Go Ichikawa Nasu Red Cross Hospital An investigation of the safety of a lipid emulsion in very-low-birth-weight infants based on cytokine levels Go Ichikawa Nasu Red Cross Hospital

Transition of the birth weight in Japan Birth rate of low birth weight infant is increasing in Japan. Especially very-low-birth-weight(VLBW,≦1500g) infant is increasing. はじめに、本邦における近年の出生状況の特徴です。 全出産の中で、低出生体重児の出生率が増加しており、中でも出生体重1500g未満の極低出生体重（ＶＬＢＷ：very-low-birth-weight ）児の増加が指摘されています。 原因としましては、①医学的理由：妊娠中の摂取エネルギーの制限、積極的な分娩、②美容上の理由による栄養摂取の制限、➂妊娠中の喫煙率の増加、④多胎児の増加、高年出産の増加などが挙げられます。

Growth and development of VLBW infant Even each organ is immature in VLBW infant, they need enough nutrition to survive extra-uterine condition. Extra-uterine growth restriction (EUGR) is defined that preterm infant is below 10 percentile at 37 to 42weeks according to gestational week matched body measurement. Many VLBW infant experience EUGR. Sakurai M et al ；Pediatrics international.2008 EUGR results in growth failure and a low intelligence quotient (IQ) from school age onward. 1500g未満である極低出生体重児の成長と発達についてですが、VLBW児は、各臓器機能が未熟であり、子宮外生活に適応するのに十分な栄養を補充していく必要があります。早産児が修正で満期月齢になる時点で、在胎別出生時体格基準比で10パーセンタイル未満であることを子宮外胎児発育不全（extrauterine growth restriction：EUGR）といいますがが、VLBW児の多くがEUGRをきたすと報告されています。子宮外胎児発育不全があると、学齢期の成長や発達、知能指数に影響を及ぼすとされています。

Frequency of EUGR in Japan Weight Height こちらは、本邦におけるEUGRの頻度で、在胎週数別の体重・身長・頭囲の比較 を表しています。在胎23週から32週の子どもにおいて、在胎週数が浅いほど、子宮外胎児発育不全になる率が高いことが伺えます。 Head circumstance Gestational age(week) Sakurai M et al;Pediatrics International.2008

Developmental Quotient at 3years old who born as very low birth weight infant 子宮外胎児発育不全になりやすい極低出生体重児における、3歳時の知能指数のデータですが、2003年-2005年において、5285人の登録者のうち、3081例が3歳までフォローアップされており、そのうち30％が知能指数71－84で、14％が70未満であるということが示されています。 ※DQ: Developmental Quotient

Early aggressive nutrition Nutrition against VLBW infant has been changed since 2000. Early aggressive nutrition has been popular to prevent EUGR. Start efficient amount of intravenous glucose, amino acid and lipid emulsion soon after birth and enteral mother milk in a couple of day to prevent EUGR and improve the outcome of the development. このような背景から、近年、極低出生体重児に対する栄養管理が注目されるようになりました。VLBW児の栄養管理は、2000年代に入り、欧米を中心として大きく変化してきました。なかでも、子宮外胎児発育不全を予防するために、出生後早期から十分量の糖・タンパク・脂肪の経静脈栄養を開始し、生後数日以内に10～20ml/㎏/dayの授乳を開始することで、EUGRを防止し、さらには神経学的予後の改善を目的とするものです。

Problem of Intravenous Lipid emulsion Intake of lipids is required for the growth of the CNS. VLBW infants in whom enteral nutrition is difficult, administering intravenous lipid emulsions soon after birth is important. However, this treatment is only given to some VLBW infants in Japan because of the concern that the lipid emulsion will aggravate respiratory conditions and inflammation in premature infants. 栄養素のなかでも、神経発達に特に影響する必須脂肪酸は体内で合成することができず、外界から摂取する必要があります。 極低出生体重児は消化管機能も未熟であり、出生後早期は経静脈栄養が重要な栄養供給源となります。 しかし、経静脈的脂肪製剤は、主に免疫を介した問題点が指摘されており、VLBW児には積極的に投与されていないのが現状です。

【Hypothesis】 Administration of a lipid emulsion aggravates infection or inflammation? ？ IL-6　 IL-8　 MCP-1 TNF-α　 CRP Insulin T-bil　　 D-bil　　　　　　 そこで今回、VLBW児に経静脈的に脂肪製剤を投与して、データを解析することで、脂肪製剤と免疫系の関係を考察し、その安全性と有用性について検討することとしました。 respiratory disorders,　inflammation, jaundice

