Nutrition and metabolism in burn patients
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5393025/
オンラインで公開2017年4月17日
Audra Clark,corresponding author Jonathan Imran, Tarik Madni, and Steven E. Wolf
概要
重度の熱傷は代謝異常を引き起こし,熱傷患者にとって栄養補給は特別に重要かつ困難である。熱傷は、持続的かつ長期的な代謝亢進状態と異化作用の亢進を引き起こし、その結果、筋肉の消耗と悪液質が増大する。熱傷患者の代謝率は通常の2倍を超えることもあり、これらのエネルギー要求を満たすことができないと、創傷治癒の障害、臓器の機能不全、感染症への罹患の原因となる。これらの患者のケアには、栄養必要量の適切な評価および提供が不可欠である。熱傷患者に対する栄養支持の最適な時期、経路、量、および組成については意見が一致していないが、ほとんどの臨床医は高炭水化物製剤による早期の経腸栄養を提唱している。
栄養支持は回復期間中、個別にモニタリングし、調整しなければならない。最適な栄養支持ならびに正確な栄養学的エンドポイントおよび目標に関して、さらなる調査が必要である。
キーワード
熱傷、栄養、代謝、重症患者
背景
栄養補給は熱傷患者の治療において重要な側面である。これらの患者の代謝率は通常の2倍以上になることがあり、この反応は受傷後1年以上続くことがある[1, 2]。代謝亢進状態には重度の異化作用が伴い、宿主の免疫機能の低下だけでなく、除脂肪体重の大幅な減少にもつながる [3]。火傷患者が生存するためには、エネルギー消費量の増加に対応するための重要な栄養補給が不可欠である。残念ながら、栄養の複雑な生理学に関する知識は不完全であり、栄養レジメンは各施設で大きく異なる。火傷患者における食事の最適な経路、量、および組成に関しては、まだ多くの疑問がある。この論文では、熱傷後の栄養に関する現状をレビューする。
レビュー
代謝亢進状態
重度の熱傷は、深刻な病態生理学的ストレス反応を引き起こし、損傷後数年間にわたって持続する可能性のある急激な代謝率の上昇を引き起こす。外傷や敗血症でも代謝亢進が起こるが、その程度ははるかに低く、期間もかなり短い(図1)。重度の損傷を受けた直後、患者は代謝が低下し、組織灌流が低下する時期があり、これを「ebb」期と呼ぶ。その後すぐに、「フロー」状態と呼ばれる代謝亢進と循環動態の亢進の段階に入る[4]。この代謝亢進状態は、全身の酸素消費量の増加を反映しており、通常、安静時エネルギー消費量(REE)が正常値よりも10%以上高い場合、患者は代謝亢進状態にあると考えられる[5]。火傷後の急性期において、全身の表面積(TBSA)の40%以上を占める火傷を負った患者は、REEが正常値より40~100%高くなる[6, 7]。抑制されていない代謝亢進は、除脂肪体重の大幅な減少、免疫力の低下、創傷治癒の遅延を引き起こすため、このストレス反応を緩和し、患者の著しく増加した代謝ニーズをサポートすることが重要だ。
図1 重度の熱傷、外傷、敗血症後の代謝亢進反応
文献[5, 6, 123, 124]より引用
熱傷後の代謝亢進は非常に複雑で、まだ完全には解明されていない。この膨大な代謝、ホルモン、炎症の調節障害の根本的なメカニズムは、今でも積極的に研究されている。細胞レベルでは、全身の酸素消費量の増加が、より大きなアデノシン三リン酸(ATP)の回転と熱発生を支えている。ATPを消費する反応は、タンパク質合成のためのATPターンオーバー、肝臓の糖新生のためのATP生産、グルコースと脂肪酸の循環など、火傷による代謝亢進反応の57%を占めると推定されている[8]。ATPターンオーバーだけでは火傷による代謝亢進を完全には説明できないことから、重度の火傷後にはミトコンドリアの酸素消費量がATP産生量を上回ることが示唆される。これは、ミトコンドリア呼吸とADPリン酸化との結合が解除され、熱が発生することによって起こると考えられる[5]。この理論は、ミトコンドリアの膜貫通タンパク質であり、熱産生の主要なメディエーターであるアンカップリング・プロテイン1(UCP1)が、健常者に比べて火傷患者の脂肪組織に非常に多く存在するという最近の知見によって支持されている[9, 10]。
いくつかの研究では、カテコールアミンが代謝亢進の主要な媒介物質であることが示唆されている[11, 12]。異化作用を持つホルモンであるエピネフーリン、コルチゾール、グルカゴンが上昇すると、タンパク質合成と脂肪生成が阻害される[13]。タンパク質の分解は、必要かつ大きなエネルギー源となり、骨格筋悪液質は、タンパク質の合成と分解の不均衡が長く続くことで生じる。骨格筋の動力学的調節障害は重度の熱傷後1年以上続き、除脂肪体重の減少は受傷後3年までの患者で報告されている[14-16]。
