Nghịch lý của trimethylamine-N-oxide, tác động của tình trạng suy dinh dưỡng đối với các chất chuyển hóa có nguồn gốc từ vi sinh vật và bệnh nhân nhiễm khuẩn

Ruey‐Hsing Chou1, Po-Shan Wu2, Shen-Chih Wang3, Cheng‐Hsueh Wu1, Shao‐Chun Lu4, Ru‐Yu Lien4, Yi‐Lin Tsai1, Ya‐Wen Lu1, Ming-Ren Kuo5, Jiun‐Yu Guo5, Ruey-Yi Chou6, Po‐Hsun Huang7, Shing‐Jong Lin5
1Division of Cardiology, Department of Medicine, Taipei Veterans General Hospital, Taipei, Taiwan
2Division of Clinical Nutrition, Department of Dietetics and Nutrition, Taipei Veterans General Hospital, Taipei, Taiwan
3Department of Anesthesiology, Taipei Veterans General Hospital, Taipei, Taiwan
4Department of Nursing, Taipei Veterans General Hospital, Taipei, Taiwan
5Cardiovascular Research Center, National Yang Ming Chiao Tung University, Taipei, Taiwan
6Division of Gastroenterology and Hepatology, Department of Medicine, Taipei Veterans General Hospital, Taipei, Taiwan
7Department of Critical Care Medicine, Taipei Veterans General Hospital, 112, No. 201, Sec. 2, Shih-Pai Road, Taipei, Taiwan

Tóm tắt

Tóm tắt Đặt vấn đề

Trimethylamine N-oxide (TMAO) là một chất chuyển hóa có nguồn gốc từ vi sinh vật, có liên quan đến viêm mạch máu và xơ vữa động mạch trong các bệnh tim mạch (CV). Tuy nhiên, tác động của nó đối với các bệnh truyền nhiễm vẫn chưa rõ ràng. Chúng tôi đã tiến hành một nghiên cứu tiến cứu tại một trung tâm để điều tra mối liên hệ giữa TMAO và tỷ lệ tử vong trong bệnh viện ở bệnh nhân nhiễm khuẩn nhập viện vào đơn vị chăm sóc đặc biệt (ICU).

Phương pháp

Tổng cộng 95 bệnh nhân nhiễm khuẩn, được thở máy đã được đưa vào nghiên cứu. Mẫu máu được lấy trong vòng 24 giờ sau khi nhập ICU, và nồng độ TMAO trong huyết tương được xác định. Bệnh nhân nhiễm khuẩn được nhóm thành các tertile dựa trên nồng độ TMAO. Kết quả chính là tử vong trong bệnh viện, và được phân loại thành tử vong do CV và không do CV. Ngoài ra, chúng tôi cũng so sánh nồng độ TMAO của bệnh nhân nhiễm khuẩn với 129 bệnh nhân không nhiễm khuẩn nhập viện để thực hiện chụp động mạch vành có kế hoạch (CAG).

Kết quả

Các bệnh nhân nhiễm khuẩn có nồng độ TMAO trong huyết tương thấp hơn đáng kể so với những người nhập viện để chụp CAG (1.0 so với 3.0 μmol/L, p < 0.001). Các bệnh nhân nhiễm khuẩn trong tertile TMAO thấp nhất (< 0.4 μmol/L) có tình trạng dinh dưỡng kém hơn và đã dùng kháng sinh lâu hơn trước khi nhập ICU. Nồng độ TMAO trong tuần hoàn có mối tương quan dương với lượng năng lượng hàng ngày, nồng độ albumin và prealbumin. So với những người trong tertile TMAO cao nhất, bệnh nhân nhiễm khuẩn trong tertile TMAO thấp nhất có nguy cơ tử vong không do CV cao hơn (tỷ lệ rủi ro 2.51, khoảng tin cậy 95% 1.21–5.24, p = 0.014). Tuy nhiên, nồng độ TMAO không còn là yếu tố dự đoán độc lập cho tử vong không do CV sau khi điều chỉnh cho mức độ nghiêm trọng của bệnh và tình trạng dinh dưỡng.

