Atemteststudie zur Glykogenspeicherkrankheit

Zweck: Die Glykogenspeicherkrankheit Typ I (GSD I), auch als Von-Gierke-Krankheit bekannt, wird durch einen Mangel des Enzyms Glucose-6-Phosphatase (G6Pase) verursacht, von dem weltweit 1:100.000 Geburten betroffen sind. Daher führt ein Mangel an diesem Enzym zu einer Akkumulation von Glykogen in der Leber und einer unzureichenden Produktion von Glukose, was zu einer Fasten-Hypoglykämie führt. Die diätetische Behandlung von GSD I basiert auf der Zufuhr komplexer Kohlenhydrate mit kleinen, häufigen Mahlzeiten und der Verwendung von ungekochter Maisstärke (UCCS). Glycosade® (modifizierte Maisstärke) hat sich bei der Aufrechterhaltung normaler Blutzuckerkonzentrationen bei Patienten mit GSD I als vielversprechend erwiesen. Das primäre Dilemma bei der diätetischen Behandlung von GSD I ist jedoch die Wahl der exogenen Kohlenhydratquellen, um eine wünschenswerte metabolische Kontrolle zu erreichen und eine Hypoglykämie zu verhindern. Darüber hinaus waren die vorherigen Studien invasiv, was mehrere Blutproben und lange Studientage (~ 10 h) erforderte und keine mechanistischen Details des Glukosestoffwechsels bei Patienten mit GSD I liefern konnte. Daher besteht die Notwendigkeit, eine minimal-invasive Methode zu entwickeln Methode zur Untersuchung des Glukosestoffwechsels und Messung der Verwertung verschiedener Kohlenhydratquellen direkt bei Probanden mit GSD I und gesunden Kontrollpersonen. Dieser einfache Atemtest hilft, die Behandlung zu individualisieren und die Kohlenhydratzufuhr bei Patienten mit GSD I anzupassen.

Hypothese: 1) Forscher vermuten, dass die Oxidation von 13CO2 aus U-13C-Glucose in der ausgeatmeten Luft nachgewiesen werden kann; Die 13CO2-Oxidation ist ein empfindliches Maß zur Untersuchung der Glukoseoxidation/des Glukosestoffwechsels.

2) Forscher nehmen an, dass die 13CO2-Oxidation von Glycosade® bei Patienten mit GSD I und gesunden Kontrollpersonen eine niedrigere Spitzenanreicherung (Cmax) im Vergleich zu anderen UCCS aus Kohlenhydratquellen aufweisen wird.

Begründung: Die Schwierigkeit bei der Ernährungsbehandlung von GSD I besteht darin, die beste Art von Kohlenhydraten zu bestimmen, die zur Vermeidung von Hypoglykämie verabreicht werden sollen. Daher müssen der Glukosestoffwechsel und die Verwertung verschiedener Kohlenhydrate mit minimalinvasiven Tests gemessen werden.

Ziele: 1) Unser erstes Ziel ist die Etablierung des U-13C-Glukose-Atemtests (13C-GBT) und seiner Oxidation zu 13CO2 als minimal-invasive Technik zur Untersuchung der In-vivo-Glukoseoxidation bei gesunden Kontrollpersonen.

2) Unser zweites Ziel ist es, die Verwertung verschiedener exogener Kohlenhydratquellen zu messen: UCCS und die Wachsmaisstärke Glycosade® mit verlängerter Freisetzung bei gesunden Kontrollpersonen und Patienten mit GSD I unter Verwendung eines minimal-invasiven 13C-GBT.

Forschungsmethode: Das Projekt besteht aus zwei Experimenten.

