Zink-Homöostase und Kinetik bei Kindern mit Mukoviszidose (CF)

Offensichtlicher Zinkmangel zeigt sich mit Merkmalen von Acrodermatitis enteropathica (AE), einschließlich Durchfall, Dermatitis, Wachstumsstörungen und schwacher Immunfunktion. AE wurde als Komplikation der Mukoviszidose beschrieben und kann das anfängliche Symptom sein. Da AE fast nie bei ansonsten gesunden Probanden mit selbstgewählter Ernährung beschrieben wurde, deutet dies darauf hin, dass bei CF eine tiefgreifende Störung des Zinkstoffwechsels, entweder bei der Absorption oder Ausscheidung, auftreten kann.

Nur wenige Studien haben die Zinkabsorption bei Kindern mit CF gemessen. Diejenigen, die eine signifikante Verringerung der Zinkabsorption bei CF-Patienten mit Pankreasinsuffizienz gezeigt hatten, mit einer signifikanten Zunahme der Zinkabsorption mit Pankreasenzymersatz. Der Zinkstoffwechsel wird jedoch durch Änderungen der fraktionierten Zinkabsorption und Zinkverluste in den Magen-Darm-Trakt (endogene fäkale Zinkausscheidung) aufrechterhalten. Von diesen beiden Mechanismen scheinen Veränderungen in der endogenen fäkalen Zinkausscheidung der wichtigere zu sein. Bisher hat nur eine Studie die endogene fäkale Zinkausscheidung bei Patienten mit CF gemessen. Krebset al. untersuchten 15 Säuglinge im Alter von weniger als 4 Monaten, bei denen neu CF diagnostiziert wurde. Sie fanden heraus, dass alle Säuglinge ein negatives Zinkgleichgewicht aufwiesen und dass die endogene fäkale Zinkausscheidung signifikant mit dem Grad der Fettmalabsorption korrelierte. Diese Ergebnisse sind schwer zu interpretieren, da keine Kontrollgruppe untersucht wurde und es nur wenige veröffentlichte Daten zur Zinkabsorption bei gesunden Säuglingen dieses Alters und keine Daten zur endogenen fäkalen Zinkausscheidung gibt.

Es ist klar, dass eine bessere Messung des Zinkstatus erforderlich ist, um die Bedeutung des Zinkmangels bei CF und die Beziehung zwischen Fettmalabsorption und Zinkgleichgewicht vollständig zu verstehen. In der Vergangenheit haben wir neuartige stabile Isotopen-basierte Multikompartiment-Modelle verwendet, um den Zinkstatus in gesunden und kranken Zuständen zu untersuchen. Diese haben sich als in der Lage erwiesen, Veränderungen im Zinkstoffwechsel in zwei experimentellen Paradigmen von Zinkmangel zu erkennen, sogar bevor das Plasmazink anormal wird.

Wir vermuten, dass

1. Kinder mit CF haben einen schlechteren Zinkstatus, eine geringere fraktionierte Zinkabsorption, eine erhöhte endogene fäkale Zinkausscheidung und ein schlechteres Zinkgleichgewicht als gleichaltrige Kontrollen.
2. Bei Kindern mit CF korreliert die endogene fäkale Zinkausscheidung signifikant positiv und die Zinkabsorption und der Zinkhaushalt signifikant negativ mit der fäkalen Fettausscheidung.
3. Nach einer zweimonatigen Zinkergänzung mit 20 mg/d Zink als Zinkacetat werden Kinder mit CF einen ähnlichen Zinkstatus, eine fraktionierte Zinkabsorption, eine endogene Zinkausscheidung im Stuhl und ein ähnliches Zinkgleichgewicht aufweisen wie die altersangepassten Kontrollen.
4. Eine zweimonatige Zinkergänzung hat keinen Einfluss auf den Eisenstatus (Hämoglobin, Serumferritin, Serumtransferrinrezeptoren) oder den Kupferstatus (Serumkupfer, Ceruloplasmin, Kupfer/Zink-Superoxiddismutase).

