Studio sul test respiratorio per la malattia da accumulo di glicogeno

Scopo: la malattia da accumulo di glicogeno di tipo I (GSD I), nota anche come malattia di Von Gierke, è causata dalla carenza dell'enzima glucosio-6-fosfatasi (G6Pasi) che colpisce 1:100.000 nascite in tutto il mondo. Pertanto, la carenza di questo enzima provoca l'accumulo di glicogeno nel fegato e una produzione inadeguata di glucosio che porta all'ipoglicemia a digiuno. Il trattamento dietetico per la GSD I si basa sulla fornitura di carboidrati complessi con piccoli pasti frequenti e sull'uso di amido di mais crudo (UCCS). Glycosade® (amido di mais modificato) ha mostrato risultati promettenti nel mantenere normali concentrazioni di glucosio nel sangue in soggetti con GSD I. Tuttavia, il dilemma principale nel trattamento dietetico della GSD I è la scelta delle fonti esogene di carboidrati per ottenere un controllo metabolico desiderabile e prevenire l'ipoglicemia. Inoltre, gli studi precedenti erano invasivi, il che richiedeva diversi campioni di sangue, lunghi giorni di studio (~ 10 ore) e non potevano offrire dettagli meccanicistici del metabolismo del glucosio nei soggetti con GSD I. Pertanto, è necessario sviluppare un metodo minimamente invasivo metodo per esaminare il metabolismo del glucosio e misurare l'utilizzo di diverse fonti di carboidrati direttamente in soggetti con GSD I e controlli sani. Questo semplice test del respiro aiuterà a personalizzare il trattamento e a personalizzare l'apporto di carboidrati nei soggetti con GSD I.

Ipotesi: 1) Gli investigatori ipotizzano che l'ossidazione di 13CO2 da U-13C-glucosio possa essere rilevata nell'aria espirata; e13L'ossidazione della CO2 sarà una misura sensibile per esaminare l'ossidazione/metabolismo del glucosio.

2) I ricercatori ipotizzano che l'ossidazione di 13CO2 da Glycosade® avrà un arricchimento di picco inferiore (Cmax) rispetto ad altre fonti di carboidrati UCCS in pazienti con GSD I e controlli sani.

Giustificazione: la difficoltà nel trattamento nutrizionale della GSD I è determinare il miglior tipo di carboidrati da somministrare per evitare l'ipoglicemia. Pertanto il metabolismo del glucosio e l'utilizzo di diversi carboidrati devono essere misurati utilizzando test minimamente invasivi.

Obiettivi: 1) Il nostro primo obiettivo è stabilire l'uso del breath test U-13C-glucosio (13C-GBT) e la sua ossidazione a 13CO2 come tecnica minimamente invasiva per esaminare l'ossidazione del glucosio in vivo in controlli sani.

2) Il nostro secondo obiettivo è misurare l'utilizzo di diverse fonti esogene di carboidrati: UCCS e l'amido di mais ceroso a rilascio prolungato Glycosade® in controlli sani e pazienti con GSD I utilizzando un 13C-GBT minimamente invasivo.

Metodo di ricerca: Il progetto consiste in due esperimenti.

Esperimento 1 - Studio pilota per stabilire l'uso dell'U-13C-Glucose Breath Test (13C-GBT) in controlli sani A. Protocollo del giorno pre-studio Il consenso informato scritto sarà ottenuto dai partecipanti prima di partecipare allo studio. A tutti i partecipanti verrà richiesto di digiunare durante la notte (~ 12 ore) e verrà chiesto di recarsi presso l'Unità di ricerca e valutazione clinica per una valutazione preliminare (giorno pre-studio) per misurare l'antropometria di base (peso e altezza), la composizione corporea e il riposo dispendio energetico (REE). Il peso e l'altezza saranno misurati utilizzando rispettivamente una bilancia digitale e uno stadiometro. L'REE sarà misurato mediante calorimetria indiretta continua a circuito aperto (CareFusion Vmax Encore, VIASYS), che sarà calibrata prima dell'uso. Il dispendio energetico totale (TEE) e il metabolismo basale (BMR) sono associati alla massa magra (FFM); pertanto la composizione corporea sarà determinata utilizzando l'analisi dell'impedenza bioelettrica (BIA) (sistemi Quantum IV RJL). La BIA misura la resistenza, la reattanza e l'impedenza mediante l'applicazione di elettrodi posizionati al polso destro e alla caviglia destra. Verranno effettuate tre letture per resistenza, reattanza e impedenza per ciascun partecipante, quindi la media di queste letture verrà utilizzata per determinare FFM e massa grassa (FM). FFM e FM saranno calcolati utilizzando il sistema software del produttore (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Durante la giornata pre-studio verrà utilizzato un questionario generale per dare un'idea chiara della storia medica, dello stato nutrizionale, dell'assunzione di integratori e dell'attività fisica. Infine, ai partecipanti verranno distribuiti fogli di registrazione dietetica di 3 giorni per registrare il consumo di cibo per due giorni durante la settimana e un giorno nel fine settimana.