Experiment 1 – Pilotstudie zur Etablierung der Verwendung des U-13C-Glukose-Atemtests (13C-GBT) bei gesunden Kontrollpersonen A. Tagesprotokoll vor der Studie Vor der Teilnahme an der Studie wird von den Teilnehmern eine schriftliche Einwilligung nach Aufklärung eingeholt. Alle Teilnehmer werden gebeten, über Nacht zu fasten (~ 12 Stunden) und werden gebeten, zu einer vorläufigen Bewertung (Tag vor dem Studium) zur klinischen Forschungs- und Bewertungseinheit zu kommen, um grundlegende Anthropometrie (Gewicht und Größe), Körperzusammensetzung und Ruhe zu messen Energieverbrauch (REE). Gewicht und Größe werden mit einer digitalen Waage bzw. einem Stadiometer gemessen. REE wird durch kontinuierliche indirekte Kalorimetrie im offenen Kreislauf (CareFusion Vmax Encore, VIASYS) gemessen, die vor der Verwendung kalibriert wird. Der Gesamtenergieverbrauch (TEE) und der Grundumsatz (BMR) sind mit der fettfreien Masse (FFM) verbunden; Daher wird die Körperzusammensetzung mithilfe der bioelektrischen Impedanzanalyse (BIA) (Quantum IV RJL-Systeme) bestimmt. BIA misst Widerstand, Reaktanz und Impedanz durch Anbringen von Elektroden am rechten Handgelenk und am rechten Knöchel. Für jeden Teilnehmer werden drei Messwerte für Widerstand, Reaktanz und Impedanz genommen – dann wird der Mittelwert dieser Messwerte verwendet, um FFM und Fettmasse (FM) zu bestimmen. FFM und FM werden mit dem Softwaresystem des Herstellers (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1) berechnet. Während des Vorstudientages wird ein allgemeiner Fragebogen verwendet, um eine klare Vorstellung von der Krankengeschichte, dem Ernährungszustand, der Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln und der körperlichen Aktivität zu erhalten. Schließlich werden 3-Tages-Ernährungsaufzeichnungsblätter an die Teilnehmer verteilt, um die Nahrungsaufnahme an zwei beliebigen Tagen während der Woche und an einem Tag am Wochenende aufzuzeichnen.

B. Zweitägige Ernährungsstandardisierung Während der zwei Tage vor der Studie nehmen die Probanden eine ausgewogene Ernährung zu sich, die mindestens 150 g Kohlenhydrate enthält. Diese Diät bestand aus alltäglichen Nahrungsmitteln, jedoch wird den Probanden ein Überblick gegeben, um sicherzustellen, dass sie auf der Grundlage von üblicherweise verzehrten Nahrungsmitteln ausreichend sind.

C. Protokoll am Studientag Für die Pilotstudie werden 10 gesunde Erwachsene (19-35 Jahre) 13C-GBT-Protokollen an zwei separaten Studientagen als Proof-of-Principle unterzogen, einmal ohne orale Isotopendosis und einmal mit oraler Isotopendosis (U -13C-Glucose), jede Studie im Abstand von ≥ 1 Woche. Somit werden 10 gesunde Erwachsene für insgesamt n = 20 Studien untersucht. Nach Erhalt der Einverständniserklärung des Probanden wird der Proband in die Studie aufgenommen. Der Teilnehmer kommt nach dem Fasten (~4 h) zum Studientag, um die Messungen in der Clinical Research and Evaluation Unit (CREU) des BC Children's Hospital zu standardisieren. Grundlegende anthropometrische Messungen (Körpergewicht und -größe) werden gesammelt und ein kurzer Fragebogen zum Studientag wird durchgeführt, um Informationen über die Anamnese zu Gesundheit, Ernährung und körperlicher Aktivität zu sammeln. 2 Grundlinien-Atemproben werden gesammelt, um die natürliche 13C-Häufigkeit im Hintergrund zu bestimmen. Die Probanden erhalten am Studientag 1 Glucose (75 g/Tag) gelöst in sterilem Wasser, am Studientag 2 U-13C-Glucose (75 mg/Tag) (99 Atom-% 13C-Anreicherung, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) mit Glukose (75 g/Tag), gelöst in sterilem Wasser.

Die Probanden bleiben während der gesamten Dauer der Studie in CREU fasten und ruhen, um Schwankungen in der CO2-Produktion zu eliminieren. Atemproben in vierfacher Ausfertigung werden 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 und 240 min nach oraler Glucosegabe entnommen. Während des Studienbesuchs wird die Rate der Kohlendioxidproduktion (VCO2) für 20 Minuten, zwei Stunden (120 Minuten) nach der oralen Glukosedosis mit einem indirekten Kalorimeter (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA) gemessen. Die Beurteilung der Körperzusammensetzung wird mithilfe der bioelektrischen Impedanzanalyse (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI) durchgeführt. BIA-berechneter Widerstand, Reaktanz und Impedanz durch Anbringen von Elektroden würden am rechten Handgelenk und Knöchel platziert werden. Für jede Person werden drei Messwerte für Widerstand, Reaktanz und Impedanz genommen, dann wird der Mittelwert dieser Messwerte verwendet, um die fettfreie Masse (FFM) und die Fettmasse (FM) zu bestimmen. FFM und FM werden mit dem Softwaresystem des Herstellers (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1) berechnet. Fingerabstrich-Blutzuckerproben werden zu Beginn und stündlich bis zum Ende des Studientages mit einem Glukometer (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc) bewertet.

