Apports énergétiques (aspects quantitatifs)

Nutr Clin Mktabol 1998; 12 (Suppl 1): 105-115

Apports 6nerg6tiques (aspects quantitatifs)

Bertrand Delafosse

Service de Reanimation, Departement d'Anesth6sie-R6animation IV, H6pital Edouard-Herriot, 69437 Lyon.

R6sum6

Le patient agress6 pr6sente des modifications m6tabo- liques favorisant rapparition d'un 6tat de d6nutrition. Un apport 6nerg6tique insutfisant majore cette d6nn- trition clans la mesure o6 l'organisme doit fournir les substrats n6cessaires /~ la d6pense 6nerg6tique. Ce- pendant, un apport 6nerg6tique sup6rienr aux d6pen- ses n'a pas montr6 d'effet b6n6fique r6el, en particnlier sur la balance azot6e qui reste n6gative tant que dure l'6tat d'agression. En revanche, cette << bypernutrition >> a 6t6/~ l'origine d'effets d616t6res, comme la st6atose h6patique, la charge en gaz earbonique d'origine nutritionnelle et les d6p6ts lipidiques. L'aspeet quantitatif de rapport 6nerg6tique chez un malade agress6 pose doric au moins trois questions : - Quel doit ~tre le niveau d'apport 6nerg6tique chez un malade agress6 par rapport fi son niveau de d6pen- ses 6nerg6tiqnes ? - Qnelle doit ~tre la proportion respective des hydrates de carbone et des lipides en fonetion de leur utilisation 6nerg6tique et done de leur devenir m6ta- bolique ? - Peut-on forcer le m6tabolisme 6nerg6tique en modifiant les niveaux d'apport ? Afin de r6pondre /~ ces questions, il est n6cessaire d'6valuer les d6penses 6nerg6tiques et de eonnaltre les d6bits d'oxydation des substrats en fonetion de lenr apport. Les m6thodes d'approximation et de mesure des d6- penses 6nerg6tiques, pnis les m6thodes de mesure des d6bits d'oxydation des substrats sont d6erites. En partieulier, la calorim6trie indireete est une technique

relativement simple, compte tenu d'imp6ratifs m6tho- dologiques, et facilement disponible. L'analyse de plusieurs travaux permet de donner un d~but de r~ponse : - Lors d'apports 6nerg6tiques sup6rieurs aux d~penses ~nerg~tiques, la partie exc~dentaire de l'apport n'est pas utilis6e fi des fins 6nerg~tiques et donc d~pos6e, le plus souvent sous forme de lipides (n~oglucogen~se et d6pfit lipidique net dans le tissu graisseux). Il semble donc que l 'apport 6nerg6tique total doit ~tre ~gal aux d6penses 6nerg6tiques, d 'autant que le malade agress~ ne peut moduler ses d~penses par l'exercice. - L o r s d'apports 6nerg6tiques 6gaux aux d~penses ~nerg6tiques, un apport calorique non protidique comportant 70 % d'hydrates de carbone et 30 % de lipides 6vite le d~pSt net de lipides. En pratique, cela repr6sente un apport glucidique de 15 fi 18 kcal/kg.j (soit 3,75 ~ 4,5 g/kg.j), un apport lipidiqne de 6 fi 8 kcal/ kg.j (soit environ 1 g/kg.j) pour un apport azot6 de 250 ~ 300 mg/kg.j. Ces valeurs sont tr~s proches de celles propos6es par la Conference de Consensus concernant la Nutrition Artificielle P~riop6ratoire en Chirurgie Programm6e de l'Adulte. - Le devenir des substrats perfus6s d~pend donc essen- tieUement de l'6quilibre apports/d~penses. Le m~tabolisme oxydatif est d6pendant de la demande en substrats 6nerg6tiques et ne peut ~tre forc~ en modifiant les apports.

Mots cl~s : Agression, apport 6nerg6tique, calorim6trie indirecte, d6bit d'oxydation des substrats, d~pense energe- tique, 6changes gazeux respiratoires, hydrates de carbone, isotopes stables, lipides, nutrition ent6rale, nutrition parent6- rale, soins intensifs.

Correspondance : Dr B. Delafosse, Service de R6animation, D6partement d'Anesth6sie-R6animation IV, H6pital Edouard- Herriot, 69437 Lyon cedex 03.

