Assessment of Trace Element Supplementation in Critically Ill Medical Patients: Selenium and Zinc

You Min Sohn; Chae Yeong Kim; Yong Seok Lee; Myung Sook Min; Jae Hyun Lee

doi:10.32429/jkshp.2024.41.2.003

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내과계 중환자에서 미량원소 공급 평가: 셀레늄과 아연

Assessment of Trace Element Supplementation in Critically Ill Medical Patients: Selenium and Zinc

손유민^†, 김채영, 이용석, 민명숙, 이재현

삼성서울병원 약제부

You Min Sohn^†, Chae Yeong Kim, Yong Seok Lee, Myung Sook Min and Jae Hyun Lee

Department of Pharmaceutical Services, Samsung Medical Center, 81 Irwon-ro, Gangnam-gu, Seoul, 06351, Republic of Korea

Correspondence to:^†You Min Sohn Tel:+82-2-3410-6091 E-mail: youmin.sohn@samsung.com

Received: March 24, 2024
Revised: April 18, 2024
Accepted: April 22, 2024

J. Kor. Soc. Health-syst. Pharm. 2024; 41(2): 133-141

Published May 31, 2024
https://doi.org/10.32429/jkshp.2024.41.2.003

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Background : The ESPEN (the European Society for Clinical Nutrition and Metabolism) guideline recommends that critically ill patients be provided daily supplementation of trace elements. Among such trace elements, selenium and zinc have been used in studies examining the correlation between serum concentration and treatment outcomes in critically ill surgical patients. However, there have been limited works evaluating the supplementation of selenium and zinc on critically ill medical patients. The aim of the present study was to evaluate the serum concentration and supplementation status of selenium and zinc in critically ill medical patients.
Methods : The research was conducted by retrospectively reviewing the electronic medical records of patients aged 18 years or older who were admitted to the medical intensive care unit (MICU) of Samsung Medical Center from January 2022 to May 2023.
Results : In total, among the 94 patients (selenium 41, zinc 53) whose serum concentration was confirmed at the time of admission to the MICU, 32 patients (78.0%) were below the normal selenium level whereas 34 patients (64.2%) were below the normal zinc level. Of these respective groups of patients, 19 (59.4%) were supplied selenium, while 15 (44.1%) were supplied zinc during the period. The average serum concentration before and after supplementation were selenium 53.79±12.92 μg/L and 64.14±26.08 μg/L, respectively, and zinc 49.33±11.92 μg/dL and 51.25±20.65 μg/dL, respectively. Among the patients whose selenium concentration was below the normal level at the time of admission to the MICU, the septic shock patient group had a significantly lower selenium serum concentration (47.00±16.09 μg/L vs. 63.38±17.34 μg/L, p=0.031).
Conclusion : Fundamental data for the evaluation of the serum concentration and supplementation of selenium and zinc in critically ill medical patients were prepared. As there were not many cases of patients for whom serum concentration and supplementation of trace elements were monitored after the initial admission in the MICU, there is a need for more active intervention. To determine the effects of serum selenium and zinc levels on critically ill medical patients, there is also a need for a large-scale prospective study as further research.

Keywords

Critically ill medical patients, Trace elements, Selenium, Zinc, Septic shock

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미량원소는 신체의 구성성분 중 매우 작은 부분을 차지하지만, 체내 정상적 대사에 필수적인 요소이다. 적극적인 영양공급이 요구되는 질환에서는 미량원소의 결핍이 드물지 않게 발생하고, ESPEN 가이드라인에서는 중환자에게 미량원소의 일일 공급을 권고하고 있다.^1),2) 이 중 상처치유와 항산화에 직접 관여하는 셀레늄과 아연은 외과계 중환자의 치료 성과와의 상관관계에 대한 국내 연구들이 보고된 바 있으나, 내과계 중환자를 대상으로 한 공급 및 그 평가는 제한적인 상황이다.^2)-4)

이에 본 연구에서는 단일 상급종합병원에서 내과계 중환자를 대상으로 셀레늄과 아연의 혈중도와 공급 현황을 평가하고자 한다. 특히, 내과계 중환자실의 주요 입실 요인인 패혈성 쇼크(septic shock) 환자의 중환자실 입실 당시 셀레늄과 아연의 혈중농도를 파악하여 내과계 중환자에서 미량원소 공급의 필요성을 함께 알아보고자 한다.

