Eine physiologische Studie zur Bestimmung des enteralen Threoninbedarfs bei Säuglingen im Alter von 1 bis 6 Monaten (INFORALTHR)

EINFÜHRUNG

Threonin ist ein unverzichtbares AA, das aus der Nahrung stammen muss. Es ist entscheidend für die Produktion von Mucinen im Darm (Law, Bertolo et al. 2007) und trägt wesentlich zur Kollagen-, Elastin- und Zahnschmelzbildung bei (Kramsch, Franzblau et al. 1971, Robinson, Lowe et al. 1975). Die aktuelle angemessene Zufuhr (AI) für Threonin bei Säuglingen, die vom Institute of Medicine, Food and Nutrition Board in den Dietary Reference Intakes (DRIs) von 2005 für Makronährstoffe vorgeschlagen wird, basiert auf einem faktoriellen Ansatz, da schlüssige empirische Daten fehlen. Studien, die zur Bestimmung des Aminosäurebedarfs (AA) bei Säuglingen führten, verwendeten die Technik der Stickstoffanalyse und wurden vor über 20 Jahren durchgeführt (Snyderman, Norton et al. 1959). Methodische Fortschritte haben es möglich gemacht, den AA-Bedarf beim Menschen mit einer präziseren Technik zu bestimmen (Zello, Wykes et al. 1995). Es wurden jedoch keine Studien zum Threoninbedarf bei Säuglingen (im Alter von 1 bis 6 Monaten) unter Verwendung der neueren Stabilisotopenmethoden veröffentlicht.

Um den Aminosäurebedarf genau zu bestimmen, ist es notwendig, eine Reihe von Aminosäuren zu sich zu nehmen. Aus ethischen Gründen dürfen Säuglinge nicht über einen längeren Zeitraum mit Diäten mit sehr niedrigem oder hohem Gehalt an Testaminosäuren gefüttert werden. Die minimalinvasive IAAO-Methode, die ursprünglich in unserem Labor bei Erwachsenen entwickelt wurde (Zello, Pencharz et al. 1993) und jetzt international eingesetzt wird (Huang, Hogewind-Schoonenboom et al. 2011), zur Bestimmung des Aminosäurebedarfs, überwindet dieses Problem. Die Durchführung der IAAO-Methode dauert weniger als 24 Stunden und wurde bei parenteral ernährten Neugeborenen, enteral ernährten Neugeborenen, Kindern und Erwachsenen sicher angewendet.

Unser Labor ermittelte den enteralen Bedarf an Threonin bei Ferkeln (Bertolo, Chen et al. 1998), der 0,42 g/kg/Tag betrug. Wir können aus diesen Daten extrapolieren und schlagen vor, dass der enterale Bedarf für Neugeborene 84 mg/kg/Tag betragen würde. In dieser Studie ermitteln wir den enteralen Bedarf für Säuglinge im Alter von 1 bis 6 Monaten und gehen davon aus, dass der enterale Bedarf von Säuglingen dem AI von 73 mg des DRI ähneln wird, da sich das Wachstum verlangsamt und der Proteinbedarf nach dem ersten Lebensmonat abnimmt /kg/Tag. Ziel dieser Studie ist es daher, den enteralen Threoninbedarf bei Säuglingen im Alter von 1 bis 6 Monaten mit der IAAO-Methode zu bestimmen.

FÄCHER UND METHODEN

Probanden: Insgesamt werden 18 Studien durchgeführt, bei denen die Teilnehmer randomisiert einer von 18 Test-Threonin-Einnahmen zugeteilt werden. Säuglinge im Alter zwischen 1 und 6 Monaten werden aus der stationären postoperativen Bevölkerung des Krankenhauses für kranke Kinder (SickKids) in Toronto, Kanada, rekrutiert. Teilnehmer können nach der Einschreibung berechtigt sein, an mehr als einer Studienaufnahme teilzunehmen, und werden daher randomisiert einer zweiten Threonin-Einnahme zugeteilt. Alle Studienverfahren und Einverständniserklärungen müssen von der Forschungsethikkommission von SickKids genehmigt werden. Die Erlaubnis zur Aufnahme der Säuglinge in die Studie wird vom behandelnden Chirurgen eingeholt und eine schriftliche Einverständniserklärung wird von einem oder beiden Elternteilen/Erziehungsberechtigten eingeholt. Die Patientenrekrutierung wird voraussichtlich im Dezember 2015 beginnen. Die Studie ist bei Clinicaltrials.gov registriert # NCT02364843.

