急性肾损伤与血液净化
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第四节 急性肾损伤患者的代谢改变与营养支持

一、概述

急性肾损伤(AKI)是住院患者常见的并发症,通常发生于重症患者。AKI重症患者的炎症和氧化应激反应增强,常表现为高分解代谢状态,能量代谢和尿素产生增加,蛋白合成降低,并可出现显著的胰岛素阻抗现象,最终导致机体瘦体的丢失、肌肉无力和免疫功能下降。由于AKI导致许多营养素的代谢发生改变,患者对液体和电解质的耐受能力下降以及肾脏替代治疗(RRT)的影响,在实施营养支持的过程中,需要对AKI患者进行密切的监测,以便实施个体化营养支持治疗。

二、蛋白质能量消耗的发病机制

据报道,高达40%的AKI重症患者存在严重的蛋白质能量消耗(protein energy wasting,PEW),能量和蛋白质储存降低(图7-4-1)。PEW是预测危重患者住院时间、并发症(包括脓毒症、出血、心律失常和呼吸衰竭等)和住院病死率的独立危险因素。AKI可被当作初始肾内炎症反应的结果,然后迅速播散到其他的器官系统,引起蛋白质、糖和脂肪的代谢改变以及全身内环境紊乱。AKI患者的代谢受基础疾病的影响,亦与肾脏之外的其他器官功能衰竭和并发症相关,尤其是感染性并发症。因此,AKI患者营养需求量在不同患者之间,以及同一患者在不同的病程阶段而有所差异。
图7-4-1 急性肾损伤患者蛋白质能量消耗的发病机制
临床通常采用一些指标,如白蛋白、前白蛋白、体重下降程度、肌肉含量等评价和监测AKI患者的PEW,但这些指标均存在一定的局限性(表7-4-1)。
表7-4-1 急性肾损伤患者营养状态评价指标

三、营养支持的目标

AKI患者营养不良发生率高,营养不良又增加了AKI的发病率与病死率。危重患者根据实际蛋白质和能量需求实施目标性营养支持可以改善预后,但AKI患者理想的营养需求量和营养素组分尚不完全清楚。目前的主流观点认为,AKI患者的营养目标应与危重患者的营养目标保持一致,包括补充热量、蛋白质、微量营养素以预防PEW,保存瘦体,增强伤口愈合,支持免疫功能,减弱患者的炎症状态,改善氧自由基清除系统和内皮功能,从而达到降低病死率的目的。
AKI患者营养支持的目标取决于多个因素:①基础疾病的严重程度和代谢率;②肾功能障碍的严重程度;③是否接受了RRT以及RRT的剂量;④先前的内科或外科病史;⑤肾脏之外的器官功能状况;⑥住院期间的并发症,如大的开放性伤口等。AKI患者在特定的临床条件下,喂养不足(underfeeding)和过度喂养(overfeeding)的风险增加。例如,在液体平衡发生变化的情况下,体重也会改变,此时按照体重估算目标营养需求量会发生较大的变异;另外,在实施RRT的过程中,要考虑到营养素的丢失以及潜在的热源供应问题(图7-4-2)。
图7-4-2 急性肾损伤患者过度喂养的原因和相关并发症

