围术期营养与代谢系列之四：强化个体营养治疗对危重病人血清代谢物的影响——ONCA研究的靶向代谢组学分析

营养输送是通过调节基因表达影响代谢情况的主要环境因素之一。然而，营养代谢组学重症监护室（ICU）的研究还很有限。Mogensen等人于2017年揭示了ICU中营养不良与营养良好患者的代谢情况的差异，Parent等人在2017年发现肠内营养（EN）或肠外营养（PN）患者的代谢情况存在差异。

众所周知，营养不良与更差的临床预后相关，但在危重病人中营养不良是无法避免的。在ICU住院期间，病人需要个体化的营养治疗以预防普遍存在的营养不良现象、复杂的代谢紊乱和不同的底物需求。在这种情况下，所有入住ICU的病人都需要进行营养筛查和评估，并且强烈建议使用间接量热法（indirectcalorimetry, IC）来确定个体能量需求。由于受到复杂的代谢过程的影响，IC表示的能量消耗（energy expenditure, EE）并不一定等同于能量需求。危重病人营养治疗的另一个难题是仍然缺少有效的营养状况评估工具。因此，代谢组学可以作为一种额外的有前景的工具，适合在个体层面上优化ICU病人的营养支持。

2021年Anita Gonzalez-Granda等人在《Clinical Nutrition ESPEN》上发表了一项ONCA研究的靶向代谢组学分析，研究强化的个性营养支持是否会导致病人代谢谱的特定变化，并采用基于IC而不是常用公式的方法。其次，作者评估了靶向代谢组学方法在重症病人营养治疗中的潜在用途。

目的

调查危重病人的能量供应和代谢概况之间的关系。

材料和方法

将20名接受肠内营养（EN）或肠内/肠外营养（EN/PN）的机械通气病人随机分为两组。一组接受基于间接量热法的个体能量供应（IC组，n=9），另一组接受基于公式的标准能量供应，即标准护理组（SC组，n=11）。在早期、晚期和急性期后的代谢阶段进行靶向代谢组学研究。

研究设计

这项工作是对随机对照试验ONCA研究（通过IC优化营养治疗以确定和控制机械通气重症病人的能量需求）的事后分析。ONCA研究于2016年2月至2017年8月在德国UniversityHospital Tübingen的重症监护室进行。40名重症机械通气病人被随机分为两组，间接量热法组（IC组）接受强化的营养支持，并根据IC测量的EE单独调整能量供应。标准护理组（SC组）接受标准护理，营养治疗是由病房工作人员根据标准方案完成的，使用公式的方法估计能量需求。采用配对设计，匹配重症病人营养风险（NUTRIC）评分（NUTRIC评分≥7与NUTRIC评分<7）。

研究人群

纳入的重症成年病人包括：（i）接受医疗营养支持（EN或PN），（ii）机械通气至少3d，以及（iii）在ICU停留超过2d。在本研究中，40名ONCA病人中的20名被纳入分析范围。其他20名病人由于缺少血液样本而被排除。

营养治疗

IC组的能量目标是通过使用IC测量EE来确定的。如果预期代谢过程有任何变化，则重复测量，每个病人最多进行3次测量。SC组接受的能量目标是用25kcal/kg体重（BW）/d的公式计算的。如果BMI高于29，则使用调整后的BW（理想体重（IBW）+ 0.4 ×（BW - IBW））。IBW计算如下：♀45.5，♂50+0.91×（身高-152.4）。在两组中，能量目标从入住ICU的第1天到第4天逐渐调整，从第一天的25% EE开始到第四天的100% EE。两组的蛋白质需求量都均设定为1.2g/kg(入院前体重)/d。

营养评估

从入ICU开始，每3天记录一次营养供应情况，每3天通过生物电阻抗分析（BIA）对人体成分进行分析，直到离开ICU。尽可能早开始，但最晚在入住ICU后48h内。

研究评估

入ICU的当天记录年龄、性别、体重、使用药物和原发疾病。在入ICU和出ICU时评估疾病的严重程度评分，如急性生理和慢性健康评估II（APACHE II）和序贯器官衰竭评估（SOFA）评分。此外，还记录死亡率、总的住院时间（hospital-LOS）和ICU住院时间（ICU-LOS）。血液样本在入ICU后尽早采集，最迟在48h内采集，此后每3天（±1天）采集一次，直到离开ICU。

结果指标

ONCA研究的主要结果是使用BIA确定的从入ICU到离开的相角（PhA）变化。次要结果包括体细胞质量（BCM）和细胞外质量（ECM）与体细胞质量（BCM）之比（ECM/BCM）的变化，APACHEII和SOFA评分的变化以及死亡率、hospital-LOS和ICU-LOS。

该研究使用靶向代谢组学方法调查血清代谢物的变化。由于危重病人的持续医疗喂养，血液样本的采集是在非空腹状态下使用Sarstedt S-Monovette通过外周静脉导管进行的。血液凝固后离心获得血清，并在分析前储存在-80℃。

使用AbsoluteIDQ® p180试剂盒（Biocrates Life SciencesAG, Innsbruck, Austria）按照制造商的手册对血清代谢物（总共n=188）进行定量测定。氨基酸（n=21）和生物胺（n=21）谱系通过液相色谱质谱法（LC-MS-MS）测定。乙酰肉碱（AC，n=40）、溶血磷脂酰胆碱（lysoPC，n=14）、二酰基磷脂酰胆碱（PC aa，n=40）、酰基磷脂酰胆碱（PCae，n=36）、鞘磷脂（SM，n=15）和己糖（n=1）采用流动注射质谱（FIA-MS/MS）测定。分析使用4000Qtrap三重四极杆（4000 QTrap® AB Sciex, Darmstadt）进行。数据预处理使用制造商的软件MetIDQTM（Biocrates Life Sciences AG,Innsbruck, Austria）根据手册进行。 