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본 연구는 2022년 1월 1일부터 2023년 5월 31일까지 삼성서울병원 본원과 암병원 내과계 중환자실에 입실한 만 18세 이상 환자 중 셀레늄 또는 아연의 혈중농도가 확인된 환자를 대상으로 전자의무기록(EMR, Electronic Medical Record)을 후향적으로 검토하여 연구를 진행하였다.

연구대상의 인구학적 특성 파악을 위해 성별, 연령, 중환자실 입실 기간을 조사하였고, 내과계 중환자실 입실 당시 셀레늄(정상치: 75-200 μg/L)과 아연(정상치: 70-120 μg/dL) 혈중농도를 파악하고, 정상치 미만 환자군에서의 미량원소 공급 현황과 공급 전후 혈중 농도 변화를 살펴보았다.

본 연구는 삼성서울병원 기관윤리심의위원회로부터 승인 받았으며(IRB No. 2023-07-073), 후향적 관찰 연구로서 피험자 동의는 생략하였다. 통계 분석은 SPSS version 27.0 (SPSS Inc., Chica-go, USA)을 이용하였다.

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1. 연구 대상의 특성

2022년 1월 1일부터 2023년 5월 31일까지 삼성서울병원 본원과 암병원 내과계 중환자실에 입실한 만 18세 이상 환자 중 입실 당시 혈중농도가 확인된 환자 총 94명(셀레늄 41명, 아연 53명)을 대상으로 하였다. 셀레늄 혈중농도가 확인된 41명 중 24명(58.5%)이 남자였으며, 환자의 평균 연령은 57.7 ±18.26세였다. 평균 중환자실 입실 기간 일 수는 42.0±58.38일이었다. 아연 혈중농도가 확인된 53명 중 30명(56.6%)이 남자였으며, 환자의 평균 연령은 58.6±14.86세였다. 평균 중환자실 입실 기간 일 수는 36.8±52.87일이었다(Table 1).

2. 내과계 중환자실 입실 당시 미량원소 혈중농도 및공급 현황문

연구기간 동안 내과계 중환자실 입실 당시 미량원소의 혈중농도가 확인된 환자는 셀레늄 41명, 아연 53명으로 총 94명이었다. 혈중 셀레늄과 아연의 평균 농도는 각각 59.8±18.54 μg/L, 74.3±49.96 μg/dL 였다(Table 2). 이 중 혈중농도가 정상치 미만인 환자는 총 66명(70.2%)으로, 셀레늄 32명(78.0%), 아연 34명(64.2%)이었다(Fig. 1).

1) 셀레늄 농도

혈중 셀레늄 농도를 정상치 초과와 미만으로 나누었을 때 환자 특성을 살펴보았다. 혈중 농도 미만과 정상의 셀레늄의 농도 평균은 각각 52.63±13.51 μg/L, 85.22±9.34 μg/L이었다(Table 3).

2) 아연 농도

혈중 아연 농도를 정상치 미만, 정상 그리고 초과로 나누었을 때 환자 특성을 살펴보았다. 혈중 농도 미만과 정상 및 초과의 아연 농도 평균은 각각 49.15 ±12.11 μg/dL, 83.60±14.99 μg/dL, 159.11 ± 64.98 μg/dL이었다(Table 4).

3. 정상치 미만 환자의 공급 전후 평균 혈중농도

내과계 중환자실 입실 당시 미량원소 혈중농도가 정상치 미만이였던 환자 가운데 중환자실 입실기간 동안 공급이 시행된 환자는 셀레늄의 경우 32명 중 19명(59.4%), 아연의 경우 34명 중 15명(44.1%)이었다(Fig. 2). 내과계 중환자실 입실 기간 동안 셀레늄 또는 아연의 공급이 시행된 정상치 미만 환자 중 공급 후 미량원소 혈중농도가 측정된 환자는 셀레늄 7명(36.8%), 아연 4명(26.7%)이었다. 이들을 대상으로 미량원소 공급 전후의 평균 혈중농도를 분석한 결과, 셀레늄의 혈중 농도는 공급 전 53.79±12.92 μg/L에서 공급 후 64.14±26.08 μg/L로 증가하였고, 아연의 혈중 농도는 공급 전 49.33±11.92 μg/dL에서 51.25±20.65 μg/dL로 증가하였지만 유의한 차이는 나타나지 않았다(Fig. 3).

