Nutri&on  approaches  to    ARDS    

(Acute  Respiratory  Distress  Syndrome)  

Luisito  O.  Llido  MD,  FPCS,  DPBCN,  FPSGS  Clinical  Nutri:on  Service  St.  Luke’s  Medical  Center,  Quezon  City  Philippines  

ARDS  defini:on  

Fanelli  V,  Vlachou  A,  Ghannadian  S,  SimoneI  U,  Slutsky  AS,  Zhang  H.  Acute  respiratory  distress  syndrome:  new  defini:on,  current  and  future  therapeu:c  op:ons.  J  Thorac  Dis  2013;5(3):326-­‐334    

ARDS  management  

•  Protec:ve  mechanical  ven:la:on    

•  Non  conven:onal  therapies  in  severe  ARDS    –  prone  posi:oning,    –  high  frequency  oscillatory  ven:la:on  

–  extracorporeal  membrane  oxygena:on    

•  Therapies  other  than  mechanical  ven:la:on    –  conserva:ve  fluid  strategy    

–  neuromuscular  blocking  agents    

•  Future  non-­‐ven:latory  therapeu:c  op:ons    –  gene  therapy  for  ALI/ARDS  

Fanelli  V,  Vlachou  A,  Ghannadian  S,  SimoneI  U,  Slutsky  AS,  Zhang  H.  Acute  respiratory  distress  syndrome:  new  defini:on,  current  and  future  therapeu:c  op:ons.  J  Thorac  Dis  2013;5(3):326-­‐334    

Immunopathophysiology  

Google  Images  hdp://www.studyblue.com/notes/note/n/w-­‐ards-­‐-­‐sepsis/deck/1264727  

•  Alveolar  macrophages  –  APC,  cytokines  

•  Granulocytes  –  proteases,  cytokines,  chemotaxis  

•  Complement  –  MACs  •  MALT  ac:va:on  -­‐  cloning  •  Lymphocyte  ac&va&on  –  

circula:on,  cellular  and  humoral  defense  ac:va:on,  cytokines  

•  Endothelial  changes  –  chemokines,    •  Edema,  hyaline  membrane  •  Coagula&on  changes  •  Fibroblasts  –  procollagen,  fibrosis  •  Alveolar  collapse    

Inflamma:on  phases  of  injury  

Moore  FA.  Presiden&al  address:  imagina&on  trumps  knowledge.    Am  J  Surg  2010:    200:  671-­‐7.  

24  hours  

↑inflamma&on→organ  dysfunc&on  

↑immunosuppression→infec&on→organ  dysfunc&on  

Immunopathology  approach  

Nutri:on  management  approaches  •  Management  phases  

–  Acute  seIng  (cri:cal  care)  •  Malnutri:on  assessment:  Lean  body  mass  management  e.g.  respiratory  muscles,  gas  exchange  

•  Macronutrient  and  micronutrient  manipula:ons  •  Adequacy  of  intake  •  Pharmaconutrients  e.g.  inflamma:on  modula:on,  protein  synthesis  •  Pulmonary  rehabilita:on  

–  Chronic  seIng  (long  term  follow  up)  •  Lean  body  mass  management  e.g.  respiratory  muscle  improvement  •  Adequacy  of  intake  •  Pharmaconutrients  e.g.  inflamma:on  modula:on,  protein  synthesis  •  Pulmonary  rehabilita:on  •  Exercise  

ACUTE  SETTING  

Nutri:on  management  approach  

Nutri:on  Assessment  

High  Risk  of  developing  complica:ons  

Assess  Lean  Body  Mass  Loss  (%  weight  loss)  

Gas  exchange  Acid  base  balance  Respiratory  muscles  

Plan  Lean  Body  Mass  maintenance  /build  up  

Diet  plan  Pharmaconutri:on    Adequate  intake  Pulmonary  rehab  

Nutri:on  assessment  Nutri&on  screening   Nutri&onal  assessment  

Lacuesta-­‐Corro  L  et  al.  The  results  of  the  valida:on  process  of  a  Modified  SGA  (Subjec:ve  Global  Assessment)  Nutri:on  Assessment  and  Risk  Level  Tool  designed  by  the  Clinical  Nutri:on  Service  of  St.  Luke’s  Medical  Center,  a  ter:ary  care  hospital  in  the  Philippines.  PhilSPEN  Online  Journal;  March  16,  2014.  hdp://www.dpsys120991.com/POJ_0002.html.  