Purpose of the study To check whether the intravenous lipid emulsion against VLBW infant would lead infection or inflammation. 研究の目的 ＶＬＢＷ児を対象に、脂肪製剤の投与が感染症や炎症の悪化を招いているかを検討しました。

Methods 【Subject】 ・Very-low-birth-weight (VLBW, <1500 g) infants 　　　　　　　・Born at <32 weeks gestational age 　　　　　　　・Between October 2013 and October 2014 at Dokkyo Medical University Hospital Written informed consent for voluntary participation in the study was obtained from the parents. Patients were randomly allocated alternately to the group with intravenous lipid emulsion treatment or the group without intravenous lipid emulsion treatment Infants with congenital abnormalities and major anomalies, or who were untreatable with intravenous nutrition because of a poor general condition, or who had severe complications were excluded. 方法　ー患者の振り分けー 2013年10月～2014年10月の1年間で、獨協医科大学病院で出生した在胎週数32週未満、1500g未満のＶＬＢＷ児を対象としました。 本研究は、獨協医科大学倫理委員会の承認を得て行いました。 保護者へは説明文に従い、十分な説明を行った後、自由意思による参加の同意を得ることとしました。 患者は、経静脈的に脂肪製剤を投与する群(study group)と、投与しない群(control group)はランダム振り分けました。 明らかな先天異常や大奇形を有している児、全身状態が不良で経静脈栄養を施行できない児、その他担当医が不適切と判断した児は除外しました。

Methods ーintravenous nutritionー Nutrition was based on the Guidelines for Intravenous Nutrition in Japan. Treatment with a 20% lipid emulsion with purified soybean oil was initiated at 17- 34 h after birth. The daily dose was increased to 1 g/kg/day, and then to a maximum dose of 1.5 g/kg/day. Glucose administration was started at 4-8 mg/kg/min and the dose was adjusted, based on the blood glucose level. Amino acid administration was started at 0.5-1.0 g/kg/day and was increased by 0.5 g/kg/day up to a maximum dose of 2.5 g/kg/day, based on the same guidelines. 方法　ー経静脈栄養ー 静脈経腸栄養ガイドライン－第3版－に準じて行った。 脂肪製剤の投与は、生後14～37時間に開始した。 投与方法は、経皮的中心静脈カテーテルから、日齢1に精製大豆油0.5g/kg/dayで開始し、以後1g/kg/day、1.5g/kg/dayと連日増量しました（上限1.5g/kg/day）。 ブドウ糖は4～8mg/kg/minから開始し、以降血糖値を参考に調整しました。 アミノ酸は日齢0より、0.5～1g/kg/dayから開始し、0.5g/kg/dayずつ増量し、上限を2.5g/kg/dayとしました。

Methods ーenteral nutritionー Enteral nutrition was initiated within 48 h after birth with mother milk. Starting amount is based on 10 mL/kg/day, then began to increase over 10 mL/kg/day by a few days. Blood tests were performed before (day 1) and after (day 8) lipid administration. The IL-6, IL-8, MCP-1, TNFα, CRP, total bilirubin (T-Bil), direct bilirubin (D-Bil), and insulin levels were measured. Respirator use on days 1–10, the need for surfactant, and the mean fraction of inspired oxygen (FiO2) on days 1, 8, and 10 were compared between the groups. ーdata collectionー ー経腸栄養ー 生後48時間以内に経腸栄養を基本的に母乳で開始しました。 初日は10ml/ｋｇ/dayから開始し、10ｍｌ/ｋｇ/dayずつ数日かけて増量しました。 ーデータの収集ー 脂肪製剤の投与前後（日齢1と日齢8）で、IL-6、IL-8、MCP-1、TNFα、T-Bil、D-Bil、CRP、インスリンなどの生化学的データや、呼吸状態や感染悪化、黄疸の有無などの臨床症状を調査し、比較しました。

Classification of the patient Couldn’t get confirmation n=37 n=1: deficit of blood sample n=1: necrotizing enteritis n=1:brain hemorrhage n=1:no blood sample n=1 n=2 n=2 n=17 n=15 患者の内訳 37名が期間内に本研究の基準に当てはまりましたが、うち1人からは同意が得られず、study群のうち日齢8の検体量が足りなかった児が1名、壊死性腸炎を来たしたのが1名おり、control群からは頭蓋内出血を来たし重篤な状況に陥ったのが1名、日齢8の血液検査を施行しなかった児が1名おり、結果的にstudy群は17名control群は15名になりました。 【study group】 【control group】