四、营养素需求量

(一)热量
肾脏重量约占体重的0.5%,但静息能量消耗占人体的10%左右。处于非危重疾病状态的AKI患者对静息能量消耗不产生直接的效应。AKI患者的最大代谢能量消耗大约为正常状态的130%。危重患者处于高代谢状态,能量消耗的增加与其经历的应激反应相关。间接测热法(indirect calorimetry,IC)被认为是决定患者能量消耗的黄金标准,但使用代谢车测量连续肾脏替代治疗(CRRT)患者能量消耗并没有得到一致性的研究结果。主要原因在于接受CRRT的AKI患者,其酸碱平衡状态受碳酸氢钠输注量的影响,可能显著改变了患者血清PaCO 2水平;另外,CRRT通常使患者体温降低,导致氧耗测量结果产生偏差。
应该注意的是,CRRT期间常使用枸橼酸盐局部抗凝,有的单位使用以乳酸为缓冲液的置换液,枸橼酸与乳酸均能经代谢产生热量,应将其换算为热卡。1mmol的葡萄糖、乳酸和枸橼酸充分代谢后分别产生0.73kcal、0.33kcal、0.59kcal的热量。CRRT过程中采用枸橼酸盐局部抗凝,每天约有300~500mmol的枸橼酸进入体循环,提供了100~200kcal的热量。
(二)糖
正常情况下,肾脏贡献了人体15%~25%的糖异生和约10%~20%的糖摄取以及30%的胰岛素分解代谢作用。AKI患者胰岛素和胰高血糖素的清除能力降低,加重了胰岛素阻抗现象。糖能以弥散或对流的方式轻易穿透CRRT滤膜,滤出液中糖的浓度类似于血浆浓度,据此可以估算CRRT期间糖的丢失量。例如:患者在CRRT期间使用无糖置换液,血糖为100mg/dl,超滤率为2.5L/h,每天通过CRRT丢失的糖量为60g(240kcal);患者血糖为150mg/dl时,超滤率为2.5L/h,每天通过CRRT丢失的糖量为90g(360kcal)。由于患者的血糖处于波动状态,使用无糖置换液的CRRT患者每天丢失的糖量约为40~80g,需要额外补充。患者丢失的糖量与CRRT超滤量和置换液稀释方式有关。与前稀释比较,后稀释可能增加了糖的丢失量。CRRT期间可以通过含糖置换液补充一定量的糖,使用无糖置换液时,应注意降低胰岛素剂量以便于控制血糖。2012年KDIGO指南推荐,AKI患者的血糖控制目标为110~150mg/dl。
(三)脂肪
AKI患者的脂解作用受到损伤,肝脏甘油三酯酯酶和外周脂蛋白酯酶的活性下降了50%,增加了高甘油三酯血症的风险。如果患者存在代谢性酸中毒,脂蛋白酯酶的活性会进一步降低,导致人体清除外源性脂肪的能力下降,补充氨基酸和糖可以部分减弱这种变化。尽管脂肪的清除能力下降了,但脂肪酸的氧化能力得以保存,脂肪仍然是AKI患者的重要能量来源。由于甘油三酯的蛋白结合率高,CRRT清除脂肪的能力有限,营养支持时没有必要改变脂肪的供给量和类型,按照ASPEN指南,脂肪提供30%~40%的非蛋白热卡即可。
n-3脂肪酸具有降低氧化应激和调节炎症反应的作用。在大鼠缺血-再灌注损伤模型中,n-3脂肪酸降低了肾内的多核白细胞募集和细胞因子水平,抗炎蛋白保护素D 1水平增加,同时增强了具有细胞保护作用的血红素加氧酶-1途径在肾内的表达。n-3脂肪酸对AKI患者是否具有保护作用有待于进一步的研究。
(四)氨基酸
AKI本身并不总是导致人体处于分解代谢状态,但危重疾病状态与蛋白质分解代谢的增加相关。如果AKI与危重疾病状态同时存在,患者分解代谢状态的持续时间将会延长。AKI引起的代谢性酸中毒与危重状态的胰岛素阻抗共同作用,进一步促进了蛋白质的分解代谢。氨基酸进入骨骼肌的转运发生改变,蛋白合成受到抑制。外源性补充氨基酸纠正蛋白质缺乏的能力通常不足以纠正分解代谢,但降低了人体蛋白质的净丢失率。
