Dynamisk ånde VOC-profilering som et ikke-invasivt værktøj til vurdering af hæmodialyse tilstrækkelighed

Begrundelse og baggrund tilstrækkelighed af hæmodialyse (HD) opsummeres ofte ved små-solut clearance-målinger, såsom KT/V. Imidlertid forbedres patientcentrerede resultater ikke altid med højere urinstoffjernelse alene. Mennesker, der modtager HD, oplever ofte kronisk betændelse i lav kvalitet, immundysfunktion og brede metaboliske forstyrrelser, der ikke er fanget af urinstofkinetik. Åndedræt indeholder sporm flygtige organiske forbindelser (VOC'er) produceret af endogene og eksogene metaboliske processer. Tidligere undersøgelser antyder, at kronisk nyresygdom (CKD) og nyresygdom i slutstadiet (ESKD) ændrer åndedrætskemi, herunder forbindelser som ammoniak, alkaner og aldehyder. Dynamisk (præ-vs. post-dialyse) VOC-profilering kan derfor give et hurtigt, ikke-invasivt vindue i øjeblikkelige behandlingseffekter og det bredere uremiske miljø.

Denne undersøgelse udvides med forudgående arbejde med (1) indsamling af parrede åndedrætsprøver før og efter en rutinemæssig HD -session, (2) parring af åndedrætsanalyser med omfattende blodbiokemi og immunmålinger, og (3) integration af offentlige transkriptomiske ressourcer til placering af observerede immunudlæsninger inden for bredere immunsignaleringskontekster. Det overordnede mål er at evaluere, om Breath VOC-underskrifter-alone eller kombineret med blodindeks-kan tjene som praktiske indikatorer for dialyse tilstrækkelighed til klinisk og forskningsbrug.

Undersøgelsesmål Primært mål: At karakterisere dynamiske ændringer i udåndede VOC'er på tværs af en enkelt HD -session og evaluere, om disse ændringer sporer med konventionelle tilstrækkelighedsmetrics og klinisk relevante blodindeks.

Sekundære mål inkluderer: (a) at beskrive forskelle i åndedræts -VOC -profiler mellem individer på vedligeholdelse HD og raske voksne; (b) identificering af blodindeks, der ændrer sig i løbet af en enkelt HD -session, og som afviger fra typiske referencepladser; og (c) udforske forbindelser mellem åndedrætsafledte funktioner og immun/metaboliske underskrifter ved hjælp af offentligt tilgængelige transkriptomiske datasæt.

Undersøgelsesdesignoversigt Dette er en tværsnitsobservationsundersøgelse udført på Shanghai Second People's Hospital (Institut for Nefrologi, Dialyseenhed). Deltagerne inkluderer voksne på vedligeholdelse HD og alder/sex-matchede raske voksne. For HD -gruppen indsamles åndedræt og blodprøver umiddelbart før og efter en rutinemæssig behandling; Sunde deltagere giver en enkelt åndedræt og blodprøve ved et besøg. Intet undersøgelsesmedicin eller -indretning administreres, og klinisk pleje ændres ikke.

Indstilling og tidslinje-enkeltcentrestudie på Shanghai Second People's Hospital. Tilmelding er planlagt fra 1. september 2025 til 1. december 2025. Prøveudtagning og laboratorieanalyser forventes at forekomme mellem december 2025 og december 2026, efterfulgt af dataintegration og formidling gennem 30. juni 2027.

Prøveudtagningsprocedurer Åndedrætsopsamling: Alveolær åndedrag fanges ved hjælp af validerede, inerte indsamlingsposer eller -indretninger pr. Institutionelle standardoperationsprocedurer (SOP). For HD -deltagere opnås to prøver: en indsamlet inden starten af ​​en rutinemæssig HD -session og en indsamlet straks efter afslutningen af ​​den samme session. Ambient/Blank -prøver indsamles sammen med patientprøver for at overvåge miljøbaggrund. Prøver transporteres under forhold, der minimerer VOC -tab og behandles straks ifølge SOP'er.

Blodopsamling: Perifer venøs blod indsamles på samme tidspunkter for HD-deltagere (før og efter session) og en gang for raske voksne. Assays inkluderer rutinemæssig biokemi og immunrelaterede målinger som specificeret i protokollen. Alle prøver er kun mærket med kodede identifikatorer.

Analytiske metoder VOC-analyse: Gaskromatografimassespektrometri (GC-MS) anvendes til relativ identifikation og kvantificering af VOC'er. Analytiske kørsler inkluderer interne standarder og kvalitetskontrol for at overvåge tilbageholdelsestidstabilitet, massenøjagtighed og signaldrift. Kromatografisk dekonvolution, maksimal justering og sammensat annotation følger laboratorie SOP; Formålede identifikationer tildeles ved hjælp af spektrale biblioteker, hvor det er relevant. Hvor det er muligt bekræftes kandidatfunktioner ved hjælp af autentiske standarder.