数々の合併症を予防するためには、十分かつ迅速な栄養補給が極めて重要であるが、栄養補給は代謝亢進状態と複雑な関係にある。動物モデルでは、通常、損傷後24時間以内と定義される早期の栄養補給が、実際には、熱傷による異化亢進および代謝亢進を緩和することが示されているが、ヒトでのデータはこれを裏付けるものではない[17, 18]。Hartらの研究では、早期に積極的な栄養補給と傷口の切除を行った熱傷児と、この治療が遅れた熱傷児を比較している。著者らは、早期の外科的治療と積極的な経腸栄養補給が熱傷による代謝亢進反応を抑制すると予想していた。驚いたことに、治療が遅れたコホートは、早期治療のグループに比べてエネルギー消費量が有意に低いことがわかった。さらに、栄養摂取が遅れ、外科的切除を行った小児では、治療開始後にエネルギー消費量が有意に増加した。著者らは、火傷による代謝亢進を完全に発現させるためには、切除と積極的な栄養補給が必要であると結論づけた。一方、筋タンパク質の異化作用は、早期に治療を受けた患者で有意に減少した[19]。熱傷患者は、著しい体重減少とそれに伴う合併症につながる異化作用状態にある。全身の質量が10%減少すると、免疫機能の低下、20%で創傷治癒の障害、30%で重度の感染症、40%で死亡につながる [20]。早期の経腸栄養は、筋肉量の維持、ストレスホルモンレベルの調整、腸管粘膜の完全性の改善、創傷治癒の改善、カーリング潰瘍形成のリスクの減少、集中治療室の滞在期間の短縮をもたらし、したがって、代謝亢進状態との関連性にもかかわらず、普遍的に推奨されている [21, 22]。
火傷による代謝亢進を改善するための他の多くの治療法が研究されている。火傷患者は皮膚のバリアーを失っているため、熱的中立性を維持するためにはより多くの熱を作り出す必要があるため、患者の部屋を暖めたり、傷口を塞ぐようなドレッシングを施したりする環境管理は、代謝亢進反応を抑制する。早期に創傷を切除して移植することで、死亡率の改善、滲出タンパク質の減少、熱傷の感染リスクの低下、筋異化作用の低下がもたらされている[19, 23]。これは、インターロイキン(IL)-6,IL-8,C3補体、腫瘍壊死因子(TNF)-αなどの循環炎症性サイトカインのレベルが低下することによると考えられる[24]。
火傷に対する代謝亢進反応を抑えるために、いくつかの実績のある薬理学的方法を用いることができる。通常、プロプラノロールを用いたβ-アドレナリン受容体の遮断は、重度の熱傷患者の心拍数と代謝率を低下させる[25-27]。最近では、燃焼後1年間のプロプラノロール治療が、末梢の除脂肪体重蓄積を改善することが示された[28]。合成アンドロゲンであるオキサンドロロンは、重度の熱傷を負った小児において、代謝亢進を鈍らせ、骨量と密度を改善し、除脂肪体重の積算量を増加させることが示されている[29-32]。遺伝子組換えヒト成長ホルモン(rHGH)は、熱傷後の代謝低下を抑制し、除脂肪体重の増加を改善することがわかっているが、成長ホルモン療法が重症の成人の死亡率を増加させることを示す2つの多施設試験があったため、その使用は制限されている[33-35]。火傷患者におけるrHGHの使用の有効性と安全性に関しては、さらなる研究が必要である。
栄養補給のタイミング
栄養補給までの時間を含む治療までの時間は、重度の熱傷後の患者の転帰にとって重要な因子である。火傷後には、腸粘膜の著しい損傷および細菌の移動が起こり、その結果、栄養の吸収が低下する [36] 。このため、理想的には損傷後24時間以内に経腸的に栄養補給を開始すべきである [2, 19]。動物モデルでは、早期の経腸栄養が重度の熱傷後の代謝亢進反応を有意に抑制することが示されている。望月らは、火傷後2時間から経腸栄養を継続したモルモットは、火傷後3日目に栄養を開始した動物と比較して、火傷後2週間で代謝率が有意に低下したことを実証した[17]。この代謝亢進反応の改善は、ヒトの研究では証明されていないが、早期の経腸栄養(経腸栄養)は、循環カテコールアミン、コルチゾール、グルカゴンを減少させ、腸粘膜の完全性、運動性、血流を維持することが示されている[18, 37-40]。また、ヒトにおける早期の経腸栄養は、筋肉量の維持、創傷治癒の改善、カーリング潰瘍形成のリスク低下、集中治療室での滞在期間の短縮につながることが示されている[21, 22]。非経口および経腸の両方の栄養は、ほとんどの場合、連続的に投与される。非経口栄養(PN)の場合、これは物流上の理由から行われるが、経腸栄養の場合は連続栄養の理由はあまり明確ではない。経腸栄養の開始時には、患者がこのレジメンに耐えられることを確認するために、目標量までゆっくりと滴下しながら、持続的かつ少量の方法で栄養補給を開始する。継続的なスケジュールは、通常、患者の耐性に問題がない場合でも継続される。連続的な経腸栄養は、おそらく非経口的なスケジュールの名残であり、どちらのスケジュールが優れているかを示したデータはないが、データは限られている [41]。正常な生理機能は、通常、昼間の時間帯に断続的な栄養補給を行うことで機能するが、熱傷後に断続的な栄養補給を行うことにメリットがあるかどうかを判断するには、さらなる研究が必要である。
