Associação das concentrações eritrocitárias de zinco, cobre e selênio com desfechos clínicos em pacientes pediátricos gravemente doentes com síndrome da resposta inflamatória sistêmica

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Nutrição, Florianópolis, 2024.

Introdução: Zn, Se e Cu são importantes para os sistemas antioxidante e de defesa imunológica, o que os torna essenciais para uma boa saúde e durante uma infinidade de doenças, especialmente em casos de doença grave e resposta inflamatória sistêmica, como a sepse. Esses elementos traço potencialmente impactam o prognóstico clínico, como disfunção de órgãos em crianças gravemente doentes com sepse. Os dados sobre elementos traço em crianças gravemente doentes são escassos e estudos observacionais apresentaram resultados contraditórios. Variáveis como idade e inflamação aguda podem afetar as concentrações plasmáticas e séricas de elementos traço em crianças gravemente doentes. No entanto, as medidas de elementos traço nos eritrócitos não estão associadas a condições agudas, como sepse. Ainda, os fatores de admissão associados às concentrações de elementos traço eritrocitários e os intervalos de referência para avaliação nesta população não são bem conhecidos. Portanto, esta tese teve como objetivo descrever o estado nutricional de Zn, Cu e Se e investigar sua associação com os fatores de admissão na UTIP em crianças gravemente doentes com sepse. Além disso, investigar o papel do Zn, Cu e Se na associação entre inflamação e disfunção de órgãos em crianças gravemente doentes com sepse. Métodos: Trata-se de uma análise secundária de 109 crianças com sepse internadas na UTIP de um hospital do sudoeste brasileiro entre agosto de 2014 e maio de 2016. Os dados demográficos foram obtidos dos prontuários dos pacientes. Parâmetros antropométricos, PCR sérico, PCT e níveis de lactato foram medidos em até 72 horas da admissão na UTIP. Os eritrócitos Zn, Cu e Se foram coletados dentro de 24 horas após a admissão, suas concentrações expressas como nmol/gHb, e o status foi avaliado por gráficos percentis dependentes da idade. Os pacientes foram agrupados usando os níveis séricos mais elevados de PCR, PCT e lactato com o método ?-means. As diferenças nas características basais entre grupos de inflamação foram analisadas usando o teste exato de Fisher, o teste de Kruskal-Wallis com teste de Dunn e o teste de tendência quando aplicável. As associações entre a magnitude do cluster de inflamação e o tempo de internação e tempo de ventilação da UTIP foram avaliadas pelo método de Kaplan-Meier e teste de log-rank. Foram aplicadas análises de regressão de Cox, bruta e ajustada, expressas como HRs e IC 95%. A associação entre a magnitude dos clusters de inflamação e dPELOD 2 foi avaliada por regressão de Poisson, bruta e ajustada, e expressa como coeficiente de IRR e IC 95%. A associação entre as concentrações de oligoelementos eritrocitários e os fatores de admissão foi realizada por meio de regressão linear bruta e ajustada, e expressa como ? e IC 95%. O papel moderador das concentrações eritrocitárias de Zn, Cu e Se na associação entre inflamação e magnitude da inflamação foi avaliado através de análise