Part  1:  Table  of  Contents:  NST  set-­‐up,  policies,  protocols,  procedures;  Nutri:on  Care  Plan:  21-­‐3.  hdp://dpsys120991.com/Part1b_NST_SetUp.pdf  

Nutri:on  care  plan  

Part  1:  Table  of  Contents:  NST  set-­‐up,  policies,  protocols,  procedures;  Nutri:on  Care  Plan:  21-­‐3.  hdp://dpsys120991.com/Part1b_NST_SetUp.pdf  

Lean  body  mass  loss  and  mortality  

>60%  Mortality*  

Lean  body  mass  loss  and  mortality  Loss  of    Total  LBM  

Complica&ons   Associated    Mortality  

10%   Decreased  immunity  Increased  infec:ons  

10%  

20%   Decrease  in  healing,  increase  In  weakness,  infec:on  

30%  

30%   Too  weak  to  sit,  pressure  ulcers,  Pneumonia,  lack  of  healing  

50%  

40%   Death,  usually  from  pneumonia   100%  

Demling  RH.  Nutri:on,  anabolism,  and  the  wound  healing  process:  an  overview.  Eplasty  2009;9:e9.  

LBM=Lean  Body  Mass  

Lean  body  mass  changes  in  elderly  

COMPLICATIONS  SARCOPENIA  

Lean  body  mass  enhancers  

•  Acute  phase  –  High  protein  intake  

•  Branched  chain  AA  –  Pharmaconutrients  

•  Fish  oil  (EPA/DHA)  •  Glutamine  •  HMB,  glutamine,  arginine  combina:ons  

–  Adequate  intake  •  Pulse  feeding  

–  Insulin  

•  Long  term  –  High  protein  intake  –  Pharmaconutrients  –  Adequate  intake  –  Insulin    –  Exercise    

•  Impact  of  free  radicals  •  Not  too  much  an:-­‐oxidants  

Nutri:on  management  in  ARDS  Approach   Acute  Se]ng   Long  Term  Se]ng  

Lean  body  mass  management  e.g.  respiratory  muscle  improvement    

✔  

Adequacy  of  intake  (macro  and  micronutrients)    

✔  

Pharmaconutrients  e.g.  inflamma:on  modula:on,  protein  synthesis    

✔  

Pulmonary  support/fluid  management/  rehabilita:on    

✔  

Exercise    

Protein  synthesis  

Leucine  (branched  chain  AA)  

Hydroxy-­‐methyl-­‐butyric  acid  (HMB)  

éPROTEIN  SYNTHESIS  

PROTEIN  BUILD  UP  (LBM  enhanced)  

mTOR  pathway  

BCAA  

Slows  down  protein  degrada:on  

Fish  Oil  (EPA/DHA)  

(enteral  and/or  parenteral)  

(enteral  and/or  parenteral)  

(enteral)  

Feeding  approaches  

Enteral  nutri:on  

Adequate  intake   Inadequate  intake  

Supplemental  PN  Enteral  nutri:on  •  EPA/DHA  •  GLA  •  Glutamine  •  HMB  •  An:oxidants  

Assess  outcome  

Assess  outcome  

•  EPA/DHA  •  Glutamine  •  An:oxidants  •  Pulse  feed  

Assess  outcome  

GLA  HMB  

•  ASPEN  2009  (cri&cal  care)                Guideline  E2,  E3,  E4,  H1                  •  ESPEN  2006  (cri&cal  care)                Guideline  1,  2  

•  ESPEN  2009  (cri&cal  care)                Guideline  1,  2,  6-­‐17  

Vitamin  D3:  immune-­‐competence  

Respiratory  LN  -­‐  MALT  

M-­‐cells:  An&gen  Presen&ng  Cells  (APC)  

Peyer’s  Patches  -­‐  GALT  

Lymphocyte  ac:va:on  

T-­‐Cells  upregulate  gut  homing  receptors  

Lamina  propria  –    •  Assist  IgA  forming  B-­‐Cells  •  Secretory  IgA  •  T-­‐Cell/B-­‐Cell  clones  

VITAMIN  D3  

Alveolar  macrophage  (APC)  

GIT   PULMONARY    

The  role  of  the  gut  in  immune  competence  

Van  der  Stede  Y  et  al.  1alpha,25-­‐dihydroxyvitamin  D3  increases  IgA  serum  an:body  responses  and  IgA  an:body-­‐secre:ng  cell  numbers  in  the  Peyer's  patches  of  pigs  aoer  intramuscular  immuniza:on.  Clin  Exp  Immunol  2004;135(3):380-­‐90.  

