1

INTRODUCTION

Chronic kidney disease (CKD) is increasing rapidly in the world as  well as in Vietnam due to the rapid increase of kidney damage causes  such as diabetes and hypertension. Based on the changing of glomerular  filtration rate, chronic kidney diseases are divided into five sequential  and successive stages. From stage 3 to stage 5 of chronic kidney disease  (glomerular filtration rate < 60 ml/min) is considered as chronic renal  failure. When glomerular filtration rate < 15 ml / min, patients need  kidney   replacement   therapy   such   as   hemodialysis   or   kidney  transplantation.

Anemia is common in patients with chronic kidney disease. Anemia  is   often   caused   by   a   combination   of   three   causes:   dysfunction   of  hematopoietic organs, lack of hematopoietic materials and bleeding, in  which   lack   of   erythropoietin   and   iron   deficiency   are   two   important  factors.   Iron   deficiency   oftens   occurs   in   patients   with   renal   failure  (glomerular filtration rate < 60 ml/min). Patients with end stage chronic  kidney  disease  often have  high  proportion  of   iron  deficiency,   but   in  hemodialysis   patients,   iron   overload   often   occurs.   Both   situations  affects to the quality of anemia treatment in this group of patients.

As the recommendation of the National Kidney Foundation Disease  Outcomes Quality Initiative (NKF­K/DOQI), to treat anemia effectively  in   patients   with   chronic   kidney   disease,   besides   providing  erythropoietin, patients should be supplemented with amino acids, trace  elements and iron in particular. In patients with chronic kidney disease,  it  is  necessary to determine   the  status   of   serum  iron  storage and its  classification:   iron   deficiency,   enough   iron   and   iron   overload.   This  recommendation also mention that sufficient iron compensation should  be based on ferritin and transferin saturation. Transferrin saturation is  calculated through serum iron and Total Iron Binding Capacity (TIBC).  Thus, there are three most necessary quantities to assess iron deficiency  status: iron, ferritin and TIBC.

In Vietnam, there have been many studies on the status of serum iron,  ferritin and transferrin in patients with chronic renal failure, but there have  not been many studies that mention to TIBC and the status of iron storage  which is recommended by the K/DOQI in patients with chronic kidney  disease who have not undergoing renal replacement therapy. For the above  reasons,   we   conducted   the   study  "Study   on   the   concentration   of

2

plasma   iron,   ferritin,   and   total   iron   binding   capacity   in   chronic  kidney disease patients without renal replacement" 1. Objectives of the study     The study was conducted in patients who were diagnosed with chronic  kidney disease (glomerular filtration rate < 60 ml/min) and had not been  treated with kidney replacement therapy in the Department of Nephrology  and   Hemodialysis,   Military   Hospital   103,   with   the   following   two  objectives:      ­ Describe the characteristics of anemia, the concentration of plasma   iron, ferritin, TIBC and assess the status of iron storage according to the   KDIGO   in  stage 3  to  5 chronic   kidney  disease  patients   without  renal   replacement.       ­ Determine the relationship between concentrations of plasma iron,   ferritin, TIBC, the iron storage status with some characteristics of chronic   kidney disease patients without renal replacement. 2. The urgency of the study       Anemia is a common manifestation in CKD patients, especially in  patients   with   GFR   <   60   ml/min   (renal   failure).   The   mechanism   of  anemia in CKD patients involves Erythropoietin deficiency and lack of  hematopoietic   materials   including   iron.   Iron   supplementation   for  anemia treatment in CKD patients requires a scientific basis and is a  difficult problem for clinicians.        As   the   recommendation   of   the   World   and   Vietnam   Kidney  Association,   it   is   necessary   to   determine   the   status   of   iron   storage  before iron compensation. Assessment of iron status should be based on  serum   ferritin   concentration   and   transferin   saturation,   in   which  transferin   saturation   is   calculated   by   serum   iron   and   TIBC  concentrations. Thus, the study on the concentration of iron, ferritin and  TIBC, thereby determining the status of iron storage in CKD patients  who   have   not   been   treated   by   kidney   replacement   therapy,   is   a  necessary study for clinical practice. 3. New contributions of the thesis

This   is   the   first   study   in   Vietnam   that   quantifies   serum   TIBC  concentration,   that   recommended   by   the   Kidney   Associations   to   use  along   with   serum   iron   and   ferritin   concentrations   to   assess   the   iron  storage status of CKD patients who have not been treated by kidney

3

replacement therapy. The results of the study confirmed that mean value  of serum TIBC concentration in CKD patients was lower than that of  normal   control   group.   The   results   also   showed   high   proportion   of  patients  with  lack of  iron storage.   There  are  some factors  related to  TIBC and iron storage reduction. Based on this results, clinicians will  have a strategy to compensate for iron, improve the effectiveness of  anemia treatment for patients with chronic kidney disease. 4.   Thesis   structure:  The   thesis   includes   116   pages.   Introduction:   2  pages,   literature   review:   34   pages,   subjects   and   methods:   16   pages,  results:   30   pages,   discussions:   31   pages,   conclusions   and  recommendations: 3 pages. In the thesis, there are 43 tables, 14 charts, 1  diagram,   2   pictures.   The   thesis   has   136   references,   including   21  Vietnamese and 115 English references. Chapter 1: LITERATURE REVIEW

1.1. Anemia in patients with chronic kidney disease                According   to   the   World   Health   Organization,   anemia   is   a  condition that reduces circulating hemoglobin in peripheral blood below  normal levels of people with the same sex, age and in the same living  environment.   According   to   International   Society   of   Nephrology,   in  patients with chronic kidney disease, anemia was diagnosed when Hb <  130g/l for men, Hb < 120g/l for women and Hb < 110g/l for pregnant  women. 1.2. Assessing the status of iron storages in patients with chronic  kidney disease              Clinically, there are many indicators assessing iron function of  healthy people, CKD and kidney failure patients. KDOQI and KDIGO  recommend   some   commonly   used   indicators   such   as   serum   iron,  ferritin,   transferin,   TIBC   concentration   and   transferrin   saturation  (TSAT).          To   assess   the   status   of   iron   storage,   International   Society   of  Nephrology recommends that we mostly based on ferritin and TSAT.  Calculation of TSAT according to the following formula:                                                     Plasma iron (µmol/l) x 100                               TSAT (%) = ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                             Plasma TIBC (µmol/l) + Absolute iron deficiency:

