ERNÄHRUNG Ernährung bei akutem Nierenversagen. Innsbruck, 31. Mai bis 2. Juni Wilfred Druml

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1 ERNÄHRUNG 2007 Innsbruck, 31. Mai bis 2. Juni 2006 Ernährung bei akutem Nierenversagen Wilfred Druml Klinik für Innere Med. III Abteilung für Nephrologie Med. Universität Wien Wien, Österreich

2 Effect of ARF Requiring Renal Replacement Therapy on Outcome in Critically Ill Patients Metnitz PGH et al. Crit Care Med 2002; 30 : * RRT Controls * RRT Controls * Hospital Mortality, % Hospital Mortality, % ** a 0 2b < 40a a > 60a Age Groups, years Hospital mortailty rates (O/E ratios) in RRT and matched control patients

3 Systemische Folgen des ANV kardiovaskulär: Hyperzirkulation, Kardiomyopathie, Perikariditis pulmonal : Lungenödem, Alveolitis, Pneumonie, Blutung gastrointestinal : Erosionen, Ulzerationen, Blutungen, Pankreatitis, Colitis neuomusculär : Neuropathie, Myopathie, Enzephalopathie immunologisch : Störung der hum. und zell. Immunität hämatologisch : Anämie, Thrombocytopenie, hämorrhagische Diathese metabolisch: Proteinkatabolism, Insulin-Resistenz, etc., etc. Hypertriglyceridämie

4 The Mystery and Magic of ARF Das ANV ist ein klinisches Syndrom, dass alle Organsysteme und physiologischen Funktionen beeinflußt... Im ANV werden die Nieren vom Opfer zum Täter... ARF is not a cute renal failure but a dangerous condition Patienten versterben nicht (nur) im sondern auch am ANV

5 ANV : Systemische Folgen Beteiligte Faktoren (zusammenhängend) ngend) Metabolische Faktoren (Hyperglykämie etc.) Beeinträchtigung des Sauerstoff-Radikal- Fänger Systems Beeinträchtigung der Immunkompetenz Induktion eines proinflammatorischen Zustandes Beachte : Einige dieser Faktoren können durch Ernährung bzw. metabolische Interventionen beeinflußt werden!

6 Ernährung bei Akutem Nierenversagen Metabolische Störungen bei Patienten mit ANV renale Dysfunktion ( akut-urämischer Zustand ) SIRS / Akut-Phasen-Reaktion - die Akuterkrankung Grundkrankheit (Art, Schweregrad, Dauer) plus allgemeine Effekte extrakorporaler Verfahren (Bioinkompatibilität etc.) spezielle Effekte von CRRT (Nährstoffverlust etc.) WD 2002

7 Metabolische Störungen beim ANV Metabolische Effekte der CRRT Ausgleich des urämischen Zustandes ( Nierenersatz( Nierenersatz ) plus Hitzverlust Verlust von Nährstoffen N (Aminosäuren, wasserlösl sl.. Vitamine etc.) Exzessive Zufuhr von Substraten (Laktat,, Glucose, Zitrat) Elimination von kurzkettigen Proteinen (Hormonen, Mediatoren?) Induktion / Aktivierung von Mediator-Kaskaden / Stimulation des Proteinkatabolismus?

8 Energy Metabolism in Acute Renal Failure Schneeweiss B et al. and Chronic Renal Failure Am J Clin Nutr 1990; 52: Resting energy expenditure in healthy controls (N), patients with ARF and sepsis (ARFS), ARF without sepsis (ARNS), chronic renal failure (CRF), advanced uremia (UA) and on regular hemodialysis therapy (HD)

9 Energy Ependiture in Postoperative Multiple Organ Failure with Acute Renal Failure Soop M et al. Clin Nephrol 1989; 31: Energy expenditure in patients with (h)) and without ( )) ARF Data are expressed as the average percentage above predicted BMR. P < 0.02

10 A New Model for Studying Nutrition in Peritonitis The Adverse Effect of Overfeeding Wesley Alexander J et al. Ann Surg 1989; 209: Mortality in infected animals related to the amounts of food intake. It is apparent that overfeeding increased mortality.

