузки углеводами на фракционный печеночный липонеогенез у здоровых и пациентов в критическом состоянии. 3. Метаболизм жира У людей с нормальным составом тела запас жира составляет от 15 до 30% веса и представляет собой основной энергетический запас. Жир является лучшим субстратом для метаболизма энергии у большинства голодающих пациентов или пациентов с гипокалорическим питанием: при голодании окисление жира обеспечивает 60-70% расходуемой энергии. Обмен жира изменяется у пациентов в критическом состоянии. У большинства пациентов с обширным стрессом, следующим за высвобождением стрессовых гормонов, происходит активизация липолиза. Рис. 9 Окисление субстратов у пациентов в критическом состоянии через 3 дня голодания. 1) Скорость метаболизма в покое; 2) Гликемия; 3) Эндогенное производство глюкозы; 4) Системное окисление глюкозы; 5) Системное окисление липидов; 6) Системное окисление белка; 7) Системный баланс белка. Плазменный уровень свободных жирных кислот обычно нормальный или повышенный (Рис. 10). Рис. 10 Метаболические изменения у пяти пациентов с тяжёлым сепсисом и у пяти здоровых людей. Начальные концентрации гормонов и метаболитов в контрольной группе у пациентов с сепсисом. Как и у здоровых людей, инсулин у пациентов в ОРИТ не воздействует непосредственно на захват жира тканью. На метаболизм жира влияет концентрация в плазме свободных жирных кислот и относительная выраженность окисления и повторной циркуляции жирных кислот. Скорость утилизации свободных жирных кислот непосредственно зависит от концентрации в плазме: чем выше уровень, тем выше скорость утилизации (Рис. 11). Рис. 11 Взаимоотношения между плазменной концентрацией свободных жирных кислот и скоростью их обмена. Глюкоза плазмы и уровни инсулина также влияют на метаболизм липидов: когда глюкоза плазмы и уровни инсулина высокие, гормончувствительная липаза и липолиз подавлены, в то время как при голодании картина выглядит противоположно (Рис. 12). Следовательно, глюкоза является подходящим субстратом во время высокого уровня доставки, в то время как жир окисляется во время голодания, либо когда уровень снабжения глюкозой низок. Рис. 12 Метаболизм жира: Влияние пищи, богатой углеводами, на здоровых людей. 4. Метаболизм белка Критическое состояние приводит к затратам белка, особенно у пациентов с сепсисом или травматическими повреждениями: катаболизм белка превышает синтез белка несмотря на полноценную нутриционную поддержку (Рис. 13 и Рис. 14). Рис. 13 Метаболизм белка у травмированных пациентов с черепно-мозговой травмой или без неё. Рис. 14 Кумулятивный азотистый баланс у пациентов на механической вентиляции легких, получающих полное энтеральное питание. Существует адаптивный феномен, позволяющий иметь повышенный уровень доставки аминокислот к иммунным и воспалительным клеткам. Активация убиквитина является основным механизмом протеосомного пути катаболизма белка, вызываемого воздействием TNF- при критическом состоянии (Рис. 15). Пролонгированный катаболизм протеинов ведёт к прогрессивной потере тощей массы у пациентов с травмой или сепсисом с осложненным течением. Рис. 15 Модель сепсис-индуцированной мышечной кахексии. Рис. 16 Состав организма (белки) у пациентов с абдоминальным сепсисом, получающих полное энтеральное питание. Невозможно подавить катаболизм белка, увеличивая снабжение белком (Рис. 17). У пациентов с ожогами катаболизм белка снижался при интенсивном снабжении глюкозой и инсулином, хотя клинические плюсы этой методики до сих пор не выявлены (Рис. 18). Андрогенные стероиды и физические упражнения также стимулируют анаболизм протеина. Терапия гормоном роста была связана с увеличением смертности и, следовательно, её следует избегать. Рис. 17 Состав организма у пациентов в ОРИТ, получающих полную нутриционную поддержку. Рис. 18 Распад белка и системный баланс улучшаются при помощи гиперкалорического снабжения глюкозой у пациентов с ожогами: 1) 14 детей с тяжёлыми ожогами (> 40% тела); 2) Гиперкалорическое энтеральное питание: 1500 ккал/м2 +1500 м2 общей площади ожога; 3) Высокоуглеводная диета (82% углеводов, 3% жира, 15% белка против диеты с большим содержанием жира (42% углеводов, 44% жира, 14% белка; 4) Обратный перекрёстный дизайн. 