4

­  CKD patients who have not been treated by kidney replacement  therapy:  Plasma  ferritin   concentration   <  100ng/ml   and/or  serum  transferrin saturation level < 20%. ­   Patients   with  hemodialysis:  Plasma  ferritin  concentration   <  200 ng/ml and/or serum transferrin saturation level < 20%. +   Functional   iron   deficiency:  plasma  ferritin   concentration   ≥ 200ng/ml and/or serum transferrin saturation level < 20%.

+  Iron   overload   in   CKD  patients  who   have   not   been   treated   by  kidney replacement therapy:  serum  ferritin concentration  ≥ 500ng/ml  and/or TSAT ≥ 50% 1.3. Studies on concentrations of serum iron, ferritin and TIBC in  CKD patients.

+ In the world, there had been many studies on the use of serum  TIBC, iron and ferritin concentrations to assess iron storage status in  patients with and without dialysis. Numerous studies had evaluated the  results   of   iron   compensation   in   anemia   treatment   in   patients   with  chronic kidney disease.

+ In Vietnam: there were some studies on serum iron and ferritin  levels, however, there had been no studies on TIBC and iron storage  status in chronic renal failure patients  who have not been treated by  kidney replacement therapy. Chapter 2: SUBJECTS AND METHODS

2.1. Subjects The study was conducted on 190 subjects  who was  divided into 2 groups:

­ Study group: 124 patients with stage 3 to 5 chronic kidney disease,  who have not been treated by kidney replacement therapy  (GFR  <  60  ml/min), at the Department of Nephrology and Hemodialysis, Military  Hospital 103.

­ Normal control group: 66 healthy people. ­ Research period: 01/2014 – 04/2018.          + Inclusion criteria ­  Control group: healthy  adults who  do not have kidney or urinary diseases, agree to participate in the study.

­ Study group: Patients with stage 3 to 5 chronic kidney disease who  have not been treated by kidney replacement therapy, age of 16 years

5

old and above, agree to participate in the study.

+ Exclusion criteria ­  Control   group:   Acute   blood   loss   within   the   previous   3   months   or  bleeding. People who are pregnant or have just given birth within the last 6  months.

­  Study   group:   Blood   transfusion   during   the   previous   3   months.  Acute blood loss within the previous 3 months or bleeding during the  study   period.   Patients   have   been   taking   iron   or   iron   preparations.  Patients have an indication for emergency dialysis.  2.2. Methods

­ A descriptive, cross­sectional, comparative case­control study ­ Sample size calculation: Percentage   of   patients   with   chronic   renal   disease   with   iron  deficiency from 54.4% to 63.5% in previous studies. Calculation of the  sample size according to the following formula:                         (Z1­α/2)2 x p (1­p)                  n = ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                  D2 In which: Z = 1,96, with a reliability of 95%

p = 0,544 (lowest value in previous studies)     D = 0,1, the desired accuracy.

According to the calculation, the study must have at least 96 patients. In the study, n = 124 patients were used.

2.2.1. Study targets             Patients admitted to hospital, were asked for medical conditions  and were taken medical examination according to the research form.  The following criteria were collected: ­ Age, gender, history of disease ­ Measuring for blood pressure, height, weight and BMI calculation. ­   Laboratory   tests   include:   hematology,   biochemistry   (glucose,   urea,  creatinine, albumin, uric acid, four blood lipid indices, electrolytes, hs­ CRP...) ­ Quantitative determination of plasma iron, ferritin, and TIBC levels:  venous   blood   was   taken   when   patients   were   hungry   in   the   early  morning.   Plasma   iron   and   ferritin   concentration   were   quantified   on  Cobas   6000   system,   which   using   the   kit   of   Roche   company,   in

6

Department   of   Biochemistry,   Military   Hospital   103.   Serum   TIBC  concentration   were   quantified   by   ELISA   method   at   Department   of  Pathophysiology, Vietnam Military Medical University for both study  and control groups. ­   Calculating   glomerular   filtration   rate   under   the   guidance   of   NKF­ K/DOQI using the MDRD formula which was based on creatinine, age,  gender and race. ­   Calculation   of   transferrin   saturation   by   plasma   iron   and   TIBC  concentrations. ­ The iron storage status was divided base on the recommendation of  KDIGO and KDOQI throughout the ferritin and TSAT indices. ­ The diagnostic, classification and evaluation standards were based on  recommendations of national and international specialized associations. ­ Evaluation of increasing or decreasing plasma iron, ferritin and TIBC  levels were based on control group results.  2.2.2. Data processing ­ The data was processed according to the medical statistical method  using SPSS software program version16.0.  ­   The   algorithms   were   used   include:   multivariate   logistic   regression  analysis,   calculating   mean   values,   standard   deviations,   percentages,  comparing two average values and percentage by t­test, compare ratios  by Chi­square test, comparing mean values by Anova test, calculating  the correlation coefficient (r). 2.2.3. Ethics in research  ­ The study did not violate ethics in medicine, serving for screening for  chronic kidney disease patients. ­ The study was approved by the Department of Heart ­ Kidney ­ Joints  ­   Endocrinology,   Vietnam   Military   Medical   University   before  implementation.  ­ TIBC test fee was payed by myself. Chapter 3: RESULTS

3.1. General characteristics of subjects ­ Age and gender characteristics: + Control group included 66 people with average age of 41.86 ± 5.68  years, men accounted for 69.7% and women accounted for 30.3%.