小规模临床试验建议,高氨基酸摄入可以防止患者在危重疾病期间出现肾脏缺血和保存肾小球滤过率。近期的研究显示,危重患者每天补充氨基酸100g与标准剂量氨基酸组比较,并没有改变患者的预后和肾功能障碍持续时间。AKI患者血清苯丙氨酸、甲硫氨酸、牛磺酸和半胱氨酸浓度升高,而缬氨酸和亮氨酸水平下降;必需氨基酸是人体不可缺少的氨基酸,几个非必需氨基酸(酪氨酸,精氨酸和谷氨酰胺)成为条件必需氨基酸;苯丙氨酸不能充分转化为酪氨酸。基于此,市场上为AKI患者提供了特殊的肾病氨基酸溶液,但并没有观察到肾病氨基酸与常规氨基酸对AKI患者预后的差异。ESPEN不支持在AKI患者中使用特殊的肾病氨基酸溶液。
与采用弥散原理的CRRT方式比较,采用对流原理的CRRT滤膜孔径大,滤出液中有更高的蛋白质丢失率。氨基酸的平均分子量为145道尔顿,其筛选系数(sieving coefficient,SC)接近于1,弥散与对流均能清除氨基酸。弥散可增加蛋白质的分解代谢,降低蛋白质的合成,导致氨基酸和蛋白质的丢失。Umber等报道,每进行一次间断血液透析(intermittent hemodialysis,IHD),氨基酸的丢失量均值为15.7g,最高可达57g。随着对流转运,蛋白质清除率与CRRT滤膜的截留阈值几乎呈线性相关(滤膜的孔径范围通常为20 000~40 000道尔顿)。CRRT期间氨基酸每天的丢失量为6~15g,后稀释时,每升滤出液中氨基酸的丢失量大约为0.25g,丢失量取决于CRRT模式和每天的流出(废液)量。大约10%~17%的氨基酸输注量经滤器丢失,应考虑额外补充。
谷氨酰胺是一种条件必需氨基酸,是肠细胞和淋巴细胞等快速增殖细胞的能源底物,也是内源性抗氧化剂谷胱甘肽的前体和糖原异生的底物,对调节应激状态下的胰岛素阻抗发挥了正性调节作用。此外,谷氨酰胺还通过诱导热休克蛋白和增强伴侣蛋白质发挥细胞保护作用。在脓毒症诱导的AKI动物模型中,脓毒症发生后静脉补充谷氨酰胺,结果发现,谷氨酰胺下调了高迁移蛋白-1相关介质和炎症路径以及降低了氧化应激,从而达到了预防AKI的目的。相对较早的研究发现,在需要PN的危重患者中,静脉补充谷氨酰胺降低了患者感染性并发症的发生率和住院时间,甚至降低了病死率。而最近的REDOXS(REducing Deaths due to OXidative Stress)研究发现,严重脓毒症和多器官功能障碍综合征患者补充谷氨酰胺(肠内与肠外)反而增加病死率。进一步的事后(post-hoc)分析结果显示,接受了谷氨酰胺补充的肾损伤(没有接受RRT)亚组患者,其28天病死率显著升高。L-丙氨酸-L-谷氨酰胺双肽生产商建议:由于存在尿毒症加重的风险,对于肾小球滤过率(GFR)<25ml/min的患者,不要使用L-丙氨酸-L-谷氨酰胺双肽。因此,对于多器官功能障碍伴有GFR下降的患者,不要超生理剂量补充谷氨酰胺。
Li等的一项荟萃分析研究结果发现,在接受了IHD的AKI患者中,与静脉仅补充高张糖比较,静脉补充必需氨基酸改善了患者的生存率和肾功能恢复率;补充必需氨基酸与补充复合氨基酸比较,病死率没有差别;补充高剂量氨基酸与补充正常剂量氨基酸比较,累计水排泄、呋塞米需要量、氮平衡和病死率也没有差别。与低热卡全肠外营养(total parenteral nutrition,TPN)比较,高热卡TPN没有改善氮平衡、蛋白质代谢率或尿素生成率,但增加了甘油三酯、糖和胰岛素的需要量和液体输注量。
CRRT期间,推荐营养配方中的热/氮比低于150。为了达到氮平衡而增加蛋白质供给量增加了蛋白质的分解代谢,特别是同时给患者提供高热量时。过高的热量供给不能改善氮平衡、蛋白质分解代谢或尿素生成,反而导致了更多的代谢并发症,如高甘油三酯血症和高血糖。正氮平衡与生存率改善相关,但未发现蛋白质摄入量与患者预后之间存在直接的联系。一项针对需要CRRT的机械通气患者进行的前瞻性研究显示,患者需要每天摄入2.5g/kg的蛋白质才能达到正氮平衡。因此ASPEN推荐,接受CRRT的AKI患者蛋白质供给量可达到1.8~2.5g/(kg·d),IHD患者为1.5~2.0g/(kg·d)。