B. Standardizzazione dietetica di due giorni Durante i due giorni precedenti allo studio, i soggetti consumeranno una dieta equilibrata contenente almeno 150 g di carboidrati. Questa dieta consisteva in alimenti di uso quotidiano, tuttavia ai soggetti verrà fornito uno schema per garantire la sufficienza in base agli alimenti comunemente consumati.

C. Protocollo del giorno di studio Per lo studio pilota, 10 adulti sani (19-35 anni) saranno sottoposti a protocolli 13C-GBT in due giorni di studio separati come prova di principio, una volta senza dose di isotopo orale e una volta con dose di isotopo orale (U -13C-glucosio), ciascuno studio separato da ≥ 1 settimana. Pertanto, 10 adulti sani saranno studiati per un totale di n = 20 studi. Dopo aver ottenuto il consenso informato dal soggetto, il soggetto verrà arruolato nello studio. Il partecipante arriverà per il giorno dello studio dopo il digiuno (~ 4 ore) per standardizzare le misurazioni presso l'Unità di ricerca e valutazione clinica (CREU) presso il BC Children's Hospital. Verranno raccolte le misurazioni antropometriche di base (peso corporeo e altezza) e verrà somministrato un breve questionario della giornata di studio per raccogliere informazioni sulla storia medica, alimentare e sull'attività fisica. Saranno raccolti 2 campioni di respiro basale per determinare l'abbondanza di 13C di fondo naturale. I soggetti riceveranno il giorno dello studio 1 glucosio (75 g/giorno) disciolto in acqua sterile, il giorno dello studio 2 U-13C-glucosio (75 mg/giorno) (99 atomi% di arricchimento 13C, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) con glucosio (75 g/giorno) sciolto in acqua sterile.

I soggetti rimarranno a digiuno ea riposo in CREU per l'intero periodo dello studio per eliminare la variabilità nella produzione di CO2. I campioni di respiro in quadruplicati saranno raccolti a 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 e 240 minuti dopo la somministrazione orale di glucosio. Durante la visita dello studio, il tasso di produzione di anidride carbonica (VCO2) verrà misurato per 20 minuti, due ore (120 minuti) dopo la dose orale di glucosio utilizzando un calorimetro indiretto (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA). La valutazione della composizione corporea sarà eseguita utilizzando l'analisi dell'impedenza bioelettrica (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI). La resistenza, la reattanza e l'impedenza calcolate dalla BIA mediante l'applicazione di elettrodi sarebbero state posizionate al polso e alla caviglia destra. Verranno prese tre letture per resistenza, reattanza e impedenza per ogni soggetto, quindi la media di queste letture verrà utilizzata per determinare la massa magra (FFM) e la massa grassa (FM). FFM e FM saranno calcolati utilizzando il sistema software del produttore (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). I campioni di glucosio nel sangue prelevati dal dito verranno valutati all'inizio e ogni ora fino alla fine della giornata di studio utilizzando il glucometro (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc).

Raccolta e analisi dei campioni: i campioni di respiro verranno raccolti utilizzando sacche per il respiro (sacche di raccolta monouso, sistema EasySampler, QuinTron Instrument Company, Inc. Milwaukee, WI) in provette Exetainer® di vetro monouso (Labco Limited, Buckinghamshire, Regno Unito) utilizzando un meccanismo di raccolta che consente la rimozione dello spazio aereo morto. L'arricchimento del respiro di 13CO2 sarà misurato utilizzando lo spettrometro di massa a rapporto isotopico (IRMS).