de interação. A significância estatística foi estabelecida em P < 0,05. Resultados: No total, 60 % (n = 63) eram do sexo masculino, com idade mediana de 25,4 [IQR: 7,3;93,4] meses. Quatro clusters foram identificados e rotulados como inflamação baixa (n=13), leve (n=30), moderada (n=36) e alta (n=26), com diferentes níveis de PCR e PCT. As crianças do grupo de alta inflamação apresentaram maior escore de disfunção orgânica e menor probabilidade de alta da UTIP. Na análise de sensibilidade, as crianças com choque séptico no grupo de alta inflamação tiveram menor probabilidade de receber alta da UTIP. As proporções de crianças com concentrações de oligoelementos eritrocitários abaixo de -3 escore z foram de 29,4 % (n=32) para Zn, 12,0 % (n=13) para Cu e 22,0 % (n=24) para Se. Utilizando um ponto de corte de -2 escore z, a maioria das crianças foi classificada com menor Zn (39,5 %, n=43), enquanto 18,4% (n=20) apresentaram menor Cu e 25,7% (n=28) apresentaram menor Se. O status eritrocitário de Zn, Cu e Se não foi associado à gravidade da doença, magnitude do cluster de inflamação, choque séptico, ventilação mecânica ou mortalidade. A idade foi inversamente associada ao Cu eritrocitário e ao Se, mas não ao Zn. Para crianças de um a dois anos e de dois a cinco anos, o aumento da idade representou uma diminuição no Cu eritrocitário (? = -0,33; IC 95%: -0,60; -0,05; p = 0,02, ? = -0,28; IC 95%: -0,52; -0,03; p = 0,02, respectivamente). Para crianças de cinco a 10 anos e maiores de 10 anos, o aumento da idade representou uma diminuição no Cu (? = -0,51; IC 95%: -0,80; -0,22; p = 0,001, ? = -0,55; IC 95%: -0,79; -0,29; p<0,001, respectivamente) e Se (? = -0,40; IC 95%: -0,73; -0,06; p = 0,02, ? = -0,40; IC 95%: -0,68; -0,11; p = 0,007, respectivamente) concentração ajustada para desnutrição crônica e gravidade da doença. O status de Zn teve uma interação na associação entre PCR e disfunção orgânica (? = -0,0021, IC 95%: -0,004 a -0,0003, p = 0,022), e o status de Zn teve uma interação nesta associação para a magnitude moderada do cluster de inflamação (? = -0,015, IC 95%: -0,023 a 0,002, p = 0,021). Cu e Se não apresentaram interação com biomarcadores inflamatórios ou com a magnitude da inflamação. Conclusão: Crianças com resposta inflamatória sistêmica e sepse apresentam diferentes magnitudes de inflamação, resultando em quatro grupos. Um cluster de alta inflamação está associado a uma permanência mais longa na UTIP e à disfunção de órgãos. A concentração de elementos traço eritrocitários na admissão na UTIP não é afetada pela magnitude da inflamação. A idade deve ser considerada ao avaliar o status dos oligoelementos eritrocitários em crianças gravemente enfermas com sepse. O aumento na concentração de Zn nos eritrócitos pode diminuir o efeito da inflamação na disfunção de órgãos. Juntos, esses resultados podem levar a novas hipóteses. Considerando a heterogeneidade na magnitude da inflamação durante a sepse e o papel biológico que Zn, Cu e Se têm na resposta imune, estudos futuros devem considerar a hipótese de que o status de Zn, Cu e Se modera os efeitos da inflamação durante a sepse, e pode ser testado posteriormente em conjuntos de dados mais amplos.

