Micronutrient status in morbidly obese patients undergoing bariatric surgery - assessment and intervention

Abstract

Although the benefits of bariatric surgery have been frequently proven, less is known about the micronutrient status of morbidly obese patients undergoing bariatric surgery. A deficiency in vitamin D pre- and postoperatively impairs bone, lipid, and glucose metabolism and increases the risk of osteomalacia and cardiometabolic diseases in these patients. However, there is a lack of reliable data on preoperative nutritional status and on the efficacy of adequate postoperative dietary measures with regard to vitamin D. Previous supplemental trials did not achieve the recommended serum 25-hydroxycholecalciferol (25-OHD) level of at least 50 nmol/L which is necessary to prevent a vitamin D deficiency. The aim of this thesis was to investigate whether obese patients are at risk of deficiency of several micronutrients which may postoperatively be related to nutrition-related diseases and may worsen malnourishment. <br /> Within a cross-sectional study (CHAPTER ONE), the plasma/serum status of retinol, ascorbic acid, tocopherol, β-carotene, and 25-hydroxycholecalciferol were determined in 43 obese patients (body mass index: 52.6 ± 10.5 kg/m²) before undergoing sleeve gastrectomy (SG), between April and June 2012. Moreover, markers to specify bone metabolism, like parathyroid hormone, alkaline phosphatase, calcium, phosphate, magnesium, and albumin were assessed. Dietary intake was estimated by 3 day food records. One-third of the patients had ascorbic acid levels below the cutoff value (< 28 nmol/L), additionally all patients had β carotene levels ≤ 0.9 µmol/L. Retinol was below the cutoff value (< 0.7 µmol/L) in 5% of the patients, whereas the tocopherol/cholesterol-ratio was always above the cutoff value (> 2.8 µmol/mmol). 84% of the patients had 25-OHD levels below 50 nmol/L. The intake of pro-/vitamins were often below the corresponding reference values, but neither correlations between status and intake, nor associations between low serum/plasma levels and inadequate intakes were observed. <br /> In a double-blind, placebo-controlled, randomized trial (CHAPTER TWO), 94 morbidly obese patients (body mass index: 51.8 ± 11.5 kg/m²) underwent SG between June and October 2013. The verum group received an oily suspension (Vigantol oil^®, diluted with Miglyol 812^®) orally for 12 weeks after surgery providing 80 µg vitamin D₃ per day; the placebo group received an identical looking oil of middle chain triglycerides (Miglyol 812^®) instead. Before the operation, then both 4 and 12 weeks after SG, 25-OHD, parathyroid hormone, alkaline phoshatase, calcium, magnesium, phosphate, glucose, triglycerides, total cholesterol, HDL and LDL cholesterol, creatinine, albumin, C-reactive protein, and TNF-α were analyzed in serum and HbA_1ct was determined in EDTA-whole blood. Dietary intake of energy, macronutrients, and vitamin D were monitored using a 3 day food record. After 12 weeks, 25-OHD levels increased in 92% of the patients of the verum group to levels > 50 nmol/L and in 68% to levels > 75 nmol/L compared to only 54% and 22% of the patients in the placebo group, respectively. Vitamin D-related parameters of mineral metabolism and of cardiometabolic risk were not modulated by intervention. Adverse effects from the intake of the supplement containing vitamin D were not reported. The highest individual 25-OHD level observed after 12 weeks was 191 nmol/L, which was below the maximum safe level of 250 nmol/L. <br /> In conclusion, many morbidly obese patients already suffer from subclinical deficiencies in multiple micronutrients, particularly concerning vitamin D, ascorbic acid, and β-carotene before undergoing SG. Measuring the preoperative micronutrient status will help when supplementing patients before surgery and in optimizing dietary strategies afterwards. High-dose vitamin D₃ supplementation by an oily preparation is an effective and safe measure to prevent vitamin D deficiency in obese patients after SG, but higher doses will be necessary to achieve 25-OHD levels > 75 nmol/L in all patients.