본 연구에서 셀레늄의 평균 일회 공급량과 공급 횟수는 328.60 μg과 2.9회, 아연의 평균 일회 공급량과 공급 횟수는 5.0 mg과 3.75회였다.

4. 패혈성 쇼크(Septic shock) 환자의 중환자실 입실 당시 미량원소 혈중농도

내과계 중환자에서 입실 초기 미량원소 공급의 필요성을 알아보기 위해, 내과계 중환자실의 주요 입실 요인 중 하나인 패혈성 쇼크(septic shock) 환자의 중환자실 입실 당시 셀레늄과 아연의 혈중농도를 파악하였다. 내과계 중환자실 입실 당시 패혈성 쇼크가 아닌(non-septic shock) 환자군의 평균 셀레늄과 아연 혈중농도는 각각 63.38±17.34 μg/L과 74.74 ±53.79 μg/dL이었고, 패혈성 쇼크(septic shock) 환자군의 평균 셀레늄과 아연 혈중농도는 각각 47.00±16.09 μg/L과 72.73±31.28 μg/dL이었다. 중환자실 입실 당시 셀레늄 농도가 정상치 미만인 환자군 중 패혈성 쇼크(septic shock) 환자군이 패혈성 쇼크가 아닌(non-septic shock) 환자군에 비해 혈중농도가 통계적으로 유의하게 낮음(47.00 ±16.09 μg/L vs 63.38±17.34 μg/L, p=0.031)을 확인하였다(Table 5).

고찰

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미량원소 중 셀레늄은 항산화, 면역과 항염증 기능에 필수적이고 아연은 정상적인 성장 유지, 면역, DNA 수선, 단백질 합성, 포도당 조절, 상처 치유에 관여 한다.^5),6) 미량원소의 혈중 농도는 중증 트라우마, 수술, 패혈증, 중증 전신성 염증반응 후에 감소하게 된다.⁴⁾ 비타민 E와 C를 포함한 항산화 비타민과 함께 미량원소의 공급이 화상, 외상, 기계 환기를 필요로 하는 중환자에서 환자의 임상적 결과를 향상시킬 수 있고, 전반적인 사망률(overall mortality)의 유의한 감소에 기여한다는 연구결과가 있다.^7)-9) 이에 ESPEN 가이드라인에서는 중환자에게 미량원소의 일일 공급을 권고하고, ASPEN (American society for parenteral and enteral nutrition) 가이드라인에서도 영양공급 초기부터 적당한필수 미량원소의 공급을 권고한다.^1),7)

외과계 중환자와 셀레늄과 아연의 치료 성과와의 상관관계에 대한 국내 연구들은 보고된 바 있으나,⁴⁾ 기계 환기를 필요로 하거나 패혈증, 중증 전신성 염증반응 적응증 등의 사유로 입실하는 내과계 중환자를 대상으로 한 셀레늄과 아연의 공급 및 그 평가는 제한적이어서, 본 연구에서는 단일 상급종합병원에서 내과계 중환자를 대상으로 셀레늄과 아연의 혈중농도와 공급 현황을 평가하였다.

본 연구기간 동안 내과계 중환자실 입실 당시 미량원소의 혈중농도가 확인된 환자 94명 중 혈중 농도가 정상치 미만인 환자는 셀레늄 32명(78%), 아연 34명(64.2%)이었다. 이는 외과계 중환자실에서 시행한 연구에서 정상 범위보다 낮은 경우의 셀레늄 1.8 %, 아연 75.1%과는 차이가 있었다.⁴⁾

본 연구는 다음의 한계점을 가진다. 연구기간동안 모든 내과계 중환자를 대상으로 미량원소 혈중농도가 확인되지 않았기 때문에, 실제로는 전체 내과계 중환자에서 셀레늄과 아연의 혈중농도가 정상치 미만인 환자의 비율은 본 연구의 결과보다 적을 것으로 생각된다. 또한, 내과계 중환자실 입실 기간 동안 셀레늄 또는 아연의 공급이 시행된 정상치 미만 환자에서 공급 후 미량원소 혈중농도가 측정된 환자는 셀레늄 36.8%(7명), 아연 26.7%(4명)으로, 내과계 중환자실에서 미량원소에 대한 입실 초기 혈중농도 검사 시행과 미량원소 공급 후 해당되는 모든 환자에게 모니터링이 되지 않아서 자료수집의 한계의 제한점이 있다. 즉, 셀레늄과 아연의 경우 정상치 미만의 환자 중 각각 19명, 15명에게 추가 공급되었다. 모두 수치의 향상은 있었으나 이 중 7명, 4명으로부터 이후 농도 검사가 시행되어 미량원소 공급 전후 유의미한 증가 여부 확인이 어려운 것으로 사료된다. 내과계와 외과계 차이는 입실 대상 기준의 차이로 사료되나 자료의 제한으로 충분한 차이를 설명하기에는 문제가 있으므로 보다 많은 환자수로 연구가 필요할 것으로 사료된다.

