能量代謝測定在ICU危重患者中的研究進展

張志贇 綜述， 王 勝 審校

(同濟大學附屬第十人民醫(yī)院重癥醫(yī)學科，上海 200072)

住院患者尤其是ICU危重癥患者的營養(yǎng)不良問題變得日益嚴重[1-2]，而危重癥患者營養(yǎng)不良面對的后果更為嚴峻，包括機體免疫功能紊亂、感染無法控制、延長機械通氣時間與ICU住院天數(shù)增加等[3-4]；營養(yǎng)支持的目的在于提供能量與營養(yǎng)要素供給細胞代謝,維持組織器官功能，調(diào)節(jié)免疫,增強機體抗應激能力,促進疾病轉(zhuǎn)歸[5]。但是過度喂養(yǎng)也會產(chǎn)生代謝并發(fā)癥：肝功能及中性粒細胞功能受損、血糖、血脂及電解質(zhì)紊亂、加重肝腎負擔，可見營養(yǎng)不良及喂養(yǎng)過度均可導致代謝并發(fā)癥的發(fā)生，影響患者預后[6-7]。危重癥患者病情復雜，能量代謝嚴重紊亂，且受多方面因素的影響：疾病病種，病情危重程度、病程長短以及臨床藥物的使用等，因此危重癥患者之間能量需求存在著明顯的個體差異[8]，因此，準確判定能量需求對于依賴營養(yǎng)支持以滿足代謝需求的患者至關(guān)重要。間接側(cè)熱法(indirect calorimetry, IC)被公認是靜息能量測定的金標準[9，11]，但是IC法操作復雜，尚未在各監(jiān)護室開展，目前臨床大多通過能量預測公式推算能量代謝需求。但隨著近年來對能量預測公式的研究，認為能量預測公式并不適用于臨床患者，尤其是ICU危重患者[12]。有研究通過預測公式指導臨床營養(yǎng)方案，結(jié)果近半數(shù)患者存在能量供應不足或過度喂養(yǎng)，這并不利于患者的預后[13]。因此，對危重癥患者進行靜息能量測定，了解不同病患的實際能量消耗，制訂相應個體化、精準化的營養(yǎng)支持，對改善危重癥患者預后有著重大的意義。

1 ICU危重癥患者能量代謝特點

在正常生理狀態(tài)下，機體需要的能量來自食物中的三大營養(yǎng)要素(糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì))在體內(nèi)氧化供能。其中，大部分糖類物質(zhì)經(jīng)氧化直接供能，少部分以糖原的形式存貯或轉(zhuǎn)化為脂肪等間接供能，而脂肪和蛋白質(zhì)需經(jīng)過轉(zhuǎn)化成脂肪酸或氨基酸氧化供能。正常生理狀態(tài)下，靜息能量消耗隨著年齡的增長有所下降[14]，機體體溫每升高1℃，代謝率提高13%左右?？梢娬Ｉ頎顟B(tài)下機體REE也有所波動。

ICU患者在經(jīng)歷了創(chuàng)傷、感染、重大手術(shù)、燒傷等打擊后，機體內(nèi)環(huán)境紊亂，神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、交感系統(tǒng)及垂體-腎上腺軸等被激活，使得機體處于高應激、高分解、高消耗代謝狀態(tài)[4]。交感系統(tǒng)及垂體-腎上腺軸被激活后，促分解激素如糖皮質(zhì)激素等合成顯著增加，而促合成激素如胰島素、生長激素等合成受限，胰島素/胰高血糖素比例的改變導致應激性的高血糖，隨著糖原的耗竭，機體的結(jié)構(gòu)蛋白分解加快，其中主要為骨骼肌蛋白降解。因此，機體結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分解增多，而合成受限，使得機體處于負氮平衡，所以ICU患者往往伴隨著肌營養(yǎng)不良及肌萎縮[15]?？梢姡琁CU患者在疾病早期呈現(xiàn)出高血糖、負氮平衡及能量供應不足的狀態(tài)，如果得不到合適的臨床干預，隨著疾病進展及病程的延長，機體代謝紊亂會愈發(fā)嚴重，對危重癥患者的能量代謝影響也愈大[16]。