5. Использование энергетических субстратов Как жир, так и глюкоза одинаково эффективно утилизируются у пациентов в критическом состоянии, получающих искусственное питание, хотя основная пропорция остаётся спорной. При изокалорическом питании глюкоза и окисление жира непосредственно связаны с их пропорциями в питательной смеси (Рис. 19) Окисление жира снижается во время высокого уровня снабжения глюкозой и инсулинотерапии. Сравнение режимов с высоким уровнем глюкозы и инсулина и сочетание глюкозы и жира позволило предположить, что у первого варианта был более выраженный азотсберегающий эффект. Рис. 19 Глюкоза и липиды в изокалорическом полном парентеральном питании. Системное окисление жиров и углеводов: 1) Базальное; 2)Высокий уровень глюкозы (75% глюкозы, 10% жира, 15% аминокислот); 3) Высокий уровень жира (70% жира, 15% глюкозы, 155 аминокислот). Глюкоза является единственным субстратом, окисляющимся в ишемизированных тканях. Было доказано, что глюкоза и инсулин являются эффективной метаболической поддержкой у пациентов с тяжёлой ишемической сердечной недостаточностью (Рис. 20). Рис. 20 Доставка глюкозы является основной детерминантой утилизации глюкозы в ишемическом миокарде: 1) Изолированная модель сердца крысы; 2) Захват глюкозы при различных скоростях коронарного кровотока; 3) Нормальный кровоток (12-15 мл/г/мин) и низкий уровень кровотока (0.5, 0.2, 0.1 мл/г/мин); 4) Концентрация глюкозы в перфузате: 2.75, 5.5, 11 и 22 мм; 5) Постоянный захват глюкозы при 15 минутной ишемии. При сепсисе и воспалительных заболеваниях существует предпочтительное окисление липидов, в то время как окисление глюкозы слегка снижено или остается в норме. Независимо от состава диеты, важен качественный контроль уровней плазменной глюкозы, в частности у пациентов с острыми сердечно-сосудистыми заболеваниями. Более того, будучи субстратом для метаболизма энергии, жирные кислоты влияют на важные регуляторные воздействия, которые могут благоприятно влиять на регуляцию метаболизма и модулировать воспалительные и иммунные реакции. 6. Тест на самооценку Литература 1. Mizock BA. Alterations in fuel metabolism in critical illness: hyperglycaemia. Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism 2001;15(4):533-51. 2. Wolfe R, Allsop J, Burke J. Glucose metabolism in man: responses to intravenous glucose infusion. Metabolism 1979;28:210-20. 3. Tappy L, Cayeux M, Schneiter P, et al. Effects of lactate on glucose metabolism in healthy subjects and in severely injured hyperglycemic patients. Am J Physiol 1995;268:E630-E5. 4. Schwarz J, Chiolero R, Revelly J, et al. Effects of enteral carbohydrates on de novo lipogenesis in critically ill patients. Am J Clin Nutr 2000;72:940-5. 5. Wolfe R. Burn injury and increased glucose production. J Trauma 1979;19:898-9. 6. Martinez A, Chiolero R, Bollman M, et al. Assessment of adipose tissue metabolism by means of subcutaneous microdialysis in patients with sepsis or circulatory failure. Clin Physiol Funct Imaging 2003;23(5):286-92. 7. Minehira K, Tappy L, Chiolero R, et al. Fractional hepatic de novo lipogenesis in healthy subjects during near-continuous oral nutrition and bed rest: a comparison with published data in artificially fed, critically ill patients. Clin Nutr 2002;21(4):34550. 8. Tappy L, Schwarz J, Schneiter P, et al. Effects of isoenergetic glucose-based or lipidbased parenteral nutrition on glucose metabolism, de novo lipogenesis, and respiratory gas exchanges in critically ill patients. Crit Care Med 1998;26:860-7. 9. Chambrier C, Laville M, Rhzioual Berrada K, Odeon M, Bouletreau P, Beylot M. Insulin sensitivity of glucose and fat metabolism in severe sepsis. Clin Sci (Lond) 2000;99(4):321-8. 10. Issekutz B, Jr., Bortz WM, Miller HI, Paul P. Turnover rate of plasma FFA in humans and in dogs. Metabolism 1967;16(11):1001-9. 11. Frayn KN, Coppack SW, Humphreys SM, Clark ML, Evans RD. Periprandial regulation of lipid metabolism in insulin-treated diabetes mellitus. Metabolism 1993;42(4):50410. 12. Petersen S, Jeevanandam M, Harrington T. Is the metabolic response to injury different with or without severe head injury? Significance of plasma glutamine levels. JPEN 1993;34:653-61. 13. Jolliet P, Pichard C. Growth hormone therapy in intensive care patients: from biochemistry to muscle function. Nutrition 1997;13(9):815-7. 14. Hasselgren P, Fischer J. Muscle cachexia: current concepts of intracellular mechanisms and molecular regulation. Ann Surg 2001;233:9-17. 15. 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. 16. Streat S, Beddoe A, Hill G. Aggressive nutritional support does not prevent protein loss despite fat gain in septic intensive care patients. J Trauma 1987;27:262-6. 17. Hart D, Wolf S, Zhang X, et al. Efficacy of a high-carbohydrate diet in catabolic illness. Crit care Med 2001;29:1318-24. 18. Takala J, Ruokonen E, Webster N, et al. Increased mortality associated with growth hormone treatment in critically ill adults. N Engl J Med 1999;341:785-92. 19. Wolfe RR. Herman Award Lecture, 1996: relation of metabolic studies to clinical nutrition--the example of burn injury. Am J Clin Nutr 1996;64(5):800-8. 20. King L, Opie L. Glucose delivery is a major determinant of glucose utilisation in the ischemic myocardium with a residual coronary flow. Cardiovasc Res 1998;39:381-92. 21. 2.41 Van den Berghe G, Wouters P, Weekers F, et al. Intensive insulin therapy in critically ill patients. N Engl J Med 2001;345:1359-67.