Säuglinge werden in die Studie einbezogen, wenn sie zwischen 1 und 6 Monaten alt sind, zwischen der 32. und 43. Schwangerschaftswoche geboren wurden, klinisch stabil sind, wie anhand normaler Blutwerte und Vitalfunktionen festgestellt wird, und stationäre Patienten sind die Ernährung erfolgt über eine nasogastrische (NG-), jejunale (NJ- oder J-) oder Magensonde (G-). Säuglinge werden ausgeschlossen, wenn sie zusätzlichen Sauerstoff erhalten, mechanisch beatmet werden, endokrine oder genetische Anomalien haben, die den Protein- und AA-Stoffwechsel beeinflussen würden, oder Medikamente erhalten, die den Protein- und AA-Stoffwechsel beeinflussen würden (z. B. Kortikosteroidtherapie).

Experimentelles Design und Studiendiät

Das Studiendesign ist das minimalinvasive IAAO-Design, das auf dem Konzept basiert, dass, da AA nicht im Körper gespeichert werden, die Aufnahme essentieller AA über die Nahrung im Verhältnis zu ihrer Verwendung für die Proteinsynthese darüber entscheidet, ob sie oxidiert oder in Protein eingebaut werden. Wenn die Aufnahme einer unverzichtbaren AA eingeschränkt wird, sind die anderen unverzichtbaren AA im Überschuss vorhanden und werden oxidiert, da sie nicht wie zuvor beschrieben in Proteine ​​eingebaut werden können (Zello, Pencharz et al. 1993). Jede Studie wird über einen Zeitraum von 18 bis 24 Stunden durchgeführt, nachdem der klinische Ernährungsberater des Säuglings bestätigt hat, dass in den 24 bis 48 Stunden vor dem Studientag eine angemessene enterale Aufnahme von Protein- und Nicht-Protein-Energie aus der Nahrung des Säuglings erfolgt ist. An einem Studientag (die Dauer beträgt weniger als 24 Stunden; siehe Abb. 1) erhält der Säugling eine Säuglingsnahrung aus einer kommerziellen proteinfreien enteralen Säuglingsnahrung (Pro-Phree), die eine bekannte Menge an Kohlenhydraten und Fett liefert , Mineralien, Spurenelemente und Vitamine, die für einen Säugling geeignet sind und denen eine AA-Mischung hinzugefügt wird. Aminosäuren werden im Muster der Muttermilch wie folgt in mg·kg-1·d-1 hinzugefügt: Lys 207, Met 48, Leu 288, Ile 165, Val 165, Phe 126, Try 51, His 63, Tyr 156 , Arg 69, Pro 240, Cys 51, Gly 69, Ala 114, Ser 150, Asp 270, Glu 534 (WHO 2007). Jeder Säugling erhält pro Studie eine andere Threonin-Dosis und die 18 Zufuhren für die 18 Säuglinge liegen auf einem Kontinuum zwischen 15 und 130 mg·kg-1·d-1. Da die Zufuhr von Threonin variiert wird, bleiben die Formeln durch unterschiedliche Zufuhren von Alanin, einem entbehrlichen AA, isostickhaltig. Die Aminosäuremischung wird durch einen 0,22-µ-Filter geleitet, um sicherzustellen, dass sie steril und frei von Krankheitserregern ist. Dies ist ein zusätzlicher Sicherheitsschritt, der bei kommerziellen Formeln nicht durchgeführt wird, jedoch bei unseren parenteralen Lösungen bei der Untersuchung des Threonin- und Lysinbedarfs bei parenteral ernährten Säuglingen durchgeführt wurde (Chapman 2009, 2010). Die Kombination der AA-Mischung und der kommerziell hergestellten Pro-Phree-Formulierung erfolgt im Formelraum des Krankenhauses gemäß den Standardarbeitsanweisungen (SOP) für die klinische Formelzubereitung. Die Säuglinge erhalten die Studiennahrung über ihre Ernährungssonde oder eine Kombination aus Sondenernährung und oraler Ernährung über den vom klinischen Ernährungsberater angeordneten Studienzeitraum von 18 bis 24 Stunden.

Ein forschungstauglicher stabiler Isotopen-Tracer, hergestellt von Cambridge Isotope Laboratories (CIL), Maine, USA, wird verwendet, um die Oxidation oder Proteinablagerung als Reaktion auf die unterschiedliche Aufnahme von Threonin zu messen. Das stabile Isotop ist eine Aminosäure, L-[1-13C]Phenylalanin, und wird mit der Nahrung des Säuglings in einer Dosis von 15 µ·kg-1/h-1 verabreicht. Dieses stabile Isotop kommt bei allen Menschen vor und macht 1 % des Gesamtanteils der Aminosäure Phenylalanin aus. Das stabile Isotop selbst wurde in vier früheren Studien, die am Hospital for Sick Children in Toronto durchgeführt wurden, erfolgreich und ohne Schaden bei intravenöser Verabreichung an Säuglinge eingesetzt Kanada (Roberts 2001; Courtney Martin 2008; Chapman 2009, 2010).