同樣，疾病病種的不同、藥物的使用及臨床治療措施，都能影響危重患者的靜息能量消耗(rest energy expe-nditure, REE)。有研究發(fā)現(xiàn)，慢性阻塞性肺病患者靜息能量消耗較健康人群高，這與患者氣道阻力升高，呼吸肌做功增加有關(guān)[17]，而對于ICU機械通氣患者而言，呼吸肌的做功的減少使得患者處于低代謝狀態(tài)[18]。有研究顯示，兒茶酚胺及加壓素等血管活性藥物可以升高REE，而鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛藥、肌松藥及全身麻醉可以降低REE[19]。由此可見，多種因素共同影響了患者的能量代謝,因此在危重癥患者中，單一的能量支持方案并不能滿足所有危重癥患者的能量需求，所以，在制訂臨床營養(yǎng)支持方案時，需要綜合考慮患者整體的病情變化，從而制訂相對應的營養(yǎng)方案。

2 ICU危重患者營養(yǎng)支持現(xiàn)狀

隨著危重癥患者病理生理機制的研究及臨床營養(yǎng)技術(shù)理論的發(fā)展，腸內(nèi)及腸外營養(yǎng)在救治危重癥患者中發(fā)揮了巨大的作用,營養(yǎng)支持治療也貫穿危重癥患者救治全程。2018年歐洲腸內(nèi)腸外營養(yǎng)學會(European society for parenteral and enteral nutrition， ESPEN)重癥指南[20]推薦對重癥患者均需實施不良風險篩查以發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)不良狀態(tài)，如臨床上常見的營養(yǎng)風險篩查2002(nutrition risk screeing 2002， NRS 2002)，對于存在營養(yǎng)不良風險的患者均采用早期(24～48h)腸內(nèi)營養(yǎng)，除非患者存在腸內(nèi)營養(yǎng)禁忌。臨床上也越來越認可腸內(nèi)營養(yǎng)的重要性及臨床意義，腸內(nèi)營養(yǎng)合乎生理，保護胃腸道功能，促進腸道灌注，保護腸道的免疫功能，阻止缺血再灌注損傷[21]，合理的早期腸內(nèi)營養(yǎng)還可以減少患者住院時間，降低感染率及病死率，但是如何抉擇最佳的目標能量仍是一個存在爭議的問題。2006年危重患者營養(yǎng)支持治療指導意見中推薦重癥患者急性應激早期遵循“允許性低熱卡”原則[22]，即供應84～105kJ/(kg·d)，待應激狀態(tài)穩(wěn)定后增加能量供應至126～146kJ/(kg·d)，2006年美國腸內(nèi)腸外營養(yǎng)學會(American Society for Parenteral and Enteral Nutrition， ASPEN)與2009年ESPEN重癥營養(yǎng)指南也推薦同樣的早期攝入能量目標[23-24]。Owais等[25]的研究表明，對于短期的腸外營養(yǎng)支持，低熱卡(低于目標能量的60%)喂養(yǎng)可減少膿毒癥的發(fā)生及喂養(yǎng)代謝并發(fā)癥。但隨著臨床研究進展，低熱卡喂養(yǎng)方案仍不斷受到爭議。Arabi等[26]研究提出，全蛋白允許性低熱卡喂養(yǎng)的結(jié)局與標準等喂養(yǎng)組相似，一項Meta分析也顯示[27]，在ICU患者中低熱卡喂養(yǎng)與標準熱卡喂養(yǎng)組在總死亡率、住院天數(shù)、機械通氣時間及感染性并發(fā)癥等方面無顯著性差異，甚至有研究得出與推薦的低熱卡喂養(yǎng)相反的結(jié)論。Singer等[28]以反復測量靜息能量需求為指導，通過“嚴格控制機體熱量攝入”接近目標值，發(fā)現(xiàn)可以降低患者死亡率，Petros等[29]的臨床試驗也得出了同樣的結(jié)果：重癥患者在ICU的前7d應用全目標熱卡喂養(yǎng)組(每日能量消耗100%)與低熱卡組(每日能量消耗50%)相比，醫(yī)院感染率發(fā)生率較低。對此，2016年ASPEN重癥營養(yǎng)指南也強調(diào)了極低熱卡供給對危重癥患者是不利的[30]。因此，危重癥患者營養(yǎng)支持仍有很大的研究空間，但無論如何，危重癥患者營養(yǎng)方案的制訂的前提在于準確的測定REE。