24 Kinder mit CF im Alter von 8 bis 14 Jahren werden von der Cystic Fibrosis Clinic des Texas Children's Hospital rekrutiert. Kinder gelten als förderfähig, wenn sie eine CF-Diagnose haben, mehr als 25 kg wiegen, eine klinische Diagnose einer Pankreasinsuffizienz haben, die einen Ersatz von Pankreasenzymen erfordert, und eine Vorgeschichte mit guter Compliance mit medizinischen Therapien haben. Probanden werden als nicht teilnahmeberechtigt angesehen, wenn sie sich einer Operation des Magen-Darm-Trakts (GI) unterzogen haben, eine endokrine Dysfunktion der Bauchspeicheldrüse haben oder mehr als 10 mg/d Zinkpräparate einnehmen. Die Studie wird den Probanden und ihren Eltern erklärt. Eine informierte schriftliche Zustimmung wird von den Eltern und eine schriftliche Zustimmung oder Zustimmung (je nach Alter) von den Probanden eingeholt.

Nachdem die Zustimmung eingeholt wurde, wird ein registrierter Ernährungsberater einen Fragebogen zur Lebensmittelhäufigkeit verwenden, um die übliche Zinkaufnahme des Kindes zu bestimmen. Es werden Ratschläge zu einer gesunden, ausgewogenen Ernährung gegeben, die die empfohlene Tagesdosis (RDA) für Zink und andere essentielle Mineralien einhalten sollte. Außer dieser Ernährungsberatung werden keine weiteren diätetischen Eingriffe durchgeführt.

Zwölf gesunde Kinder im Alter von 8-14 Jahren werden durch öffentliche Ausschreibung, lokale Kontakte und durch Mundpropaganda rekrutiert. Sie sind für die Studie geeignet, wenn sie ein ähnliches Alter, Geschlecht und ethnische Zugehörigkeit wie die CF-Probanden haben. Die Einverständniserklärung und Zustimmung wird auf die gleiche Weise wie bei CF-Kindern eingeholt, und es werden die gleichen Ernährungsratschläge und Anleitungen gegeben.

Die Kinder mit CF werden randomisiert, um eine Zinkergänzung von 20 mg/d als Zinkacetat oder ein identisch aussehendes Placebo zu erhalten. Die Randomisierung erfolgt stratifiziert nach Geschlecht und ethnischer Zugehörigkeit. Randomisierungstabellen werden vom Investigation Pharmacy Service des Texas Children's Hospital geführt. Sobald die Zustimmung eingeholt wurde, wird der Investigation Pharmacy Service kontaktiert und wird die Kinder randomisieren, um eine von zwei identisch aussehenden Lösungen zu erhalten – eine enthält 10 mg/ml elementares Zink als Zinkacetat und eine ist das Placebo. Die Probanden, ihre Eltern und die Ermittler werden nicht darüber informiert, für welche Lösung das Kind randomisiert wurde.

Die Kinder werden nach einer nächtlichen Fastenzeit in das General Clinical Research Center aufgenommen. Über die Venen in der Fossa antecubitalis wird eine Lokalanästhesiecreme aufgetragen. Blut, 10–15 ml, wird für grundlegende Laboruntersuchungen entnommen, einschließlich eines vollständigen Blutbildes, Leberfunktionstests, Plasmazink, Serumferritin, Serumtransferrinrezeptorkonzentration, Serumkupfer, Serumcoeruloplasmin und Erythrozyten-cU/Zn-Superoxiddismutase. Nach der Blutentnahme erhalten die Probanden ihre erste Flasche Zinklösung oder Placebo. Sie werden angewiesen, zwei Monate lang zweimal täglich 1 ml der Lösung einzunehmen. Neue Lieferungen der Zink- oder Placebolösung werden während der Studie nach Bedarf bereitgestellt. Alle gebrauchten oder teilweise gebrauchten Flaschen werden an den Untersuchungsdienst der Apotheke zurückgegeben und die entnommene Menge aus der Gewichtsänderung der Flasche berechnet.