Blodassays: Cirka 97 parametre, der omfatter generel biokemi, inflammation og immunindeks måles ved anvendelse af klinisk validerede metoder. Laboratoriets kvalitetskontrolprocedurer og instrumentvedligeholdelsesplaner følger hospitalets standarder.

Resultater og mål (informativ, ikke-duplikativ) for at undgå dobbeltarbejde med udfaldsmålingsmodulet er der kun et resumé på højt niveau her. Undersøgelsen evaluerer (a) inden for personer før/post-ændringer i kandidat VOC-funktioner blandt HD-deltagere og (b) forskelle mellem grupper (HD vs. sunde) i åndedrætsprofiler. Vælg blodindekser analyseres for ændringer før/post og kontekstualiseres i forhold til sædvanlige referenceintervaller. Se de registrerede resultatmål for forudbestemte slutpunkter og definitioner.

Prøvestørrelse Begrundelse Målprøven inkluderer ca. 22 individer på HD og ca. 23 raske voksne. En sammenligning med to proportioner for en repræsentativ binær VOC-funktion (positiv detektionshastighed) informerede prøvestørrelsen: forudsat at P0 ≈ 0,40 hos raske voksne og P1 ≈ 0,80 pre-dialyse, med α = 0,05 (tosidet) og 80% effekt, er den estimerede pr. Group-prøvestørrelse ca. 20, hvilket giver mulighed for modest attrition til at nå de planlagte tal. Bloddepunkter betragtes som efterforskende og blev ikke brugt til at drive undersøgelsen.

Datastyring og fortrolighed Data Capture bruger dobbelt dataindtastning til laboratorieresultater, automatiseret rækkevidde og logikkontrol og rutinemæssig uoverensstemmelse. Kodede identifikatorer bruges på alle prøver og sagsrapportformularer; Genidentifikationstasten gemmes separat med begrænset adgang. Elektroniske data er bosiddende på sikre, adgangsstyrede servere med regelmæssige sikkerhedskopier og revisionsspor. En datalås procedure implementeres inden de endelige analyser.

Kvalitetskontrol og kvalitetssikring (QC/QA) Standardiserede SOPs styring af deltagerforberedelse, åndedræt og blodindsamling, håndtering, opbevaring, instrumentdrift og databehandling. GC-MS-kørsler inkluderer emner, interne standarder og samlede kvalitetskontrolprøver for at overvåge batcheffekter og analytisk præcision. Formærkede acceptkriterier (for eksempel opbevaringstidsvinduer, massenøjagtighed og relativ standardafvigelse på tværs af QC -replikater) bruges til at markere funktioner til gennemgang eller ekskludering. Månedlige dataintegritetsanmeldelser adresserer fuldstændighed og konsistens.

Etiske overvejelser Undersøgelsen følger erklæringen om Helsinki og gældende nationale regler. Deltagerne giver skriftligt informeret samtykke inden nogen undersøgelsesspecifikke procedurer. Da undersøgelsen er ikke-interventionel og tilpasser sig rutinemæssig pleje af HD-deltagere, er risici minimale og begrænsede primært til venipunktur ubehag og tilfældige fund fra laboratorietest.

Risiko-fordel og deltagerbelastningsprøveprøvning er ikke-invasiv, og blod trækker indebærer kort, mindre ubehag for de fleste deltagere. Der er muligvis ingen direkte klinisk fordel for de enkelte deltagere. Potentiel samfundsmæssig fordel inkluderer fremskridt hen imod enkle, ikke-invasive markører for dialyse tilstrækkelighed, der kunne informere klinisk beslutningstagning.

Forarbejdning og rengøring af data (VOC og blod) VOC-funktionstabeller gennemgår baggrundssubtraktion ved hjælp af parrede omgivelsesprøver, opbevaringstidsjustering og signalnormalisering (for eksempel intern standardbaseret normalisering og/eller total ionstrøm normalisering). Intensiteter er log-transformeret efter behov og skaleret. Funktioner med dårlig reproducerbarhed i QC -prøver eller overdreven manglende fjernelse fjernes. For værdier under detektionsgrænser kan imputation bruge en lille konstant (f.eks. Halvdelen af ​​den minimale ikke-nulværdi) i følsomhedsanalyser.

Blodindeks gennemgås for fysiologisk plausibilitet og analytiske flag. Outliers undersøges ved hjælp af robuste metoder; Korrektioner eller udelukkelser følger foruddefinerede regler, der er dokumenteret i datastyringsplanen.

Håndtering af manglende data, hvis manglendehed er ≤5% for en variabel, komplette case-analyser kan bruges med følsomhedskontrol. For højere niveauer af manglende manglende mangler tilfældigt kan der anvendes flere imputation af kædede ligninger (mus) til justerede analyser. Resultater, der grundlæggende mangler-ikke-til-tilfældige (f.eks. På grund af teknisk fiasko) behandles gennem følsomhedsanalyser, herunder bedste/værste tilfælde, hvor det er relevant.

