Omeostasi e cinetica dello zinco nei bambini con fibrosi cistica (FC)

La carenza di zinco manifesta si presenta con le caratteristiche dell'acrodermatite enteropatica (AE) tra cui diarrea, dermatite, ritardo della crescita e scarsa funzione immunitaria. L'AE è stata descritta come una complicazione della fibrosi cistica e può essere la caratteristica di presentazione iniziale. Poiché l'AE non è quasi mai stato descritto in soggetti altrimenti sani che consumano diete auto-selezionate, ciò suggerisce che nella FC può verificarsi un profondo disturbo nel metabolismo dello zinco, sia nell'assorbimento che nell'escrezione.

Pochi studi hanno misurato l'assorbimento di zinco nei bambini con FC. Quelli che hanno dimostrato riduzioni significative dell'assorbimento dello zinco nei soggetti CF con insufficienza pancreatica con un aumento significativo dell'assorbimento dello zinco con la sostituzione degli enzimi pancreatici. Tuttavia, il metabolismo dello zinco è mantenuto dai cambiamenti nell'assorbimento frazionato dello zinco e dalle perdite di zinco nel tratto gastrointestinale (escrezione fecale endogena di zinco). Di questi due meccanismi, i cambiamenti nell'escrezione fecale endogena di zinco sembrano essere i più importanti. Ad oggi, solo uno studio ha misurato l'escrezione endogena di zinco fecale in soggetti con FC. Kreb et al. ha studiato 15 neonati, di età inferiore a 4 mesi, con nuova diagnosi di FC. Hanno scoperto che tutti i neonati avevano un bilancio di zinco negativo e che l'escrezione endogena di zinco fecale era significativamente correlata con il grado di malassorbimento dei grassi. Questi risultati sono difficili da interpretare in quanto non è stato studiato alcun gruppo di controllo e vi sono pochi dati pubblicati sull'assorbimento di zinco nei bambini sani di questa età e nessun dato sull'escrezione endogena di zinco nelle feci.

Chiaramente, è necessaria una migliore misura dello stato di zinco per comprendere appieno l'importanza della carenza di zinco nella FC e la relazione tra malassorbimento dei grassi e bilancio di zinco. In passato, abbiamo utilizzato nuovi modelli multicompartimentali basati su isotopi stabili per studiare lo stato dello zinco in stati sani e malati. Questi si sono dimostrati in grado di rilevare i cambiamenti nel metabolismo dello zinco in due paradigmi sperimentali di carenza di zinco, anche prima che lo zinco plasmatico diventi anormale.

Ipotizziamo che,

1. I bambini con FC avranno uno stato di zinco peggiore, un minore assorbimento frazionato di zinco, una maggiore escrezione di zinco fecale endogeno e un bilancio di zinco più scarso rispetto ai controlli di pari età.
2. Nei bambini con FC, l'escrezione fecale endogena di zinco sarà significativamente correlata positivamente e l'assorbimento di zinco e il bilancio dello zinco saranno significativamente correlati negativamente con l'escrezione di grasso fecale.
3. Dopo due mesi di integrazione di zinco con 20 mg/die di zinco come acetato di zinco, i bambini con FC avranno uno stato di zinco, un assorbimento frazionato di zinco, un'escrezione fecale endogena di zinco e un bilancio di zinco simili a quelli dei controlli di pari età.
4. Due mesi di supplementazione di zinco non influiranno sullo stato del ferro (emoglobina, ferritina sierica, recettori della transferrina sierica) o sullo stato del rame (rame sierico, ceruloplasmina, rame/zinco superossido dismutasi).

Ventiquattro bambini con FC di età compresa tra 8 e 14 anni saranno reclutati dalla Cystic Fibrosis Clinic del Texas Children's Hospital. I bambini saranno considerati idonei se hanno una diagnosi di FC, pesano più di 25 kg, hanno una diagnosi clinica di insufficienza pancreatica che richiede la sostituzione degli enzimi pancreatici e hanno una storia di buona compliance con le terapie mediche. I soggetti saranno considerati non idonei se hanno subito un intervento chirurgico al tratto gastrointestinale (GI), hanno una disfunzione endocrina pancreatica o stanno assumendo più di 10 mg/giorno di integratori di zinco. Lo studio sarà spiegato ai soggetti e ai loro genitori. Il consenso informato scritto sarà ottenuto dai genitori e il consenso scritto o il consenso (a seconda dell'età) dai soggetti.

Dopo aver ottenuto il consenso, un dietologo registrato utilizzerà un questionario sulla frequenza alimentare per valutare l'assunzione abituale di zinco del bambino. Verranno forniti consigli su come seguire una dieta sana ed equilibrata che soddisfi la dose giornaliera raccomandata (RDA) di zinco e altri minerali essenziali. Ad eccezione di questo consiglio dietetico, non verrà effettuato nessun altro intervento dietetico.

Dodici bambini sani di età compresa tra gli 8 ei 14 anni saranno reclutati tramite pubblicità pubblica, contatti locali e passaparola. Saranno eleggibili per lo studio se hanno età, sesso ed etnia simili ai soggetti CF. Il consenso informato e l'assenso saranno ottenuti nello stesso modo dei bambini CF e verranno forniti gli stessi consigli e indicazioni dietetiche.