Abstract: Introduction: Zn, Se, and Cu are important for antioxidant and immune defense systems, which makes them essential for good health and during a multitude of illnesses. These trace elements potentially impact clinical prognosis, such as organ dysfunction in critically ill children with sepsis. Data regarding trace elements in critically ill children are scarce, and observational studies presented contradicting results. Variables such as age and acute inflammation can affect plasma and serum trace element concentrations in critically ill children. However, erythrocyte measurements of trace elements are not associated with acute conditions such as sepsis. Nonetheless, the admission factors associated with erythrocyte trace element concentrations and reference intervals for assessment in this population are not well known. Therefore, this thesis aimed to describe Zn, Cu e Se status and investigate their association with the admission factors on PICU admission in critically ill children with sepsis. Also, to investigate the role of erythrocyte Zn, Cu e Se status in the association between inflammation and organ dysfunction in critically ill children with sepsis. Methods: A secondary analysis of 109 children with sepsis admitted to the PICU of a southwestern Brazilian hospital between August 2014 and May 2016. Demographic data were retrieved from the patient records. Anthropometric parameters, serum CRP, PCT, and lactate levels were measured within 72 h of PICU admission. Erythrocyte Zn, Cu and Se were collected within 24 h of admission, their concentrations expressed as nmolgHb, and status were evaluated by age-dependent centile charts. The patients were clustered using the highest serum levels of CRP, PCT, and lactate with the ?-means method. Differences in baseline characteristics between clusters of inflammation were analyzed using Fisher?s exact test, Kruskal-Wallis? test with Dunn?s test, and trend test when applicable. The associations between the magnitude of the inflammation cluster and PICU length of stay and length of ventilation were evaluated using the Kaplan-Meier method and log-rank test. Cox regression analysis, crude and adjusted, were applied, and expressed as HRs and CI 95%. The association between the magnitude of inflammation clusters and dPELOD 2 was assessed by Poisson regression, crude and adjusted, and expressed as the IRR coe?icient and CI 95%. The association between erythrocyte trace element concentrations and admission factors was conducted using crude and adjusted linear regression, and expressed as ? and CI 95%. The moderating role of erythrocyte concentrations of Zn, Cu and Se in the association between inflammation and magnitude of inflammation was evaluated through interaction analysis. Statistical significance was set at P < 0.05. Results: In total, 60% (n = 63) were male, median age of 25.4 [IQR: 7.3;93.4] months. Four clusters were identified and labeled as low (n=13), mild (n=30), moderate (n=36), and high (n=26) inflammation, with different levels of CRP and PCT. Children in the high inflammation cluster had a higher organ dysfunction score, and lower probability of discharge from the PICU. In the sensitivity analysis, children with septic shock in the high inflammation cluster were less likely to be discharged from the PICU. Proportions of children with erythrocyte trace element concentrations under -3 z-score were 29,4 % (n=32) for Zn, 12,0 % (n=13) for Cu and 22,0 % (n=24) for Se. Using a cut-off point of -2 z-score, most children were classified with lower Zn (39,5 %, n=43), while 18,4 % (n=20) had lower Cu and 25,7 % (n=28) had lower Se. Erythrocyte Zn, Cu and Se status was not associated with severity of illness, magnitude of inflammation cluster, septic shock, mechanical ventilation or mortality. Age was inversely associated with erythrocyte copper and selenium, but not with zinc. For children aged CI 95%: -0.60; -0.05; p = 0.02, ? = -0.28; CI 95%: -0.52; -0.03; p = 0.02, respectively). For children aged five to 10 years and over 10 years, an increase in age represented a decrease in copper (? = -0.51; CI 95%: -0.80; -0.22; p = 0.001, ? = -0.55; CI 95%: -0.79; -0.29; p<0.001, respectively) and selenium (? = -0.40; CI 95%: -0.73; -0.06; p = 0.02, ? = -0.40; CI 95%: -0.68; -0.11; p = 0.007, respectively) concentration adjusted for chronic undernutrition and severity of illness. Zn status had an interaction in the association between CRP and organ dysfunction (? = -0.0021, CI 95%: -0.004 to -0.0003, p = 0.022), and Zn status had an interaction in this association for the moderate magnitude of inflammation cluster (? = -0.015, CI 95%: -0.023 to 0.002, p = 0.021). Cu and Se did not show interaction with inflammatory biomarkers or the magnitude of inflammation. Conclusions: Children with systemic inflammatory response and sepsis present with different inflammation magnitudes resulting in four clusters. A high inflammation cluster is associated with longer PICU stay and organ dysfunction. Erythrocyte trace element concentrations on admission to PICU are not affected by magnitude of inflammation. Age must be considered when evaluating erythrocyte trace element status in critically ill children with sepsis. The increase in Zn erythrocyte concentration may lower the effect of inflammation on organ dysfunction. Together, these results can lead to new hypothesis. Considering the heterogeneity in the magnitude of inflammation during sepsis, and the biological role Zn, Cu, and Se have in the imune response, future studies should consider the hypothesis that Zn, Cu, and Se status moderate the effects of inflammation during sepsis, and can be further tested in wider data sets.