Statistiske analyseplananalyser fortsætter i henhold til en forudbestemt plan for at begrænse mangfoldighed og analytiske fleksibilitet. Kontinuerlige variabler opsummeres som gennemsnit ± SD eller median (IQR); Kategoriske variabler som tællinger og procenter. Inden for person før/post-sammenligninger i HD-gruppen bruger parrede t-tests eller Wilcoxon signerede rangetest, som egnede. Sammenligninger mellem grupper (HD vs. sunde) bruger t-tests/ANOVA eller Mann-Whitney U/Kruskal-Wallis-test. False Discovery Rate (FDR) -kontrol via Benjamini-Hochberg bruges til flere VOC-funktioner og blodindeks.

Til multivariabel modellering evaluerer lineære eller generaliserede lineære modeller sammenhænge mellem udvalgte VOC -funktioner og kliniske covariater (for eksempel alder, køn, dialyse vintage, interdialytisk vægtændring, komorbiditeter), som dokumenteret i den statistiske analyseplan (SAP). Hvor det er relevant bruges robust regression eller transformation til at afbøde ikke-normalitet. Forbindelser mellem VOC'er og blodindeks evalueres med Spearman -korrelation og delvis korrelationsjustering for nøglecovariater.

Maskinindlæring: Kandidatklassifikatorer (f.eks. Supportvektormaskiner, tilfældige skove og straffet logistisk regression) trænes til at diskriminere præ-vs. post-dialyse-tilstande og HD vs. sunde. For at undgå informationslækage oprettes krydsvalideringsfoldninger på deltagerniveau. Modeludvælgelse bruger indlejrede eller gentagne stratificerede 10 gange krydsvalidering med tuning på den indre sløjfe og estimering på den ydre sløjfe. Primære målinger inkluderer areal under modtagerens driftskarakteristiske kurve (AUC), nøjagtighed, følsomhed, specificitet og kalibrering (f.eks. Platt skalering). Model tolkbarhed vurderes ved hjælp af formværdier for at kvantificere funktionsbidrag. Performance -estimater er ledsaget af 95% konfidensintervaller via bootstrapping.

Følsomhedsanalyser inkluderer: (a) genkørende modeller med alternative normaliserings- eller imputationsstrategier; (b) eksklusive funktioner med potentielle miljøkilder (c) stratificerende analyser ved dialyse tilstrækkelige kategorier defineret i protokollen i henhold til accepterede retningslinjer for klinisk praksis; og (d) gentagelse af sammenligninger ved hjælp af ikke-parametriske tilgange. Undersøgelsesundergruppeanalyser sammenligner CKD -trin 5 -patienter kategoriseret efter tilstrækkelighed og andre kliniske faktorer.

Integration med eksterne transkriptomiske ressourcer (sonderende) for at kontekstualisere immunresultater, offentlige transkriptomiske datasæt, der er relevante for ESKD/HD, kan spurges (f.eks. Perifert blod eller PBMC -datasæt). GENE SET Variation Analysis eller enkelt-prøve-berigelse metoder opsummerer stien og celletype-underskrifter, som derefter er relateret til målte blodindeks og åndedrætsfunktioner ved hjælp af korrelation og regression. Disse sonderende analyser er beregnet til at generere mekanistiske hypoteser, ikke bekræfte årsagssammenhæng.

Bias, forvirrende og robusthedspotentiale biaser inkluderer miljø VOC -kontaminering, kosteffekter, rygestatus og komorbiditeter. Kontroller inkluderer omgivelsesemner, overholdelse af instruktionerne for indsamling, hvor det er relevant, og justering for nøglecovariater. Analyser er stratificeret eller justeret for faktorer såsom alder og køn, med følsomhedsanalyser eksklusive deltagere med større protokolafvigelser.

Resultater af datadeling og formidling vil blive opsummeret i peer-reviewede publikationer og videnskabelige møder. De-identificerede data- og analysekode kan deles efter rimelig anmodning og institutionelle godkendelser underlagt privatlivets fred, regulatoriske og etiske begrænsninger.

Begrænsninger som en enkeltcentret observationsundersøgelse med en beskeden prøvestørrelse, værket betragtes bedst som hypotese-genererende. VOC -identifikationer er relative, medmindre de bekræftes med autentiske standarder, og miljø-/baggrundsbidrag kan ikke fjernes fuldt ud. Fremtidige undersøgelser med større, multicenter-kohorter og standardiseret åndedrætssamling på tværs af steder er nødvendige for at validere kandidatmarkører.

Konklusion Denne undersøgelse giver en struktureret, ikke-invasiv vurdering af dynamisk åndedrætskemi sammen med blodbaserede indekser hos mennesker, der får hæmodialyse. Ved at karakterisere ændringer før/post-dialyse og integrere immunkontekst, sigter det mod at identificere praktiske signaler om dialyse tilstrækkelighed og fremme forståelsen af ​​den systemiske biologi af uræmi.