7

+  The  research  group  included  124  patients   whose  average  age  was  52.65 ± 17.95 years, men accounted for 72.6% and women accounted  27.4%. ­ The cause of CKD: Chronic glomerulonephritis accounted for 49.2%,  chronic   renal   pyelonephritis   accounted   for   16.9%,   hypertension  accounted for 15.3%, diabetes accounted for 12.9 %, the lowest due to  polycystic kidneys and Gout which accounted for only 3.2% and 2.4%  respectively. ­ The proportion of stage 5 CKD patients accounted for 79.8%, stage 3  and 4 accounted for 20.2%. The average glomerular filtration rate was  8.3 ml/min. ­ Up to 89.5% of patients had hypertension in the study, only 10.5% of  patients did not have hypertension. ­ The group of patients with normal BMI accounted for the highest rate  (70.2%), the proportion of overweight and obesity accounted for only  15.3%   and   underweight   accounted   for   14.5%.   The   average   value   of  BMI was 20.05 3.2.   Characteristics   of   anemia,   concentrations   of   plasma   iron,  ferritin,   TIBC   and   iron   storage   status   following   to   KDIGO   in  patients with chronic kidney disease 3.2.1. Characteristic of anemia in study group Table 3.1. The percentage of patients on the severity of anemia (n = 124) Severity of anemia

No anemia  Anemia

Number 05 119 34 43 42 Percentage 4.0 96.0 27.4 34.7 33.9 Mild Moderate   Severe  Average Hemoglobin (g/l) 91.13 ± 22.01

­  The proportion of anemia was 96.0%, the average Hb concentration  was 91.13 g/l. ­ Mild, moderate and severe anemia accounted for 27.4%, 34.7% and  33.9% respectively.

Table 3.2. Percentage of patients according to the size of red  blood cells (n=119) Erythrocyte size Percentage Number

8

Microcytic Normocytic Macrocytic 12 107 0 10.1 89.9 0

­ In group of anemia patients, there were 10.1% of patients with microcytic  anemia and 89.9% of patients with normocytic anemia.

Table 3.3. Percentage of patients according to the amount of  hemoglobin in each cell (n=119)

Anemia classification Hypochromic anemia Normochromic anemia Hyperchromic anemia Number 42 74 3 Percentage 35.3 62.2 2.5

­   Among   patients   with   anemia,   hypochromic   anemia   accounted   for  35.3%, this proportion of hyperchromic anemia was 2.5%.  ­ The highest proportion was normochromic anemia with 62.2%.  3.2.2. The concentrations of plasma iron, ferritin and TIBC in the   study subjects

Table 3.4. Comparison of concentrations of plasma iron, ferritin  and TIBC between study group and control group

Indices p

< 0.001 Iron*  (µmol/l)

Median  (IQR) Min Max

Ferritin*  (ng/ml) < 0.001 Median  (IQR)

< 0.001 TIBC*  (µmol/l) Min Max Mean Min Max Control group  (n=66) 15.81  (11.56 – 19.26) 7.3 31.4 198.45  (68.05 –  255.22) 16.5 383.4 67.58 ± 11.58 46.12 90.63 Study group  (n=124) 10.7  (6.62 – 15.25) 2.1 41.6 403.73  (211.36 ­  548.42) 31 1070.1 50.64 ± 19.79 17.5 98.21

* Approximate normal range by control group: Iron (Percentiles 2.5%   ­   97.5%):   7.31   ­   29.8   µmol/l;   Ferritin   (Percentiles   2.5%   ­   97.5%):   16.77 ­ 375.16 ng/ml; TIBC: Mean ± 1.96xSD: 44.89 ­ 90.27 µmol/l

9

­ Plasma iron and TIBC concentrations in study group were significant  lower than in control group, p < 0.001. ­   In   contrast,   plasma   ferritin   concentration   in   study   group   was  sighnificant higher than in control group, p < 0.001. Table 3.5. The proportion of patients with increasing or decreasing  concentrations of plasma iron, ferritin and TIBC compared to  control group (n=124) Indices

Iron (µmol/l)

Ferritin (ng/mL)

TIBC (µmol/L) Decrease Normal Increase Decrease Normal Increase Decrease Normal Increase Number 36 84 4 0 56 68 59 63 2 Percentage 29 67.7 3.2 0 45.2 54.8 47.6 50.8 1.6

­ The proportion of patients with normal concentration of plasma iron  was 67.7%. Up to 29% of patients had decreasing and 3.2% of patients  increasing plasma iron concentration compared to control group.  ­   Meanwhile,   54.8%   of   patients   increased   plasma   ferritin   concentration  compared to control group.  ­ The proportion of patients with decreasing TIBC concentration was 47.6%.  There was only 1.6% of patients who had increasing TIBC concentration. 3.2.3. Assessment of serum iron storage status according to KDIGO   guideline in the study group

Table 3.6. Characteristics of transferin saturation in study group  (n=124)

Male (n=90) Female  (n=34) P Characteristics

> 0.05 Both gender  (n=124) % n 30.6 38 61.3 76 8.1 10 n 26 55 9 % 28.9 61.1 10 n 12 21 1 % 35.3 61.8 2.9 Low Normal High Median (IQR) 22.31 22.3 22.02 > 0.05

10

(17.77 –  33.5) (18.5 –  34.47) (13.29 –  26.68)

­ The proportion of patients with low TSAT (< 20%) was 30.6%. There  was 8.1% of patients with high TSAT (> 50%), while normal TSAT  accounted for a major proportion (61.3%). ­ There was no difference of TSAT characteristics between men and  women. ­ The median value of TSAT was 22.31%.