營養(yǎng)治療的最終目的在于防止營養(yǎng)不良，避免過度喂養(yǎng)并發(fā)癥，改善患者預后，提高ICU患者救治成功率。因此，準確測定REE可以指導臨床制訂更為合理、精準化營養(yǎng)方案,從而提高危重癥患者的救治率。

3 能量代謝測定法在ICU患者中的應用

能量代謝是指機體三大營養(yǎng)物質(zhì)在機體內(nèi)消耗氧氣，釋放出二氧化碳，并且伴隨著能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和利用的過程。人體的總能量消耗由4個部分組成：基礎(chǔ)能量代謝、活動能量消耗、食物特殊動力、生長發(fā)育所需能量(特指兒童)。WHO建議[31]基本能量代謝(basic energy expenditure, BEE)要以REE為基礎(chǔ)進行評估計算，REE是指機體禁食2h上，在適宜的溫度(20～25℃)和濕度下平臥休息30min 后的能量消耗，REE用于維持機體細胞器官功能以及保持覺醒狀態(tài)，約占總能量消耗的75%～100%，因此經(jīng)常用REE來代替危重癥患者的總能量消耗[32]。目前已經(jīng)研究出的能量測定有公式預測法及代謝測定兩大類，代謝測定包括直接和間接測熱法、雙標水法、Fick法等。

3.1 間接測熱法

隨著氣體交換技術(shù)及能量測定研究的發(fā)展，移動間接測熱儀開始在臨床得到應用。IC法的原理[33]是根據(jù)機體內(nèi)三大產(chǎn)能營養(yǎng)要素在能量代謝時所消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳間存在的比例關(guān)系，通過測定一定時間內(nèi)吸入O2和呼出CO2的氣體量及濃度差，從而計算出氧耗量(VO2,mL/min)和二氧化碳產(chǎn)生量(VCO2，mL/min)，再利用Weir公式[34]間接計算出單位時間的能量消耗，從而推算出全天的能量消耗，IC法能夠反映患者的真實能量需求，并且?guī)缀醪槐黄渌麪I養(yǎng)代謝所影響。此外，通過測定呼吸商(respiratory quotient， RQ)，即VCO2/VO2的比值，可以反映三大營養(yǎng)素的供能情況，從而制訂個體化的熱卡供給方案，將之分配到三大營養(yǎng)要素中，既可指導營養(yǎng)方案防止喂養(yǎng)不足，又可避免因過度喂養(yǎng)產(chǎn)生并發(fā)癥。因此，IC法被認為是靜息能量測定的金標準[9-11]。2016年ASPEN重癥營養(yǎng)指南及2018 ESPEN指南均推薦，對于機械通氣的患者使用IC法測定能量消耗以此指導營養(yǎng)支持治療[20,30]。