Analisi statistica Le caratteristiche del soggetto saranno espresse come media (DS). L'ossidazione del 13C-glucosio come 13CO2 sarà l'esito primario misurato, poiché descrive al meglio la capacità di ossidazione dell'intero corpo per il glucosio. Verranno calcolati l'area sotto la curva (AUC) per l'ossidazione della 13CO2 di ciascun soggetto da t0 a t240, il tempo per raggiungere la massima ossidazione della 13CO2 (tmax) e il picco massimo di arricchimento nell'ossidazione della 13CO2 (Cmax). Un'analisi a misure ripetute utilizzando la stima di massima verosimiglianza ristretta verrà utilizzata per ottenere i parametri stimati con la procedura MIXED utilizzando il software SAS (SAS/STAT; Versione 9.2). Verrà utilizzato un paired t-test per confrontare l'ossidazione di 13CO2 in ogni momento senza e con U-13C-glucosio. Tutti i valori saranno presentati per i singoli soggetti e la significatività è fissata a P<0,05. L'analisi statistica verrà eseguita utilizzando GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).

Esperimento 2 - Breath test minimamente invasivo del 13C-glucosio per misurare l'utilizzo di diverse fonti esogene di carboidrati in controlli sani e soggetti con malattia da accumulo di glicogeno di tipo I Per la serie iniziale di studi, 10 bambini sani (5-18 anni) e 10 adulti sani ( 19-35 y) subirà 13C-GBT quattro volte. Quindi, 3 bambini e 5 adulti con GSD I saranno reclutati in 4 giorni di studio separati dalla nostra clinica metabolica pediatrica e per adulti rispettivamente presso il BC Children's e il Vancouver General Hospital (se il reclutamento è una sfida, prevediamo di rivolgerci alle cliniche in tutto il Canada). Dopo il digiuno (~ 4 h per i controlli sani e 2 h per GSD I) i soggetti riceveranno il giorno 1 dello studio-UCCS (2 g/kg/giorno), il giorno 2 dello studio- U-13C-glucosio (75 mg per gli adulti; 1,5 mg/kg per i bambini) (99 atomi% di arricchimento 13C, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) con UCCS (2 g/kg/giorno), giorno di studio 3- l'amido di mais ceroso a rilascio prolungato Glycosade® (2 g/ kg/giorno) (Vitaflo International Ltd, Liverpool, Inghilterra), e nel giorno dello studio 4-U-13C-glucosio (75 mg per gli adulti; 1,5 mg/kg per i bambini) con Glycosade® (2 g/kg/giorno) disciolto in acqua sterile. In ogni giorno di studio, i campioni di respiro verranno raccolti ogni 20 minuti per 240 minuti. Il tasso di produzione di CO2 sarà misurato a 120 min dopo la dose orale mediante calorimetria indiretta. La glicemia sarà misurata utilizzando il glucometro e i campioni di sangue prelevati dal dito saranno valutati all'inizio e ogni ora fino alla fine della giornata di studio. La percentuale di carboidrati testati espirati, come 13CO2, sarà misurata su un periodo di 4 ore.

Analisi statistica Le caratteristiche del soggetto saranno espresse come media (DS). L'ossidazione del 13C-glucosio come 13CO2 sarà l'esito primario misurato, poiché descrive al meglio la capacità di ossidazione dell'intero corpo per il glucosio. L'area sotto la curva (AUC) per l'ossidazione di 13CO2 di ciascun soggetto da t0 a t240, il tempo per raggiungere la massima ossidazione di 13CO2 (tmax) e il picco massimo di arricchimento nell'ossidazione di 13CO2 (Cmax) saranno calcolati per UCCS e Glycosade®. I valori ottenuti dalle fonti di carboidrati saranno confrontati utilizzando un t-test accoppiato a due code. La significatività sarà fissata a P<0.05.

L'analisi statistica verrà eseguita utilizzando GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).