结果

既往ONCA研究的结果

简而言之，从基线到出院，SC组的PhA呈下降趋势（3.31±1.34到2.95±1.15，p=0.077），而IC组保持不变（3.20±1.07到3.34±1.42，p=0.535）。无论是IC组还是SC组，ECM/BCM指数从基线到出院都没有变化。与SCs的ICU住院时间（24±20，p<0.05）相比，IC的ICU住院时间（13±8）要短。发现PhA与医院LOS、PhA与NUTRIC评分以及PhA与SOFA评分之间存在相关性。

危重症病人各期的营养供应

纳入本分析的病人（n=20）两组之间各阶段的营养供应略有不同(Table 2)。在早期和晚期阶段，IC组比SC组接受的热量更少，相应地晚期阶段的蛋白质和脂肪供应也更少。两组间的能量供应百分比无统计学差异。正如预期的那样，能量和底物供应在急性早期最低，在急性晚期尤其是在急性期后增加；然而，这种增加在统计学上并不显著。

组间代谢谱的差异

为了检测组间代谢谱可能存在的治疗相关差异，我们排除了基线测量（入院时的代谢物浓度测量，在此期间IC组和SC组都没有接受任何类型的治疗）。

OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）模型显示了SC组和IC组之间的等级分离（Fig. 2A），表明具有个体化能量供应的强化营养治疗对病人的代谢情况有影响。特别是PCaas、PCaes和lysoPCs被证明对等级分离有影响（Fig. 2B）。然而，必须考虑到该模型的质量较低（R2X(cum)=0.222, R2Y (cum)=0.794 and Q2 (cum)=0.422; CV-ANOVA, p < 0.001）。两组间磷脂酰胆碱（PC）浓度不同。与IC组相比，SC组的单一磷脂酰胆碱水平大多下降。然而，经过多重检验的FDR校正后，这些差异无统计学意义。

危重症病人各阶段内代谢谱的差异

在分析早期、晚期和急性期后的代谢谱时，发现急性早期和晚期（Fig. 2C, D）、早期和急性期后（Fig. 2E, F）之间存在类别分离，其中早期和急性期后（Fig. 2E）的类别分离与急性早期和晚期（Fig. 2C）的类别分离相比更为明显。两个模型都产生了差异，但分析早晚期的模型（Fig. 2C, D）质量不高（R2X (cum) =0.405, R2Y(cum)=0.582 and Q2 (cum)=0.277, CV- ANOVA, p< 0.05），据此，分析早期和后期的OPLS-DA模型的质量很高（R2X (cum)=0.441, R2Y (cum)=0.978 and Q2 (cum)=0.66; CV- ANOVA, p< 0.001）。晚期和急性期后之间找不到类别分离（数据未显示，P>0.05）。早期和晚期的负荷图（Fig. 2D）与早期和晚期的负荷图（Fig. 2F）相比，显示出稍微不同的模式。LysoPCs、SMs和精氨酸和丝氨酸被确定为对早期和晚期的类别分离有很大贡献的代谢物（Fig. 2D），而PC和SMs主要负责早期和晚期的聚集（Fig.2F）。ACs似乎也对不同阶段的类别分离有影响（Fig.2D, F）。 

肠内营养和部分肠外营养之间的代谢谱的差异

OPLS-DA散点图显示了肠内营养和部分肠外营养之间的类别分离（EN/PN；Fig. 2G）。来自不同类别的代谢物，如PCaas、PCaes、lysoPCs、AC和氨基酸，似乎与EN和EN/PN的聚集相关（Fig. 2H）。尽管根据CV-ANOVA，该模型产生了差异（p<0.01），但质量很低（R2X (cum) =0.397, R2Y (cum)= 0.726 and Q2 (cum) =0.266）。因此，在多重测试校正后，没有发现EN和EN/PN喂养的病人之间的代谢物浓度差异。 

男女之间代谢谱的差异

显示男性和女性之间类别分离的散点图（Fig. 2I）和相应的负荷图（Fig. 2J）表明，男女之间的代谢谱确实不同。特别是ACs被发现与类别分离相关。其中，C16:2-OH、C16:1-OH和C6:1被认为起了作用(Fig. 2J)。OPLD-DA模型的特点是质量高（R2X (cum)=0.443, R2Y (cum)=0.832 and Q2 (cum)= 0.508; CV-ANOVA, p< 0.001）。因此，通过分析血清中的单一代谢物，我们发现所确定的ACs（C16:2-OH、C16:1-OH和C6:1）的浓度在男性和女性之间存在差异（Fig. 3）。

危重症病人各期的代谢物变化

为了进一步分析与疾病阶段有关的代谢谱的变化，我们研究了接受不同营养护理的病人的单一代谢物（氨基酸和生物胺）随时间的变化(Fig. 4)。基于标准护理（SC）的营养治疗导致精氨酸、蛋氨酸、脯氨酸和丝氨酸等生糖氨基酸浓度的增加，以及生物胺非对称性二甲基精氨酸（ADMA）、蛋氨酸亚砜（MetSO）和肌氨酸从早期到晚期急性期的增加(Fig. 4A, B)。相反，经过强化和个体化的营养治疗（IC）后，没有发现代谢物随时间变化(Fig. 4C, D)。

结论

除外其他因素，EN或PN的能量供给量似乎可以调节血清代谢物。基于个体化能量供应的营养治疗与反映分解代谢的代谢物减少有关。靶向代谢组学也许可以成为确定危重病人代谢阶段的新工具。

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