小儿镰状细胞病的肥胖：一种新现象

意义 镰状细胞病 (SCD) 是世界上和美国 (U.S.) 最常见的遗传性疾病，约有三分之一的非洲裔美国人出生时具有镰状细胞性状，目前约有 100,000 人患有 SCD。 在这种疾病中，形状不规则的红细胞 (RBC) 称为镰状红细胞，被困在微循环中，从而导致全身器官缺血性损伤。 由于慢性溶血（红细胞破裂），SCD 患者传统上具有高基础代谢率和由于新红细胞的快速产生而增加的能量消耗（通过静息能量消耗测量）。 因此，SCD 患者往往体重过轻，并且没有出现与体重相关的合并症，如高血压、血脂异常和高血糖。 近年来，SCD 患者的医疗管理有了显着改善，从而降低了发病率和死亡率，延长了寿命。 随着医疗管理的这些进步，最近的研究已经开始描述儿童和成人 SCD 患者的超重和肥胖率增加。 我们研究团队在密西西比州的试点数据显示，我们 24% 的 SCD 儿科患者超重或肥胖，定义为体重指数 (BMI) ≥ 第 85 个百分位数。 超重和肥胖是SCD的一种新的医学现象。

SCD 患者死亡的两个主要原因是心血管疾病和中风。 1973 年，Lemuel Whitley Diggs 估计 SCD 患者的中位生存期为 14.3 年，其中 20% 的死亡发生在生命的头 2 年。 然而，由于医疗管理得到改善，SCD 患者的寿命更长。 1994 年，最严重的 SCD 基因型 HbSS 的预期寿命增加到 42-48 岁，而不太严重的 SCD 基因型 HbSC 的预期寿命增加到 60-68 岁。 由于 SCD 患者的寿命不再延长，超重和肥胖在 SCD 中是一种新现象，因此关于其对心血管疾病、中风和总体发病率的诱发危险因素（即高血压、高脂血症和高血糖）的临床影响知之甚少.

迄今为止，已发表的两项研究都是针对患有 SCD 的成年人，并证明超重和肥胖体重状态与代谢综合征、高血压和血脂异常有关，从而导致心血管疾病和中风的风险增加。 2 型糖尿病 (T2D) 在 SCD 患者中的临床记录历来未见。 然而，最近的研究表明，T2D 在成年 SCD 患者中的患病率现在接近健康的非裔美国人。 同一项研究表明，与只有一种疾病的患者相比，同时患有 SCD 和 T2D 的患者的中风风险和总体发病率显着更高。 评估和描述 SCD 儿科患者心血管疾病和卒中的这些潜在增加危险因素至关重要。

SCD 结果的准确测量为了准确评估 SCD 儿科患者心血管疾病和中风（即高血压、高脂血症和高血糖）的体重相关危险因素，需要进行适当调整以适应疾病相关血液过程的研究。 具体而言，与没有 SCD 的人相比，患有 SCD 的人的全身血压较低。 在患有 SCD 的成年人中，观察到血压处于或高于第 90 个百分位数时会出现临床问题。 当使用第 90 个百分位数时，患有 SCD 的成年人 (40%) 的高血压发病率与健康人群相似。 因此，建议相对于 SCD 患者预期的较低值来评估血压值，并使用 ≥ 90% 的较低阈值来定义 SCD 患者的“相对高血压”。 不幸的是，目前没有公布与 SCD 青年的年龄、性别和身高相匹配的血压标准。 为了有力地描述体重状态与血压升高之间的关联，当前的研究将使用已公布的年龄、性别和身高血压标准，用于没有 SCD 的健康青年，但定义相对高血压（主要结果）≥ 90%。

超重/肥胖与葡萄糖耐受不良相关，是 T2DM 发展的有力预测指标，而 T2DM 会增加心血管疾病和中风的风险。 具体而言，T2DM 的早期发展会导致成年早期显着的微血管和大血管并发症。 儿童糖耐量受损的最大风险是体重状况（超重和肥胖）和超重和肥胖的家族病史。 建议对高危青少年进行高血糖和胰岛素抵抗筛查，因为儿童通常没有症状。 专家委员会和美国糖尿病协会已经批准使用空腹血糖或 HbA1c 筛查超重或肥胖（BMI > 85%）的人，从 10 岁开始。 然而，由于 SCD 中 RBC 的寿命缩短，在 SCD 中使用 HbA1c 进行葡萄糖耐量测试并不可靠。 因此，建议对 SCD 患者进行空腹血糖水平和血清果糖胺检测。 果糖胺是一种糖化蛋白，可预测大约 3-4 周内的葡萄糖水平，并将用作当前研究中高血糖的主要指标（次要结果）。