カロリー要件
熱傷患者における栄養支持の第一の目標は、過食を避けながら代謝亢進状態によるカロリー要求量の増加を満たすことである。熱傷患者のカロリー必要量を推定する数多くの公式が長年にわたって開発および使用されてきた [42] 。最も古い例の1つがCurreri式である [43]。これは1972年に提案されたもので、9人の患者を調査し、患者の体重減少を補うために必要となるカロリーを逆算して作成された。Curreri式およびその他多くの古い式は、現在の代謝必要量を過大評価しており、異なる変数を用いたより洗練された式が提案されている(表1)[44]。熱傷患者の必要カロリーを予測するための46種類の計算式を調べたある研究では、24人の患者のエネルギー消費量の測定値とよく相関する計算式はなかった[1]。エネルギー消費量は熱傷後に変動するため、固定された計算式では、エネルギー消費量が最も多い時期には栄養不足になり、治療経過の後半では栄養過多になることが多い。
表1 熱傷患者の必要カロリーの算出に用いられる一般的な計算式
大人の処方 | Kcal /日 | コメント |
ハリスベネディクト | 男性: 66.5 + 13.8(体重(kg))+ 5(身長(cm))− 6.76(年齢) 女性: 655 + 9.6(体重(kg))+ 1.85(身長(cm))− 4.68(年齢) |
基礎エネルギー消費量を推定します。活動とストレス係数の両方で調整できます。一般的な燃焼ストレス調整の場合は1.5を掛けます |
トロントフォーミュラ | −4343 + 10.5(TBSA)+ 0.23(過去24時間のカロリー摂取量)+ 0.84(調整なしのハリスベネディクト推定)+ 114(温度)− 4.5(燃焼後の日数) | 火傷治療の急性期に役立ちます。監視パラメータの変更に合わせて調整する必要があります |
デイビスとリリエダール | 20(kg単位の重量)+ 70(TBSA) | 大怪我のカロリー必要量を過大評価している |
Ireton-Jones | 人工呼吸器を装着した患者: 1784 − 11(年齢)+ 5(体重(kg))+(男性の場合は244)+(外傷の場合は239)+(火傷の場合は804) 非人工呼吸器を装着した患者: 629 − 11(年齢)+ 25(体重(kg))-(肥満の場合は609) |
換気と傷害状態の変数を統合する複雑な式 |
カレリ | 16〜59歳:25(体重(kg))+ 40(TBSA) 年齢> 60:20 (体重(kg))+ 65(TBSA) |
多くの場合、カロリーの必要性を過大評価しています |
小児用処方 | ||
ガルベストン | 0 – 1年: 2100(体表面積)+ 1000(体表面積×TBSA) 1 – 11年: 1800(体表面積)+ 1300(体表面積×TBSA) 12 – 18年: 1500(体表面積)+ 1500(体表面積×TBSA) |
体重の維持に焦点を当てています |
カレリジュニア | <1年:推奨食事摂取基準+ 15(TBSA) 1〜3年:推奨食事摂取基準+ 25(TBSA) 4〜15年:推奨食事摂取基準+ 40(TBSA) |
一般的にカロリーの必要性を過大評価している |
TBSA 全身の表面積
間接熱量測定法(IC)は、エネルギー消費量を測定するための現在のゴールドスタンダードであるが、日常的に行うのは現実的ではない。IC装置は、ぴったりとしたフェイスマスクや人工呼吸器を介して、呼気ガスの量、酸素と二酸化炭素の吸気・呼気濃度を測定し、酸素消費量(VO2)と二酸化炭素生成量(VCO2)つまり代謝量を算出することができる [45]。また,ICでは,酸素消費量に対する二酸化炭素生成量の比(VCO2/VO2)である呼吸商(RQ)を計算することで,栄養不足や栄養過多を検出することができる [42].この比率は,体の特定の基質の代謝に影響される.ストレスのない飢餓状態では、主なエネルギー源として脂肪が利用され、RQは0.7未満となる。通常の混合基質の代謝では、RQは約0.75〜0.90になる。過剰摂取の場合は、糖質から脂肪が合成され、RQが1.0を超えるのが典型的である。このことは、過栄養の合併症として恐れられている、人工呼吸器からの離脱が困難になることを説明している[46]。この懸念にもかかわらず、ある研究では、小児の熱傷患者のグループに高炭水化物食を与えたところ、筋肉の消耗が減少し、RQが1.05を超えたり、呼吸器系の合併症が生じたりすることはなかった[47]。
基質
代謝プロセスでは、生物学的プロセスに必要な多くの生成物の生成と分解が行われる。三大栄養素である炭水化物,タンパク質,脂質の代謝は,それぞれ異なる経路でエネルギーを供給する(図2)。
図2 タンパク質、糖質、脂質の代謝
炭水化物