Table 3.7. Characteristics of iron storage status in study group  according to KDIGO guideline (n=124)

Iron storage status * Iron deficiency Enough iron Iron overload Percentage 37.1 24.2 38.7 Number 46 30 48 *  Iron   deficiency:   Ferritin   <   100   and/or   TSAT   <   20%;  Iron

overload: Ferritin > 500 and/or TSAT > 50% ­   Based   on   the   recommendation   of   KDIGO   for   patients   with   non­ dialysis   chronic   kidney   disease,   the   proportion   of   patients   with   iron  deficiency in the study was 37.1%, however, there were also 38.7% of  patients with iron overload. 3.3.   The   relationship   between   concentrations   of   plasma   iron,  ferritin,   TIBC,   iron   storage   status   and   some   characteristics   of  patients with chronic kidney disease 3.3.1. The relation to the stage of chronic kidney disease  ả B ng 3.8. Comparison of mean values of plasma iron, ferritin and TIBC concentrations between stages of chronic kidney disease  (n=124)

Stages of  CKD Iron (µmol/L) Median TIBC  (µmol/L) X ± SD

3+4 (n = 25) 68.44 ± 16.36

5 (n = 99) 46.15 ± 18.02

p 10.16 (7 –  14.58) 10.7 (6.6 –  15.6) > 0.05 Ferritin  (ng/mL) Median 252.6 (177.89  – 437) 435.5 (250.49  – 557.68) < 0.001 < 0.05

11

­ Plasma iron concentration was  not  related to the stages  of chronic  kidney disease with p > 0.05. ­   However,   plasma   ferritin   concentration   in   patients   with   stage   5  chronic kidney disease was significant higher than that of patients in  stage 3 and 4 (p < 0.05). ­ In contrast, the concentration of TIBC in patients with stage 5 chronic  kidney disease was lower than that of patients in stage 3 and 4 (p <  0.001).  Table 3.9. The proportion of patients with increasing or decreasing  concentration of plasma iron, ferritin and TIBC between stages of  chronic kidney disease (n=124)

Indices p Stage 3 + 4  (n = 25) Stage 5  (n = 99)

7 (28) 29 (29.3) > 0.05 Iron  (mmol/l)

< 0.05 Ferritin  (ng/mL)

< 0.001 TIBC  (µmol/L) 18 (72) 0 (0) 0 (0) 17 (68) 8 (32) 3 (12) 22 (88) 0 (0) 66 (66.7) 4 (4) 0 (0) 39 (39.4) 60 (60.6) 56 (56.6) 42 (41.4) 2 (2) Decrease  (n, %) Normal Increase Decrease Normal Increase Decrease Normal Increase

­   There   was   no   difference   in   the   proportion   of   patients   with   with  increasing   or   decreasing   concentration   of   plasma   iron   concentration  between stages of chronic kidney disease. ­ In contrast, the proportion of increasing plasma ferritin concentration  in stage 5 chronic kidney disease patients was significant higher than  that of patients in stage 3 and 4, p < 0.05. ­   The   proportion   of   decreasing   TIBC   concentration   in   patients   with  stage 5 chronic renal disease was significant higher than that of patients  in stage 3 and 4, p < 0.001.  Table 3.10. The relationship between iron storage status and stages  of chronic kidney disease in study group (n=124) Stages of Iron deficiency Enough iron Iron overload

12

(n, %) 15 (60) 31 (31.3) (n, %) 5 (20) 43 (43.4) CKD 3 +4 (n=25) 5 (n=99) p (n, %) 5 (20) 25 (25.3) < 0.05

­ The proportion of iron deficiency in stage 3 and 4 CKD patients was  sighnificant higher than that of stage 5 CKD patients. In contrast, the  proportion  of   iron  overload in stage   5 CKD   patients   was  significant  higher than that of stage 3 and 4 (p <0.05).  3.3.2. The relation to anemia

Table 3.11. The correlation between plasma iron, ferritin, TIBC  and hemoglobin concentration (n=124) Hemoglobin  (g/l) Indices Correlation equation

Iron (µmol/L) Ferritin  (ng/ml) r 0.037 ­0.134 p > 0.05 > 0.05

TIBC (µmol/L) 0.208 < 0.05 ­ ­ TIBC= 0.168*Hemoglobin +  32.474

­ Plasma iron and TIBC concentration had a weak positive correlation  while   plasma   ferritin   concentration   had   a   weak   negative   correlation  with hemoglobin concentration (p <0.05).  3.3.3. The relation to plasma CRP and albumin

Table 3.12. The relationship between concentrations of plasma  iron, ferritin, TIBC and albumin concentration in study group  (n=120)

Albumin  concentration Iron (µmol/L) (Median) TIBC  (µmol/L) ( X ± SD)

47.05 ± 20.63 Decrease (<35g/l)  (n=57) 8.1 (4.85 –  11.9)

Normal  (n=63) 54.12 ± 18.88 11.9 (9.1 –  17.7)

p < 0.001 Ferritin  (ng/mL) (Median) 428.23  (187.5 –  563.09) 380.39  (236.76 –  488.28) > 0.05 > 0.05

13

Iron (µmol/L) (Median) CRP  concentration ­   Plasma   iron   concentration   in   patients   with   decreasing   albumin  concentration was significantly lower than that of patients with normal  albumin concentration (p <0.01). ­   There   was   no   difference   between   plasma   ferritin   and   TIBC  concentrations and albumin concentration status with p > 0.05. Table 3.13 The relationship between concentrations of plasma iron,  ferritin, TIBC and CRP concentration in study group (n=112) TIBC  (µmol/L) ( X ± SD)

46.52 ± 19.73 Increase > 5 mg/l  (n=48) 6.87  (4.35 – 12.34)

54.89 ± 19.45 No increase  (n=64) 11.9  (8.8 – 18.6)

p < 0.001 Ferritin  (ng/mL) (Median) 431.25  (231.5 –  567.73) 385.2  (193.1 –  544.61) > 0.05 < 0.05

­ In the group of patients with increasing hs­CRP concentration, plasma  iron and TIBC concentrations were significant lower than that of non­ increasing group (p < 0.05). ­ In contrast, plasma ferritin concentration in patients with increasing  hs­CRP   were   not   significant   difference   with   non­increasing   hs­CRP  group (p > 0.05). 3.3.4. The plasma TIBC in evaluating iron storage in study group