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B. DELAFOSSE

Un 6tat de d6nutrition est fr6quemment observ6 lors de l'admission d'un malade en service h0spitalier : jusqu'/t 48 % des cas pour Weinsier et al. [1]. I1 est la cons6quence des habitudes alimentaires, de l'~ge et de l'affection sous-jacente. Selon les crit~res de d6nutri- tion retenus, celle-ci s'aggrave au cours de l'hospitali- sation chez 69 fi 75 % des malades. Diff6rents facteurs participent fi cette d6t6rioration de l'6tat nutritionnel. Parmi ceux-ci, les 6tats d'agression secondaires/t une intervention chirurgicale majeure ou compliqu6e, ou /tune pathologie infectieuse ou inflammatoire s6v6res [2], sont fr6quemment rencontr6s en milieu de soins intensifs. Les cons6quences de cette d6nutrition sont li6es/t la perte de masse maigre et de masse cellulaire, entrainant une diminution des capacit6s de cicatrisa- tion, une alt6ration de la r6ponse immunitaire, une augmentation de la fr6quence des infections pulmo- naires et une r6duction de la fonction musculaire squelettique et respiratoire. La nutrition artificielle du malade agress6 a donc pour objectif d'assurer un apport nutritionnel quan- titativement et qualitativement adapt6 fi ses besoins. Cette nutrition peut &re r~alis6e par voie ent~rale ou parent6rale. Quelle que soit la voie d'administration, les d6penses 6nerg&iques peuvent &re compens6es par l 'administration des trois macronutriments : d'une part les prot6ines, et d'autre part, les hydrates de carbone et les lipides constituant l'apport ~nerg6- tique << non protidique >>. Au cours des ann6es 1970, le but recherch6 &ait surtout de limiter le catabolisme protidique. I1 sem- blair en effet qu'en rendant la balance 6nerg6tique positive (c'est-fi-dire en apportant plus de calories que le patient n'en consommait), il ~tait alors possible de moins n6gativer, voire de positiver la balance azot6e [3]. Dans le m~me temps, les premieres 6mulsions lipidiques mises sur le march6 pr6sen- talent un inter& potentiel triple : un apport ~nerg6- tique important pour une masse r6duite, de faible osmolarit~ ; deuxi~mement, une utilisation privi- 16gi6e chez le malade agress~, et enfin, une production de gaz carbonique r6duite comparativement fi un apport ~nerg6tique sous forme de glucose. Ces int~r~ts potentiels ont conduit au concept d' << hypernutri t ion >>, selon lequel tout substrat administr6 6tait oxyd6 A des fins 6nerg6tiques. De m~me que la sous-nutrition, 1' << hypernutrition >> a cependant mis en 6vidence ses limites. D'une part, elle n'~vite pas le catabolisme azot~ des patients s6v6rement agress~s, et d'autre part elle pr6sente des risques d'effets d616t6res dus fi la lipogen~se en particulier h6patique et fi la production 6levee de gaz carbonique ainsi qu'un d6p6t net des lipides en exc6s non utilis~s. Enfin, tr6s peu d'6tudes effectu~es en milieu de soins intensifs ont envisag6 l'utilisation ou le devenir des substrats 6nerg6tiques apport6s.

I1 parait donc n6cessaire dans un premier temps de r6f6rencer les m6thodes utilisables en milieu de soins intensifs permettant de mesurer la d~pense 6nerg6- tique des patients agress6s et, si possible, de connai- tre le devenir des substrats administr6s.

Les m(~thodes d'dvaluation de la ddpense (~nergetique utilisables en soins intensifs

Les m6thodes d'estimation de la d6pense 6nerg6tique

Ces diff6rentes techniques sont rappel6es alors qu'elles ne permettent pas de mesurer avec pr6cision les d6penses ~nerg6tiques et qu'elles n'apportent aucune information sur l'utilisation des diffbrents substrats. Elles ont cependant une valeur indicative en l'absence de moyens d'investigation.

L e s tables, formules et abaques

Les ~quations de Harris et Benedict, datant de 1919 [4], permettent de pr6dire la d~pense 6nerg6tique fi partir du sexe, de l'~ge, de la taille et du poids du patient. Cependant, les 6quations r&6renc~es dans les ouvrages m6dicaux sont souvent erron6es, ce qui peut conduire fi des erreurs de 7 fi 55 % dans le calcul des d6penses 6nerg6tiques [5]. Apr6s de 16g6res modifications des formules initiales [6], les 6quations de Harris et Benedict pr~disent la d6pense 6nerg6tique de repos d'un individu normal avec une precision de 14% ; en revanche, elles sous-estiment de 22% les d6penses 6nerg6tiques chez le sujet d~nutri [6]. En 1936, Boothby et al. proposent une abaque permettant de d6terminer la d6pense 6nerg6tique fi partir de l'Sge et du sexe en fonction du pourcentage pr6sum6 des variations du m~tabolisme basal [7]. Les 6quations de Harris et Benedict ayant 6t~ r6ali- s6es afin d'estimer les d~penses 6nerg6tiques de sujets normaux, il a ~t6 propos6 d'ajouter un facteur de correction en fonction du type d'agression subie. Ainsi, selon Kinney et al. [8] et Long et al. [9], les d~penses 6nerg6tiques << de repos >> en p~riode post- op6ratoire se situent entre 0 et 10% au-delfi de la d6pense 6nerg&ique de repos d'un sujet sain, celles d'un sujet atteint de fractures multiples entre 10 et 30 %, celles dues/t l'infection s6v~re entre 30 et 60 % et celles secondaires aux brfilures entre 50 et 110 %, soit deux fois la d~pense 6nerg6tique. Ces facteurs de correction conduisent cependant le plus souvent une surestimation des d~penses 6nerg6tiques par rapport aux d6penses m6sur6es [10, 11]. Ainsi, chez le patient s6v~rement brfil6, la mesure des d6penses 6nerg~tiques a montr6 que celles-ci correspondaient /t 1,2 fois la d6pense 6nerg6tique pr6dite et non deux lois ; ceci a permis d'6tablir des formules (formule de Toronto et formule de Curreri) [12, 13] permettant de pr6dire les d6penses 6nerg6tiques en fonction du

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APPORTS t~NERGI~TIQUES

m6tabolisme de repos selon les formules de Harris et Benedict, le pourcentage de surface brfil6e, la tempe- rature corporelle et le nombre de jours 6coul6s de- puis la brfilure.