美国危重病医学会(SCCM)以及肠外和肠内营养学会(ASPEN)于2016年在“成年危重病患者营养支持治疗与评估指南”中基于专家共识建议:AKI患者应接受标准肠内营养配方,提供的热量为25~30kcal/(kg·d)(按照实际体重),蛋白质供给量为1.2~2.0g/(kg·d)(按照实际体重)。如果患者存在显著的电解质异常,应使用为肾衰患者特殊设计的配方(可提供恰当的电解质)。对于接受IHD或CRRT的患者,推荐增加患者的蛋白质供给量,最高可达2.5g/(kg·d),不应该为了避免延迟启动透析治疗而限制患者的蛋白质摄入量。对于所有级别的肥胖患者,肠内营养目标不超过目标热量需求量(间接测热法)的65%~70%。如果间接测热法不可行,对于体质指数(body mass index,BMI)(单位,kg/m 2)为30~50的患者,提供的热量为11~14kcal/(kg·d)(按照实际体重);对于BMI>50的患者,提供的热量为22~25kcal/(kg·d)(按照理想体重)。对于BMI在30~40之间的患者,蛋白质供给量为2.0g/(kg·d)(按照理想体重);对于BMI≥40的患者,蛋白质供给量可达到2.5g/(kg·d)(按照理想体重)。
(五)电解质
钠、钾、钙、镁和磷可经CRRT滤过。ASPEN推荐AKI患者电解质和微量营养素的管理应建立在血清浓度监测的基础上,推荐级别仅为D级。
钾离子广泛存在细胞内,受到肾脏严密调节。钾离子还受肾脏之外其他因素的影响,包括胃肠道丢失和血浆pH值的影响。AKI患者由于肾脏排泄能力下降、酸中毒和胃肠道丢失,高钾血症很常见。没有接受RRT的AKI患者,应限制钾的摄入,除非患者出现了低钾血症。CRRT可以清除钾离子,但清除率高度可变,难以预测。接受RRT的患者,钾离子可简单通过透析液处方调节,改变透析液处方后出现持续的低钾血症者应按需补钾。
AKI显著改变了钙的调节。钙由甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)和活化维生素D调节。维生素D活化的最后一步,即转化为1,25-二羟基维生素D发生在肾脏,因此,AKI患者维生素D活化显著受限。维生素D活化的丧失导致肠道钙吸收不足。AKI出现低钙血症的其他原因还包括高磷血症以及从RRT流出液中显著地丢失钙和枸橼酸盐局部抗凝。AKI患者常出现低钙血症,诱发低血压和凝血失调。如果CRRT期间使用枸橼酸盐局部抗凝,钙离子与枸橼酸根螯合导致钙离子需要量增加和血清离子钙的波动。为防止枸橼酸盐中毒,应频繁监测血清总钙与离子钙水平,还需要了解枸橼酸盐的代谢对总钙、离子钙以及酸碱平衡状态的影响。置换液钙离子浓度应接近于生理浓度,钙离子的补充可通过置换液配方的变化来调整。
磷受维生素D、PTH和肾脏调节,因此,AKI患者常出现高磷血症。高磷血症不仅加重低钙血症,其所致的钙-磷结晶产物可在软组织中沉积,加重或导致额外的器官功能障碍。约90%的血磷可经CRRT滤过,没有接受RRT的患者,应限制磷的摄入;IHD患者因为没有充分的透析时间清除磷,常导致高磷血症。CRRT患者常出现低磷血症,严重低磷血症导致呼吸肌无力、通气障碍、心肌功能障碍和脑病。此时,患者应按需补充磷,每次静脉补充15~20mmol的磷(每天至少补充20~30mmol)以维持血磷于2.4~4.7mg/dl。
镁主要受肾脏调节。AKI患者由于镁排泄不足,常出现高镁血症。如果严重高镁血症导致低血压恶化,建议采用RRT清除镁。约70%的血镁可经CRRT滤过,RRT期间患者可以出现低镁血症,应按需补充镁,每次静脉推注硫酸镁2~4g以维持血镁于1.6~2.3mg/dl。
(六)微量营养素
成人在接受TPN治疗的过程中,每天的微量元素需要量见表7-4-2。危重患者急相反应的激活迅速引起维生素载体蛋白质的再分布(如视黄醇结合蛋白)和微量元素进入组织(如硒、锌)。这种反应是尽力分布这些关键成分和复合物到组织与酶系统结合,以利于组织重建和提高免疫力。AKI患者微量营养素的内稳态发生了显著改变,微量元素是人体许多功能实施的重要辅因子,它的缺乏可致氧化性应激调节失衡。
表7-4-2 成人全肠外营养每天的微量元素需要量