14

Sensitivity Sp = 73.9%

Specificity Se = 69.2%

­ Area under the curve AUC = 0.755; p < 0.001 ­ Cut­off value= 48.03 ­ ­

Chart 3.1. The ROC curve for iron storage deficiency diagnosis of  plasma TIBC concentration      Comment:  At   the   cut­off   value   of   48.03µmol/L,   plasma   TIBC  concentration had a  diagnostic  value for   iron  deficiency.   The higher  TIBC concentration, the more valuable of diagnostic value (p <0.001  and area under the curve AUC= 0.755). 3.3.5. Multivariate regression analysis of the associated risk factors   that affected to the decreasing plasma TIBC concentration and iron   deficiency

Table 3.14. Multivariate regression analysis of the associated risk  factors that affected to the decreasing plasma TIBC concentration  (n=124) Factors p

Age ≥ 60 Female Albumin< 35 g/l Odds ratio  (OR) 1.387 0.595 1.411 Confidence interval  95% 0.538 – 3.576 0.217 – 1.630 0.522 – 3.814 > 0.05 > 0.05 > 0.05

15

1.718 0.439 0.831 19.363 0.65 – 4.539 0.116 – 1.654 0.318 – 2.173 3.884 – 96.53 > 0.05 > 0.05 > 0.05 < 0.001

1,287 0,284 – 5,826 > 0,05 CRP > 5 BMI < 18.5 First diagnosis GFR<15 ml/min Ferritin   <   100  ng/ml

Multivariate logistic regression model: Log ( ) = ­2.625 + 0.327*

Age of 60 and above ­ 0.519* Female + 0.344* Decreasing Albumin +   0.541* Increasing CRP ­ 0.823* BMI lower than 18.5 ­ 0.185* First   diagnosis + 2.963* GFR below 15ml/min + 0.253* Ferritin lower than   100ng/ml. ­ GFR <15 ml/min was an independent risk factor for the decrease of  plasma TIBC concentration in patients with stage 3 to 5 CKD without  kidney replacement therapy (p <0.001).

Table 3.15. Multivariate regression analysis of the associated risk  factors that affected to the iron deficiency (n=124) Factors p

Odds ratio  (OR) 0.961 2.036 0.489 2.579 0.578 12.177 0.353 Confidence  interval 95% 0.342 – 2.702 0.676 – 6.129 0.155 – 1.54 0.805 – 8.267 0.126 – 2.655 3.407 – 43.516 0.093 – 1.336 > 0.05 > 0.05 > 0.05 > 0.05 > 0.05 < 0.001 > 0.05

9.612 2.974 – 31.073 < 0.001 Age≥ 60 Female Albumin< 35 g/l CRP > 5 BMI < 18.5 First diagnosis GFR<15 ml/min TIBC   >   48.03  µmol/L

Multivariate logistic regression model: Log ( ) = ­2.568 ­ 0.04* Age

of   60  and   above   +   0.711*   Female   ­   0.715*  Decreasing   Albumin  +   0.948* Increasing  CRP  ­ 0.547*  BMI  lower  than 18.5  + 2.5*  First   diagnosis ­ 1.041* GFR lower than 15ml/min + 2.263* TIBC higher   than 48.03. ­   First   diagnosis   and   increasing   plasma   TIBC   concentrations   were  independent risk factors of iron deficiency (p <0.001).

16

Chapter 4: DISCUSSION

4.1. General characteristics of study group            In our study group, male accounted for a majority proportion.   Glomerulonephritis   accounted for  nearly  a  half   of   CKD  causes.  Our  results were consistent with other author’s results.        The patients with stage 5 CKD were predominant. Patients mostly  had   unpleasant   clinical   manifestations   such   as   anemia,   nausea,  headache… (manifestations of prolonged uremic syndrome)        The proportion of patients with hypertension was high, which was  consistent with the characteristics of chronic kidney disease.  4.2.   Characteristics   of   anemia,   concentrations   of   plasma   iron,  ferritin, TIBC and iron storage status in study group 4.2.1. Characteristic of anemia in study group        Anemia is a common manifestation in patients with CKD, even if  patient has no renal failure. The prevalence of anemia in our study was  88.6% with an average hemoglobin level of 97.14 g/l. When compared  with domestic and foreign authors, we found that the proportion and  severity of anemia differed in the studies. Table 4.1. Comparison of anemia among studies

Authors Subjects Proportion  of anemia Mean value of  Hemoglobin

53.1% 126 g/l Mercadal L. et  al. (2014)

51.5 % 126.33 g/l

44.9 % 126.5 g/l

75.8 % 109 g/l Li Y. et al.  (2016)  Ryu S.R. et al.  (2017) Salman M. et al.  (2016)

96.0% 91.13 g/l Our study  (2018) 1011 stage 1­5 CKD  patients. Mean GFR of  35.9 ml/min 2420 stage 1­5 CKD  patients 2198 stage 1­5 CKD  patients 615 CKD patients with  GFR of 27.8 ml/min 124 stage 3­5 CKD  patients. Mean GFR of  8.3 ml/min

For patients with stage 1­5 CKD, the incidence of anemia as well as   the  mean  value  of   hemoglobin  concentration  showed   similar   results:  The lower GFR, the higher anemia proportion as well as the lower the