11 Hepatic Uptake and Release of Glucose, Lactate, and Amino Acids in Acutely Uremic Dogs Cianciaruso B. et al. Metabolism 1991; 40: Peripheral uptake of glucose after 30, 60, and 90 minutes of glucose and insulin infusion in acutely uremic dogs (filled bars) and on sshamoperated control dogs. p < 0.01.

12 Hepatic Uptake and Release of Glucose, Lactate, and Amino Acids in Acutely Uremic Dogs Cianciaruso B et al. Metabolism 1991; 40: Net hepatic uptake or release of glucose during baseline and a 90-minute infusion of glucose and insulin in acutely uremic dogs and sham-operated control dogs (o). * p < 0.05, ** p < 0.01, ** p < 0.001

13 Intensive Insulin Therapy in Critically Ill Patients Van den Berghe G. et al N Engl J Med 2001; 345: Kaplan-Meier Curves Showing Cumulative Survival of Patients Who Received Intensive Insulin Treatment or Conventional Treatment (discharged alive from ICU - Panel A, from the hospital - Panel B)

14 Intensive Insulin Therapy in Critically Ill Patients Van den Berghe G. et al N Engl J Med 2001; 345: Variable Conventional Intensive p - Value (N = 783) (N = 765) > 14 d intensive care % > 14 d ventilation % ARF/ HD - CRRT % Hyperbilirubinemia % CI-polyneuropathy % No. of transfusions/pat Cummulative TISS Death/ MODS+ Sepsis Mortality %

15 Effects of different energy intakes on nitrogen balance in patients with acute renal failure Fiaccadori Enrico et al. Nephrol Dial Tranplant 2005; 20: Differences between the higher calorie-tpn (40 kcal/kg/d) and lower calorie-tpn regimens (30 kg/kg/d) during 3 days in terms of nitrogen balance, protein catabolic rate and urea generation rate, of triglycerides, glucose and daily insulin use.

16 FETT in der ERNÄHRUNG Funktionen ENERGIE - Substrat Energiespeicher Energieträger ger kcal 9 kcal/g STRUKTUR - Substrat Komponente biolog.. Membranen FUNKTIONS - Substrat essentielle Fettsäuren Vorstufen von Lipid-Mediatoren Mediatoren, Vorstufen von Resolvinen Vorstufen von Hormonen Träger von Vitaminen

17 Fat Elimination in Acute Renal Failure : long-chain vs medium-chain triglycerides Druml W et al. Am J Clin Nutr 1992; 55: Increase in plasma triglycerides above basal concentrations

18 Lipid Metabolism in Acute Renal Failure Druml W et al. Kidney Int 1983; 24 (Suppl.16): S-139S Total post-heparin lipolytic activity (PHLA), hepatic triglyceride lipase (HTGL), and lipoprotein lipase activity (LPL) in ARF

19 Lipid Utilization in Acute Renal Failure Plasma triglycerides during infusion of 1 g/kg.b.w./day of a lipid emulsion in patients with acute renal failure

20 Effect of acute uremia on protein degradation and amino acid release in the rat hemicorpus Salusky IB et al. Kidney Int 1983; 24 (Suppl.16): S-43S Protein sythesis and degradation rates in acutely uremic rats

21 Catabolism in critical illness: estimation from urea nitrogen appearance and creatinine production during CRRT Leblanc M et al. Am J Kidney Dis 1998; 32: Distribution of npcr in grams per kilogram per day in the 38 patients

22 Amino Acid Loss and Plasma Concentrations During Continuous Hemodiafiltration Frankenfield DC et al. JPEN 1993; 17: Mean losses of individual amino acids in CHD effluent as a function of mean plasma concentrations of each amino acid.