Kết luận

Nồng độ TMAO trong huyết tương có mối liên hệ nghịch với tử vong không do CV ở những bệnh nhân nhiễm khuẩn cực kỳ nặng, điều này có thể được mô tả là nghịch lý TMAO. Đối với bệnh nhân nhiễm khuẩn, tác động của tình trạng suy dinh dưỡng phản ánh qua nồng độ TMAO trong tuần hoàn lớn hơn tính chất pro-inflammatory của nó.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Rhodes A, Evans LE, Alhazzani W, Levy MM, Antonelli M, Ferrer R, et al. Surviving sepsis campaign: international guidelines for management of sepsis and septic shock: 2016. Intensive Care Med. 2017;43(3):304–77.

Yamashita T, Emoto T, Sasaki N, Hirata KI. Gut microbiota and coronary artery disease. Int Heart J. 2016;57(6):663–71.

Al-Obaide MAI, Singh R, Datta P, Rewers-Felkins KA, Salguero MV, Al-Obaidi I, et al. Gut microbiota-dependent trimethylamine-N-oxide and serum biomarkers in patients with T2DM and advanced CKD. J Clin Med. 2017;6(9):86.

Dehghan P, Farhangi MA, Nikniaz L, Nikniaz Z, Asghari-Jafarabadi M. Gut microbiota-derived metabolite trimethylamine N-oxide (TMAO) potentially increases the risk of obesity in adults: an exploratory systematic review and dose-response meta-analysis. Obes Rev. 2020;21(5):e12993.

Fu J, Bonder MJ, Cenit MC, Tigchelaar EF, Maatman A, Dekens JA, et al. The gut microbiome contributes to a substantial proportion of the variation in blood lipids. Circ Res. 2015;117(9):817–24.

Lankelma JM, van Vught LA, Belzer C, Schultz MJ, van der Poll T, de Vos WM, et al. Critically ill patients demonstrate large interpersonal variation in intestinal microbiota dysregulation: a pilot study. Intensive Care Med. 2017;43(1):59–68.

Zeisel SH, daCosta KA, Youssef M, Hensey S. Conversion of dietary choline to trimethylamine and dimethylamine in rats: dose-response relationship. J Nutr. 1989;119(5):800–4.

Sun X, Jiao X, Ma Y, Liu Y, Zhang L, He Y, et al. Trimethylamine N-oxide induces inflammation and endothelial dysfunction in human umbilical vein endothelial cells via activating ROS-TXNIP-NLRP3 inflammasome. Biochem Biophys Res Commun. 2016;481(1–2):63–70.

Tang WH, Wang Z, Levison BS, Koeth RA, Britt EB, Fu X, et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. N Engl J Med. 2013;368(17):1575–84.

Ottiger M, Nickler M, Steuer C, Bernasconi L, Huber A, Christ-Crain M, et al. Gut, microbiota-dependent trimethylamine-N-oxide is associated with long-term all-cause mortality in patients with exacerbated chronic obstructive pulmonary disease. Nutrition. 2018;45:135-41 e1.

Yamashita T, Kasahara K, Emoto T, Matsumoto T, Mizoguchi T, Kitano N, et al. Intestinal immunity and gut microbiota as therapeutic targets for preventing atherosclerotic cardiovascular diseases. Circ J. 2015;79(9):1882–90.

Hai X, Landeras V, Dobre MA, DeOreo P, Meyer TW, Hostetter TH. Mechanism of prominent trimethylamine oxide (TMAO) accumulation in hemodialysis patients. PLoS ONE. 2015;10(12):e0143731.

Levey AS, Stevens LA, Schmid CH, Zhang YL, Castro AF 3rd, Feldman HI, et al. A new equation to estimate glomerular filtration rate. Ann Intern Med. 2009;150(9):604–12.

Knaus WA, Draper EA, Wagner DP, Zimmerman JE. APACHE II: a severity of disease classification system. Crit Care Med. 1985;13(10):818–29.