I bambini con FC saranno randomizzati a ricevere un supplemento di zinco di 20 mg/die come acetato di zinco o un placebo apparentemente identico. La randomizzazione sarà stratificata per genere e per etnia. Le tabelle di randomizzazione saranno mantenute dall'Investigation Pharmacy Service presso il Texas Children's Hospital. Una volta ottenuto il consenso, verrà contattato il servizio di farmacia investigativa che randomizzerà i bambini a ricevere una delle due soluzioni apparentemente identiche: una contenente 10 mg/mL di zinco elementare come acetato di zinco e una come placebo. I soggetti, i loro genitori e gli investigatori saranno ciechi su quale soluzione il bambino è stato randomizzato a ricevere.

I bambini saranno ammessi al Centro di ricerca clinica generale dopo un digiuno notturno. Verrà applicata una crema anestetica locale sulle vene nella fossa antecubitale. Il sangue, 10-15 ml, verrà prelevato per le indagini di laboratorio di base, tra cui emocromo completo, test di funzionalità epatica, zinco plasmatico, ferritina sierica, concentrazione del recettore della transferrina sierica, rame sierico, ceruloplasmina sierica ed eritrociti cU/Zn-superossido dismutasi. Dopo che il sangue è stato prelevato, ai soggetti verrà fornito il loro primo flacone di soluzione di zinco o placebo. Verranno istruiti a prendere 1 ml della soluzione due volte al giorno per due mesi. Saranno fornite nuove forniture della soluzione di zinco o placebo come richiesto durante lo studio. Tutti i flaconi usati o parzialmente usati saranno restituiti al Servizio di Farmacia Investigativa e l'importo prelevato sarà calcolato in base alla variazione di peso del flacone.

Dopo aver consumato il placebo o la soluzione di zinco per due mesi, i bambini con FC saranno ammessi al Centro di ricerca clinica generale dopo un digiuno notturno. Ai soggetti verrà chiesto di svuotare la vescica. Un catetere endovenoso con blocco dell'eparina verrà inserito in una vena nella fossa antecubitale o nel dorso della mano e verrà prelevato un campione di sangue di base per le chimiche del siero.

Ai soggetti verrà somministrata una colazione contenente circa 3 mg di zinco, inclusi 120 ml di succo d'arancia a cui erano stati aggiunti 2 mg di zinco-67 18-24 ore prima. Immediatamente dopo la colazione, 0,5 mg di zinco-70 verranno infusi mediante venipuntura dell'altro braccio per 30-60 secondi e il set di infusione a farfalla verrà lavato con 5 ml di soluzione fisiologica normale.

I campioni di sangue verranno prelevati dal catetere di blocco dell'eparina 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60, 120 e 180 minuti dopo la somministrazione endovenosa dell'isotopo di zinco. Ulteriori campioni di sangue verranno prelevati mediante prelievo venoso 24, 72 e 120 ore dopo la somministrazione dell'isotopo per via endovenosa. Questi campioni di sangue saranno anticoagulati in provette di eparina di ammonio senza zinco certificate (Monvette 9ml AH, Sarstedt Inc., Newton, NC). Il plasma sarà separato mediante centrifugazione e conservato a -80°C in attesa dell'analisi. Durante lo studio metabolico verrà effettuata una raccolta completa di urine e feci. I campioni di urina saranno raccolti in aliquote di 8 ore e tutte le feci prelevate saranno raccolte individualmente. I campioni di urina e feci saranno conservati a -20°C in attesa dell'analisi.

I bambini di controllo saranno studiati esattamente nello stesso modo, circa 2 mesi dopo il prelievo del sangue al basale.

L'ipotesi principale è che i bambini con FC avranno un minore assorbimento di zinco frazionato, una maggiore escrezione endogena di zinco nelle feci, un bilancio di zinco più scarso e uno stato di zinco peggiore rispetto ai controlli di pari età. Questo sarà valutato utilizzando ANOVA. Se questo suggerisce un effetto "di gruppo" significativo, i test post-hoc saranno eseguiti utilizzando il test di Tukey-Kramer. Il parametro cinetico utilizzato per valutare lo stato dello zinco sarà k(2,1) in quanto questo ha mostrato il più grande cambiamento in risposta alla carenza di zinco, nei nostri studi precedenti. Questa analisi verificherà entrambe le ipotesi 1 e 3 (vedi sopra). Se esistono differenze significative di età, peso, ecc. tra i gruppi, questo sarà statisticamente corretto per l'utilizzo di ANCOVA. I dati saranno analizzati per l'intera popolazione in studio e solo per i bambini CF con insufficienza pancreatica. Lo studio è progettato per avere una capacità dell'80% di rilevare i cambiamenti in k(2,1) solo tra i due gruppi di bambini affetti da insufficienza pancreatica.

La relazione tra il grasso fecale e l'escrezione endogena di zinco fecale e il bilancio di zinco (ipotesi 2) saranno valutati mediante analisi di regressione semplice e multipla. L'effetto dell'integrazione di zinco sullo stato di ferro e rame sarà esaminato utilizzando un t-test su 2 campioni, confrontando i bambini CF con integrazione di zinco, con quelli che non hanno ricevuto l'integrazione di zinco.