一些微量营养素的水平受全身炎症反应综合征的影响。在很多情况下由于在体内再分布的原因,微量营养素的血浆水平不能代表其全身状态。例如,硒是重症患者氧化应激反应过程中的一个重要微量元素,是谷胱甘肽过氧化物酶(抗氧化剂)发挥功能的必要成分。Ghashut等发现,在全身炎症反应状态下血浆硒和锌水平与CRP和白蛋白水平独立相关,其低血浆水平并不真实反映这些物质的缺乏;在CRP和白蛋白处于正常水平时,它们可以反映真实缺乏状态。Stefanowicz等的研究也认为,硒、锌和铜的血浆水平主要受炎症反应的影响,而不反映患者的营养状态。某些情况下,微量元素依赖酶的活性可以更准确地反映组织微量元素状态。与此类似,由于大量的混杂因素影响尿液排泄,尿液微量元素水平难以提供可靠的微量营养素全身状态。
硒是一种微量元素,作为几种硒蛋白酶的辅因子,调节甲状腺激素代谢、抗氧化剂防御和免疫系统功能。硒缺乏与动脉粥样硬化性心血管系统疾病相关,增加了病毒感染的危险,甚至增加病死率。AKI或慢性肾脏疾病患者常表现为低硒血症,低硒血症是否与肾脏疾病的并存疾病相关尚不清楚。据报道,低硒血症和肾功能障碍增加了冠心病患者的死亡风险,也增加了年龄大于35岁患者全因病死率的风险。低硒血症促进免疫功能障碍,增加了IHD患者感染性疾病的死亡风险。一些研究发现,在口服和静脉补充硒后,肾病患者硒血清水平和免疫功能得到改善,氧化应激产物降低。伴有全身炎症反应的危重患者常表现为硒耗竭,病死率增加。迄今,重症患者补充硒的益处尚不明确,个体患者硒的理想需求量也不确定。
锌、铜、铬、硒的分子量小,均可经CRRT清除。CRRT透析液中包含微量元素污染物,导致CRRT过程中微量元素可出现正平衡或负平衡。由于标准营养支持处方中含有锌,不推荐超标准剂量补充锌。如果CRRT期间不补充硒,硒的累计丢失量可导致人体硒缺乏达35~91μg/d。推荐在补充标准多种微量元素制剂的情况下,再额外补充硒100mg/d。
接受CRRT的AKI患者铜的负平衡量约为400μg/d,建议每天摄入的参考剂量(dietary reference intake,DRI)为300~500μg/d。 标准多种微量元素制剂含有铜1000μg,超过了DRI和CRRT每天的额外丢失量,因此,额外补充没有必要。相反,肝胆功能障碍的危重患者(胆红素>3mg/dl)由于铜清除障碍,可以考虑采用CRRT清除铜,以防止铜中毒。成人在接受TPN治疗的过程中,每天的维生素素需要量见表7-4-3。
表7-4-3 成人全肠外营养每天的维生素需要量
续表
叶酸/维生素B 6/维生素B 1等B族水溶性维生素易在RRT过程中丢失,需要补充。推荐每天补充1mg叶酸和10mg维生素B 6。CRRT患者维生素B 1需要补充的剂量存在着较大的差异,每天经CRRT丢失的维生素B 1最高可达4mg。Chiolero等推荐CRRT患者每天应补充100mg维生素B 1。由于维生素B 1是具有轻度毒性的水溶性维生素,CRRT患者每天补充25~100mg的维生素B 1是合理的。
维生素C在体内转化为草酸盐,作为毒素易在肾小管聚集,诱导肾功能损伤。基于此,没有接受CRRT的AKI患者维生素C的补充剂量每天应不超过100mg。随着维生素C经CRRT的额外丢失,允许患者每天补充200mg维生素C,不提倡维生素C每天的补充剂量超过250mg。
肾功能障碍患者可出现维生素A中毒现象。接受TPN(维生素A每天的补充剂量为1500μg)的肾衰竭患者可以出现维生素A中毒和高钙血症,停止补充维生素A后,高钙血症消失。当前使用的标准多种维生素静脉制剂每天提供990μg的维生素A,轻度超过了妇女700μg/d和男性900μg/d的DRI。AKI患者维生素A补充剂量的变化没有被推荐,但是需要监测。
水溶性维生素可经CRRT丢失,丢失的意义和实际需要量仍然未知。肠外营养(parenteral nutrition,PN)患者在接受标准剂量水溶性维生素的同时可额外补充水溶性维生素,EN患者可以受益于每天补充肾病多种维生素(包含多种水溶性维生素)。

