ASPEN, ESPEN, pediatric nutrition, 소아 환자의 칼로리 계산

ASPEN; Journal of Parenteral and Enteral Nutrition 41.5 (2017): 706-742.

 

Target Patient Population for Guideline

• The pediatric critically ill patient (>1 mo and <18 years) expected to require a length of stay (LOS) >2–3 days in a PICU admitting medical, surgical, and cardiac patients
• We believe that neonates are different physiologically from older children(신생아는 제외됨)
• 화상 소아 환자는 제외

 

1. 간접 열량 측정계(IC; indirect calorimetry)

Q) What is the recommended energy requirement for critically ill children?

A) On the basis of observational cohort studies, we suggest that measured energy expenditure by IC(indirect calorimetry) be used to determine energy requirements and guide prescription of the daily energy goal.

 

하지만 간접 열량 측정계의 경우, 임상에서 적용하기 쉽지 않다.

 

<간접 열량 측정 방법>

연구 참가자는 간접 열량 측정계(TrueOne2400, Parvo Medics, East Sandy, UT, USA)를 통해 실제 휴식 대사량을 측정하였다. 참가자는 검사 당일 최소 12시간 이상의 금식을 유지하고 24시간 이상 운동을 금지하였다. 측정 시 작 전 30분 이상 안정을 취한 상태에서 측정하였다. 측정 장소는 온도와 습도가 일정하게 유지되며 주위의 소음을 최소화한 장소에서 측정하여 주변 환경으로 인한 오차를 줄이도록 하였다. 간접열량측정계의 준비(warming up) 단계가 지 난 다음 측정자가 검사대 위에 누우면, 외부와의 공기를 차단시켜줄 canopy를 피험자의 얼굴 위로 씌워 외부의 공기가 canopy 안으로 유입되지 않도록 후드를 고정시켜 측정하였다. 환자가 검사대 위에 누운 후 안정을 찾으면 측정기 계와 연결된 튜브를 canopy위로 연결시켜 측정을 시작하였으며, 간접 열량 측정계 내의 O₂와 CO₂ 분석기를 통해 측정 결과가 화면에 나타난 측정값을 사용하였다. 피험자의 호흡 패턴에 따라 민감하게 반응하여 결과 수치가 변화 될 수 있으므로 25~30분 이상 측정하였다.

 

2. How should energy requirement be determined in the absence of IC?

If IC measurement of resting energy expenditure is not feasible, we suggest that the Schofield or Food Agriculture Organization / World Health Organization / United Nations University equations may be used without the addition of stress factors to estimate energy expenditure. Multiple cohort studies have demonstrated that most published predictive equations are inaccurate and lead to unintended overfeeding or underfeeding. The Harris-Benedict equations and the RDAs, which are suggested by the dietary reference intakes, should not be used to determine energy requirements in critically ill children.

 

Basal metabolic rate (BMR)?

활동이나 음식 섭취를 포함하지 않고 신체 유지의 필수적인 과정을 유지하는데 필요한 에너지 양이다. 이는 12-18시간 동안 공복 후 thermo-neutral 환경과 누워 있는 상태에서 측정된다.

임상 상황에서 resting energy expenditure (REE)은 BMR 대신 주로 측정된다. REE 역시 12-18시간 동안 공복 후 thermo-neutral 환경과 누워 있는 상태에서 측정되지만 일어난 직후 측정하지 않아도 된다.

잠에서 깬 직후 시점에서의 REE는 BMR과 10% 이상 차이가 나지 않는다.

BMR은 염증, 발열, 만성 질환과 같은 조건에서 증가하거나 낮은 에너지 섭취로 인해 감소될 수 있다.

 

 

 

If IC is not feasible, the Schofield weight-height or weight equations or the WHO equations may be used to estimate energy expenditure. However, stress factors must be used selectively with caution, as their routine use might result in unintended overfeeding. 👉 stress factor 등의 고려로 의도하지 않은 over-feeding이 될 수 있음

 

When an equation to estimate energy requirements is used, it is essential to vigilantly monitor for potential signs of overfeeding (hyperglycemia, hypertriglyceridemia, increased CO2 production, increased arm circumference, and rapid or excessive weight gain) and underfeeding (weight loss, decreased arm circumference, malnutrition, prolonged dependency on mechanical ventilation, and increased length of PICU stay). In particular, equations such as the Harris-Benedict and the RDAs developed for healthy adults and growing children, respectively, overpredict energy requirements and should not be used to determine energy requirements in critically ill children.