炭水化物は、高炭水化物食が創傷治癒を促進し、タンパク質を節約する効果があるため、熱傷患者にとって好ましいエネルギー源である。14人の重度の火傷を負った子供を対象とした無作為化研究では、高炭水化物食を摂取した子供は(高脂肪食と比較して)筋タンパク質の分解が有意に少ないことがわかった[48]。このことから、炭水化物は火傷患者の食事の中で非常に重要な役割を果たしている。しかし、重度の火傷患者がグルコースを酸化させて利用できる速度には上限がある(7g/kg/日) [49, 50]。この速度は、除脂肪体重の減少を防ぐために必要なカロリー量よりも低い可能性があるため、重度の熱傷患者は、安全に投与できる量よりも多くのグルコースを必要とする可能性がある。ブドウ糖が利用可能な量を超えて投与されると、高血糖、ブドウ糖の脂肪への変換、ブドウ糖尿、脱水、呼吸器系の問題を引き起こす [51]。
ストレスや急性傷害のホルモン環境は、ある程度のインスリン抵抗性を引き起こすため、多くの患者は満足のいく血糖値を維持するためにインスリンを補充することが有効である。インスリン療法はまた、筋タンパク質の合成と創傷治癒を促進する [52]。研究によると、高炭水化物、高タンパク質の食事とともにインスリンの注入を受けた重度熱傷患者は、ドナー部位の治癒、除脂肪体重、骨密度が改善し、入院期間が短縮された[53, 54]。低血糖症はインスリン療法の重大な副作用であり、この合併症を避けるために患者を注意深くモニターする必要がある。
脂肪
脂肪は必須脂肪酸の欠乏を防ぐために必要な栄養素であるが、限られた量しか摂取しないことが推奨されている[13]。火傷後は脂肪分解が抑制され、エネルギーとしての脂質の利用率が低下する。脂肪のβ酸化が亢進すると、代謝亢進状態の間に燃料が供給されるが、遊離脂肪酸のうち30%しか分解されず、残りは再エステル化を経て肝臓に蓄積される。さらに、複数の研究により、脂肪摂取量の増加が免疫機能に悪影響を及ぼすことが示唆されている [55, 56]。このような影響を考慮して、多くの権威者は、熱傷患者に対して、総カロリーの15%以下が脂質に由来する超低脂肪食(総カロリーの15%以下)を推奨している。この目的のために、複数の低脂肪経腸栄養剤が開発されており、短期(10日未満)の非経口栄養を受けている患者の場合、多くの臨床医は脂質乳剤を使用しない。
脂質の量に加えて、投与される脂質の組成を考慮しなければならない。最も一般的に使用されている処方には、リノール酸などのオメガ6脂肪酸が含まれており、これらの脂肪酸は、炎症性サイトカイン(プロスタグランジンE2など)の前駆体であるアラキドン酸の合成を介して処理される。ω-3脂肪酸を多く含む脂質は、炎症性分子を促進することなく代謝され、免疫反応の増強、高血糖の抑制、転帰の改善につながると言われている[57, 58]。このことから、オメガ3脂肪酸は、”免疫強化食 “の主要成分となっている。ほとんどの経腸栄養剤は、オメガ6:3の比率が2.5:1〜6:1であるのに対し、免疫強化食はオメガ6:3の比率が1:1に近い。熱傷患者の栄養サポートにおける脂肪の理想的な組成および量については、依然として論争の的となっており、さらなる調査が必要である。
タンパク質
タンパク質分解は重度の熱傷後に大幅に増加し、骨格筋で1日1.5kgを超えることがある [59] 。継続的な需要を満たし、創傷治癒や免疫機能に必要な基質を供給し、除脂肪体重の減少を最小限に抑えるためには、タンパク質の補給が必要である。カロリーが制限されている場合、タンパク質はエネルギー源として使用されるが、その逆はない。カロリーを過剰に与えても、タンパク質の合成量や保持量の増加にはつながらず、むしろ過食になってしまう。
通常以上の量のタンパク質を供給しても、内因性タンパク質貯蔵庫の異化を減らすことはできないが、タンパク質合成を促進し、負の窒素バランスを減らすことができる [60]。現在、タンパク質の必要量は、火傷を負った成人で1.5~2.0g/kg/日、火傷を負った子供で2.5~4.0g/kg/日と推定されている。タンパク質以外のカロリーと窒素の比率は、小さい火傷では150:1,大きい火傷では100:1を維持する必要がある[61]。このような高率の補充を行っても、ほとんどの熱傷患者は、熱傷に対するホルモン反応や炎症促進反応のために、筋タンパク質がある程度失われる。
いくつかのアミノ酸は、火傷後の回復に重要であり、独自の役割を果たしている。グルタミン、アラニン、アルギニンの骨格筋や臓器からの排出量は、熱傷後に増加する。これらのアミノ酸は輸送に重要で、肝臓や傷の治癒にエネルギーを供給するのに役立つ[62]。グルタミンは、リンパ球や腸細胞に直接燃料を供給し、小腸の完全性を維持し、腸に関連する免疫機能を維持するのに不可欠である[63, 64]。また、グルタミンは、熱ショックタンパク質の産生を増加させ、重要な抗酸化物質であるグルタチオンの前駆体であるため、ストレス後の細胞をある程度保護することができる[64-66]。グルタミンは熱傷後に筋肉や血清から急速に排出されるが、25g/kg/日のグルタミンを投与することで、熱傷患者の死亡率と入院期間が減少することがわかっている[67, 68]。アルギニンは、Tリンパ球を刺激し、ナチュラルキラー細胞の性能を増強し、一酸化窒素の合成を促進して感染症に対する抵抗力を向上させるため、もう一つの重要なアミノ酸である[69, 70]。火傷患者にアルギニンを補給すると、創傷治癒や免疫反応の改善につながる[70-72]。火傷患者における有望な結果にもかかわらず、重症の非火傷患者のデータは、アルギニンが潜在的に有害である可能性を示唆している[73]。現在のデータでは、アルギニンの使用を決定的に推奨するには不十分であり、さらなる研究が必要である。