五、营养支持的时机与路径

当AKI患者血流动力学稳定、基础疾病得到控制或改善时,患者应该得到恰当的热量和蛋白质支持。营养不良和热量摄入不足导致病死率增加。对于所有的AKI患者,只要没有EN的禁忌证,应优先选择EN,而不是PN。RRT患者应当增加蛋白质摄入量,避免将限制蛋白质摄入量作为延迟开始RRT的手段。应通过PN补充热量和蛋白质。通常在患者入ICU的24~48小时内开始EN,如果患者不能耐受EN或在入ICU的3~5天内通过EN不能达到目标营养需求量时,考虑TPN或者EN+PN。
EPaNIC研究显示,当重症患者在2天内通过EN不能达到目标营养需求量时,与发病1周内限制使用PN比较,早期实施PN反而导致并发症增加,机械通气时间延长,同时RRT持续时间延长,但是否影响AKI的发病率和肾功能恢复尚不清楚。早期PN似乎延缓了AKI 2级(RIFLE分级)患者肾功能的恢复,可能与早期PN补充氨基酸导致血清尿素氮增高有关。
液体超负荷是AKI患者最致命的并发症。因此,没有接受RRT的无尿或少尿AKI患者在接受PN或EN时,需要限制液体摄入,以避免液体超负荷,但限制液体的PN或EN方案可能使患者热量和蛋白质摄入不足。CRRT是AKI重症患者广泛使用的治疗手段。CRRT使用弥散或对流原理或者两者同时使用,以达到清除尿素氮、维持液体平衡、纠正电解质和酸碱平衡紊乱的目的。CRRT能有效清除溶质和毒素,精确地控制液体出入量。因此,患者在CRRT期间通常不需要采用限制液体的营养支持方案,但要注意CRRT对营养素代谢和清除的影响。
CRRT患者的营养计划需要多学科协调管理。ICU医生、营养师、药剂师、肾科医生和ICU护士需要定期交流,根据患者的疾病状况制订营养计划。当患者由CRRT转为IHD时,其营养计划相应改变,否则会出现水、电解质失衡。

六、小结

AKI患者易出现电解质和酸碱平衡紊乱、高血糖和低血糖、胰岛素阻抗、高甘油三酯血症、蛋白质分解代谢增加以及液体平衡改变。临床应当评价肾功能减退对营养管理的影响,包括维生素、电解质、矿物质、微量元素以及RRT的实施与类型。理想的营养管理是给患者提供恰当的大量营养素,以纠正基础疾病和预防正在进行的营养素丢失;由于一些微量营养素的血浆水平不能代表其全身状态,这些物质是否真实缺乏尚难以评价;RRT可以通过对流、弥散或吸附清除多种微量营养素,但微量营养素的丢失是否与临床预后相关,以及补充微量营养素的临床意义均不清楚;基于肾功能损伤的程度和范围调节电解质替代量;优先选择EN,而不是PN。

(李文雄 范青香)