Basic data of study population Characteristics Study group (n=17) Control group (n=15) P Gestational age (d) 200±10 190±21 0.062 Birth weight (g) 1018±222 848±284 0.092 Birth weight SD score －1.03±1.11 －1.01±1.10 0.94 Birth length (cm) 34.8±2.8 33.0±3.4 0.15 Birth length SD score －1.07±1.13 －0.76±1.10 0.25 Boys, no. (%) 11 (64.7%) 6 (40.0%) 0.28 Small for gestational age infants, no. (%) 7 (41.1%) 5 (33.3%) 0.72 Cesarean section procedures, no. (%) 12 (70.5%) 8 (53.3%) 0.46 Apgar score at 1 min 4±1 3±1 0.24 CAM grade ≥2, no. (%) 3 (17.6%) IgM (mg/dL) of umbilical cord blood 5±2 7±4 0.31 母集団の比較です。 在胎週数、出生時体重、出生時の身長、男児の割合、SGA児（出生体重，身長の両方がその週数で生まれる子の中で10パーセンタイル未満であること）の割合、分娩方法、Apgarスコア1分値、絨毛膜羊膜炎、臍帯血のIgMは両群間で差がありませんでした。

Comparison of nutrition Characteristics Study group (n=17) Control group (n=15) P I.V. intake to 8 days after birth   Glucose (g/kg) 53.1±15.7 48.9±17.7 0.73 Amino acids (g/kg) 10.6±3.5 8.9±5.1 0.39 Lipid (g/kg) 7.3±1.7 <.0001 Enteral intake to 8 days after birth 12.5±9.9 14.7±10.9 0.82 Protein (g/kg) 2.9±2.3 3.2±2.5 0.97 6.8±5.2 8.4±5.6 0.57 Enteral nutrition at 8 days after birth (mL/kg/day) 65.1±34.8 62.3±40.1 0.94 Breastfeeding rates at 8 days after birth (%) 65.5±38.4 81.6±29.7 0.24 8日間で投与された栄養の比較。 経静脈栄養に関しては脂肪以外の糖・蛋白は有意差がなく、経腸栄養においては糖・蛋白・脂質全てにおいて差を認めませんでした。

Result 【Blood test①】 ■study group □control group 【血液検査結果①】 IL-6、IL-8、MCP-1、TNF-αなどの炎症性サイトカインは両群間で有意差はありませんでした。 ■study group □control group

Result 【Blood test②】 ■study group □control group Total、Direct　Bililin、CRP、Insulunも有意差はありませんでした。 ■study group □control group

Result 【clinical findings】 Characteristics Study group (n=17) Control group (n=15) P Respiratory disturbance   Supplemental oxygen, day 1, FiO2 0.26±0.06 0.25±0.03 0.82 Supplemental oxygen, day 8, FiO2 0.24±0.01 0.23±0.02 0.47 Supplemental oxygen, day 10, FiO2 0.24±0.02 0.43 Required surfactant rescue, no. (%) 5 (29.4) 6 (40.0) 0.71 Required mechanical ventilation, no. (%) 5 (29.5) 9 (60.0) 0.15 Infection Antibiotic therapy, no. (%) (excludes prophylactic treatment) 2 (11.7) 1 (6.6) 1.0 Duration of phototherapy (days) 1.9±0.9 1.9±0.8 0.98 【臨床症状の比較】 酸素投与量に関して、日齢１、８、10の酸素吸入濃度に有意差はなく、 サーファクタントの使用の割合、レスプレーターの使用の割合も有意差はありませんでした。 予防的投与を除外した、抗菌薬の投与も両群間で有意差はありませんでした。 黄疸に対し、光線療法を行った日数も両群間で有意差はありませんでした。

Discussion① Effect of omega-6 polyunsaturated fatty acids against immune function, respiratory conditions and metabolic disorder 考察一つ目は、 ω-6系多価不飽和脂肪酸の、免疫系や、呼吸器、代謝系への影響。

Omega-6 polyunsaturated fatty acids Omega-6 polyunsaturated fatty acids may affect immune function through several mechanisms, including influences on lymphocyte and macrophage functions. Mateu-de Antonio J et al；Br J Nutr. 2008 Lipid administration during the first 21 days is significantly associated with the development of chronic lung disease. R W Cooke；Arch Dis Child. 1991 Omega-6 polyunsaturated fatty acids have been implicated as a cause of cholestatic liver failure. Prathima et al； Adv Nutr. 2013 文献的考察では、 大豆由来のω-6系多価不飽和脂肪酸は、リンパ球やマクロファージなどの免疫系へ関与し、炎症を誘発する。というものや、 出生後早期の脂肪製剤投与は、慢性肺疾患を有意に増加させた。という報告、 ω-6系多価不飽和脂肪酸の継続は、肝機能障害をもたらす。などの報告もある一方で、 ＶＬＢＷ児に出生後早期からω-6系脂肪製剤を投与しても、慢性肺疾患や人工呼吸器の使用に有意差はなかった。という報告もあります。

●　Our results showed that lipid emulsions induced no significant increases in inflammatory cytokine levels or aggravation of respiratory disorders or worsening of cholestatic jaundice in VLBW infants soon after birth.