Nach zweimonatiger Einnahme der Placebo- oder Zinklösung werden Kinder mit Mukoviszidose nach nächtlichem Fasten in das General Clinical Research Center aufgenommen. Die Probanden werden aufgefordert, ihre Blase zu entleeren. Ein intravenöser Heparin-Lock-Katheter wird in eine Vene in der Fossa antecubitalis oder dem Handrücken eingeführt und eine Ausgangsblutprobe für die Serumchemie entnommen.

Die Probanden erhalten ein Frühstück mit etwa 3 mg Zink, einschließlich 120 ml Orangensaft, dem 18 bis 24 Stunden zuvor 2 mg Zink-67 zugesetzt wurden. Unmittelbar nach dem Frühstück werden 0,5 mg Zink-70 durch Venenpunktion am anderen Arm über 30–60 Sekunden infundiert und das Butterfly-Infusionsset mit 5 ml normaler Kochsalzlösung gespült.

2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60, 120 und 180 Minuten nach der intravenösen Gabe des Zinkisotops werden Blutproben aus dem Heparin-Lock-Katheter entnommen. Weitere Blutproben werden durch Venenpunktion 24, 72 und 120 Stunden nach Verabreichung des intravenösen Isotops entnommen. Diese Blutproben werden in zertifizierten zinkfreien Ammoniumheparinröhrchen (Monvette 9 ml AH, Sarstedt Inc., Newton, NC) antikoaguliert. Das Plasma wird durch Zentrifugation abgetrennt und bis zur Analyse bei -80 °C gelagert. Während der Stoffwechselstudie wird eine vollständige Urin- und Stuhlsammlung durchgeführt. Urinproben werden in 8-Stunden-Aliquots gesammelt und alle Stuhlgänge werden einzeln gesammelt. Urin- und Stuhlproben werden bis zur Analyse bei -20 °C gelagert.

Kontrollkinder werden auf genau die gleiche Weise untersucht, etwa 2 Monate nach der Blutentnahme zu Studienbeginn.

Die primäre Hypothese ist, dass Kinder mit CF eine geringere fraktionierte Zinkabsorption, eine erhöhte endogene fäkale Zinkausscheidung, ein schlechteres Zinkgleichgewicht und einen schlechteren Zinkstatus aufweisen als gleichaltrige Kontrollen. Dies wird unter Verwendung von ANOVA bewertet. Wenn dies auf einen signifikanten "Gruppeneffekt" hindeutet, wird eine Post-hoc-Testung mit dem Tukey-Kramer-Test durchgeführt. Der kinetische Parameter, der zur Beurteilung des Zinkstatus verwendet wird, ist k(2,1), da dies in unseren früheren Studien die größte Veränderung als Reaktion auf einen Zinkmangel zeigte. Diese Analyse wird sowohl die Hypothesen 1 als auch 3 (siehe oben) testen. Sollten signifikante Unterschiede in Alter, Gewicht etc. zwischen den Gruppen bestehen, werden diese für die Anwendung von ANCOVA statistisch korrigiert. Die Daten werden für die gesamte Studienpopulation und nur für die CF-Kinder mit Pankreasinsuffizienz analysiert. Die Studie ist so konzipiert, dass sie eine 80-prozentige Aussagekraft hat, um Veränderungen in k(2,1) zwischen den beiden Gruppen von Kindern mit Pankreasinsuffizienz alleine zu erkennen.

Die Beziehung zwischen fäkalem Fett und endogener fäkaler Zinkausscheidung und dem Zinkgleichgewicht (Hypothese 2) wird mittels einfacher und multipler Regressionsanalyse bewertet. Die Wirkung einer Zinkergänzung auf den Eisen- und Kupferstatus wird unter Verwendung eines t-Tests mit zwei Stichproben untersucht, wobei CF-Kinder mit Zinkergänzung mit denen verglichen werden, die keine Zinkergänzung erhielten.