Pharmaconutri:on  •  HMB,  glutamine,  arginine  combina:on  

–  HMB  (β-­‐hydroxy-­‐β-­‐methyl-­‐butyric  acid)  •  reduces  inflamma:on  •  Improves  protein  synthesis    •  Improves  ven:latory  capacity  

–  Glutamine  •  Improves  WBC  func:on  •  An:-­‐oxidant  precursor  

–  Arginine  •  Improves  microcircula:on  •  Enhances  T-­‐cell  func:on  

–  Fish  Oil  (EPA/DHA)  •  Immunomodula:on  •  Protein  synthesis  

–  An:oxidants  •  Metabolism  enhancement  

•  Ven:lator  improvement  

•  Pressure  ulcer  healing  

•  Organ  func:on  improvement  

•  Immune  modula:on  

IMD  (Inflamma:on  modula:ng  diet)  

Gadek  et  al.  Effect  of  enteral  feeding  with  EPA,  GLA,  and  an:oxidants  in  pa:ents  with  ARDS.  Crit  Care  Med  1999;  27:1409-­‐1420    

N=146  

(y2009)  

N=38  

Days  

Elamin  EM*,  Miller  AC,  Ziad  S.  Immune  Enteral  Nutri:on  Can  Improve  Outcomes  in  Medical-­‐  Surgical  Pa:ents  with  ARDS:  A  Prospec:ve  Randomized  Controlled  Trial.  J  Nutr  Disord  Ther  2012;  2:  109.        

17.5%  12%  

N=22  

P=0.01  

Eicosanoids  

Glutamine  Saline  group  

Glutamine  group  

Animal  study,  sepsis  model  (cecal  liga:on)  

Singleton  KD  and  Wischmeyer  P.  Glutamine  Adenuates  Inflamma:on  and  NF-­‐kB  Ac:va:on  Via  Cullin-­‐1  Deneddyla:on.  Biochem  Biophys  Res  Commun.  2008  August  29;  373(3):  445–449.      

*  P  <  0.05  

Glutamine  

Lai  CC,  Liu  WL,  Chen  CM.  Glutamine  Adenuates  Acute  Lung  Injury  Caused  by  Acid  Aspira:on.  Nutrients  2014,  6,  3101-­‐3116;    

*  animal  study  Legend:  HV  =  acid  aspira:on,  high  volume  HVG  =  acid  aspira:on,  high  volume  +  GLN  LV  =  acid  aspira:on,  low  volume  LVG  =  acid  aspira:on,  low  volume  +  GLN  

*  P  <  0.05  

Nutrient  modifica:on  

•  CO2  load  can  be  reduced  through  lipids  – Non-­‐protein  calorie  ra:o  of  60%-­‐70%  lipid  and  40%-­‐30%  carbohydrate  

– Modified  through  modular  feeding:  enteral  or  parenteral  •  ESPEN  2009  guideline  2.6  (Grade  B)  

– Usually  done  when  pa:ent  is  already  in  stable  status  in  the  acute  and  long  term  seIng  

•  Increased  protein  through  pulse  feeding  

Pulse  feeding  

Adequate  intake  and  survival  in  the  ICU  

Manuales  G  et  al.  Cri:cal  Care  Nutri:on  -­‐  the  effect  of  adequate  calorie  and  protein  intake  on  mortality,  ven:lator  days,  ICU  and  hospital  stay:  report  from  a  private  ter:ary  care  hospital  in  the  

Philippines.  PhilSPEN  Online  Journal  2014.  hdp://www.dpsys120991.com/POJ_0001.html    

71%  

29%   74%  

26%  

N=80  Ven:lator:  55/80  (69%)  

Nutri:on  team  and  adequate  intake  

(n=80)  

hdp://www.dpsys120991.com/POJ_0001.html  

EN/PN  GUIDELINES  

ASPEN  2009  guideline  

•  E.  Selec(on  of  Appropriate  Enteral  Formula  –  E2.  Pa(ents  with  ARDS  and  severe  acute  lung  injury  (ALI)  should  be  placed  on  an  enteral  formula(on  characterized  by  an  an(-­‐inflammatory  lipid  profile  (ie,  ω-­‐3  fish  oils,  borage  oil)  and  an(oxidants.  (Grade:  A)    

–  E3.  To  receive  op(mal  therapeu(c  benefit  from  the  immune-­‐modula(ng  formula(ons,  at  least  50%-­‐65%  of  goal  energy  requirements  should  be  delivered.  (Grade:  C)    

JPEN  J  Parenter  Enteral  Nutr  2009  33:  277  

ASPEN  2009  guideline  

•  H.  Pulmonary  Failure    –  H1.   Specialty   high-­‐lipid   low-­‐carbohydrate   formula(ons  designed   to   manipulate   the   respiratory   quo(ent   and  reduce   CO2   produc(on   are   not   recommended   for   rou(ne  use   in   ICU  pa(ents  with  acute   respiratory   failure.   (Grade:  E)   (This   is  not   to  be  confused  with  guideline  E2   for  ARDS/ALI).    