Les autres techniques d'estimation de la d~pense dnerg~tique utilisables en soins intensifs

I1 s'agit principalement de la technique utilisant le principe de Fick. Cette technique invasive n'est utilisable que chez le patient de chirurgie ou de r6anima- tion justifiant la mise en place d 'un cath6ter de Swan-Ganz dans l'art&e pulmonaire permettant la mesure du d~bit cardiaque ainsi que des pr616ve- ments de sang veineux m~l& I1 est alors possible de calculer la consommation d'oxyg+ne d'un individu (et doric sa d6pense 6nerg~tique) par la formule :

Consommation d'oxyg~ne = QC x (CaO2 - C v O 2 )

dans laquelle QC est le d~bit cardiaque, CaO2 et CvO2 les concentrations en oxyg6ne du sang art6riel et du sang veineux m~16, respectivement. Bien qu'ayant b6n6fici6 d'am61iorations mat6rielles nota- bles [14], cette technique pr6sente toutefois plusieurs inconv6nients majeurs : - e l l e ne permet pas la mesure en continu de la consommation d'oxyg~ne ; - elle ne permet pas de mesurer la production de gaz carbonique ; - e l l e ne tient pas compte de la consommat ion d'oxyg~ne des poumons qui peut ~tre importante en cas de pneumopathie ;

elle est invasive. D'autres techniques d'estimation de la d~pense 6ner- g6tique fond6es soit sur la mesure de la fr~quence cardiaque [15], soit sur la composition corporelle [16] ou la mesure de param~tres ventilatoires [17] ne sont pas utilisables de fa~on fiable. Ces techniques d'estimation de la d6pense ~nerg~- tique sont simples fi mettre en oeuvre, peu on,reuses et 6vitent les erreurs grossi~res d'6valuation des besoins 6nerg6tiques. En revanche, elles sont sources d'erreurs par exc6s [10] ou par d6faut dans le calcul des d6penses 6nerg6tiques. Valables pour un groupe donn~ d'individus elles ne tiennent pas compte des variations interindividuelles tant chez l'enfant que chez le vieillard ainsi que chez le malade de soins intensifs [18, 19]. L'incertitude li~e/t ces m6thodes a rendu n~cessaire la raise au point de m6thodes de mesure de la d~pense 6nerg~tique.

Les m6thodes de mesure de la d6pense 6nerg6tique

Ces m6thodes permettent la mesure prbcise de la d6pense 6nerg6tique d'un individu donn& Cepen- dant, la plupart d'entre elles ne sont pas utilisables en milieu de soins intensifs.

La calorim6trie directe permet de mesurer l'ensemble des pertes thermiques du corps, repr6sent6es par 1~ (pertes thermiques par radiations), C (pertes thermiques par convection), I¢ (pertes thermiques par conduction) et l~ (pertes thermiques par ~vapo- ration). Seul le syst~me de v~tement refroidi par eau et d6velopp6 par Webb [20] peut ~tre utilis6 chez l'enfant pr6matur6 non ventil6 [21].

Mdthode de reau doublement marqude

Cette m6thode, d6veloppbe initialement pour mesurer les dbpenses 6nerg~tiques de petits animaux de laboratoires sur de longues p6riodes, pr6sente l'avantage de n'imposer aucune restriction /t l'acti- vit6 du sujet 6tudi6 [22, 23]. L'eau marqu6e par l'oxyg~ne 18 (1802) est 6limin6e sous deux formes : gaz carbonique (C1802) et eau (H2180), alors que l'eau marqu6e par le deut6rium (2H20) est 61imin6e uniquement sous forme d'eau. La diff6rence entre les d6bits de disparition de 2H et de 1802 est donc proportionnelle fi la production totale de CO2, si l'on fair l'hypoth6se que le pool des bicarbonates reste constant. La d6pense 6nerg6tique (DE) est alors calcul6e au moyen de l'6quation de Weir [24] :

DE = 3,941 rCO2/QR + 1,106 rCO2 - 2,17 Nu

off DE est exprim6 en kcal/j , rCO2 repr6sente la production quotidienne de gaz carbonique en L/j [25] et Nu l'excr6tion azot6e en g/j. Le quotient respiratoire (QR) doit ~tre mesur6 soit par calorim~- trie indirecte, ce qui limite l'int6r~t de la technique, soit 6valu~ fi partir du quotient alimentaire (QA) moyen des ingesta au cours de l'6tude [26]. Cette derni+re m6thode repose sur l'hypoth~se suivante : l'6quilibre 6nerg~tique (absence de perte ou de gain pond6ral pendant l'~tude), le QR et le QA sont identiques. Le QA peut ~tre simplement calcul6 /t partir du relev6 de la composition des aliments sur une p6riode de quatre jours :

Q A = 0 , 8 1 P + 0 , 7 1 F + l C + 0 , 6 7 A

off P, F, C et A repr6sentent les quantit6s de pro- t6ines, de lipides, d'hydrates de carbone et d'alcool ing6r6es, exprim~es en pourcentage de l'apport 6ner- g6tique total. En dehors du cas particulier du malade de r6animation, les pertes azot6es ne reprbsen- tent qu'une faible valeur des d6penses 6nerg6tiques et peuvent alors ~tre n6glig6es :

DE = 3,9 rCO2/QR + 1,11 rCO2

En pratique, apr~s une mesure pr6cise du poids corporel du sujet, il faut mesurer les rapports isotopiques 2H/H et 180/160 dans le sang ou les urines fi l'6tat basal, puis apr6s ingestion de l'eau doublement

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marquee it la p6riode d'6quilibre, et enfin chaque jour sur la p6riode 6tudi6e (5 it 10 jours). Une correction doit ~tre effectu~e si le poids du sujet varie au cours de la p6riode d'6tude. Cette technique suppose que soient v6rifi~es plusieurs hypoth6ses : existence d'un espace de dilution identique pour les deux isotopes, stabilit6 des ingesta au cours de l'6tude et, absence de modification des pools pendant l'~tude. La m6thode de l'~chantillonnage it deux points a simplifi6 la procedure en supprimant les mesures quotidiennes. Cette technique, encore on& reuse, permet donc de mesurer avec pr6cision la d~pense 6nerg6tique d'un patient sur plusieurs jours. Elle est progressivement utilis6e en milieu de soins intensifs, mais ne permet toutefois pas de calculer l'utilisation des diff6rents substrats 6nerg6tiques.

La calorim$trie indirecte

C'est actuellement la technique de choix utilisable en milieu de soins intensifs : elle permet de mesurer d'une part les d6penses 6nerg6tiques d'un sujet sur des p~riodes de longue dur6e et d'autre part de calculer l'utilisation des diff6rents substrats 6nerg6ti- ques.

