Association of nutritional status and diet with the gut microbiome in acutely ill hospitalised older adults
Associação do estado nutricional e da dieta com o microbioma intestinal em idosos hospitalizados agudamente enfermos
Publication year: 2023
Theses and dissertations in Inglés presented to the Universidade de São Paulo. Faculdade de Saúde Pública to obtain the academic title of Doutor. Leader: Ribeiro, Sandra Maria Lima
Introduction - Ageing is characterised by changes associated with an increased risk of developing chronic diseases and syndromes, of which malnutrition is one of the most common in older adults. The gut microbiota has an important role in the hosts health and is determined by several factors, including nutritional status and diet. Therefore, the gut microbiota may be associated with malnutrition and dietary intake in acutely ill older adults. Objectives - to identify- 1) the prevalence of malnutrition; 2) the association of malnutrition with the composition and metabolic potential of the gut microbiota and its impact on clinical outcomes; 3) the effect of habitual diet on the gut microbiota of acutely ill hospitalised older adults according to the nutritional status. Methods - a longitudinal analysis secondary to a prospective cohort was performed on 108 participants aged 65+ years old admitted to the hospital due to acute conditions. Clinical, demographic, nutritional, and anthropometric data and rectal swab samples were collected at admission and after 72 hours of hospitalisation. The food intake was estimated using the dietary history and the nutritional status diagnosed using the Global Leadership Initiative on Malnutrition (GLIM) criteria, preceded by the Mini-Nutritional Assessment Short-form (MNA-SF). Rectal swab samples were obtained to analyse the gut microbiota via 16S rRNA gene sequencing. The microbiota diversity, overall composition and differential abundances were calculated and compared between well-nourished and malnourished groups. Microbiome features potentially associated with malnutrition were selected by penalised models and confirmed by additive models. The prediction of clinical outcomes was investigated from the "malnourished microbiota" using decision trees. The dietary intake was explored through multivariate methods and investigated with the microbiota using tests of association and mediation analysis. Results - Malnourished patients (51%) had a different overall microbiota composition compared to well-nourished during hospitalisation (R= 0.079, p= 0.003). Severely malnourished (32.4%) showed a poorer diversity at admission (Shannon p= 0.012, Simpson p= 0.018) and after 72 hours (Shannon p= 0.023, Chao1 p= 0.008). Subdoligranulum, Lachnospiraceae NK4A136 group and Faecalibacterium prausnitzii, short-chain fatty acids producers, had significantly lower abundance and negative association with malnutrition, while Fusobacterium, Corynebacterium and Ruminococcaceae Incertae Sedis were highly increased and positively associated with malnutrition. Corynebacterium, Ruminococcaceae Incertae Sedis and the overall composition were important predictors of critical care in malnourished during hospitalisation. Malnourished patients had a significantly lower intake of plant protein, carbohydrates, dietary fibre, Fe, Mn, folate, campesterol, beta-sitosterol, and -linolenic acid, and higher intake of Vitamin D. There were no significant correlations of nutrients, foods or food groups with the microbiota structure, but for individual taxa and -diversity metrics. Mediation analysis revealed a significant indirect effect of the nutritional status on the differential abundance of several bacterial taxa partially mediated in a positive direction by dietary fibre, plant-based protein, onions, and olive oil, and negative by vitamin D. Conclusion - Malnourished patients had a significantly lower intake of key dietary compounds and substantial gut microbial disturbances during hospitalisation, pronounced in the severe stage. Some plant-based compounds might confer beneficial effects on the gut microbiota profile. A "malnourished microbiota" may be able to predict critical illness in hospitalised malnourished older patients. Bench-to-bedside investigations are necessary to confirm these findings.
Introdução - O envelhecimento é caracterizado por mudanças associadas a uma maior chance de desenvolver síndromes e doenças crônicas, das quais a desnutrição é uma das mais comuns em idosos. A microbiota intestinal tem um papel importante na saúde e é determinada por vários fatores, incluindo o estado nutricional e a dieta. Portanto, a microbiota intestinal pode estar associada à desnutrição e à ingestão alimentar em idosos gravemente doentes. Objetivos - identificar- 1) a prevalência de desnutrição; 2) a associação da desnutrição com a composição e o potencial metabólico da microbiota intestinal e seu impacto nos desfechos clínicos; 3) o efeito da dieta habitual sobre a microbiota intestinal de idosos hospitalizados com doenças agudas de acordo com o estado nutricional. Métodos - uma análise longitudinal secundária a uma coorte prospectiva foi realizada em 108 participantes com mais de 65 anos de idade admitidos no hospital devido a condições agudas. Foram coletados dados clínicos, demográficos, nutricionais, antropométricos e swab retal na admissão e após 72 horas de internação. O consumo alimentar foi estimado por meio do histórico alimentar e o estado nutricional foi diagnosticado pelos critérios da Iniciativa de Liderança Global sobre Desnutrição (GLIM), precedido da triagem pela Mini-Avaliação Nutricional versão curta (MAN-SF). Amostras de swab retal foram obtidas para analisar a microbiota intestinal via sequenciamento do gene 16S rRNA. A diversidade da microbiota, composição geral e a abundâncias diferenciais foram calculadas e comparadas entre os grupos bem nutrido e desnutrido. Variáveis do microbioma potencialmente associadas à desnutrição foram selecionadas por modelos penalizados e confirmadas por modelos aditivos. A predição para os desfechos clínicos foi investigada a partir da "microbiota desnutrida" utilizando árvores de decisão. O consumo alimentar foi explorado por meio de métodos multivariados e investigado com a microbiota por meio de testes de associação e análise de mediação. Resultados - Os pacientes desnutridos (51%) apresentaram composição geral da microbiota diferente comparado com os bem nutridos durante a hospitalização (R= 0,079, p= 0,003). Os sevemente desnutridos (32,4%) apresentaram menor diversidade na admissão (Shannon p= 0,012, Simpson p= 0,018) e após 72 horas (Shannon p = 0,023, Chao1 p= 0,008). Subdoligranulum, Lachnospiraceae NK4A136 e Faecalibacterium prausnitzii, produtores de ácidos graxos de cadeia curta, tiveram abundância significativamente menor e associação negativa com a desnutrição, enquanto Fusobacterium, Corynebacterium e Ruminococcaceae Incertae Sedis tiveram maior abundância e associação positiva. Corynebacterium, Ruminococcaceae Incertae Sedis e a composição geral foram importantes preditores de cuidados intensivos em desnutridos durante a hospitalização. Pacientes desnutridos tiveram ingestão significativamente menor de proteína vegetal, carboidratos, fibra dietética, Fe, Mn, folato, campesterol, beta-sitosterol e ácido -linolênico, e maior de vitamina D. Não houve correlações significativas entre nutrientes, alimentos ou grupos de alimentos com a estrutura da microbiota, mas sim para táxons individuais e métricas da -diversidade. A análise de medição revelou um efeito indireto significativo do estado nutricional sobre a abundância diferencial de vários táxons bacterianos parcialmente mediada em uma direção positiva pela fibra alimentar, proteína vegetal, cebola, e azeite de oliva, e negativa pela vitamina D. Conclusão - Pacientes desnutridos tiveram menor ingestão de compostos dietéticos chaves e distúrbios microbianos intestinais substanciais durante a hospitalização, pronunciados no estágio grave. Alguns compostos de origem vegetal podem conferir efeitos benéficos no perfil da microbiota intestinal. A "microbiota desnutrida" pode ser capaz de predizer doenças críticas em idosos desnutridos hospitalizados. Investigações pré-clínicas e translacionais são necessárias para confirmar esses achados.