Vincent JL, Moreno R, Takala J, Willatts S, De Mendonca A, Bruining H, et al. The SOFA (Sepsis-related Organ Failure Assessment) score to describe organ dysfunction/failure. On behalf of the Working Group on Sepsis-Related Problems of the European Society of Intensive Care Medicine. Intensive Care Med. 1996;22(7):707–10.

Chou RH, Chen CY, Chen IC, Huang HL, Lu YW, Kuo CS, et al. Trimethylamine N-oxide, circulating endothelial progenitor cells, and endothelial function in patients with stable angina. Sci Rep. 2019;9(1):4249.

Keller U. Nutritional laboratory markers in malnutrition. J Clin Med. 2019;8(6):775.

Singer P, Blaser AR, Berger MM, Alhazzani W, Calder PC, Casaer MP, et al. ESPEN guideline on clinical nutrition in the intensive care unit. Clin Nutr. 2019;38(1):48–79.

McClave SA, Taylor BE, Martindale RG, Warren MM, Johnson DR, Braunschweig C, et al. Guidelines for the provision and assessment of nutrition support therapy in the adult critically ill patient: Society of Critical Care Medicine (SCCM) and American Society for Parenteral and Enteral Nutrition (A.S.P.E.N.). JPEN J Parenter Enter Nutr. 2016;40(2):159–211.

McClave SA, Martindale RG, Vanek VW, McCarthy M, Roberts P, Taylor B, et al. Guidelines for the provision and assessment of nutrition support therapy in the adult critically ill patient: Society of Critical Care Medicine (SCCM) and American Society for Parenteral and Enteral Nutrition (A.S.P.E.N.). JPEN J Parenter Enter Nutr. 2009;33(3):277–316.

Sheean PM, Peterson SJ, Chen Y, Liu D, Lateef O, Braunschweig CA. Utilizing multiple methods to classify malnutrition among elderly patients admitted to the medical and surgical intensive care units (ICU). Clin Nutr. 2013;32(5):752–7.

Lomivorotov VV, Efremov SM, Boboshko VA, Nikolaev DA, Vedernikov PE, Deryagin MN, et al. Prognostic value of nutritional screening tools for patients scheduled for cardiac surgery. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2013;16(5):612–8.

Terekeci H, Kucukardali Y, Top C, Onem Y, Celik S, Oktenli C. Risk assessment study of the pressure ulcers in intensive care unit patients. Eur J Intern Med. 2009;20(4):394–7.

Lew CCH, Yandell R, Fraser RJL, Chua AP, Chong MFF, Miller M. Association between malnutrition and clinical outcomes in the intensive care unit: a systematic review [formula: see text]. JPEN J Parenter Enter Nutr. 2017;41(5):744–58.

Kondrup J, Rasmussen HH, Hamberg O, Stanga Z, Ad Hoc EWG. Nutritional risk screening (NRS 2002): a new method based on an analysis of controlled clinical trials. Clin Nutr. 2003;22(3):321–36.

Lu YW, Lu SF, Chou RH, Wu PS, Ku YC, Kuo CS, et al. Lipid paradox in patients with acute myocardial infarction: potential impact of malnutrition. Clin Nutr. 2019;38(5):2311–8.

Buzby GP, Williford WO, Peterson OL, Crosby LO, Page CP, Reinhardt GF, et al. A randomized clinical trial of total parenteral nutrition in malnourished surgical patients: the rationale and impact of previous clinical trials and pilot study on protocol design. Am J Clin Nutr. 1988;47(2 Suppl):357–65.

Hicks KA, Mahaffey KW, Mehran R, Nissen SE, Wiviott SD, Dunn B, et al. 2017 Cardiovascular and stroke endpoint definitions for clinical trials. Circulation. 2018;137(9):961–72.

Palevsky PM, Liu KD, Brophy PD, Chawla LS, Parikh CR, Thakar CV, et al. KDOQI US commentary on the 2012 KDIGO clinical practice guideline for acute kidney injury. Am J Kidney Dis. 2013;61(5):649–72.

Wu YK, Kao KC, Hsu KH, Hsieh MJ, Tsai YH. Predictors of successful weaning from prolonged mechanical ventilation in Taiwan. Respir Med. 2009;103(8):1189–95.