Mesure de la d4pense 4nerg4tique

La d6pense totale d'6nergie d'un individu peut ~tre estim6e it partir de la consommation d'oxyg&ne (902) et 6ventuellement de sa production de gaz carbonique (VCO2). On distingue, selon le circuit utilis6 (ferm~ ou ouvert), deux types de m6thodes permettant la mesure des 6changes gazeux. Bien que le circuit ferm6 ait 6t~ historiquement le premier mis en oeuvre, l'ensemble des contraintes li6es it son maniement rendent cette m~thode inutilisable en soins intensifs. Actuellement, seules les m6thodes appliquant le circuit ouvert sont utilis6es en milieu clinique. • Le circuit ouvert sans s6paration des gaz inspir6s et expir6s : Le principe de base est simple : une enceinte est ventil~e au moyen d'une aspiration it d6bit constant qui extrait le m&lange air-gaz expir& Les fractions expir~es d'oxyg~ne et de gaz carbonique sont analy- s6es apr6s mesure du d6bit d'extraction. La mesure de la fraction inspir6e d'oxyg~ne est n6cessaire si le sujet inhale un m61ange enrichi en oxyg6ne. Cette enceinte peut ne contenir que la t~te du sujet : c'est la technique du boitier ou << canopy >> [27, 28], largement r6pandue. Cette m~thode qui permet la mesure en continu des 6changes gazeux ne peut cependant pas ~tre utilis~e chez le patient intub~ et ventil6. • Le circuit ouvert avec s&paration des gaz inspires et expir6s : Le sujet, reli~ de fagon 6tanche au circuit au moyen d 'un embout buccal, d 'un masque facial ou d'une sonde d'intubation, inspire l'air ambiant ou le m61ange

inspiratoire au moyen d'une valve unidirectionnelle it trois voies, rejette les gaz expir6s dans un spirom~tre, un sac de Douglas, ou une boTte de m61ange. Cette derni+re m6thode permet 1'analyse en continu sur de longues p6riodes et en particulier chez le malade soumis it une ventilation artificielle [29-33]. La consommation d'oxyg6ne (902) se calcule, apr6s simplifications, au moyen de la formule suivante :

902 = VE[ (1-FECO2) FIO2-FEOz]/(1-FEO2)

Le calcul de la production de gaz carbonique est plus simple :

VCO2 = 9E. FECO2

Le calcul du quotient respiratoire est imm~diat :

QR = VCO2/902

Les calculs d'6changes gazeux n~cessitent donc la mesure d'un d6bit (VE), et de trois concentrations fractionnelles de gaz : FIO2, FEO2 et FECO2. L'industrie met actuellement it disposition des appareils fiables permettant des enregistrements de longue dur6e [34], tant chez le sujet respirant spontan6- ment que chez le malade soumis it une ventilation artificielle. Cependant, malgr6 l'emploi de capteurs pr6cis et fidSles, l'utilisation de ces appareils doit tenir compte de quelques imp&atifs m&thodologi- ques. Premi~rement, la mesure de la 902 est tr6s sensible aux erreurs de concentration fractionnelles d'oxyg6ne. La pr6cision de la mesure de la FIO2 est augment6e par l'adjonction d'une boite de m61ange plac6e en amont du ventilateur. Cependant, en cas d'utilisation de ventilateurs munis de valves num6ri- ques, la stabilit6 de la FIO2 doit ~tre v6rifiSe [34]. Enfin, l'erreur statistique de la mesure de la VO2 croit avec l 'augmentation de la FIO2. En pratique, les enregistrements d'6changes gazeux sont done r6serv6s aux seuls patients respirant un m61ange gazeux de FIO2 inf6rieure it 0,6. Deuxi~mement, l'assimilation des grandeurs ventilatoires de 9 0 2 et de VCO2 it des grandeurs m&aboliques n'est licite que si les stocks d'oxygSne et de gaz carbonique entre l'6tape cellulaire et l'6tape pulmonaire sont constants. Cette condition est facilement remplie pour l'oxyg~ne dont les stocks endog6nes sont fai- bles. En revanche, les stocks de gaz carbonique sont beaucoup plus importants et constitu6s de diff6rents compart iments ayant chacun leur propre vitesse d'6change. Les variations des stocks de CO2 peuvent ~tre ainsi de grande amplitude et surtout de cin6- tique plus lente que celle des stocks d'oxyg6ne. En pratique, toute interpretation correcte de mesure d'~limination de CO2 et donc de QR suppose que les stocks de CO2 soient constants. Ces consid&ations sont en faveur d'enregistrements de longue dur~e permettant d'acqu6rir une valeur de QR correspondant r6ellement au QR m6tabolique. Troisi6mement, de nombreux artefacts peuvent perturber les mesures

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APPORTS I~NERGI~TIQUES

effectubes chez le malade de soins intensifs ventilb artificiellement comme les bpisodes de toux, les aspi- rations trachbales ou les bpisodes de d6sadaptation du malade/ t son respirateur. Les grandeurs mesur6es au cours de ces 6pisodes doivent 6tre exclues pour r~aliser les calculs physiologiques [30]. Enfin, t o u s l e s bv6nements quotidiens auxquels sont confront6s les malades (toilette, examen physique ou radiologique, arriv~e de visiteurs) peuvent augmenter de 20 fi 35 % les niveaux de base de ~ro2 et de VCOz [35]. En pratique, seuls les enregistrements continus de longue dur6e, en minimisant l'influence de ces facteurs non sp~cifiques, permettront d'utiliser les valeurs mesu- rbes pour les calculs de calorim~trie indirecte. Le calcul de la d6pense ~nerg~tique exprim6e en kcal.min -~ (1 kcal = 4,1855 kJ) est alors effectu6 au moyen de diff~rentes 6quations comme celle de Weir [24] (cf. eau doublement marqu6e). Certaines bqua- tions ont 6t6 plus sp~cifiquement adapt6es fi la nutrition parent6rale [36] :

DE = 5,083 "V'O~ - 0,138 VCO~ - 0,128 n

dans laquelle n exprime l'excr6tion azot6e en g/min. En pratique, il convient de corriger la quantit6 de prot6ines oxyd6es en tenant compte des variations du pool d'ur6e corporelle qui peuvent 6tre importan- tes chez le malade de soins intensifs. Le recueil des urines dolt ~tre particuli@ement minutieux, effectu6 sur la glace afin d'6viter une d6gradation li~e aux bact6ries.