 

이때 성인의 영양 요구량을 구하기 위해 주로 사용하는 식이 Harris-Benedict 식의 경우 건강한 성인이나 성장 중인 소아를 대상으로 한 식이기 때문에 중증 소아환자에게 사용 시 over-predict 가능성이 있다.

 

Observational data suggest a positive association between adequacy of energy intake and improved outcomes in the PICU population.

👉 중증 소아환자에서도 적절한 에너지가 충족과 개선된 임상 결과의 연관성이 있었다.

Intake of > two-thirds of estimated energy goal in a large multicenter prospective cohort and >80% of estimated energy goal in a smaller single-center retrospective cohort was significantly associated with reduced mortality in critically ill children receiving mechanical ventilation. Higher energy intake of 54–58 kcal/kg/d is positively correlated with achieving protein balance and anabolism. Based on hypometabolic states described in a variety of pediatric illnesses and reduced mortality associated with intake of > two-thirds of energy goal, achievement of 100% of estimated energy requirement may not be necessary in all patients.

👉 추정 에너지 요구량의 100%를 달성할 필요는 없을 수 있다.

 

 

 

ESPEN; Clinical Nutrition 37.6 (2018): 2309-2314.

1) 에너지 공급

에너지 공급을 통해 기초대사율(basal metabolic rate; BMR), 신체 활동, 성장(특히 유소아 환자), 식이로 인한 열 발생, 기존의 영양실조 교정 등을 포함한 영양학적 요구를 충족시킬 수 있음

•  과도한 영양 공급; 고혈당(may increase the risks of complications such as infection), 간부전(due to steatosis) 등
•  부족한 영양 공급; 성장 지연, 인지 & 행동 장애, 면역 부전 등

 

2) 단백질 공급

단백질 공급은 에너지 공급 뿐만 아니라 성장 및 신진대사 기능을 위한 에너지를 제공함

하지만 에너지 섭취 권장사항은 단백질, 지질, 탄수화물을 포함한 모든 원천으로부터의 에너지 섭취임. 필요 이상의 단백질 섭취는 탄소 대사를 통해 에너지원으로 사용되며 더 이상 신체 조직 성장에 사용되지 않음

 

3) 투여 경로에 따른 에너지 요구량

splanchnic metabolism(장내 대사) 자체가 상당한 전신 에너지를 요구되고 몇몇은 대변으로 배설되기 때문에 에너지 요구량은 EN(enteral) 경로와 PN(parenteral) 경로가 다르며 EN 경로 시 10-20% 더 높음 

Because splanchnic metabolism contributes significantly to whole body energy and protein turnover, and because some nutrients are excreted in the stool, energy requirements are generally 10–20% higher when fed primarily via the enteral compared to the parenteral route.

 

4) 영양소 별 칼로리

흔히 단백질, 탄수화물, 지질의 칼로리는 각각 4, 4, 9 kcal/g으로 계산함.(Atwater factor) 하지만 PN과 EN 간 macronutrient의 원천에 따라 칼로리는 달라질 수 있음

 However, the energy available from macronutrients differs between parenteral and enteral sources. 

단백질	The gross energy content of 1 g of amino acid (AA, 4.8 kcal/g) is about 10% lower than that of 1 g of protein (5.4 kcal/g). In addition, the energy provided after oxidation of 1 g of AA into urea is 3.75 kcal whereas the energy of 1 g AA stored in protein is 4.75 kcal, a value identical to gross energy.
탄수화물	Gross and metabolisable energy content of glucose (3.75 kcal/g) is less than that of more complex carbohydrate (4.2 kcal/g).
지질	Lipid metabolisable energy content of intravenous lipid emulsions (ILE) is similar to gross energy (9.3 kcal/g) but could be lower when ILE contain medium chain triglycerides (MCT) and higher for long chain fatty acids (LC-FAs). When glycerol energy content is added to lipid content, energy content of ILE is around 10 kcal/g.

하지만 이러한 차이를 임상에 다 적용시키기에는 어려움이 있음. 이러한 이유로 PN 에너지 요구량이 장내 영양과 비슷하고 칼로리 계산을 위해 Atwater factor가 자주 사용되는지 설명됨.

 

1. 에너지 요구량 구성

총 에너지 요구량은 건강한 개인을 기준으로 총 4가지 구성성분의 합으로 이루어진다.