그러나 아직 미량원소 공급에 있어 적절한 용량, 빈도, 기간, 투여 경로 등에 대한 표준화된 가이드라인이 없는 실정에서 본 연구를 통해 내과계 중환자를 대상으로 셀레늄과 아연의 혈중농도 평가와 공급 및 그에 따른 혈중도 변화에 따른 기초 자료를 마련하였다는 점에서 의의가 있다.⁵⁾ 또한, 내과계 중환자실의주요 입실 요인인 패혈성 쇼크(septic shock)¹⁰⁾ 환자의 중환자실 입실 당시 셀레늄과 아연의 혈중농도를 파악한 결과, 내과계 중환자실 입실 당시 셀레늄농도가 정상치 미만인 환자군 중 패혈성 쇼크(septic shock) 환자군이 패혈성 쇼크가 아닌(non-septic shock) 환자군에 비해 혈중농도가 통계적으로 유의하게 낮았다(47.00±16.09 μg/L vs 63.38 ±17.34 μg/L, p=0.031). Jang et al 연구에서는 셀레늄 수치가 통계적 차이가 있었고(77.9±25.4 μg/L vs 87.2±23.1 μg/L; p= 0.017) 아연 농도에 있어서는 유의미한 차이가 없었다(45.8±26.7 μg/dL vs 50.2±24.2 μg/dL; p=0.273).³⁾ 이를 통해 패혈성 쇼크(septic shock)로 입실한 내과계 중환자에서 입실 초기 셀레늄 공급의 필요성을 확인할 수 있었다.

내과계 중환자실을 담당하는 약사의 경우 미량원소의 의미와 부족의 문제점을 인지하고, 해당 환자에게 적절한 시점에 농도 검사, 보충 및 모니터링이 필요하기 때문에 적극 개입하여 중재하는 것이 필요하겠다.^11)-13)

결론

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결론
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References

본 연구를 통해 내과계 중환자를 대상으로 한 셀레늄과 아연의 혈중농도 평가와 공급 및 그에 따른 혈중농도 변화에 대한 기초 자료를 마련하였다. 또한, septic shock 환자의 셀레늄 혈중농도가 유의하게 낮았음을 확인하여 입실 초기 셀레늄 공급을 필요로 하는 환자군을 확인하였다. 다만 내과계 중환자실에서 미량원소에 대한 입실 초기 혈중 농도 검사 시행 및 공급 후의 모니터링의 사례가 많지 않아, 내과계 중환자에서 미량원소의 역할과 공급의 필요성을 보다 정확하게 확인하기 위해서는 적극적인 개입과 대규모 전향적 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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Fig. 1.Serum trace element concentration at the time of MICU admission

Fig. 2.Supplementation status of selenium and zinc in critically ill medical patients

Fig. 3.Serum trace element concentration before and after the supplementation

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References

Table 1 Demographic characteristics of the study patients

환자 특성(mean ± SD)		검사 시행된 환자(N=94)
		셀레늄 (n=41)	아연 (n=53)
성별 (n)	남자	24 (58.5%)	30 (56.6%)
성별 (n)	여자	17 (41.5%)	23 (43.4%)
연령 (yr)		57.7±18.26	58.6±14.86
중환자실 입실기간 (일)		42.0±58.38	36.8±52.87

Table 2 Serum trace element concentrations at the time of ICU^* admission

Serum concentration	Selenium (μg/L)	Zinc (μg/dL)
Reference range	75-200	70-120
N	41	53
Mean value ± SD^†, μg/dL	59.8±18.54	74.3±49.96
Range, μg/dL	16-99	21-332
Median (Q^‡1,Q³⁾	62 (46,74)	60 (46,81)
N (% below reference range)	32 (78.0)	34 (64.2)
N (% above reference range)	0 (0.0)	9 (17.0)