Le calcul du d4bit d'oxydation des diffdrents substrats 4nerg4tiques

La calorim&rie indirecte est la seule technique utilisable en routine permet tan t de calculer le d6bit d'oxydation des substrats 6nerg6tiques [37, 38]. En effet, chez un sujet qui oxyde g grammes de glucose et f grammes de lipides et excrbtant n grammes d'azote urinaire par minute, la valeur de la ~'O2 exprim6e en litres par minute est donn~e par la formule :

VO2 = 0,746 g + 2,03 f + 6,04 n

La VCO2 est :

VCO2 = 0,746 g + 1,43 f + 4,89 n

A partir de ces 6quations, on peut calculer g et f :

p = 6,25 n

g = 4,55 ~rC02 3,21 g o 2 -- 2,87 n

f = 1 ,67VOz-1 ,67VCO2 1,2n

off p est 6gal fi la quantit6 de prot6ines oxyd6es exprim6e en grammes par minute. Les coefficients utilisbs varient selon les conditions nutritionnelles (jefine ou p6riode postabsorptive) et selon le nutriment moyen choisi pour repr6senter les

hydrates de carbone, les lipides et les prot6ines [39]• En particulier, lors de mesures au cours de nutrition parent6rale, l 'ut i l isat ion de nouveaux substrats comme les ~mulsions lipidiques contenant des trigly- c6rides fi cha]nes moyennes n6cessite la prise en compte de nouveaux coefficients afin de corriger ces ~quations [39]. Bien que s6duisante, la technique de calorim6trie indirecte pr~sente plusieurs limites fi la mesure du d6bit d'oxydation des substrats 6nerg6tiques. Nous avons vu le retentissement de l 'erreur commise sur la mesure de la VO2 et la VCO2 d'ofi la n6cessit6 de mesure de longues dur6es, ainsi que la n~cessit6 de prise en compte des variations du pool corporelle d'ur~e. Cependant, malgr~ ces pr6cautions, il n'est pas possible en pr6sence de processus d'interconver- sion m~tabolique tels que la lipogen6se ou la n6o- glucogen6se de calculer les d~bits r6els d'oxydation des hydrates de carbone ou des lipides, mais seulement des d6bits nets ou apparents d' << utilisation >> des substrats [37]. Le d~bit d'oxydation apparent des hydrates de carbone mesur6 par calorim6trie indirecte peut ~tre exprlme alnsl •

off ~ox reprbsente le d6bit rbel d'oxydation des hydrates de carbone, ~r le d6bit de conversion des hydrates de carbone en lipides, et 6s le d6bit de synthbse des hydrates de carbone/ t partir des acides amin6s (n6o- glucogenbse). Un d6bit nul d'oxydation mesur6 par calorim6trie indirecte ne signifie donc pas obligatoirement une absence d'oxydation r6elle des hydrates de carbone, mais seulement un bilan nul entre oxydation rbelle d'une part et nboglucogen6se d'origine protbique et lipogen6se d'origine glucidique d'autre part. De m~me pour les lipides "

off ~'ox repr6sente le d6bit r~el d'oxydation des lipides, et fs repr~sente le d6bit de synth+se des lipides fi partir des hydrates de carbone. Ainsi, un d6bit n6ga- t if d 'oxydation mesur6 par calorim6trie indirecte indique seulement que la lipogen6se est sup6rieure fi la lipolyse. D'autres ~tats m6taboliques, caract6ris6s par la mise en r~serve de produits interm6diaires m~tabolisables comme les corps c~toniques ou l'acide lactique, sont source d'erreurs.

Intdr~t de la calorimdtrie indirecte ." 4tude de la balance des substrats 4nerg4tiques

Le cofit de cette m6thodologie, qui n6cessite une mesure rigoureuse des apports nutritionnels et des pertes de substrats (azote f6cal et cutan6, liquides de drainage et de fistules) la limite fi la recherche.

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Connaissant les apports de substrats exprim6s en masse d'hydrates de carbone, de lipides et de prot6i- nes, connaissant les pertes d'azote f6cal et cutan6, et connaissant par calorim6trie indirecte les masses de substrats oxyd~s, il est possible de calculer les balances quotidiennes de substrats. Pour un substrat d6- termin~, une balance n6gative signifie que l'utilisation est sup6rieure fi l'apport. Une balance nulle ou 6quilibr~e signifie que la quantit6 de substrat utilis~ est 6gale/t la quantit~ apport6e. Enfin, une balance positive traduit, pour les hydrates de carbone, une raise en r6serve sous forme de glycog6ne et, pour les lipides, un d6p6t net des lipides apport6s et/ou une lipogen~se fi partir des hydrates de carbone. La calorim6trie indirecte, dont les modalit6s d'utilisation se sont simplifi~es, est actuellement la m~- thode de r&6rence en particulier chez le patient de soins intensifs. Elle permet la mesure des d~penses 6nerg6tiques et des d6bits d'oxydation des diff6rents substrats 6nerg6tiques et, par la m6thode des balances de substrats, l'6tude du devenir des apports 6nerg6tiques.