Wir verwenden ein Studienprotokoll, das dem Säugling ausreichend Zeit gibt, einen stabilen Zustand mit dem stabilen 1-13CPhenylalanin-Isotop über den Ausgangswerten zu erreichen, die in unseren parenteralen Studien an Säuglingen ermittelt wurden (Chapman 2009, 2010). Wir werden die ersten beiden Studien nur mit dem stabilen Isotop Phenylalanin durchführen. Wenn wir bei der Analyse feststellen, dass wir keinen ausreichenden Unterschied zwischen dem Ausgangswert und dem Steady-State-Wert des stabilen Isotops 1-13CPhenylalanin sehen, werden wir eine einmalige Dosis 13C-Natriumbicarbonat (NaH13CO2) in einer Menge von 14 μmol kg einführen. 1 wird über eine NG/G-Sonde verabreicht, damit wir einen Unterschied zwischen dem natürlich vorkommenden 1-13CPhenylalanin des Säuglings und der Menge erkennen können, die wir mit der Säuglingsnahrung verabreichen. Wir glauben nicht, dass wir das Bikarbonat-Isotop verwenden müssen, haben aber unser Protokoll zur Genehmigung erweitert, falls seine Verwendung notwendig werden sollte. Es wird routinemäßig von einer Gruppe von Wissenschaftlern in den Niederlanden verwendet, die auch den Aminosäurebedarf von Säuglingen untersuchen und keine Probleme bei der Verabreichung gemeldet haben (Hogewind-Schoonenboom 2014).

Die stabilen Isotopen-Tracer tragen die Aufschrift „Nur zu Forschungszwecken“ und sind für die Verwendung bei Menschen jeden Alters geeignet. Dies wird vom Isotopen-Hersteller bestätigt, der ein Analysezertifikat mit Tests zur chemischen Reinheit und gegebenenfalls dem Vorhandensein von ausstellt Schwermetalle (in Teilen pro Million) und mikrobiologische Tests einschließlich Pyrogenen. Beide Isotope werden in der Diätküche des Krankenhauses zum Zeitpunkt der Zubereitung der Studienformel nach denselben SOP-Richtlinien wie klinische Diäten zubereitet.

Probensammlung und -analyse

Es werden Atemproben und Urin gesammelt, um Veränderungen in der Reaktion der Säuglinge auf die Studiendiät festzustellen. Vor der Einführung der Studiendiät werden drei Basis-Atem- und Urinproben entnommen. Ab 12 bis 18 Stunden nach der Einführung der mit stabilen Isotopen markierten Tracer in Forschungsqualität werden stündlich vier Plateau-Atem- und Urinproben entnommen. Atemproben werden mit einem Kohlendioxid-Analysewagen gesammelt, der in Design und Verwendung einem klinischen Testgerät namens Kalorimeter ähnelt. Beide Geräte verwenden ein belüftetes Haubensystem, unter dem die Säuglinge schlafen oder ruhen und der VCO2 gemessen wird. Jede Atemprobe wird über einen Zeitraum von 10 Minuten gesammelt, indem die Atemluft in einen Rückflusskühler geleitet und in einem Reagenzglas aufgefangen wird. Die Atemproben werden mit einem kontinuierlichen Isotopenverhältnis-Massenspektrometer gemessen. Urinproben werden gesammelt, indem Wattebäusche in die Windeln des Säuglings gelegt und auf einem Tandem-Massenspektrometer analysiert werden.

statistische Analyse

Die Auswirkung der Threoninaufnahme auf den Phenylalaninfluss, die Oxidation und F13CO2 wird mithilfe einer Varianzanalyse mit dem PROC GLM-Verfahren (SAS Version 9.4) getestet. Schätzungen der mittleren Threoninaufnahme werden durch eine Breakpoint-Analyse der Daten zur Freisetzungsrate von 13CO2 (F13CO2) unter Verwendung eines 2-Phasen-Linear-Regressions-Crossover-Modells abgeleitet. Der Haltepunkt wird mithilfe der gemischten Modelle und des Regressionsverfahrens von SAS berechnet, wobei die Steigung der Linie nicht wesentlich von Null abweichen darf. Die statistische Signifikanz wird bei P < 0,05 festgestellt.

Variablen der Regressionsanalyse sind Threonin als unabhängige Variable und F13CO2 und Phenylalaninoxidation als abhängige Variablen. Die Auswahl des besten Modells wird durch Faktoren im Zusammenhang mit der Anpassung (Signifikanz des Modells und r2) und Schätzungen der Variation des Modells (CV und SE der Schätzung) bestimmt. Die empfohlene Nahrungsmenge für die Bevölkerung wird geschätzt, indem die oberen 95 %-Konfidenzgrenzen der Haltepunktschätzung ermittelt werden.