Ottiger M, Nickler M, Steuer C, Odermatt J, Huber A, Christ-Crain M, et al. Trimethylamine-N-oxide (TMAO) predicts fatal outcomes in community-acquired pneumonia patients without evident coronary artery disease. Eur J Intern Med. 2016;36:67–73.

Guo JY, Chou RH, Kuo CS, Chao TF, Wu CH, Tsai YL, et al. The paradox of the glycemic gap: does relative hypoglycemia exist in critically ill patients? Clin Nutr. 2021;40(7):4654–61.

Ma J, Pazos IM, Gai F. Microscopic insights into the protein-stabilizing effect of trimethylamine N-oxide (TMAO). Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111(23):8476–81.

Gluick TC, Yadav S. Trimethylamine N-oxide stabilizes RNA tertiary structure and attenuates the denaturating effects of urea. J Am Chem Soc. 2003;125(15):4418–9.

Fuke N, Nagata N, Suganuma H, Ota T. Regulation of gut microbiota and metabolic endotoxemia with dietary factors. Nutrients. 2019;11(10):2277.

Fay KT, Ford ML, Coopersmith CM. The intestinal microenvironment in sepsis. Biochim Biophys Acta. 2017;1863(10 Pt B):2574–83.

Wang S, Xiao C, Liu C, Li J, Fang F, Lu X, et al. Identification of biomarkers of sepsis-associated acute kidney injury in pediatric patients based on UPLC-QTOF/MS. Inflammation. 2020;43(2):629–40.

Mafra D, Borges NA, Cardozo L, Anjos JS, Black AP, Moraes C, et al. Red meat intake in chronic kidney disease patients: two sides of the coin. Nutrition. 2018;46:26–32.

Boutagy NE, Neilson AP, Osterberg KL, Smithson AT, Englund TR, Davy BM, et al. Short-term high-fat diet increases postprandial trimethylamine-N-oxide in humans. Nutr Res. 2015;35(10):858–64.

Zhang C, Yin A, Li H, Wang R, Wu G, Shen J, et al. Dietary modulation of gut microbiota contributes to alleviation of both genetic and simple obesity in children. EBioMedicine. 2015;2(8):968–84.

Barrea L, Annunziata G, Muscogiuri G, Laudisio D, Di Somma C, Maisto M, et al. Trimethylamine N-oxide, Mediterranean diet, and nutrition in healthy, normal-weight adults: also a matter of sex? Nutrition. 2019;62:7–17.

Kaysen GA, Johansen KL, Chertow GM, Dalrymple LS, Kornak J, Grimes B, et al. Associations of trimethylamine N-oxide with nutritional and inflammatory biomarkers and cardiovascular outcomes in patients new to dialysis. J Ren Nutr. 2015;25(4):351–6.

Lombardo M, Aulisa G, Marcon D, Rizzo G, Tarsisano MG, Di Renzo L, et al. Association of urinary and plasma levels of trimethylamine N-oxide (TMAO) with foods. Nutrients. 2021;13(5):1426.

Koeth RA, Wang Z, Levison BS, Buffa JA, Org E, Sheehy BT, et al. Intestinal microbiota metabolism of l-carnitine, a nutrient in red meat, promotes atherosclerosis. Nat Med. 2013;19(5):576–85.

Missailidis C, Neogi U, Stenvinkel P, Troseid M, Nowak P, Bergman P. The microbial metabolite trimethylamine-N-oxide in association with inflammation and microbial dysregulation in three HIV cohorts at various disease stages. AIDS. 2018;32(12):1589–98.

Cederholm T, Barazzoni R, Austin P, Ballmer P, Biolo G, Bischoff SC, et al. ESPEN guidelines on definitions and terminology of clinical nutrition. Clin Nutr. 2017;36(1):49–64.

Yin J, Liao SX, He Y, Wang S, Xia GH, Liu FT, et al. Dysbiosis of gut microbiota with reduced trimethylamine-N-oxide level in patients with large-artery atherosclerotic stroke or transient ischemic attack. J Am Heart Assoc. 2015. https://doi.org/10.1161/JAHA.115.002699.