Mkthodes utilisant rabondance naturelle en isotopes stables

Chez la plupart des v6g&aux, le contenu en carbone est 16g+rement plus riche en 12CO2 que celui contenu dans le CO2 atmosph6rique. Cependant, quelques plantes telles que le mais et la canne A sucre, par un m6canisme diff6rent d'incorporation du CO2, ont un contenu en 13C plus important que les autres v6g6taux, de m~me que les aliments qui en sont d6riv6s. Ainsi, le rapport isotopique 13C02/12C02 du gaz carbonique expir6 par les animaux sup6rieurs suit les variations de la composition de leur alimentation [40]. Cette m6thodologie est int6ressante pour 6tudier le devenir d 'une charge en hydrates de carbone. L'abondance naturelle en 13C 6tant plus importante dans le glucose de mais que dans les lipides de soja utilisbs en nutrition parent6rale, il est possible d'6va- luer le rapport d 'oxydation des deux nutriments, sans toutefois pouvoir mesurer la valeur du d6bit d'oxydation de chacun des deux substrats [41, 42].

Conclusion

La d6pense 6nerg6tique d'un malade de soins intensifs peut 6tre grossi+rement 6valu6e au moyen de diff6rentes techniques de calculs. Seule sa mesure par calorim6trie indirecte ou par l'eau doublement marqu6e permet d'en conna~tre la valeur exacte. La mesure de l'utilisation des diff6rents substrats 6ner- g6tiques peut atre effectu6e au moyen de diff~rentes techniques. L'utilisation de l'enrichissement naturel en isotopes stables permet d'appr6cier de fagon glo-

bale l 'oxydation respective des hydrates de carbone et des lipides, sans toutefois permettre de les quan- tifier. Seule la calorim6trie indirecte permet une approche globale de la mesure de l 'oxydation des diff~rents nutriments et de leur << balance ~> en fonction de la connaissance des apports nutritionnels.

Les besoins ~nerg~tiques des patients agress~s

La mesure de la d6pense 6nerg6tique par calorim6- trie indirecte repr6sente une approche pr6cise dans l'6valuation des apports ~nerg~tiques n6cessaires fi un patient. A d&aut de r6aliser des mesures individuelles, on peut se baser sur des valeurs moyennes obtenues chez diff6rents groupes pathologiques (Tableau I). On constate alors la grande dispersion des valeurs individuelles /t l 'int~rieur de chaque groupe et, le plus souvent, aucun facteur objectif ne permet d'expliquer ces variations. De plus, les valeurs moyennes de d6pense 6nerg6tique obtenues pour des groupes de pathologie apparemment identique peuvent ~tre tr~s diff~rentes comme en t6moi- gnent les r6sultats obtenus sur deux s6ries de patients ayant subi une transplantation h6patique dans la m~me institution [41, 46]. La technique chirurgi-

Tableau I : D~penses knergdtiques chez diffOrents groupes de malades.

Measured energy expenditure in different groups of critically ill patients.

D6pense mesur6e Groupes de malades Moyenne (valeurs extr6mes)

Postop&atoire de chirurgie majeure ." Mann [43] 1,16 (0,5 -2 ,0 ) Delafosse [44] 1,16 (0,96 1,45) Delafosse [41] 1 , 0 3 (0,99-1,07) Transplantation hkpatique : Shanbhogue [45] 1,07 Delafosse [46] 1,37 (1,02- 1,65) Delafosse [41] 1,04 (1,02- 1,06)

Insuffisance rknale aigu6 : Bouffard [47] 1,19 (0,8 - 1,7 ) Br~lures ktendues : Saftte [48] 1,47 Matsuda [49] 1,33 Coma traumatique ." Dempsey [50] 1,26 (0,8 - 1,9 ) Phillips [51] 1,3 (0,94-1,76) Paner~atites aigu6s : Bouffard [52] 1,49 (1,08- 1,78)

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cale et les soins postop6ratoires 6taient identiques ; en revanche, les patients n'avaient pas 6t6 op6r6s au m~me stade d'6volution de la maladie h6patique. Enfin, il n'y a pas de relation entre d6pense 6nerg6- tique et catabolisme prot6ique. Un 6tat d'hyperm6- tabolisme n'est donc pas synonyme d'btat hypercata- bolique.

Quel apport 6nerg6tique total et quel rapport glucides/lipides ?

Les diff6rents modes nutritionnels chez les patients pr6sentant une fonction ventilatoire r$duite et l'6tude de leurs cons6quences respiratoires et m6ta- boliques ont permis de r6pondre en grande part ie/ t ces questions. Plusieurs observations ont rapport6 une hypercapnie induite par la nutrition lorsque celle-ci 6tait riche en hydrates de carbone. Cette hypercapnie 6tait la cons6quence d'une augmentation de la ventilation minute insuffisante, chez des patients insuffisants respiratoires chroniques ou en cours de sevrage de la ventilation artificielle [53, 54], o u d'un r6glage inad6quat du ventilateur, chez des patients soumis fi la ventilation en mode contr616 [55]. On remarque cependant que dans ces observations, l 'apport calorique total quotidien 6tait toujours sup6rieur ~i 2 200 kcal ; il d6passait 3 000 kcal voire 5 000 kcal dans plus de la moiti6 des cas. Dans l'une de ces observations [54], l 'apport calorique quotidien d'origine glucidique repr6sentait 4 284 kcal, soit 1 145 g d'hydrates de carbone ; un rapide calcul montre qu'en cas d'oxydation compl6te, la quantit6 de CO2 produit 6tait supbrieure fi 850 litres par jour. Puisqu'fi fourniture 6nerg6tique identique, l'oxydation des lipides produit moins de CO2 que l'oxydation des hydrates de carbone, il a 6t6 propos$ de privil6gier l 'apport lipidique. En l'absence de r6gles 6tablies concernant le rapport optimum entre hydrates de carbone et lipides dans la nutrition, certains auteurs ont recommand6 un apport lipidique attei- gnant 70 % de l'apport 6nerg6tique non protidique [56]. Bien que la plupart de ces 6tudes aient montr6 une r6duction de la VCO2 sous apport lipidique pr6dominant, la r6duction attendue de la ventilation minute n'6tait pas toujours observ6e. Enfin, en 1992, une 6rude a montr6 que lorsque l'apport $nerg6tique total est proche de la d6pense 6nerg6tique mesur6e, l'effet << qualit6 des substrats >> ou rapport .glucido- lipidique, n'apparaissait plus en termes de VCO2 et de ventilation minute [57]. En revanche, il est montr6 dans cette m6me 6tude qu'/t rapport glucido-lipidique constant, l 'augmentation de ~'CO2 et donc de ventilation minute d6pendait de l 'augmentation de l'apport calorique total. L'explication de ces r6sultats apparemment contra- dictoires doit Stre recherch6e dans l'6tude du devenir