23 Continuos versus Intermittent Treatment: Clinical Results in Acute Renal Failure Kierdorf H Contrib Nephrol 1991; 93:

24 Nutrition in Critically Ill Patients with Acute Renal Failure Protein / Amino Acid - Requirements Author Year Modality PCR recomm. intake Kierdorf 1991 CVVH 1.5 g/kg b.w./day Chima 1993 CAVH g/kg b.w./day Ikizler 1995 interm.hd > 1.5 (?)g/kg b.w./day Macias 1996 CVVH > 1.5 g/kg b.w./day Leblanc 1998 CRRT ?

25 Prospective randomized trial to assess caloric and protein needs of critically Ill, anuric, ventilated patients requiring CRRT Scheinkestel CD et al. Nutrition 2003; 19: 909 Nitrogen balance was positively related to protein intake (P = ) and was more likely to become positive with protein intakes larger than 2 g kg 1 d 1 (P = )

26 Phenylalanine and Tyrosine Metabolism in Renal Failure Plasma concentrations of tyrosine after infusion of a phenylalanine containing amino acid solution

27 Comparison of a conventionally composed uro solution with an adapted nephro amino acid solution Amino Acid conventional* adapted** Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Threonine Tryptophan Valine Histidine Arginine Tyrosine (as dipeptide) Cysteine Glycine (i.p. as dipeptide) Serine Proline Calculated as g/l, "conventional" corrected for 100 g/l * "uro"- Solution according to "safe intake, ** Nephrotect (Fresenius)

28 Influence of a Novel Amino Acid Solution (enriched( with the dipetide Glycyl-Tyrosine Tyrosine) ) on Plasma Amino Acid Concentration of Patients with ARF Smolle KH et al. Clin Nutr 1997; 16: Changes of the serine/ glycine, phenylalanine/ tyrosine and essential/ non-essential amino acid ratios in plasma

29 Survival of renal failure patients APACHE II score > 10 and renal organ failure at some point in ICU I stay Survival Parenteral Feeding Study Glutamine PN 14 survivors 23 ARF (p=0.02) Days from start feeding Control PN 4 survivors 24 ARF Griffiths, Jones, Palmer. Nutrition 1997; 13:

30 An oral glutamine load enhances renal acid secretion and function Welbourne Tomas et al. Am J clin Nutr 1998; 67: Glomerular Filtration Rate (ml/min) Controls Glutamine Impact of oral glutamine (2g) on renal function

31 High-dose amino acid infusion preserves diuresis and improves nitrogen balance in non-oliguric acute renal failure Singer Pierre Wien klin Wochenschr 2007; 119: Daily variations of creatinine clearance and nitrogen balance in the groups with low (75 g/day) (N = 6) and high (150 g/day) (N = 8) amino acid intake

32 Serum concentrations and clearances of folic acid during venovenous CRRT (nmol/l) Serum Folic Acid Days on CRRT from Fortin M-C et al. Intensive Care Med 1999; 25:

33 Convective and diffusive losses of vitamin C during hemodiafiltration session: a contributive factor to oxidative stress in hemodialysis patients Morena M. et al. Nephrol Dial Transplant 2002; 17: Dialytic losses of vitamin C (n=19). Blood samples were collected before and after HDF session

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35 Fat Soluble Vitamins in ARF Druml W et al. Min Electrolyte Metab 1998; 24:

36 Impact of ARF on Antioxidant Status in Multiple Organ Failure 1 intraerythrocyt. Selenium Selenium (µmol/l) 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Controls MODS MODS+ARF adapted from Metnitz PGH & Druml W. Acta Aaesthesiologica Sand 2000; 44:

37 Copper, selenium, zinc,, and thiamine balances during CVVHDF in critically ill Berger Mette et al. Am J clin Nutr 2004; 80: 410 Copper, selenium, zinc,, and thiamine concentrations in effluents from patients with ARF during CRRT with sodium bicarbonate (Bic group; ) or sodium lactate (Lac group; ; ) as a buffer

38 Impact of ARF on Antioxidant Status in Multiple Organ Failure 2 Malondialdehyde P < 0.01 MDA (µmol/l) 1,5 1 0,5 0 Controls MODS MODS+ARF adapted from Metnitz PGH & Druml W. Acta Aaesthesiologica Sand 2000; 44:

39 Selenium replacement in patients with severe SIRS improves clinical outcome Angstwurm MWA et al. Crit Care Med 1999; 27: Plasma creatinine (mg/dl) values in patients in the Se (control) group and the Se+ (selenium-treated) group at days 0, 3, 7, and 14. Se+ vs. Se : day 3, p =.034; day 7, p =.030; day 14, p =.057

40 Selenium in Intensive Care (SIC): Results of a prospective randomized, placebo-controlled, multiple-center study in patients with severe SIRS, sepsis, and septic shock Angstwurm MW et al. Crit Care Med 2007; 35: Survival curves in patients (intention-totreat analysis).mean survival time 20.3 days in treated patients (solid line) compared with 17.6 days in placebo group (dotted line) (p =.098).

41 Abweichungen des Serum Phosphat beim Intensivpatienten sind relevant! Phosphat Maxima & Minima (n=4111) 75 Mortalität (%) Mortalität lower CI95 upper CI95 min_mort low_min high_min Phosphat (mmol/l) nach Hiesmayr M 2005

42 Zitrat-basierte kontinuierliche Hämofiltration Magnesium - und Phosphat Magensium/Phosphat 2,5 2 1,5 1 Magnesium Phosphat 0,5 0 von Claudia Mayer 2006 Substitution: 2 mmol Phosphat/l

43 Ernährung bei A N V Substratbedarf Energie : (max. 35) kcal/kg b.w./tag Kohlenhydrate (Glucose) 3-5 (max. 7 ) g/kg b.w./tag Fett (max. 1.5) g/kg b.w./tag Aminosäuren / Protein) (essentielle + nicht-essentielle AS) konservative Therapie (max. 1.2) g/kg b.w./tag extrakorpor.. Therapie (max. 1.7) g/kg b.w./tag Vitamine (Kombinatiospräparate) wasserlsöl.. Vitamine 2 (max. 3) x RDA/ Amp./Tag (Vitamin C Zufuhr < 250 mg/tag!) fettlösliche Vitamine 1 (max. 2) x RDA/ Amp/Tag Spurenelemente (Kombinationspräparate) parate) 1 (max. 2) x RDA/ Amp/Tag (höherer herer Bedarf an Selen?) Elektrolyte (Bedarf muß individuell ermittelt werden!!) (Cave :Hypokali: Hypokaliämie und/ oder Hypophosphatämie nach Beginn!)

44 Recovery from ischemic ARF is improved with EN compared with PN Mouser JF et al. Crit Care Med 1997; 25: Creatinine clearance (mean +/- SD) in rats infused with enteral nutrition (solid bars) or parenteral nutrition (hatched bars). a p <.05)

45 Effect of ARF Requiring Renal Replacement Therapy on Outcome in Critically Ill Patients Metnitz PGH et al. Crit Care Med 2002; 30 : Multvariate predictors : Results of stepwise logistic regression analysis

46 Enteral Nutrition in Acute Renal Failure Fiaccadori Enrico et al. Kidney int 2004; 65: Mean prescribed and administered volumes, p in all groups

47 ENTERALE ERNÄHRUNG bei Akutem Nierenversagen Diät - Präparate Standard - Diäten (wie für f nicht-ur urämische Patienten) (NDD - ready to use ) nephro Elementar - Diäten* (Pulverförmige rmige Diäten - Komponenten) nephro nährstoffdefinierte Diäten* (NDD) ( readyready to use,, proteinarm bzw. proteinbetont) * Beachte : Diese Diätpräparate wurden für Patienten mit CNV oder unter HD entwickelt, aber nicht speziell für Patienten mit ANV

48 Small bowel motility and colonic transit are altered in dogs with moderate renal failure Lefebvre HP et al. Am J Physiol 2001; 231: R230 Correlation between the total amount of water excreted in feces over 4 days and the colonic transit time (P( = 0.004). and, values before and after RF

49 Künstliche Ernährung bei ANV Limitationen der enteralen Ernährung In vielen Fällen F erlaubt die Grundkrankheit nicht die Durchführung hrung einer enteralen Ernährung (GIT-Operationen,, Pankreatitis etc.) Bei Patienten MODS besteht auch ein intestinales Versagen Das ANV hat selbst einen ausgeprägten gten Einfluß auf die GIT-Motilit Motilität Beachte : Je kränker der Patient, desto schwieriger ist dir Durchführung hrung iner ausreichenden enteralen Ernährung!