Obwohl die Wirksamkeit der Adipositaschirurgie erwiesen ist, ist wenig über den Mikronährstoffstatus morbid adipöser Patienten, die sich einem bariatrischen Eingriff unterziehen, bekannt. Ein prä- und postoperativ inadäquater Vitamin D-Status beeinträchtigt den Mineral-, Fett- und Glukosestoffwechsel und erhöht das Risiko für Osteomalazie und das kardiometabolische Risiko bei diesen Patienten. Verlässliche Daten zum präoperativen Mikronährstoffstatus und zur Wirksamkeit einer adäquaten postoperativen diätetischen Maßnahme zur Prävention eines Vitamin D Mangels liegen bisher nicht vor. In früheren Interventionsstudien konnte ein 25-Hydoxycholecalciferol (25-OHD)-Spiegel von mindestens 50 nmol/L im Serum, der zur Prävention eines Vitamin D Mangels notwendig ist, nicht erreicht werden. Das Ziel dieser Dissertation war es zu untersuchen, ob adipöse Patienten ein hohes Risiko für verschiedene Mikronährstoffmängel haben, die nach operativem Eingriff Mangelernährung verstärken und ernährungsbedingte Erkrankungen begünstigen können. <br /> In einer Querschnittsstudie (Kapitel 1) wurden bei 43 adipösen Patienten (Body-Mass-Index: 52,6 ± 10,5 kg/m²) vor Durchführung einer Schlauchmagen-Operation zwischen April und Juni 2012 die Konzentrationen der Vitamine A, C, E, sowie von β-Carotin und 25 Hydroxycholecalciferol im Serum/Plasma bestimmt. Weiterhin wurden verschiedene Parameter zur Beurteilung des Knochenstoffwechsels, wie Parathormon, alkalische Phosphatase, Kalzium, Phosphat, Magnesium, und Albumin im Serum analysiert. Der Lebensmittelverzehr wurde über 3-Tages-Ernährungsprotokolle erfasst. Die Konzentration von Vitamin C im Plasma war bei einem Drittel der Patienten unterhalb des Referenzwerts (< 28 nmol/L) und 100% der Patienten hatten einen Mangel an β-Carotin (≤ 0,9 µmol/L). Vitamin A war bei 5% der Patienten unter dem Referenzwert (< 0,7 µmol/L), während das Vitamin E/Cholesterol-Ratio in allen Fällen über dem Referenzwert lag (> 2,8 µmol/mmol). 84% der Patienten hatten eine 25-OHD-Konzentration unter 50 nmol/L. Die Pro-/Vitaminzufuhr lag häufig unter den jeweiligen Referenzwerten, wobei weder Korrelationen zwischen Zufuhr und Serum-/Plasmaspiegeln, noch Assoziationen zwischen geringen Spiegeln in Serum/Plasma und unzureichender Zufuhr beobachtet werden konnten.<br /> In einer doppelblinden, placebo-kontrollierten, randomisierten Studie (Kapitel 2) wurden 94 morbid adipöse Patienten (Body-Mass-Index: 51,8 ± 11,5 kg/m²) eingeschlossen, bei denen zwischen Juni und Oktober 2013 eine Schlauchmagen-Operation durchgeführt wurde. Patienten in der Verumgruppe erhielten über einen Zeitraum von 12 Wochen nach der Operation oral ein öliges Supplement (Vigantol Öl^®, verdünnt mit Miglyol 812^®), das 80 µg Vitamin D₃ pro Tag enthielt. Patienten in der Plazebogruppe wurde stattdessen ein Öl mit mittelkettigen Triglyzeriden (Miglyol 812^®) verabreicht. Präoperativ sowie 4 und 12 Wochen nach der Operation wurden die Serum Konzentrationen von 25-OHD, Parathormon, alkalischer Phosphatase, Kalzium, Magnesium, Phosphat, Glukose, Triglyzeriden, Gesamt-cholesterol, HDL- und LDL- Cholesterol, Kreatinin, Albumin, C-reaktivem Protein und TNF-α analysiert sowie das HbA_1c im Vollblut bestimmt. Die Zufuhr von Energie, Makronährstoffen und Vitamin D wurde über 3-Tages-Ernährungsprotokolle erfasst. Nach 12 Wochen stieg die 25-OHD Konzentration bei 92% der Teilnehmer der Verumgruppe auf > 50 nmol/L und bei 68% auf > 75 nmol/L an; in der Plazebogruppe wurden diese Werte nur von 54% bzw. 22% der Teilnehmer erreicht. Vitamin D-assoziierte Parameter des Mineralstoffwechsels sowie kardiometabolische Parameter wurden durch die Intervention nicht beeinflusst. Nach Einnahme des Vitamin D-haltigen Supplements wurden keine unerwünschten Effekte festgestellt. Die höchste individuelle 25-OHD Konzentration nach 12 Wochen war 191 nmol/L und lag unterhalb der sicheren Höchstkonzentration von 250 nmol/L.<br /> Daraus lässt sich schlussfolgern, dass viele morbid-adipöse Patienten vor Schlauchmagen-Operation einen Mangel an verschiedenen Mikronährstoffen aufweisen, speziell an Vitamin D, Vitamin C und β-Carotin. Die präoperative Bestimmung des Mikronährstoffstatus kann daher hilfreich sein, um Patienten rechtzeitig vor Operation zu supplementieren und die Ernährungstherapie postoperativ anzupassen. Die Supplementierung einer hohen Dosis an Vitamin D über ein öliges Präparat ist eine wirksame und sichere Maßnahme, um einem Vitamin D Mangel bei adipösen Patienten bei Schlauchmagen-Operation vorzubeugen. Jedoch sind noch höhere Dosierungen notwendig, um 25-OHD-Spiegel von > 75 nmol/L bei allen Patienten zu erreichen.