Probenentnahme und -analyse: Atemproben werden unter Verwendung von Atembeuteln (Einweg-Sammelbeutel, EasySampler System, QuinTron Instrument Company, Inc. Milwaukee, WI) in Exetainer®-Einwegröhrchen aus Glas (Labco Limited, Buckinghamshire, UK) unter Verwendung eines Sammelmechanismus gesammelt die das Entfernen von totem Luftraum ermöglicht. Die Atemanreicherung von 13CO2 wird mit einem Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (IRMS) gemessen.

Statistische Analyse Subjektmerkmale werden als Mittelwert (SD) ausgedrückt. Die Oxidation von 13C-Glucose als 13CO2 wird das primäre gemessene Ergebnis sein, da dies die Oxidationskapazität des gesamten Körpers für Glukose am besten beschreibt. Die Fläche unter der Kurve (AUC) für die 13CO2-Oxidation jedes Probanden von t0 bis t240, die Zeit bis zum Erreichen der maximalen 13CO2-Oxidation (tmax) und die maximale Spitzenanreicherung bei der 13CO2-Oxidation (Cmax) werden berechnet. Eine Messwiederholungsanalyse unter Verwendung einer eingeschränkten Maximum-Likelihood-Schätzung wird verwendet, um die geschätzten Parameter mit dem MIXED-Verfahren unter Verwendung der SAS-Software (SAS/STAT; Version 9.2) zu erhalten. Ein gepaarter t-Test wird verwendet, um die 13CO2-Oxidation zu jedem Zeitpunkt ohne und mit U-13C-Glucose zu vergleichen. Alle Werte werden für einzelne Probanden präsentiert und die Signifikanz wird auf P < 0,05 gesetzt. Die statistische Analyse wird mit GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA) durchgeführt.

Experiment 2 – Minimal invasiver 13C-Glukose-Atemtest zur Messung der Nutzung verschiedener exogener Kohlenhydratquellen bei gesunden Kontrollpersonen und Probanden mit Glykogenspeicherkrankheit Typ I 19-35 Jahre) werden viermal 13C-GBT unterzogen. Dann werden 3 Kinder und 5 Erwachsene mit GSD I in 4 separaten Studientagen aus unserer Stoffwechselklinik für Kinder und Erwachsene am BC Children's bzw. Vancouver General Hospital rekrutiert (wenn die Rekrutierung eine Herausforderung darstellt, planen wir, uns an Kliniken in ganz Kanada zu wenden). Nach dem Fasten (~ 4 h für gesunde Kontrollen und 2 h für GSD I) erhalten die Probanden am Studientag 1 – UCCS (2 g/kg/Tag), am Studientag 2 – U-13C-Glucose (75 mg für Erwachsene; 1.5 mg/kg für Kinder) (99 Atom-% 13C-Anreicherung, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) mit UCCS (2 g/kg/Tag), Studientag 3 – die Wachsmais-Maisstärke mit verlängerter Freisetzung Glycosade® (2 g/ kg/Tag) (Vitaflo International Ltd, Liverpool, England) und am Studientag 4-U-13C-Glucose (75 mg für Erwachsene; 1,5 mg/kg für Kinder) mit Glycosade® (2 g/kg/Tag) gelöst in sterilem Wasser. An jedem Studientag werden 240 Minuten lang alle 20 Minuten Atemproben entnommen. Die Rate der CO2-Produktion wird 120 Minuten nach der oralen Gabe mittels indirekter Kalorimetrie gemessen. Der Blutzucker wird mit einem Glukometer gemessen, und Blutproben aus der Fingerkuppe werden zu Beginn und stündlich bis zum Ende des Studientages bewertet. Der Prozentsatz der ausgeatmeten Testkohlenhydrate als 13CO2 wird über einen Zeitraum von 4 Stunden gemessen.

Statistische Analyse Subjektmerkmale werden als Mittelwert (SD) ausgedrückt. Die Oxidation von 13C-Glucose als 13CO2 wird das primäre gemessene Ergebnis sein, da dies die Oxidationskapazität des gesamten Körpers für Glukose am besten beschreibt. Die Fläche unter der Kurve (AUC) für die 13CO2-Oxidation jedes Probanden von t0 bis t240, die Zeit bis zum Erreichen der maximalen 13CO2-Oxidation (tmax) und die maximale Spitzenanreicherung bei der 13CO2-Oxidation (Cmax) werden für UCCS und Glycosade® berechnet. Die aus den Kohlenhydratquellen erhaltenen Werte werden unter Verwendung eines zweiseitigen gepaarten t-Tests verglichen. Die Signifikanz wird auf P < 0,05 eingestellt.

Die statistische Analyse wird mit GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA) durchgeführt.