ビタミンおよび微量元素
数多くの「微量栄養素」(ビタミンおよび微量元素)の代謝は、免疫および創傷治癒に重要であるため、熱傷後に有益である。重度の熱傷は強い酸化ストレスを引き起こし、これが大きな炎症反応と相まって、微量栄養素に大きく依存している内因性の抗酸化防御力を低下させる[74, 75]。ビタミンA、C、D、Fe、Cu、Se、Znの減少は、創傷治癒や骨格・免疫機能に悪影響を及ぼすことがわかっている[76-78]。ビタミンAは上皮の成長を促進することで創傷治癒の時間を短縮し、ビタミンCはコラーゲンの生成と架橋を助ける [79]。ビタミンDは骨密度に寄与し、熱傷後には不足するが、その正確な役割と重度熱傷後の最適な投与量はまだ不明である。小児の熱傷患者は、いくつかの理由により、カルシウムとビタミンDのホメオスタシスが著しく損なわれる可能性がある。重度の熱傷を負った小児では、骨吸収の亢進、骨芽細胞のアポトーシス、尿中のカルシウム排泄が見られる。さらに、火傷を負った皮膚では、通常の量のビタミンD3を製造することができないため、カルシウムとビタミンDのレベルがさらに低下する。小児の熱傷患者を対象とした研究では、400IUのビタミンD2を含むマルチビタミンを補充しても、ビタミンDの不足は改善されなかった [80-82]。カルシウムとビタミンDの欠乏に対処するための治療法については、さらなる調査が必要である。微量元素のFe、Cu、Se、およびZnは、細胞性および体液性免疫に重要であるが、滲出性熱傷の創傷損失に伴って大量に失われる[77]。Znは、創傷治癒、リンパ球機能、DNA複製、およびタンパク質合成に不可欠である[83]。Feは酸素運搬タンパク質の補酵素として働き、Seは細胞介在性免疫を高める[75, 84]。銅は、創傷治癒とコラーゲン合成に不可欠であり、銅の欠乏は、不整脈、免疫力の低下、火傷後の転帰の悪化に関与しているとされる [85] 。これらの微量栄養素を補充することで、重度の熱傷患者の病状が改善されることが示されている(表2)[2, 75, 86, 87]。
表2 ビタミンおよび微量元素の必要量 [125]
年齢、年 | ビタミンA、IU | ビタミンD、IU | ビタミンE、IU | ビタミンC、IU | ビタミンK、mcg | 葉酸、mcg | Cu、mg | 鉄、mg | Se、mcg | 亜鉛、mg | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0〜13 | |||||||||||
未燃 | 1300〜2000 | 600 | 6–16 | 15〜50 | 2〜60 | 65〜300 | 0.2〜0.7 | 0.3–8 | 15〜40 | 2–8 | |
やけど | 2500〜5000 | 250〜500 | 1000 a | 0.8〜2.8 | 60〜140 | 12.5〜25 | |||||
≥13 | |||||||||||
未燃 | 200〜3000 | 600 | 23 | 75〜90 | 75〜120 | 300〜400 | 0.9 | 8〜18 | 40〜60 | 8〜11 | |
やけど | 10,000 | 1000 | 1000 a | 4 | 300〜500 | 25〜40 |
a週3回の投与
栄養の経路:非経口投与と経腸投与
非経口栄養は、1960年代から 1970年代にかけて、熱傷患者に日常的に使用されていたが、現在では経腸栄養にほぼ完全に取って代わられている[88]。研究によると、非経口栄養は単独でも経腸栄養と併用しても、過食、肝機能障害、免疫反応の低下、および死亡率の3倍増加と関連している [89, 90]。非経口栄養はまた、TNFなどの炎症性メディエーターの分泌を増加させ、肝臓の脂肪浸潤を悪化させる可能性もあるようだ [91, 92]。これらの問題に加えて、非経口栄養はカテーテルの機械的および感染性合併症が多く、非経口栄養溶液は経腸栄養処方よりもかなり高価である。