des substrats perfus6s : ~ charge calorique 6gale, l 'augmentation relative des apports en lipides pour- rait n'entrainer qu'une augmentation de leur stockage, sans variation de leur d6bit d'oxydation. Ce m6eanisme connu au cours de la r6gulation pond6- rale ou lors de la nutrition en p6diatrie [58], a fait l 'objet de peu d'6tudes au cours de la nutri t ion artificielle du malade de soins intensifs. Nous avons calcul$ /t partir de donn6es de calori- m6trie indirecte l'utilisation des substrats 6nerg6ti- ques chez des patients recevant 1,5 fois la d6pense 6nerg6tique pr6dite, les calories non prot6iques 6tant apport6es soit sous forme de glucose seul, soit sous forme de glucose et de triglyc6rides /L cha~nes longues (TCL) avec un rapport glucido-lipidique de 50%-50% [44]. Lors de l 'apport 6nerg6tique sous forme glucido-lipidique, le stockage net des lipides (ou fat deposit) atteint 100 % des lipides per- fus6s induisant ainsi un d6ficit d'apport 6nerg6tique imm6diatement utilisable et une balance glucidique n6gative. Le retentissement de trois rapports glucido-lipidiques (70 %-30 % ; 50 %-50 % ; 30 %-70 %) sur les 6changes gazeux et les d6bits d'oxydation des substrats a 6t6 6tudi6 par technique de calorim6trie indirecte associ6e fi la m6thode de l'abondance naturelle en 13C, chez des patients de soins intensifs [42]. De plus, cette 6tude a compar6 deux types d'6mul- sions lipidiques, soit une 6mulsion de TCL, soit une 6mulsion mixte de triglyc6rides ~ cha~nes moyennes (TCM) et de TCL. Les principaux r6sultats de cette 6tude sont : l'absence de modification de la 9CO2 et de la ventilation minute quel que soit le rapport glueido-lipidique ou le type de lipides administr6s ; l'absence de meilleure oxydation des lipides lors de l'apport d'6mulsions mixtes de TCM-TCL et enfin, en eas d'apport lipidique important, le stockage net d'une partie (22%) de ces lipides sous forme de graisse, quel que soit le type d'6mulsion lipidique administr6e. Une autre 6tude effectu6e chez des patients de soins intensifs pr6sentant des pathologies diverses (post- op6ratoire, traumatisme, sepsis et insuffisance r6- nale) 6value par calorim6trie indirecte et administration de traceurs isotopiques stables, l'effet d 'un apport continu de lipides sous forme de TCL sur le m6tabolisme glucidique [59]. Les principaux r6sul- tats de cette 6tude sont :

l'absence de retentissement de l'administration des lipides sur les diff6rents paramStres du m6tabolisme du glucose ; - l'absence de modification du dSbit d'oxydation des lipides avant et pendant l 'administration de lipides, conduisant fi un stockage net de lipides d'environ 39 g/j correspondant fi 45 % de l'apport lipidique. Enfin, l'effet d'un apport de lipides sous forme de TCL ou d'6mulsion mixte de TCM-TCL sur le d6bit

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B. DELAFOSSE

d'oxydation des substrats ~nerg6tiques a ~t6 compar~ par calorim6trie indirecte et m~thode d'abondance naturelle en lSC, chez deux groupes distincts de patients (transplantation h6patique ou chirurgie de l'oesophage) pr~sentant une hyperglyc6mie et une hyperinsulin~mie [41]. Dans le groupe << transplantation h6patique >), les patients recevaient un apport ~nerg&ique 6gal /t la d~pense ~nerg6tique mesur6e, avec un rappor t glucido-lipidique de 70%-30%. Dans le groupe << chirurgie de l'oesophage >7, l 'apport calorique total avait ~t6 fixb ~t 1,5 fois la d~pense 6nerg&ique mesur6e, avec un rapport glucido-lipidique de 50%-50%. Alors que l 'apport lipidique ~tait de 0,43 mg/kg.min dans le groupe <~ transplantation h6patique >~ et de 0,95 mg/kg.min dans le groupe << 0esophage ~), la balance lipidique ~tait proche de z~ro dans le premier groupe, alors qu'on note un d~p6t lipidique net (56% de l 'apport lipidique avec les TCL et 49 % de l 'apport lipidique avec les TCM-TCL) dans le deuxi~me groupe, quel que soit le type de lipides administr6s.