17

hemoglobin concentration. Our study group had the lowest GFR, so the  highest anemia proportion and the lowest hemoglobin concentration in  our study were understandable.       When analysis of the nature and characteristics of anemia, we found  that in 119 anemia patients, the proportion of patients with microcytic  anemia accounted for 10.1% and hypochromic anemia accounted for  35.3%.   Anemia   in   patients   with   CKD   was   usually   characterized   by  normochromic   and   normocytic   anemia,   but   when   the   GFR   was  significant reduced, especially in patients with end­stage kidney failure,  anemia tent to be hypochromic anemia and red blood cell size became  smaller. Thus our research results were consistent with literature.  4.2.2. The concentrations of plasma iron, ferritin and TIBC in study group          In this study, because there was no TIBC concentration reference  range for Vietnamese people, we used control groups to determine the  cut­off   point   and   the   percentage   of   patients   with   increasing   or  decreasing   TIBC   concentration.   Distribution   of   iron   and   ferritin  concentration   was   not   according   to   the   normal   distribution,   so   we  determined TIBC reference range base on the range of 2.5% percentile  and 97.5% percentile (iron: 7.31 – 29.8 µmol/l; ferritin: 16.77 ­ 375.16  ng/ml; TIBC: 44.89 ­ 90.27 µmol/l). The results showed that serum iron  and TIBC concentrations in study group were significant lower than in  control group, while serum ferritin concentration was significant higher  than   in   control   group   (p   <0.001).   Our   results   were   consistent   with  results of domestic and foreign authors.

Authors, subjects Ferritin  (ng/ml) TIBC  (µmol/l)

88.66 Control: 36  healthy people 77.8 (418.1 μg/dl)

Gupta S.  et al.  (2009) 513.82 55.28 (297.2 μg/dl)

Table 4.2. Comparison of concentrations of plasma iron, ferritin  and TIBC between studies  Iron  (µmol/l) 12.4 (66.65  µg/dl) 18.8 (101.5  µg/dl) 14.06 56.5 110 102 stage 5  CKD patients  – hemodialysis 199 stage 1 ­ 5  CKD patients Mercadal  L. et al.

18

157.7 100 stage 3 ­ 5  CKD patients 11.16 (60 µg/dl) 62.78 (337.5 μg/dl) (2015) Goyal H.  et al.  (2017) 15.81 198.45 67.58

Our study  (2018) 10.7 403.73 50.64 Control: 66  healthy people 124 stage 3 ­ 5  CKD patients

Thus, with the same quantitative method and calculation unit, our  results   as   well   as   other   authors   showed   that   iron   and   TIBC  concentrations   in   CKD   patients   without   dialysis   were   lower   than   in  control group, while serum ferritin concentration was higher in control  group.   Based   on   the   results   of   control   group,   we   calculated   the  proportion of  increasing and decreasing of  these indices.  Our  results  showed that 29% of patients had decreasing and 3.2% of patients had  increasing   plasma   iron   concentration.   There   was   no   patients   with  decreasing   plasma   ferritin   concentration,   but   54.8%   of   patients   had  increasing plasma ferritin concentration compared to the control group.  There was 7.6% of patients with decreasing TIBC concentration and  only 1.6% of patients with increasing TIBC concentration compared to  the control group.  4.2.3. Characteristics of transferrin saturation and iron storage status   in the study group * Characteristics of transferrin saturation in the study group

Evaluating characteristics of transferrin saturation, we found that   30.6%   of   patients   had   TSAT   <20%   and   also   8.1%   of   patients   had  TSAT>   50%.   Only   61.3%   of   patients   had   TSAT   within   the   normal  limits. The average value of TSAT was 22.31%. When compared with  the results of domestic and foreign authors, we found similarities. In the  study of Phan The Cuong in 2015 on 105 end­stage CKD patients, mean  value of TSAT was 21.8%. 52.4% of patients had low TSAT (<20%)  and 1.9% of patients had high TSAT (>50%). The study of Waziri B et  al. in 2016, the mean value of TSAT in 67 patients with stage 3­5 CKD   was 24.45%. The study of Li Y. et al. in 2016 on 1338 patients with  stage 3 CKD had a mean value of TSAT of 23.62%. Thus, the results of  foreign authors with the same research subjects were the same as ours.

19

The results of Phan The Cuong had a higher proportion of TSAT < 20%  and lower mean value because in that study,100% of patients was end­ stage CKD, while our study had only 79.8 % of patients with stage 5  CKD.        * Characteristics of iron storage status in the study group             Based on the recommendation of KDIGO for patients with non­ dialysis   chronic   kidney   disease,   the   proportion   of   patients   with   iron  deficiency in our study was 37.1%. However, up to 38.7% of patients  had iron overload. If only based on the ferritin status, the rate of iron  deficiency   was   only   8.9%.   So   up   to   28.2%   of   patients   had   wrong  assessment of iron deficiency and there was a missed diagnosis of 4.0%  of   patients   with   iron   overload.   If   iron   overload   patients   continue   to  receive   iron   compensation,   patients   will   be   overloaded   and   iron  poisoning. Conversely, if 28.2% of patients are not compensated, it will  lead to poor treatment for anemia. The calculation of iron status for  CKD patients is extremely important because besides providing EPO,  proper   and   adequate   iron   supplementation   is   required   in   clinical  practice.

Table 4.3. Comparison of serum iron status according to KDIGO  among studies

Authors Subjects

The proportion of  patients with  Ferritin < 100  ng/ml and/or  TSAT < 20%

61.3% Trivedi H.S. et al.  (2003)

54.4 % Ryu S.R. et al.  (2017)

63.5 % Fishbane S. et al.  (2012)

Our study (2018) 37.1% 31 CKD patients with mean  value of GFR of 22.9  ml/min 2198 stage 1­5 CKD  patients 26142 CKD patients with  6.6% of patients with stage  3­5 CKD 124 stage 3­5 CKD patients  with mean value of GFR of  8.3 ml/min