経腸栄養は、安全で費用対効果の高い栄養経路であることに加えて、多くの利点があることがわかっている。腸の内腔に栄養素が存在することで、腸細胞の機能が促進され、粘膜の構造と機能が維持され、血液供給が刺激され、細菌の移動が減少し、腸関連の免疫機能が改善される [36, 39]。経腸栄養は、栄養分を「ファーストパス」で肝臓に運ぶため、高血糖と高浸透圧を減少させる [17]。これらの理由から、重度の火傷を負った患者には経腸栄養を投与することが望ましい。経腸栄養は、胃または幽門側からの栄養補給として投与することができ、どちらも広く使用されている。胃ろうは、チューブの直径が大きく、目詰まりが少なく、ボーラス栄養が可能という利点があるが、日焼け後の状態では胃がイレウスを起こすことが多い。小さい幽門後チューブは、目詰まりや位置異常を起こしやすいが、しばしばより快適であり、幽門後栄養は外科手術中でも安全に継続でき、誤嚥のリスクを高めることなくカロリー目標を維持できる [93]。主に消化管を介して栄養支持を行うことが強く望まれているにもかかわらず、経腸栄養が禁忌である熱傷患者に非経口栄養を使用することができる。アミノ酸などの特定の食物成分のみを非経口的に補給することが有益であるかどうかについては、さらなる研究が必要である。非経口栄養と経腸栄養は通常、連続して投与される。
処方
火傷患者用の初期の処方は、牛乳と卵で構成されており、これらの単純な混合物は十分な栄養を提供することに比較的成功していたが、脂肪分が非常に高かった。それ以来、炭水化物、タンパク質、脂肪、微量栄養素の量が異なる数多くの市販の経腸栄養剤が開発された(表3)。熱傷患者にとってはブドウ糖が好ましいエネルギー源であり、したがって、高炭水化物食を投与すべきである[47, 94]。非経口処方は、通常、25%のブドウ糖、5%の結晶性アミノ酸、および維持電解質からなる。これに、必須脂肪酸の必要量を満たすために、週に3回、250mLの20%脂質エマルジョンを注入することが多い [95, 96]。
表3 成人用経腸栄養剤の代表的な処方 [126]
式 | Kcal / mL | 炭水化物、g / L(%カロリー) | タンパク質、g / L(%カロリー) | 脂肪、g / L(%カロリー) | コメント |
---|---|---|---|---|---|
影響 | 1.0 | 130(53) | 56(22) | 28(25) | アルギニン、グルタミン繊維を含むIED |
重要 | 1.5 | 89(36) | 63(25) | 45(39) | アルギニンを含むIED、高張 |
オスモライト | 1.06 | 144(54) | 44(17) | 35(29) | 安価で等張 |
グルセルナ | 1.0 | 96(34) | 42(17) | 54(49) | 低炭水化物、糖尿病患者向け |
ネプロ | 1.8 | 167(34) | 81(18) | 96(48) | 腎不全の患者のための集中 |
IED 免疫強化食
免疫強化食(免疫栄養)は、免疫機能や創傷治癒を改善するために微量栄養素を強化した栄養処方である。これらの処方は、Gottschlichらが、オメガ3脂肪酸、アルギニン、ヒスチジン、ビタミンAおよびCを含む経管栄養処方を与えられた重度の火傷を負った子供たちが、市販の処方を与えられた子供たちと比較して、創傷感染が有意に少なく、入院期間が短く、生存率が向上する傾向にあることを発見した後、注目を集めた[97]。この結果を受けて,同様の免疫強化食が商業的に生産されるようになった。その後のこれらの粉ミルクの研究では、好中球の動員、呼吸ガス交換、心肺機能、機械的換気日数、および一部の非燃焼集団における入院期間の改善につながることが示された [98, 99]。しかし、敗血症や肺炎の患者を対象とした研究では、免疫強化食が有害な影響を及ぼす可能性が示唆されている[73, 98]。火傷患者における免疫強化食に関する研究はほとんどない。Saffleらによる小規模な研究では、免疫強化食であるImpact(Nestle HealthCare, Florham Park, NJ)と高タンパクストレスフォーミュラであるReplete(Nestle HealthCare)との間で、主要な転帰変数に差がないことが明らかにされている[100]。火傷患者には大量の食事が与えられるため、従来の食事を使用しても、ほとんどの免疫強化栄養素を十分に摂取できるのではないかという説が唱えられている。火傷患者には、多数の公式と栄養必要量を計算する多数の方法がうまく利用されており、このことは、完璧な公式や計算はないが、ほとんどが栄養学的合併症を防ぐのに十分であることを示唆している。
熱傷患者の栄養および代謝の研究は、熱傷の病態生理および熱傷治療中の治療法がともに非常に複雑であるため、厳密かつ正確な方法で行うことは困難である。異なる組成の栄養サポートの効果は、治療方法の違いや、治療経過の異なる段階での個々の熱傷患者の複雑な病態生理によって容易に混同される。1つの火傷病棟で十分な数の患者からデータを収集するには非常に長い時間がかかり、他の治療法の進歩や変化に伴って交絡因子が生じる可能性がある。また、多施設での試験は困難であり、施設間の治療プロトコルの違いが、栄養サポートの違いによる効果を覆い隠してしまう可能性がある。さまざまな栄養レジメンに関する広範な臨床試験が現在も実施されており、熱傷患者に最適な栄養に関する説得力のあるコンセンサスには達していない。現在進行中のエビデンスに基づく臨床試験と並行して、これらの栄養素の潜在的な効果を評価するための生理的/生化学的マーカーを開発または使用する必要がある。