Le tableau II indique les r~sultats de balances de substrats 6nerg6tiques lors de diff6rents apports 6nerg6tiques. On peut faire plusieurs constatations la vue de ce tableau :

- l o r s d'apports 6nerg6tiques sup6rieurs aux d6pen- ses, le d6p6t net de lipides est syst~matique dans une proportion de 40 fi 100 % de l 'apport lipidique ;

- lors d'apports 6nerg6tiques 6gaux aux d~penses, un apport calorique non protidique comportant 70 % d'hydrates de carbone et 30% de lipides ~vite le d~p6t net de lipides dans le cas des patients 6tudi6s ;

- p o u r des apports 6nerg6tiques /t peu pros identiques, exprim6s en mg/kg.min (G : 2,4 - L : 1,1 et G : 2,4 - L : 0,9), ~t deux groupes comparables de patients (chirurgie de l'cesophage), le pourcentage de lipides d6pos+ est tr6s variable (100 % vs 56 %) sans cause ~vidente. Enfin, en dehors du cas d'apports 6nerg&iques insuffisants, la balance azot6e n'est modifi6e, ni par un apport calorique excessif, ni par les variations du rapport glucido-lipidique.

En pratique

I1 est difficile d'6tablir des r~gles valables pour tous les patients. Globalement, les hydrates de carbone demeurent le substrat 6nerg6tique privil6gi6 des patients agress~s. Une proportion de G 70 % - L 30 % semble raisonnable en cas d'apport 6nerg6tique cou- vrant les d6penses. Cependant, la manipulation bien comprise de l 'apport quanti ta t i f des hydrates de carbone et des lipides permet d'adapter les apports en fonction de chaque type de patient : une balance lipidique faiblement positive peut presenter un inte- r& lors de la nutrition artificielle d'un patient par- ticuli6rement d6nutri, sans r6serves lipidiques ; en revanche, une balance lipidique faiblement /t forte- ment n6gative, associ6e /t une balance 6nerg6tique ~quilibr6e est indiqu~e chez le patient obese si la surcharge pond6rale est consid~r6e comme un facteur de risque. Enfin, une balance glucidique faiblement positive pendant quelques jours permet de r&ablir les stocks de glycog6ne de l 'organisme ; en revanche, la poursuite de la positivit6 de la balance

Tableau H: Utilisation des hydrates de carbone et des lipides au cours de diff&ents apports dnergdtiques par voie parentdrale chez des patients de soins intensifs, i

Carbohydrate and lipid utilisation during parenteral nutrition with various caloric intakes in critically ill patients.

AE/MEE Apport Balance D~p6t L mg/kg.min mg/kg.min %

G L G L Chirurgie 1,5 x 4,8 0 - 0,17 +_ 0,25 0,67 _+ 0,72

1,5 x 2,4 1,1 1 + 0,19 1,08 _+ 0,09 100 % Chirurgie 1 x 1,2 1 - 0,35 + 0,15 0,28 _+ 0,16 26 %

1 x 1,9 0,7 - 0,06 _+ 0,14 0,16 _+ 0,16 21% 1 x 2,6 0,4 0,50 + 0,14 0 + 0,14 0 %

Transpl. 1 x 2,5 0,4 0,8 0 0 % Chirurgie 1,5 x 2,4 0,9 0,5 0,53 56 % Divers 0,7 x 2 0 - 0,71 - 0,55

1,3 x 2 1 0,69 0,41 40 %

Les donn6es de ce tableau proviennent des r~f6rences [41, 42, 44, 59]. AE/MEE : apport 6nerg6tique total/d6pense ~nerg~tique mesur~e. Les balances lipidiques (moyenne _+ SEM) ne sont donn~es que pour des apports de triglyc6rides ~ chMnes longues. Une balance n~gative signifie un apport inf6rieur A l'utilisation ; fi l'inverse, une balance positive signifie un stockage du substrat. Le d6p6t net de lipides est exprim6 en pourcentage de l'apport de lipides. Transpl. : transplantation h6patique.

112


glucidique au-delfi du remplissage en glycog6ne se traduit par une lipogen6se n6faste en particulier sur le plan hbpatique et associ~e /t une 616vation du quotient respiratoire au-del/t de 1 si le patient est suivi par calorim6trie indirecte. Faut-il effectuer une mesure de la d6pense 6ner- g6tique et un calcul de d6bit d 'oxydation des substrats fi tout patient agress6 recevant une nutrit ion parent6rale ? La r6ponse est bien 6videmment non. L 'bva lua t ion des d6penses 6nerg6tiques pa r les tables de Harr is et Benedict, bien qu'approximative, permet d'6viter des erreurs grossibres, de m~me que la d6cision d 'un apport de 15 /t 18 kcal/kg.j sous forme d'hydrates de carbone, et de 6 ~t 8 kcal/kg.j sous forme de lipides, pour des dur~es de nutrit ion artificielle infbrieures ~t 30 ou 40 jours. Au-delfi, et en particulier pour les malades s6v6rement agress6s, la calorim6trie indirecte pr6sente tout son int6r~t pour le malade, en plus d'etre un outil p6dagogique in- comparable.

Conclusion

Les d6bits d 'oxydation des substrats d~pendent de l 'ad~quation des apports aux dbpenses 6nerg~tiques. Lorsque les apports sont supbrieurs aux d6penses, il y a stockage de substrats, soit par lipogenbse en cas d'exc6s d 'appor t glucidique, soit par d6p6t net de lipides en cas d'exc~s d 'apport lipidique, et ce, quel que soit le type de lipide administr6. De fagon corollaire, lorsque les apports sont inf6rieurs /t la d6pense, les substrats 6nerg~tiques sont fournis par les r6serves de l 'organisme : lipolyse et surtout catabolisme azot6. Le devenir des substrats perfus6s d6pend donc essentiellement de l'6quilibre appor t / d6pense. Le m~tabolisme oxydatif est d~pendant de la demande en substrats ~nerg6tiques et ne peut &re forc6 en modifiant les apports.

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Documents

Apports énergétiques (aspects quantitatifs)