JPEN  J  Parenter  Enteral  Nutr  2009  33:  277  

ESPEN  2009  Guidelines/  Recommenda:on/Grade    

Macronutrient  /  Micronutrient  

Type   Dose     Grade    

Carbohydrate   Minimum  amount  =  2  g/kg/day  

Hyperglycemia  =  increased  mortality  

Grade  B  

Tight  glucose  control  =  increased  hypoglycemia  

Grade  A  

Protein     balanced  amino  acid  mixture  

 1.3–1.5 g/kg  ideal  body  weight  per  day  

Grade  B  

Glutamine    0.2–0.4 g/kg/day   Grade  A  

Lipid   To  be  provided  daily     Grade  B  

LCT/MCT  |  Fish  Oils   Grade  C  |  B  

Mul:vitamins   Water  soluble   daily   Grade  C  

Fat  soluble   daily   Grade  C  

Trace  elements   daily   Grade  C  

LONG  TERM  SETTING  (POST  ARDS)  

Long  term  outcome  •  Survival  sta:s:cs  – Schmidt  et  al  (1):  Six  months  post-­‐ICU  discharge,  84  (60%)  pa:ents  were  s:ll  alive  

– Herridge  et  al:  (2)  •  Most  deaths  occurred  within  6  months  aoer  discharge  •  Mostly  due  to  exis:ng  medical  condi:on  •  Acute  seIng  sta:s:cs:  

– Median  25  days  in  ICU;  48  days  in  the  hospital  –  Lost  18%  of  baseline  body  weight  

1.  Schmidt  M  et  al.  The  PRESERVE  mortality  risk  score  and  analysis  of  long-­‐term  outcomes  aoer  extracorporeal  membrane  oxygena:on  for  severe  acute  respiratory  distress  syndrome.  Intensive  Care  Med.  2013  Oct;39(10):1704-­‐13.    

2.  Herridge  MS  et  al.  One-­‐Year  Outcomes  in  Survivors  of  the  Acute  Respiratory  Distress  Syndrome.  NEJM  2003;  348  (8):  683-­‐93.  

Philippine  experience  

Long  term  outcome  

Francisco  EM.  Report  of  home  care  clinical  nutri:on  program  in  a  ter:ary  care  hospital  in  Metro-­‐Manila.  Abbod  Nutri:on  Symposium.  PENSA  2011  Congress,  Taipei,  Taiwan.  

Francisco  EM.  Report  of  home  care  clinical  nutri:on  program  in  a  ter:ary  care  hospital  in  Metro-­‐Manila.  Abbod  Nutri:on  Symposium.  PENSA  2011  Congress,  Taipei,  Taiwan.  

Long  term  outcome  (one  year)  N=109  

Long  term  outcome  (five  years)  

Herridge  MS  et  al.  Func&onal  Disability  5  Years  aher  Acute  Respiratory  Distress  Syndrome.  NEJM  2011;  364  (14):  1293-­‐1304  

(N=83)   (N=69)   (N=71)   (N=63)   (N=64)  

Post-­‐discharge  program  •  Self-­‐instruc:on  

exercise  manual  •  Regular  trainer  visits  •  Nurse-­‐led  follow  up  

program  •  ICU  diary  interven:on  •  Nutri:on?  

Change  in  weight  

Long  term  outcome  (five  years)  

66   68   67  71  

76  

40  45  

50  46  

49  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

70  

80  

1yr   2yr   3yr   4yr   5yr  

Distance  walked   Return  to  work  

Percen

t  of  p

redicted

 

Herridge  MS  et  al.  Func&onal  Disability  5  Years  aher  Acute  Respiratory  Distress  Syndrome.  NEJM  2011;  364  (14):  1293-­‐1304  

Post-­‐discharge  program  •  Self-­‐instruc:on  

exercise  manual  •  Regular  trainer  visits  •  Nurse-­‐led  follow  up  

program  •  ICU  diary  interven:on  •  Nutri:on?  