20

In CKD patients with and without renal failure, we found that the  proportion   of   patients   with   absolute   iron   deficiency   according   to  KDIGO standards in various studies was different. Our results had a  lower   proportion   of   iron   deficiency   compared   with   other   authors'  results,   although   our   subjects   had   the   lowest   mean   value   of   GFR.  Explaining this, we believed that this may cause by the difference of  race.  4.3.   The   relationship   between   concentrations   of   plasma   iron,  ferritin,   TIBC,   iron   storage   status   and   some   characteristics   of  patients with chronic kidney disease  4.3.1. The relation to the stage of chronic kidney disease           Plasma iron, ferritin and TIBC concentrations were related to the  stage of CKD: The group of patients with stage 3 + 4 CKD had a higher  mean value of plasma iron, lower mean value of ferritin and lower mean  value of TIBC concentration than patients with stage 5 CKD, however,  only the difference of ferritin and TIBC concentration was statistically  significant   with   p   <   0.05.   The   proportion   of   decreasing   serum   iron  concentration was not different by the stage of chronic kidney disease.  We only found differences in the proportion of increasing ferritine and  decreasing TIBC concentration by the stage of chronic kidney disease  (p   <   0.001).   Plasma   ferritin   concentration   was   not   correlated   with  creatinine   concentration.   TIBC   had   a   negative   correlation   with  creatinine concentration with correlation coefficient r = ­0.39 and p <  0.01. The proportion of patients with iron deficiency increased along  with the severity of chronic kidney disease.        The results of Lukaszyk E. et al. in 2017 on 84 CKD patients in  which 28 patients with GFR of 30­59 ml/min and 56 patients with GFR  of 60 ml/min and above. The results were similar to ours. GFR was not  correlated   with   plasma   concentration,   however   GFR   had   a   negative  correlation with plasma ferritin concentration. The study of Alam F et  al. in 2015 on 126 CKD patients who were divided into 3 subgroups: 42  patients with mean value of GFR of 79 ml/min, 42 patients with mean  value of GFR of 45 ml/min and 42 patients with mean value of GFR of  20.22   ml/min.   The   concentration   of   serum   iron   decreased   gradually  from the group of patients with higher GFR to lower GFR group, while  the mean value of ferritin concentration increased gradually (p <0.001).

21

The study of Waziri B. et al. in 2016 on 67 stage 3­5 CKD patients and  Mercadal L. et al. in 2015 on 199 stage 1­5 CKD patients showed that  serum TIBC concentration decreased gradually along with the reduction  of glomerular filtration rate. 4.3.2. The relation to anemia       In order to answer the question of whether iron storage was related  to   the   anemia   characteristics   of   stage   3­5   CKD   patients   or   not,   we  conducted an assessment on the group of anemia and without anemia.  When   conducting  the   correlation  of   plasma   iron,   ferritine   and  TIBC  concentrations   with   some   peripheral   hematological   indices   such   as  Hemoglobin and Hematocrit, we found that TIBC had a weak positive  correlation with two indices above (p < 0.05). We found that plasma  iron   and   ferritin   concentration   were   not   correlated   with   two   indices  above. 4.3.3. The relation to the plasma CRP and albumin         When comparing mean concentrations of plasma iron, ferritin and  TIBC in decreasing albumin and normal albumin groups, we found that  decreasing   albumin   group   had   lower   iron   concentration   and   higher  TIBC, ferritin concentrations than normal albumin group, however only  plasma   iron   had   a   significant   difference   with   p   <0.01.   For   further  analysis, we determined the correlation between plasma iron, ferritin,  TIBC and albumin concentration. The results showed that only plasma  iron   had   a   weak   positive   correlation   with   albumin   concentration   (p  <0.05). The study of Sezer M.T. et al. in 2007 also showed that low  albumin concentration was a risk factor for the production of oxidants  caused by iron overload. Malnutrition and inflammation had a closely  relation. In inflammatory patients often had albumin reduction and vice  versa.       In this study, we determined the relationship between plasma iron  and   hs­CRP   concentrations.   The   results   showed   that   patients   with  increasing plasma hs­CRP concentration had a higher mean value of  iron and ferritin concentration and lower mean value of plasma TIBC  concentration than group of patients with normal hs­CRP concentration.  However,   only   plasma   iron   and   TIBC   had   a   significant   difference  between   two   group   above   with   p   <   0.001.   There   was   a   moderate  negative correlation between plasma iron and hs­CRP concentrations (r  = ­0.229, p < 0.05). Małyszko J. et al. in 2012 evaluated iron­related

22

factors of 98 end­stage CKD patients with hemodialysis. The results  showed that the mean value of albumin concentration in patients with  decreasing   plasma   iron   concentration   was   37.5   g/l   which   was  significant lower than that of the group of patients without decreasing  plasma iron concentration (40.6 g/l) with p < 0.05. In contrast, the mean  value of hs­CRP concentration in patients with decreasing plasma iron  concentration was 7.11 mg/l which was significant higher than that of  the   group   of   patients   without   decreasing   plasma   iron   concentration  (5.32 mg/l) with p <0.01.  4.3.4. The plasma TIBC in evaluating iron storage        The question is what factors can assess the iron storage status when we  can not calculate TSAT? As we know, free iron had a limited significance,  so K/DIGO recommends that  we should rely on ferritin and TSAT to  assess iron status. We found that TIBC had a diagnostic value of iron  deficiency   at   a   cut­off   value   of   48.03   µmol/L.   In   fact,   although   it   is  recommended to use the concentration of ferritin and TSAT to assess iron  storage status, nephrologists often rely on plasma ferritin to assess the CKD  patient's iron storage status, thereby providing specific iron supplement  regimens for each patient. Thus, TIBC can be used as a tool to evaluate  iron storage status for CKD patients.  4.3.5. Multivariate regression analysis of the associated risk factors  that affected to the decreasing plasma TIBC concentration and iron  deficiency               Although univariate analysis had many factors that related to   decreasing of plasma iron and TIBC concentration as well as increasing  ferritin concentration. However, when using multivariate analysis, we  found that there were some key points to consider for clinicians. Using  multivariate   regression   analysis   of   the   associated   risk   factors   that  affected to the decreasing plasma TIBC concentration, we found that  GFR < 15 ml/min was an independent risk factor of decreasing plasma  TIBC concentration (p < 0.05). Typically, iron is absorbed from food  and transported throughout the body by transferrin which is produced  by the liver. About 70% of iron is transported to the bone marrow and  combined   with   hemoglobin   in   red   blood   cells.   The   rest   is   stored   in  tissues such as ferritin or hemosiderin. The amount of transferrin in the  blood depends  on the liver function and the nutritional  status  of  the