但是IC法是根據(jù)測監(jiān)測機體消耗VO2及VCO2來推算靜息能量，所以，任何能影響患者VCO2和VO2變化的因素也會導致測量誤差產(chǎn)生。美國呼吸治療協(xié)會(American Association for Respiratory Care， AARC)臨床指南中指出，能影響VCO2及VO2測定的疾病包括：氣管瘺、支氣管胸膜瘺、呼吸機管路漏氣，并且呼吸機管路積水會影響到監(jiān)測設備的敏感性，從而導致測量不準確[35]。有研究顯示，過高的吸氧濃度(FIO2>60%)會影響VO2而導致測量誤差產(chǎn)生，另外，危重患者在進行透析治療時，二氧化碳會經(jīng)過透析膜排出，從而使測定的能量消耗略小于患者實際能量消耗[36]。REE的測定需要患者處于靜息狀態(tài)且呼吸達到穩(wěn)態(tài)的條件下建立的，即5min之內(nèi)VO2和VCO2的變化在10%之內(nèi)或2個值的變化率在5%以下[19]。IC法作為測定危重癥患者REE的金標準，對于制訂營養(yǎng)支持方案具有指導作用，其優(yōu)勢在于精準，方便快捷，可以床邊即時測定，且測定時間2h以上即可反映患者全天的真實靜息營養(yǎng)消耗[37]。

3.2 公式預測法

目前已經(jīng)研究出的預測公式超過百種，臨床上常用的公式有Harris-Benedict(H-B)公式、美國胸科醫(yī)師協(xié)會(American College of Chest Physicians， ACCP)公式、Liu公式、Ireton-Jones1992公式、Penn-State1998、Penn-State2003公式、Schofield公式、Mifflin公式與Singapore公式等，這些公式中包含的變量包括性別、年齡、身高、體重與體重指數(shù)(body mass index， BMI)等[36]，不同的公式適用于不同的人群。但其中大多預測方程是從非住院患者得到的，只有少數(shù)在機械通氣患者中得到驗證[38]。隨著IC法在臨床中的應用，公式預測法的準確性越來越受到質(zhì)疑，尤其是應用在ICU患者中[12]。H-B公式與ACCP公式在臨床應用較廣泛，H-B公式以身高、體重及年齡為變量，而ACCP推薦能量攝入為105kJ/(kg·d)。一項Meta分析比較了ICU患者公式預測能量消耗值與實際消耗值的差異，結(jié)果顯示在不考慮BMI分類的患者中，H-B公式與間接測熱法測量結(jié)果的一致性差，H-B方程低估了平均接近628kJ/(kg·d)能量消耗，而對于超重和肥胖的人則低估了更多的能量。Mifflin、ACCP指南和Owen方程在所有BMI組中的一致性都很差，并且低估了靜息能量消耗，而且低估量甚至比Harris-Benedict方程還要高[39]。Kruizenga等[40]對5192 例不同BMI患者的靜息能量消耗進行回顧性分析，并與包括H-B公式、WHO公式、Mifflin公式等在內(nèi)的15項預測公式進行比對，結(jié)果提示REE預測方程只在半數(shù)患者中是準確的。最近的一項研究選擇419例外科ICU患者使用H-B方程以及指南推薦的84、105、126kJ/(kg·d)作為目標能量，并與IC法相比，無論患者的性別、體重、年齡，H-B公式及ACCP推薦的105kJ/(kg·d)均不能準確預測，其中H-B公式低估了能量消耗，而ACCP則高估了能量消耗[41]，Ravasco等[42]根據(jù)H-B公式預測能量來制訂營養(yǎng)方案后指出，約有半數(shù)的患者處于營養(yǎng)不良或營養(yǎng)過度狀態(tài)。

究其原因，一方面大部分預測公式來源于國外地區(qū)大健康樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如經(jīng)典的H-B公式是通過239例歐美人員的靜息能量研究得來，應用到亞洲人群并未考慮到種族差異；另一方面，在病理狀態(tài)下的危重癥患者靜息能量代謝總是不斷變化的。有學者研究表明，在疾病初期患者能量消耗低于疾病發(fā)生前，而隨著疾病的病程，能量消耗會較前升高[43]，并且這些變化不能單純靠體重、BMI等變量所預測，因為即使BMI相同，重癥患者個體能量消耗也存在37%～56%的差異[19]。隨著重癥患者應激程度的不同，機體靜息能量消耗水平也不相同，即使重癥上采用應激指數(shù)乘H-B公式以此預測應激狀態(tài)下的能量消耗，但應激指數(shù)作為主觀因素，目前尚無客觀的評分或指標判定患者的應激系數(shù)，個體評價應激程度差異性大，同樣可以導致計算誤差的產(chǎn)生。再者，公式法還忽略了治療藥物對靜息能量的影響。