Nutri:on  management  approaches  Approach   Acute  Se]ng   Long  Term  Se]ng  

Lean  body  mass  management  e.g.  respiratory  muscle  improvement    

✔   ✔  

Adequacy  of  intake  (macro  and  micronutrients)   ✔   ✔  Pharmaconutrients  e.g.  inflamma:on  modula:on,  protein  synthesis    

✔   ✔  

Pulmonary  support/fluid  management/  rehabilita:on    

✔   ✔  

Exercise     ✔  

Manner  of  feeding  

Needham  DM  et  al.  One  year  outcomes  in  pa:ents  with  acute  lung  injury  randomised  to  ini:al  trophic  or  full  enteral  feeding:  prospec:ve  follow-­‐up  of  EDEN  randomised  trial.  BMJ  2013;346:      

Days  aoer  randomiza:on  

P=0.54  N=525  

Inflamma:on  modula:ng  diets  

Rice  TW  et  al.  Enteral  Omega-­‐3  Fady  Acid,  γ-­‐Linolenic  Acid,  and  An:oxidant  Supplementa:on  in  Acute  Lung  Injury.  JAMA.  2011;  306(14):  1574–1581.  (OMEGA  trial)  

N=143  (study)              129  (control)  

*  Trial  stopped  due  to  fu:lity  

Inflamma:on  modula:ng  diets  

Rice  TW  et  al.  Enteral  Omega-­‐3  Fady  Acid,  γ-­‐Linolenic  Acid,  and  An:oxidant  Supplementa:on  in  Acute  Lung  Injury.  JAMA.  2011;  306(14):  1574–1581.  (OMEGA  trial)  

N=143  (study)              129  (control)  

*  Trial  stopped  due  to  fu:lity  

Study  group:  •  More  sick  (pneumonia,  sepsis)  •  Poorer  lung  func:on  •  Very  low  protein/day  (3.8g  vs.  20g):  

lost  lean  body  mass  daily  •  Very  low  carbo/day  (4.2g  vs.  31.8g):  

lost  protein  due  to  gluconeogenesis  •  Higher  fat  (44.6g  vs.  22g)  and  fish  oil  

levels  (EPA/DHA=10g;  GLA=10g)  •  Very  high  Vitamin  C  and  E:  leads  to  

inefficient  protein  synthesis  •  Bolus  feeding  (=diarrhea),  reduced  

intake  •  Became  more  malnourished  at  the  

end  of  the  study  

Fish  oils  and  protein  synthesis  

1.86g  EPA  1.50g  DHA  

Clamp  =  insulin  +  glucose  +  amino  acid  infusion    

HMB:  β-­‐hydroxy-­‐β-­‐methyl-­‐butyrate  

HMB:  Hydroxy-­‐methyl-­‐butyrate  

Deutz  N,  Hays  N,  Pereira  S,  et  al..  Clin  Nutr.  2011;6:219.  

Summary:  long  term  seIng  Approach   Long  Term   Details  

Lean  body  mass  management  e.g.  respiratory  muscle  improvement    

✔   •  1.5  g/kg/day,  BCAA,  Pulse  feeding,  Fish  oils,  Insulin,  HMB,  Exercise    

Adequacy  of  intake  (macro  and  micronutrients)   ✔   •  Records  

•  Nutri:on  team  

Pharmaconutrients  e.g.  inflamma:on  modula:on,  protein  synthesis  

✔   •  EPA/DHA/GLA,  Glutamine,  Arginine,  An:oxidants    

Pulmonary  support/rehabilita:on     ✔   •  Lean  body  mass  

enhancers  (HMB,  Fish  oils,  pulse  feeding,  exercise)  

•  Non-­‐nutri:on  mgt  

Exercise     ✔  

Summary:  acute  and  long  term  mgt  Approach   Acute   Long  Term   Details  

Lean  body  mass  management  e.g.  respiratory  muscle  improvement    

✔   ✔   •  1.5  g/kg/day,  BCAA,  Pulse  feeding,  Fish  oils,  Insulin,  HMB,  Exercise    

Adequacy  of  intake  (macro  and  micronutrients)   ✔   ✔   •  Records  

•  Nutri:on  team  

Pharmaconutrients  e.g.  inflamma:on    modula:on,  protein  synthesis   ✔   ✔   •  EPA/DHA/GLA,  

Glutamine,  Arginine,  An:oxidants    

Pulmonary  support/fluid  management/  rehabilita:on    

✔   ✔   •  Lean  body  mass  enhancers  (HMB,  Fish  oils,  pulse  feeding,  exercise)  

•  Non-­‐nutri:on  mgt  Exercise     ✔  

THANK  YOU