23

individual. TIBC is an index that measures the amount of iron that can  bind   to   blood   proteins,   including   transferrin   and   other   proteins   (in  which   transferrin   is   the   main   protein   binding   iron).   Because   TIBC  nature is also a protein, it changes in the elderly group. In patients with  chronic   kidney   disease,   malnutrition   increases   along  with   decreasing  GFR and increasing inflammation.         In multivariate regression analysis of risk factors that affected to   the iron deficiency, we found that first diagnosed CKD and TIBC >  48.03 µmol/L were independent  risk factors for  iron deficiency (p <  0.01). Anemia in CKD patients is usually normochromic anemia, but  the   iron   deficiency   status   was   increased   gradually   along   with   the  reduction   of   GFR,   despite   of   increasing   ferritin   concentration.   Thus,  first   diagnosed   CKD   patients   had   a   very   high   possibility   of   iron  deficiency. This results had a clinical significance in the diagnosis of  iron  storage  deficiency and  iron supplementation should  be given to  patients when the patient is diagnosed with low­GFR CKD from the  first time regardless of serum iron quantification.

LIMITATION OF THE STUDY       Although the study had achieved the given objectives, however, the  proportion of stage 3 and 4 CKD patients was quite small, so the change  of plasma iron, ferritin, TIBC concentration and iron storage status in  this group of patients has not been clear. CONCLUSION

Characteristics   of   anemia,   concentrations   of   plasma   iron,

Study on plasma iron, ferritin and TIBC concentrations in 124 non­ dialysis CKD patients and compare with 66 healthy people, we draw some  conclusions: 1. ferritin, TIBC and iron storage status in study group.          * Characteristics of anemia         + The   proportion  of  anemia in study group accounted  for   96%,  including   33.9%   of   severe   anemia,   34.7%   of   moderate   anemia   and  27.4% of mild anemia. The mean value of hemoglobin concentration  was 91.13 g/l.      + Characteristics of anemia: 10.1% of microcytic anemia and 35.3%  of hypochromic anemia.

24

* Concentrations of plasma iron, ferritin and TIBC in patients with

stage 3 to 5 chronic kidney disease          +   In   study   group,   the   mean   value   of   plasma   iron   and   TIBC  concentration was lower, while the mean value of ferritin concentration  was higher than that of control group (p <0.001). There were 29% of  patients with decreasing plasma iron concentration, 54.8% of patients  with   increasing   ferritin   concentration   and   47.6%   of   patients   with  decreasing   plasma   TIBC   concentration   compared   with   the   reference  range of control group.      + When based on ferritin concentration and transferrin saturation to  diagnos iron status (KDIGO recommendation): 37.1% of patients had  iron   deficiency,   24.2%   of   of   patients   had   enoug   iron   and   38.7%   of  patients had iron overload.  2. The relationship between concentrations of plasma iron, ferritin,  TIBC, iron storage status and some characteristics of patients with  chronic kidney disease           Decreasing plasma iron, TIBC concentration, increasing ferritin  concentrations   and   iron   storage   deficiency   related   to   patient  characteristics:     +   In   patients   with   stage   5   CKD,   the   mean   value   of   TIBC  concentration was lower, while the mean value of ferritin concentration  was higher than that of stage 3 and 4 patients (p <0.05). However, there  were a positive correlation between iron and creatinine and a negative  correlation   between   TIBC   and   creatinine   with   the   correlation  coefficients of 0.201 and ­0.390 respectively (p <0.05).       + TIBC concentration had a positive correlation with hemoglobin  and   hematocrit   (the   correlation   coefficient   r   =   0.208   and   0.191  respectively, p < 0.05).       +   The   reduction   of   iron   storage   significantly   associated   with  decreasing albumin and increasing CRP concentration (p < 0.05). At the  cut­off value of 48.03  µmol/L, TIBC had a diagnostic value for iron  deficiency   status   (p   <   0.001,   AUC=   0.755,   Se   =   73.9%   and   Sp   =  69.2%).       +   GFR   <   15   ml/min   is   an   independent   prognostic   factor   for  decreasing TIBC concentration.

25

RECOMMENDATIONS

Through research, we draw out the following recommendations: 1. Conducting another studies with a larger sample size and in all stages  of   chronic   kidney   disease   to   draw   conclusions   about   plasma   iron,  ferritin and TIBC concentration in CKD patients. 2.   Reducing   the   concentration   of   albumin   and   increasing   the  concentration of  CRP   have   been  associated with decreased  levels   of  TIBC.   It   is   necessary   to   control   inflammation   and  improvement  nutrition for patients  to ensure normal levels of TIBC.

LIST OF PAPERS ON THE DISCLOSURE OF RESEARCH  RESULTS OF THE THESIS TOPIC

ễ ễ ậ ệ ắ   t   Th ng

1. Nguy n   Văn   Hùng,   Nguy n   Cao   Lu n,   Lê   Vi

(2018). Survey on the relationship between serum concentration

of iron, ferritin and some characteristics in patient with stage 3

26

ạ ượ ọ   c h c to 5 chronic predialysis kidney disease.  T p chí Y d

quân sự, 43(9): 114­120.

ễ ễ ậ ệ ắ   t   Th ng

2. Nguy n   Văn   Hùng,   Nguy n   Cao   Lu n,   Lê   Vi

ế ắ ủ ắ ắ ả ẩ ị (2018). Giá tr  ch n đoán thi u s t c a kh  năng g n s t toàn

ế ươ ầ ở ệ ậ ạ T pạ ph n trong huy t t ng b nh nhân suy th n m n tính.

ọ ệ chí Y h c Vi t Nam , 470 (2): 4­7.