与较低的全身血压相似，历史上显示患有 SCD 的个体由于高水平的溶血和新膜合成所需的脂质消耗而具有低胆固醇水平。 据估计，美国所有儿童的血脂异常总患病率为 20.3%，而在肥胖青少年中则增加到 42.9%。 由于目前的治疗减少了红细胞的溶血和总周转率，尚不清楚医学界是否会开始发现 SCD 儿科患者的高脂血症（次要结果）增加。

超重/肥胖的主要风险因素 虽然普通儿科人群超重/肥胖发展的原因是多方面的，但能量失衡（例如，消耗的卡路里多于通过体力活动消耗的卡路里）得到最多的研究支持并确定了干预领域。 儿童每天花大约 15 分钟进行中等到剧烈的体育活动，远低于国家建议的每天 60 分钟。 儿童还将超过 85% 的时间花在久坐不动的活动上，这与体重增加有关。 此外，很少有儿童的饮食符合国家指导方针，而是食用大量高热量、营养不良的食物和含糖饮料，所有这些都与体重增加和肥胖有关。 这些问题在密西西比州尤为严重，密西西比州的身体活动和肥胖率在美国最高。此外，非裔美国青年的久坐活动率最高。 最后，肥胖、高血压、高脂血症、T2D 的家族史以及孕期糖尿病的母亲病史与儿童超重/肥胖的风险增加显着相关。

为了开始解决这些知识差距，研究人员将评估超重/肥胖的 SCD 儿科患者与体重不足/正常体重的 SCD 儿科患者的血压、高脂血症和高血糖症。 我们将进一步评估饮食、运动和家族病史作为该人群超重/肥胖、高血压、高脂血症和高血糖症的主要危险因素。 如果发现高血压、高脂血症和/或高血糖的风险增加与超重/肥胖有关，那么未来的前瞻性研究将很重要，以检查对 SCD 传统并发症的临床影响，包括心血管疾病、中风、血管闭塞性危象、急性胸部综合征和神经病。 这些知识非常重要，因为高血压、高脂血症和高血糖症都是可以通过药物干预和/或行为生活方式改变（例如饮食咨询和锻炼）来改变的风险因素。 这一新知识可以进一步导致更新的筛查建议，因为目前没有标准化的指南来筛查 SCD 儿科患者的高血压、高脂血症和高血糖症。

规划阶段：研究的第一阶段将包括 2 个月的研究护士培训、获得研究用品和完成 IRB 批准（将在提交拨款后两周内提交）。 我们的团队预计将于 2020 年 10 月开始参与者注册，并计划在 2021 年 8 月之前完成注册。 研究招募将在 1 年研究期间的 8 个月内进行。 该项目的最后两个月将专门用于数据分析、手稿准备和额外的资助申请。

研究参与者 (N=200)：UMMC 小儿镰状细胞诊所是密西西比州唯一的儿科 SCD 专科诊所。 它是美国最大的儿科 SCD 项目之一，每年为整个密西西比州的大约 800 名患者提供服务。 儿科 SCD 诊所每周两次在密西西比州杰克逊的 UMMC 主校区举行。 在哈蒂斯堡、子午线和密西西比州格尔夫波特还有每月两次的多学科门诊和卫星门诊。 将从 UMMC 主校区招募儿科患者和主要照顾者/父母（父母）（> 21 岁）。 2019 年约有 300 名 10-19 岁的 SCD 儿科患者在诊所就诊。 McNaull 博士和 Karlson 博士有大约 80% 的招募率可以在该人群中进行单次访问研究。 因此，研究人员预计当前横断面研究的招募不会有任何困难。

我们的团队将招募 60 名体重过轻/正常体重的青少年和 60 名超重/肥胖的青少年，以及每位青少年的一位家长。

生物变量：将从参与者的电子健康记录 (EHR) 中提取以下生物变量：年龄、性别、SCD 基因型和根据 Tanner 阶段标准的青春期状态。 Tanner 阶段将由常规医疗提供者在门诊就诊时确定并从 EHR 中提取。 SCD 在男性和女性中的发生率相同。 因此，男性和女性将被同等数量地招募。