*ICU, intensive care unit; ^†SD, standard deviation; ^‡Q, quartile

Table 3 Characteristics of patients with low serum Selenium level

Variable	Low level (n=32)	Normal level (n=9)	P-value
Se, μg/L (at the time of ICU admission)	52.63 ± 13.51	85.22 ± 9.34	< 0.00
Age, years (range)	57.22 (22-89)	59.44 (28-93)	0.86
Sex (male), n (%)	19 (59.4)	5 (55.6)	0.27
APACHE^* Ⅱ	27.28 ± 5.70	25.44 ± 5.38	0.34
SAPS^† Ⅲ	60.97 ± 13.57	57.33 ± 13.61	0.47
Mortality, n (%)	17 (53.1)	4 (44.4)	0.87
ICU^‡ stay (days)	45.60 ± 63.42	29.22 ± 31.85	0.65
Hospital stay (days)	114 ± 89.80	85.89 ± 119.23	0.15
Mechanical Ventilator, n (%)	15 (46.9)	4 (44.4)	0.64
CRRT^§, n (%)	15 (46.9)	3 (33.3)	0.43
HD^∥, n (%)	10 (31.3)	1 (11.1)	0.03
ECMO^¶, n (%)	5 (15.6)	3 (33.3)	< 0.00
Nutrition status, n (%)
Well nourished	4 (12.5)	2 (22.2)	< 0.00
Malnourished	28 (87.5)	7 (77.8)	< 0.00

*APACHE, acute physiology and chronic health evaluation; ^†SAPS, simplified acute physiology score; ^‡ICU, intensive care unit; ^§CRRT, continuous renal replacement therapy; ^∥HD, hemodialysis; ^¶ECMO, extracorporeal membrane oxygenation

Table 4 Characteristics of patients with low serum Zinc level

Variable	Low level (n=34)	Normal level (n=10)	Above Normal level (n=9)	P-value
Zn, μg/dL (at the time of ICU admission)	49.15 ± 12.11	83.60 ± 14.99	159.11 ± 64.98	< 0.00
Age, years (range)	61.77 (22-89)	52.20 (33-74)	54.00 (27-93)	0.1
Sex (male), n (%)	16 (47.1)	7 (70.0)	7 (77.8)	0.33
APACHE^* Ⅱ	27.71 ± 5.08	27.40 ± 5.79	26.11 ± 8.86	0.53
SAPS^† Ⅲ	62.44 ± 13.95	61.80 ± 10.32	53.22 ± 14.58	0.74
Mortality, n (%)	18 (52.9)	5 (50.0)	6 (66.7)	0.52
ICU^‡ stay (days)	26.74 ± 42.28	42.80 ± 35.46	68.00 ± 83.10	0.06
Hospital stay (days)	92.18 ± 94.39	94.5 ± 51.71	115.67 ± 110.51	0.64
Mechanical Ventilator, n (%)	15 (44.1)	6 (60.0)	6 (66.7)	0.40
CRRT^§, n (%)	14 (41.1)	5 (50.0)	4 (44.4)	0.88
HD^∥, n (%)	6 (17.6)	2 (20.0)	4 (44.4)	0.23
ECMO^¶, n (%)	5 (14.7)	3 (30.0)	4 (44.4)	0.11
Nutrition status, n (%)
Well nourished	1 (2.9)	2 (20.0)	3 (33.3)	0.11
Malnourished	33 (97.1)	8 (80.0)	6 (66.7)	0.11

*APACHE, acute physiology and chronic health evaluation; ^†SAPS, simplified acute physiology score; ^‡ICU, intensive care unit; ^§CRRT, continuous renal replacement therapy; ^∥HD, hemodialysis; ^¶ECMO, extracorporeal membrane oxygenation

Table 5 Differences between non-septic shock patients and septic shock patients at the time of MICU admission

Variable	Non-septic shock (n=42)	Septic shock (n=11)	P-value
셀레늄 (μg/L)	63.38±17.34	47.00±16.09	0.031
아연 (μg/dL)	74.74±53.79	72.73±31.28	0.878

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References

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J. Kor. Soc. Health-syst. Pharm. 2024; 41(2): 133-141

Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.32429/jkshp.2024.41.2.003