Discussion② Nutrition against Very Low Birth Ｗeight Infant Earｌy aggressive nutrition 考察2つ目は、 ＶＬＢＷ児に対する栄養管理 earｌy aggressive nutritionについて

VLBW infant and early aggressive nutrition Aggressive nutrition started soon after birth against VLBW infant could be done safety without any side effect. Wilson DC et al；Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 1997 VLBW infants who experienced severe EUGR wouldn’t catch up, they should receive efficient nutrition soon after birth. Pampanini V et al. Eur J Pediatr.2014，Embleton ND　et al；World Rev Nutr Diet. 2014 In one study, growth and development at 18 months old were markedly promoted in infants administered an increased amount of calories using Intralipid for 1 week after birth. Stephens BE et al.；Pediatrics. 2009 ＶＬＢＷ児とearly aggressive nutritionの報告の一部です。 出生後早期からのaggressive nutritionは臨床的後遺症や、代謝異常をもたらすことなく、安全に行うことができる。　というもの、 ＶＬＢＷ児において、42週月齢で重度のEUGRのある児は、幼児期で身長、体重、頭囲がcatch upしないことからも、限られた総水分量でより効率的に栄養を摂取する必要がある。などの意見もあります。 さらに、生後1週間のagressive nutritionが、18か月齢での成長と発達を有意に促進させた。というものまであります。

●According to this study, intravenous lipid infusion started soon after birth didn’t worsen blood sample data and also clinical symptoms. ● This would allow early aggressive nutrition soon after birth and lead to better head circumference growth and results in a higher intelligence quotient (IQ) . 本検討でも、出生後早期から脂肪製剤を投与しても生化学データ、臨床症状ともに悪化は認めなかったことから、神経学的予後の改善を期待すべく、ＶＬＢＷ児にaggressive nutritionを取り入れていく必要があると言えます。

Discussion ③ There are some study that the administration of fish oil to VLBW infants is safe and improves inflammation and nerve growth. 考察の3つ目ですが、 近年、脂肪製剤の中でも抗炎症作用として注目を浴びている魚油由来のω-3系多価不飽和脂肪酸製剤の検討が進んでおり、欧米ではVLBW児においても、安全性かつ有用性が指摘されている。

Omega-3 polyunsaturated fatty acids Administration of fish oil to VLBW infants is safe and improves inflammation and nerve growth. D’Ascenzo R et al；J Pediatr. 2011 Administration of omega-3 polyunsaturated fatty acids resulted in decreased level of TNF-α and IL-8 compared to administration of omega-6 polyunsaturated fatty acids. Mayer K　et al；J Immunol. 2003 Administration of omega-3 polyunsaturated fatty acids resulted in decreased level of inflammatory cytokine such as IL-6 and IL-8 compared to administration of 　　　　　　　Berger MM　et al；Am J Clin Nutr. 2013 ω-3系多価不飽和脂肪酸製剤の文献 VLBW児に、ω-3系多価不飽和脂肪酸を経静脈的に投与したところ、脂質異常や炎症を悪化させることなく、神経発育や成長を促した。というもの、 ω-6系多価不飽和脂肪酸に対し、ω-3系多価不飽和脂肪酸を投与することで、優位にTNF-αとIL-8を低下させた。 ω-３系脂肪製剤と、生理食塩水を投与した群では、ω-３系脂肪製剤を投与した群の方が術後のIL-6やIL-8などの炎症性サイトカインの上昇を優位に抑えた。　　 今後、本邦で認可の降りていないω-３系脂肪製剤の導入も検討課題であると言えます。

Conclusion Our results showed that lipid emulsions induced no significant increases in inflammatory cytokine levels or aggravation of infection, respiratory disorders or worsening of cholestatic jaundice in VLBW infants soon after birth. Establishment of the safety of lipid emulsions in these infants will allow this treatment to be administered soon after birth with the subsequent prevention of postnatal growth restriction and probable improvement of the prognosis for intellectual development. 結語です。 本検討では、出生後早期の極低出生体重児に対する脂肪製剤投与による炎症性サイトカインの有意な増加や、呼吸障害、感染症、黄疸の悪化は認めなかった。 今後、極低出生児に対して、出生後早期からより積極的に脂肪製剤を投与することで、子宮外発育不全の予防、ひいては児の神経発達予後の改善につながることが期待できる。