方法： 招募：所有研究程序将在青年定期安排的血液学预约中完成。 SCD 研究护士协调员将在就诊前一到三天致电可能符合条件的家庭（根据年龄、SCD 基因型和就诊历史），因为年轻人需要在预约时禁食以进行与研究相关的实验室抽签。 如果家庭对这项研究感兴趣，则将通过电话解释程序。 研究护士协调员将在青年任命当天出现在诊所，详细解释程序，招募青年参与者和父母，并获得书面知情同意、许可和同意。 程序：在提供同意后，家长将在 iPad 上的 REDCap 中完成两份电子问卷（完成时间为 5-15 分钟）。 一份问卷将是家庭营养和身体活动 (FNPA) 筛查工具，用于评估青少年的营养和锻炼情况。 第二份问卷将是对最常见的超重/肥胖及其合并症家族风险因素的家族史评估。 根据 2004 年儿童和青少年高血压新工作组报告，将进行三次血压测量。 然后，青年参与者将在定期安排的临床静脉穿刺抽血（15 分钟）期间完成研究血液收集。

评估：将在研究访视时使用身高 (cm) 和体重 (kg) 计算体重指数 z 分数（BMI z 分数）。 训练有素的护士将使用标准测距仪测量身高，精确到 0.1 厘米，在校准电子秤上测量体重，精确到 0.1 公斤，同时孩子们穿着轻便的衣服，不穿鞋。 然后，BMI 将通过将以千克为单位的体重除以以平方米为单位的身高 (kg/m2) 来计算，然后根据年龄和性别规范转换为 BMI z 分数。 BMI 百分位将使用当前的儿科疾病控制中心指南绘制，体重不足定义为 <5%，正常体重为 5-85%，超重定义为 BMI >85%，肥胖定义为 >95%。

血压测量：收缩压和舒张压将根据 2004 年儿童和青少年高血压新工作组报告的建议，使用适当的袖带尺寸和常规校准的自动血压监测仪（SphygmoCor 8.0 版，AtCor Medical）收集收缩压和舒张压. 青少年将舒适地坐着休息 5 分钟，双脚平放在地板上。 将在心脏水平支撑的非惯用手臂上进行测量，并将进行 3 次，每次间隔一分钟。 第一项措施将用于适应目的，第二项和第三项措施的平均值将被记录并用于分析 超过 1500 名 SCD 儿童的血压中位数和第 90 个百分位数先前已发表，尽管它没有考虑身高或分别包含每个年龄段的数据。 高血压前期，在 SCD 中称为相对高血压，定义为血压高于第 90 个百分位但低于第 95 个百分位。 这项使用第 90 个百分位血压来定义小儿 SCD 高血压的新临床建议将用于当前研究。

所有参与者的血压将使用国家高血压教育计划 (NHBPEP) 儿童和青少年工作组进行分类。 对于我们的研究，(1) 正常血压将分配给收缩压 <90% 的患者，(2) 高血压将报告为任何年龄、性别和身高的血压 >90% 的患者。

实验室抽血：外周血 (10 mL) 将在预定的抽血时收集在绿色和红色顶部肝素化管中。 血液将被送到 UMMC 的实验室进行分析，并将实验室分析结果发送给梅奥诊所实验室。 将获得以下实验室分析：CBC、网织红细胞计数、脂质面板、空腹血糖和果糖胺。 CBC、网织红细胞计数和葡萄糖是定期预约进行的实验室检查，作为 SCD 维持治疗的一部分。 脂质面板和果糖胺是额外的测试。

高脂血症：将从每个参与者的血液样本中获取包括总胆固醇、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白和甘油三酯在内的空腹血脂。 每个参与者将被分为总胆固醇和 LDL 脂质面板的 3 个风险组中的一个。 风险组定义如下：(1) LDL 的可接受水平 <170mg/dL 和 <110mg/dL (2) 临界水平 170-199mg/dL 和 110-129 mg/dL 和 (3) 高水平 >200mg/dL总胆固醇和 LDL 分别 >130mg/dL。 HDL 和甘油三酯水平将根据年龄和性别按百分位数分层。 所有参考水平均符合 AAP 的脂质筛查指南，该指南改编自脂质研究临床儿科患病率研究。

高血糖症：抽取空腹血糖和血清果糖胺来评估高血糖症。 参与者将按空腹血糖分类：(1) 正常葡萄糖 80-100mg/dL (2) 血糖升高 101-125mg/dL (3) 高血糖 >126mg/dL。 空腹血糖受损包括葡萄糖 >100mg/dL 的任何受试者。 血清果糖胺水平将分为 (1) 正常水平 203-263umol/L 和 (2) 升高 >263 umol/L。