肥満
肥満の割合は、米国および世界で過去30年間に急速に増加している[101]。米国の人口の約3分の2は体重過多であり、3分の1はBMIの肥満の基準を満たしている[102]。一般人口では、肥満は、糖尿病、心血管疾患、関節炎、罹患率などの複数の健康問題と明らかに関連している[103]。不思議なことに、外科および内科の集中治療室に入院している過体重および中程度の肥満の患者は、感染症の発生率が高く、入院期間が長いにもかかわらず、正常体重の特許と比較して死亡率が低いことがわかっている[104, 105]。火傷患者のデータはより限られている。National Burn Repositoryの研究では、肥満と記載された患者の死亡率が高いことが判明したが、データベースのデータフィールドが非標準であり、「肥満」という用語が明確に定義されていなかったため、この研究は限定的であった[106]。小児を対象とした2つの小規模な研究では、肥満の火傷を負った小児では入院期間が長くなり、人工呼吸支援の必要性が高まることが示された [107, 108]。
肥満は生理学的に重要な影響を及ぼし、脂肪は代謝調節において積極的な役割を果たしている。肥満は、IL-6,TNF-α、C反応性タンパクなどの炎症性サイトカインの分泌増加と関連しており、肥満は慢性炎症の状態であると考えられている [109, 110]。焼却後、肥満患者は、炎症の増幅、代謝亢進、より活発で重度の筋肉の衰え、重度のインスリン抵抗性などの反応を示す可能性がある[111]。肥満の患者は、非肥満の患者と比較してビタミンD3の生物学的利用能が低下しており、この集団における火傷後のビタミンDおよびカルシウムの欠乏を悪化させる可能性がある[80]。
また、肥満患者は栄養不良の可能性があり、予測式に実際の体重を使用するとエネルギー必要量が過大評価され、理想体重では必要量が過小評価されるため、肥満は初期の栄養評価を困難にする。肥満患者に特化した計算式がいくつか作られているが、検証されていない。一部の臨床医は、体重減少および血糖コントロールを促進しながら除脂肪体重を維持することを目的とした、低カロリー・高タンパク食からなる低カロリー栄養法の使用を支持している [112]。非熱傷患者を対象とした少数の小規模試験では、低カロリー食を摂取した患者は、死亡率、人工呼吸器への依存度、および入院期間が減少することが明らかになった [113, 114]。データは依然として非熱傷患者では非常に限られており、熱傷患者では存在しないため、この方法を推奨するにはさらに多くの研究を行う必要がある。
栄養支持のモニタリング
治療の真のエンドポイントは全体的なものであり、1つの変数では測定できないため、熱傷患者の栄養支持の成功を客観的に評価することは困難である。治療の全体的な目標は、正常な身体組成および代謝平衡を回復することであり、一般的に測定される変数には、体重、窒素バランス、除脂肪体重の画像、および血清タンパク質の測定がある。また、運動耐容能などの機能的な指標も提案されている。
体重は、入手が容易で、一般の人々には有用であるため、栄養状態の指標として魅力的であるが、熱傷患者では非常に誤解を招く可能性がある。重度の熱傷後の初期の水分蘇生では、日常的に10~20kg以上の体重が追加され、これが最終的に利尿につながるが、その時間経過は予測できない[115]。感染症、人工呼吸器のサポート、および低タンパク血症ではさらに体液のシフトが起こるため、この集団では体重は栄養状態の非常に信頼性の低い尺度となる。患者は熱傷後数週間にわたって全身の水分量が増加することがあり、これは確実に生じている除脂肪体重の減少を覆い隠してしまう可能性がある [116] 。重度の熱傷を負った小児の研究では、体重を維持するためにカロリー摂取量を増やすと、除脂肪体重が改善される代わりに脂肪量が増加することがわかった [48]。長期的な傾向は貴重であり、特にリハビリテーション期には体重をモニターすべきである。
適切なタンパク質の摂取は、熱傷後の栄養サポートにおいて非常に重要な部分である。窒素は、アミノ酸の基本的な構成要素であり、そのため、窒素の入力および損失の測定は、タンパク質代謝の研究に使用することができる。窒素バランスがプラスになるのは、成長期には全身のタンパク質量が増えることを意味し、一方、窒素バランスがマイナスになるのは、火傷、外傷、絶食期間などに起こる。測定には、尿素窒素(UUN)を測定するための正確な採尿と、食事による窒素摂取量の記録が必要である[117]。熱傷患者の窒素バランスは、以下の式で近似することができる。
窒素収支=24時間の窒素摂取量-[1.25×(UUN+4)]。