50 Vielen Dank für f r Ihre Aufmerksamkeit! wilfred.druml@meduniwien.ac.at

51 Amino Acid Metabolism in ARF Plasma amino acid concentrations during infusion of a solution of exlusively essential amino acids

52 Ernährung bei A N V Konklusionen I Bei Patienten mit ANV is es nicht die Beeiträchtigung der Nierenfuktion,, die die Indikation zur Ernährung darstellt, sondern - wie bei anderen Patienten auch - der Ernährungszustand hrungszustand,, Art und Schweregrad der Grundkrankheit bzw. Ausmaß des Katabolismus etc.. Bei jedem Patienten mit ANV,der eine Ernährungs hrungstherapie benötigt, muß dies durch das ANV bzw. durch die Nierenersatztherapie bedingten komplexen metabolischen Störungen berücksichtigen.

53 Ernährung bei A N V Konklusionen II Bei Patienten mit ANV wurden in der Therapie des CNV geltenden diätetische Restriktionen und Konzepte verlassen zugunsten eines bedarfsdeckenden Ansatzes Auch bei ANV ist die enteralee Ernährung die erste Form der künstlichen k Ernährung geworden. Dennoch benötigen viele Patienten mit ANV eine parenterale Ernährung. Die Ernährungstherapie hat eine rein quantitative Sicht- weise (Wieviel Stickstoff, Engergie?) verlassen zugunsten eines qualitativen Ansatzes der metabolischen Intervention ( immunonutrition, Pharmaconutrition )

54 Nutritional Support in ARF The patient with acute renal failure, particularly in an intensive care setting, presents one of the most challenging and frustrating dilemmas for the health care team... JD Kopple 1995

55 PROTEIN CATABOLISM IN ARF Contributing Factors nutritional factors : inadequate intake of substrates endocrine factors : insulin resistance, hyperparathyreoidism uremic-toxic factors : "middle molecules acidosis : activation of catabolism and AA-oxidation proteases : imbalance of proteases/ anti-proteases blood loss : extracorporal therapy: substrate losses, mediatorrelease, blood-membrane-interaction, etc. plus underlying disease (sepsis, MODS etc.) unspecific effects of an acute - disease state (SIRS) immobilisation etc.

56 Künstliche Ernährung bei Akutem Nierenversagen enterale Ernährung : Wenn immer möglich, m sollte auch bei ANV eine zumindest partielle EN erfolgen unbekannt : Einfluß des ANV auf GIT-Funktionen parenterale Ernährung : Bei vielen Patienten zumindest initial und/ oder zumindest partiell notwendig Merke : EN und TPN sind keine konkurrierenden, sondern sich ergänzende Therapiemöglichkeiten WD 2000

57 ERNÄHRUNG BEI AKUTEM ZIELSETZUNGEN NIERENVERSAGEN Aufrechterhaltung der funktionellen Körpermasse K Stimulation der Wundheilung Förderung der Immunkompetenz Beschleunigung der renalen Reparation? NICHT aber (wie bei chronischem Nierenversagen) daher Minimierung der urämischen Toxizität (sondern HD/ CRRT nach Bedarf!! ) Beeinflussung der Progression des Nierenversagens OPTIMALE aber nicht minimale Substrat-Zufuhr!! WD 2000

58 Elimination of Amino Acids in ARF Druml W et al. Nephron 1986; 42: Plasma amino acid pattern in ARF

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60 Multicenter Trial of rh-igf IGF-I I in Patients with ARF Hirschberg R.et multi al. Kidney int 1999; 55: Creatinine clearances in subjects with sufficient urine flow rates (A) and in subjects who were oliguric, receiving rhigf-i (fillded symbols) or placebo.