 

(1) Basal metabolic rate (BMR)

• The amount of energy needed for maintaining the vital processes of the body(신체의 중요한 과정을 유지하는데 필요한 에너지의 영양)
• 일상 활동을 시작하기 전, 기상 후 (12~18시간 공복 상태) 열중립 환경(thermo-neutral environment)에서 누운 자세에서 측정된다.
• 실제로, 이것은 유아기와 대부분의 소아에서 측정이 불가능하므로, 안정 시 에너지 소비량(resting energy expenditure; REE)과 10% 이상 다르지 않다.
• REE는 염증, 발열, 만성질환에서 증가하며 저체온증에서는 감소된다.

(2) diet induced thermogenesi (DIT)

• 음식물의 소화, 흡수, 조직 합성 동안 소비되는 에너지를 반영한다.
• 투여 경로(oral, enteral, parenteral)에 영향을 받는다. 보통 일일 에너지 요구량의 약 10%를 차지한다.

 

(3) physical activity (PA)

• 신체 활동은 에너지가 요구되며 미숙아에서는 적지만 커가면서 총 에너지 지출(TEE; total energy expenditure)의 큰 부분을 차지한다.
• 하지만 병원에 입원한 아이의 경우 신체 활동 부족으로 TEE가 감소된다.
• 신체 활동 정도에 따라 BMR에 해당 factor만큼 곱해주어야 한다.
  1.0 for sleeping, 1.2 for lying awake and for sitting quietly, and 1.4–1.5 for standing quietly or sitting activities 
• PN이 요구되는 소아의 경우 PAL(physical activity levels)이 낮을 것으로 예상된다.

 

(4) growth

• 성장에 사용되는 에너지는 커가면서 총 에너지 요구량의 백분율 비율로서 점점 작아진다.(생후 1년 동안 약 35%에서 생후 12개월에는 3%)
• 각 기간별 성장을 위한 일일 칼로리 요구량: 75 kcal/day at 0–3 months to 60 kcal/day at 4–6 months and 20 kcal/day for 6–12 months
• 건강한 어린이나 청소년의 성장 시, 성장 에너지 비용은 최고 성장 시 20 kcal/day에서 30 kcal/day로 증가될 수 있다.
• 영양실조 상태에서 회복되고 있는 소아의 경우, 성장 결핍을 보정하기 위해 추가적인 칼로리가 필요하다.
• PN이 요구되는 소아의 경우, 목표 칼로리에 성장을 위한 칼로리를 고려하지 않을 수도 있다.

 

2. 에너지 요구량 계산 및 예측

REE, BMR 및 TEE를 계산하는 방정식이 각각 개발되었다. EE의 각 구성 요소의  주요 예측 변수는 체중이지만, 키 또한 에너지 수요의 변동성의 일부를 설명한다는 점에 유의해야 한다. 실무자는 이러한 표준 방정식을 사용하는 EE의 추정을 신뢰할 수 없지만 간접 열량계가 가능하지 않거나 사용할 수 없는 경우 유용할 수 있다는 점을 인식해야 한다. 그러나, 신진대사가 의심되거나 심각한 영양실조가 있는 아이들의 경우, 간접 열량측정법을 사용하여 EE를 정확하게 측정하는 것이 바람직하다. 

The Schofield-equation using weight and height to calculate REE was least likely to underestimate REE compared to measured REE and is therefore preferred.

Total parenteral energy requirements of stable patients can be calculated from resting energy requirements (Table 1) with adding constants for PA, catch-up growth and disease factors or from doubling the resting energy requirements.

 

 

Table 2 shows absolute values for energy requirements in the acute, stable and recovery phase for different age groups. The recommendations in the acute and stable phase have to applied in the critical care setting, the recommendations in the recovery phase can be applied for all other patients.

 

 

 

 

reference:

1) Mehta, Nilesh M., et al. "Guidelines for the provision and assessment of nutrition support therapy in the pediatric critically ill patient: Society of Critical Care Medicine and American Society for Parenteral and Enteral Nutrition." Journal of Parenteral and Enteral Nutrition 41.5 (2017): 706-742.

2) 박지숙, and 임정은. "한국 과체중 및 비만 여성의 휴식대사량 측정 및 예측값의 비교." 대한지역사회영양학회지 23.5 (2018): 424-430.

3) Carpenter, Andrea, Paul Pencharz, and Marialena Mouzaki. "Accurate estimation of energy requirements of young patients." Journal of pediatric gastroenterology and nutrition 60.1 (2015): 4-10.

4) Joosten, Koen, et al. "ESPGHAN/ESPEN/ESPR/CSPEN guidelines on pediatric parenteral nutrition: Energy." Clinical Nutrition 37.6 (2018): 2309-2314.