另外有研究表明，Liu公式、Yang公式(2010)及Singapore(2016)公式對于亞洲標準體重人群(BMI為18.0～23.9kg/m2)的預測值較好，Singapore公式預測超重和肥胖人群(BMI≥24kg/m2)的準確性最高；而Henry公式雖然并不是基于亞洲人群發(fā)展而來，但用于我國人群預測準確性高[44]。

綜上，公式預測法可適用于特定人群的大樣本數(shù)據(jù)研究，但是考慮到種族差別、個體能量代謝的差異性，加之臨床上影響重癥患者能量代謝的因素眾多，公式預測法應用至ICU患者仍需要進一步的臨床試驗證實。

3.3 其他能量測定方法

3.3.1 直接測熱法 直接測熱法的原理是根據(jù)機體能量代謝的過程中總是遵循著能量守恒的原則，測定機體向外界散發(fā)出的熱量總和，即為機體的總能量消耗。具體方法為將受試者置于封閉的測熱室內(nèi)，通過機體所處環(huán)境的溫度變化及比熱容變化，計算機體所產(chǎn)生的熱量即為機體的能量消耗[45]。直接測熱法因其準確性高，是較為理想的測定方式，但因其實驗器材復雜，體積龐大，耗費昂貴，且重癥患者大多臥床，無法配合，因此無法應用至ICU患者中。

3.3.2 熱稀釋測定法(Fick法) 該法通過放置肺動脈導管，監(jiān)測心輸出量，同時測定肺動脈中混合靜脈氧含量，再結(jié)合外周動脈血氣中的含氧量，間接計算機體的總氧耗量，最后根據(jù)Fick公式推算出機體靜息能量消耗值[46]。Fick法較直接側(cè)熱法簡單且容易實行，但該法仍存在局限性，且為侵入性操作，對于ICU患者而言增加了留置導管感染等風險，不易在臨床開展。

3.3.3 雙標水測定法 雙標水測定法的原理是以核素標記的2H218O作為示蹤物，以氘(2H)標記機體H2O中氫原子，用重氧(18O)標記身體中H2O和CO2的氧原子，根據(jù)核素濃度的下降率與二氧化碳的產(chǎn)生成正比關(guān)系，核素標志的氫與機體排出的水成比例關(guān)系，由此可推算出機體單位時間內(nèi)的VO2，再結(jié)合RQ值即可計算出機體的靜息能量消耗。不同于間接測熱法需要患者達到靜息狀態(tài)，雙標水測定不影響受試者的一切正?；顒?，為人體在不受限情況下的能量消耗，并且和其他測定法對比，測定的精確度和準確度高。但此方法要求較高的分析技術(shù)，且試劑昂貴，多用于科研，并不適用于臨床指導。

誠然，目前測定健康人群的靜息能量已經(jīng)駕輕就熟，通過大樣本統(tǒng)計得出的能量預測公式也越來越多，在臨床中也有一定的應用前景。但是，對于ICU危重癥患者而言，能量測定方法既要簡單實用，又要準確反映實際消耗，才能指導臨床制訂營養(yǎng)方案，為患者取得最佳的預后。

4 結(jié) 語

隨著能量測定技術(shù)的發(fā)展及對臨床營養(yǎng)治療的進一步認識，重癥營養(yǎng)支持治療之路仍充滿挑戰(zhàn)。危重癥患者個體差異大，影響代謝因素繁多，能量需求不盡相同，故臨床醫(yī)師在制訂營養(yǎng)支持方案時，需對患者進行全面的病情評估，并結(jié)合最佳的能量測定法方法，力爭達到最優(yōu)化的營養(yǎng)支持方案，從而改善患者預后。