計算の誤差は、2つの定数に起因する。全尿中窒素を概算するために、UUNに4g/dLを加えるが、熱傷患者では全尿中窒素がこの値を超えることがあり、窒素損失の過小評価につながる[118, 119]。熱傷の傷口からのタンパク質を多く含む滲出液の大幅な損失を考慮して、推定総尿中窒素に1.25を乗じているが、これも同様に窒素損失を過小評価する可能性がある。
アルブミンやプレアルブミンなどの血清タンパク質の測定は、栄養状態の評価に利用できるが、限界もある。熱傷後の代謝経路は、これらのタンパク質の維持からシフトし、血清アルブミンレベルは、栄養状態が良好であっても、急性および慢性的に低下するため、マーカーとしては不十分である[120]。プレアルブミンは、半減期が2日と短く、理論的には栄養状態の変化に反応しやすいとされている。実際には、プレアルブミンのレベルは火傷後すぐに低下し、回復が遅いため、進行中の栄養状態とはあまり相関しない可能性がある[121]。タンパク質マーカーは、体重と同様に、患者の臨床状態との関連性や全体的な傾向を考慮して解釈する必要がある。
現在、いくつかの画像技術が栄養モニタリングに利用できるようになっているが、入手のしやすさとコストの問題から、一般的には研究目的でのみ使用されている。生体インピーダンス分析は、電流の通過に対する身体の抵抗を測定することにより、全身の水分と無脂肪細胞量を算出する方法であるが、火傷後の体液の変化がこの測定にどのように影響するかは不明である。また、骨密度と除脂肪体重を測定できるDEXA(Dual X-ray Absorptiometry)スキャンという画像診断もある。
Gravesらは 2007年に65の熱傷センターを対象に栄養モニタリングの実施状況を調査し、最もよく使用されたパラメータは、プレアルブミン(センターの86%)体重(75%)カロリーカウント(69%)血清アルブミン(45.8%)窒素バランス(54%)トランスフェリン(16%)であった [122] 。火傷患者の栄養モニタリングに普遍的な信頼性または適用性のある個々の方法はなく、全体的な臨床像を評価に組み込む必要がある。
過剰栄養
熱傷患者の栄養必要量の推定は非常に困難であり、負傷後早期の段階で積極的に栄養補給を行うと、代謝率が低下し、腸管吸収が改善されるため、不注意による過食につながる可能性がある。過剰栄養は、人工呼吸器からの離脱の困難さ、脂肪肝、アゾ血症、高血糖など、多くの合併症を引き起こす。炭水化物の過剰摂取は、脂肪合成、二酸化炭素の増加、RQの上昇を招き、呼吸状態を悪化させ、人工呼吸器からの離脱を困難にする[44]。火傷後は、代謝亢進反応により、利用可能なすべての基質が動員され、このような末梢の脂肪分解の著しい増加は、脂肪肝の発症につながる。非経口または経腸投与による過栄養は、肝実質への脂肪の沈着を悪化させる可能性があり、脂肪肝は免疫機能障害および死亡率の増加と関連している [92]。熱傷患者には大量のタンパク質が投与されるため、貧血が起こる可能性がある。熱傷後の大量の体液移動が腎前性腎障害を引き起こす可能性があり、血中尿素窒素の増加がすでに腎臓にかかっているストレスを悪化させる可能性があるため、これは重要である。水分補給に反応しない高血圧症の患者は、栄養中のタンパク質の量を減らす必要があり、腎不全の徴候がないか注意深くモニターする必要がある。腎不全の患者では栄養補給を継続すべきであるが、代謝異常が一般的であり、対処しなければならないため、血液化学検査を定期的にチェックすべきである。
栄養必要量の予測式をガイドラインとして使用し、患者のエネルギー必要量を定期的に再評価すべきである。急性期の代謝亢進が緩和されると、より標準的な式および損傷/活動因子を使用して、過栄養を避けることができる。栄養必要量を推定する際には、開放創の量や理学療法/作業療法の活動の変化などの因子を考慮すべきである。
退院後の栄養
患者が退院後も適切な栄養を摂取することが重要であるが、急性火傷後の最適な食事に関するデータは事実上存在しない。代謝亢進状態は熱傷後1年以上持続するため、通常、退院後約1年間は高タンパク成分を含むカロリー摂取量の増加が推奨される。また、筋肉量の継続的な減少に対処するため、レジスタンス運動も推奨される。患者は定期的に体重を測定し、医師や栄養士の指示通りの体重を維持していることを確認する必要がある。オキサンドロロンはしばしば外来患者で継続されるが、最適な治療期間に関するデータはなく、さらなる研究が必要である。栄養評価は、熱傷患者の外来フォローアップの一貫した要素であるべきである。
結論
栄養支持の提供は熱傷治療の重要な要素であり、主な目標は単に栄養学的合併症を避けることである。効果的な評価および管理により、創傷治癒を最適化し、合併症および死亡率を低下させることができる。高炭水化物製剤を用いた経腸栄養は有益であるが、栄養支持は回復するまで個別にモニタリングし、調整する必要がある。最適な栄養レジメンを決定する前に、正確な栄養学的エンドポイントおよび目標を設定し、検証する必要がある。熱傷患者の理想的な栄養支持を確認するためには、熱傷後の代謝変化の基礎科学的分析を無作為化プロスペクティブ臨床試験と組み合わせる必要がある。