问卷调查：家长参与者将完成以下问卷调查。 食物和锻炼调查：家长将完成 20 个问题的家庭营养和身体活动 (FNPA) 筛查工具，以评估青少年的营养和锻炼情况。 FNPA 仪器是在爱荷华州立大学与营养与营养学院合作开发的，此前对体育活动、体育参与、电视观看和电子游戏对儿童肥胖的影响进行了全面的证据分析。 初步验证是在爱荷华州得梅因的 854 名儿童及其父母的样本中进行的。 相关分析和逻辑回归用于检查 FNPA 因素之间的关联以及这些因素与儿童体重状况之间的关系。 发现 BMI 与 10 个结构中的 7 个（早餐/家庭用餐、营养模型、高热量饮料摄入、卧室电视、父母体力活动、儿童体力活动和睡眠时间表）之间以及 BMI 与整体体重指数之间存在显着相关性FNPA 分数。

家族史调查：父母将完成一项关于最常见的超重和肥胖家族风险的简短家族史调查，其中包括：BMI 大于第 85 个百分位数的母亲史、妊娠糖尿病的母亲史、超重/肥胖家族史、家族史高血压、心血管疾病、高胆固醇和 T2DM。

医疗图表审查：除了上述生物变量外，将从当前门诊就诊的参与者 EHR 中提取以下变量：人口统计学（种族、保险支付人）、急性胸病史、哮喘、阻塞性睡眠呼吸暂停、缺血性坏死和根据过去 3 年急诊就诊和住院次数计算的中风、药物、疾病严重程度评分。 过去 3 年的 BMI 和临床就诊实验室结果（血红蛋白、网织红细胞计数、随机非空腹血糖）。

潜在问题和替代策略：招聘和保留。 尽管有 COVID-19，但所有儿科 SCD 都在满负荷工作。 为了最大限度地招募和保留，研究护士协调员将定制招募材料和策略（例如，研究手册、视觉辅助工具和确认 Medicaid 交通预约）。 调查人员将使用有效的补偿和方法（研究与医疗预约相结合）在之前针对该人群的横断面研究中招募 ≥80% [例如 镰状细胞病青年的身体活动和疼痛。 虽然调查人员预计招募不会出现问题，但如果第 3 个月低于招募目标 30%，该团队将计划增加 Meridian 和 Hattiesburg 卫星诊所。 年龄范围。 另一个潜在的问题是 10-19 岁的年龄范围很广，体重差异可能是由于青春期 Tanner 阶段造成的。 为了解决这些生物混杂因素，在招募期间（10-14 岁和 15-19 岁）将对年龄进行分层，并在分析中控制青春期 Tanner 阶段。 最后，青少年参与者可以拒绝抽血、体重/身高测量或血压测量。 然而，这些是该儿科患者群体在 10 岁时就非常熟悉的标准医疗程序。 我们的诊所通常使用超声引导抽血来减少获取足够血液样本所需的针刺数量。 此外，将尽一切努力在抽血期间使用利多卡因麻醉霜和分散注意力，以帮助对静脉穿刺抽血表现出焦虑的年轻人。

统计分析功效和样本量：将使用 MCCTR 生物统计核心（Seth Lirette，博士）进行统计分析。 G*电源 3.0.10 卡方先验功效分析指定 100 名青年的样本量（每个体重状态组 50 名）将提供大于 90% 的功效来检测 SCD 青年相对高血压患病率（主要结果）的差异超重/肥胖与体重过轻/正常体重的 SCD 青年相比。 功效分析的预期大效应量 (.8) 是基于 10-19 岁肥胖的非洲裔美国青年的高血压患病率为 4.5%，而非洲裔美国年轻人的相对高血压患病率为 40.2% SCD 18-20 岁。

损耗和缺失数据：研究人员预计，由于临床抽血困难（例如，护士无法抽取足够的血液），一小部分（约 5%）无法使用的实验室数据。 基于上述功效分析，N=100 名青年的总目标样本将提供足够大的样本量来说明此类随机缺失的实验室数据。 在研究完成之前，研究护士协调员将检查问卷的完整性。 随机缺失的问卷数据将使用作者建议或均值插补策略进行处理或插补。

分析计划目标 1：将在 SPSS 26.0 或 Stata 15.0 中计算统计分析。 将计算两个研究组的高血压、高脂血症和高血糖症的患病率。 一系列非参数精确 Fisher 检验将检查超重或肥胖（即 BMI ≥ 第 85 个百分位数）的 SCD 儿科患者与其体重过轻和正常体重（即，有 BMI 第 1 到第 84 个百分位）对应物，控制 Tanner 青春期阶段。

分析计划 目标 2：一系列逻辑回归将检验饮食、运动和超重/肥胖家族史对患有 SCD 的青少年体重状况、高血压、高血脂和高血糖风险的不同影响（比值比），控制对于坦纳青春期阶段。