Zinkhomeostase en kinetiek bij kinderen met cystic fibrosis (CF)

Openlijke zinkdeficiëntie presenteert zich met kenmerken van acrodermatitis enteropathica (AE), waaronder diarree, dermatitis, groeiachterstand en een slechte immuunfunctie. AE is beschreven als een complicatie van cystische fibrose en kan het eerste kenmerk zijn. Aangezien AE bijna nooit is beschreven bij verder gezonde proefpersonen die zelfgekozen diëten consumeren, suggereert dit dat een ernstige verstoring van het zinkmetabolisme, hetzij in absorptie of excretie, kan optreden bij CF.

Er zijn maar weinig studies die de zinkabsorptie bij kinderen met CF hebben gemeten. Degenen die een significante vermindering van de zinkabsorptie hebben aangetoond bij CF-patiënten met pancreasinsufficiëntie met een significante toename van de zinkabsorptie met vervanging van pancreasenzymen. Het zinkmetabolisme wordt echter in stand gehouden door veranderingen in fractionele zinkabsorptie en zinkverliezen in het maagdarmkanaal (endogene fecale zinkuitscheiding). Van deze twee mechanismen lijken veranderingen in de endogene fecale zinkuitscheiding de belangrijkste te zijn. Tot op heden heeft slechts één studie de endogene fecale zinkuitscheiding gemeten bij personen met CF. Krebs et al. bestudeerde 15 baby's, jonger dan 4 maanden, nieuw gediagnosticeerd met CF. Ze ontdekten dat alle baby's een negatieve zinkbalans hadden en dat endogene fecale zinkuitscheiding significant gecorreleerd was met de mate van vetmalabsorptie. Deze resultaten zijn moeilijk te interpreteren omdat er geen controlegroep is onderzocht en er weinig gepubliceerde gegevens zijn over zinkabsorptie bij gezonde zuigelingen van deze leeftijd, en er zijn geen gegevens over endogene fecale zinkuitscheiding.

Het is duidelijk dat een betere meting van de zinkstatus nodig is om het belang van zinktekort bij CF en de relatie tussen vetmalabsorptie en zinkbalans volledig te begrijpen. In het verleden hebben we nieuwe, op stabiele isotopen gebaseerde multicompartimentele modellen gebruikt om de zinkstatus in gezonde en zieke toestanden te bestuderen. Deze zijn in staat gebleken veranderingen in het zinkmetabolisme te detecteren in twee experimentele paradigma's van zinktekort, zelfs voordat het plasmazink abnormaal wordt.

We veronderstellen dat,

1. Kinderen met CF zullen een slechtere zinkstatus, lagere fractionele zinkabsorptie, verhoogde endogene fecale zinkexcretie en slechtere zinkbalans hebben dan controles van dezelfde leeftijd.
2. Bij kinderen met CF zal endogene fecale zinkexcretie significant positief gecorreleerd zijn, en zinkabsorptie en zinkbalans significant negatief gecorreleerd met fecale vetexcretie.
3. Na twee maanden zinksuppletie met 20 mg/d zink als zinkacetaat, zullen kinderen met CF een vergelijkbare zinkstatus, fractionele zinkabsorptie, endogene fecale zinkuitscheiding en zinkbalans hebben als leeftijdsafhankelijke controles.
4. Twee maanden zinksuppletie heeft geen invloed op de ijzerstatus (hemoglobine, serumferritine, serumtransferrinereceptoren) of koperstatus (serumkoper, ceruloplasmine, koper/zinksuperoxidedismutase).

Vierentwintig kinderen met CF in de leeftijd van 8-14 jaar zullen worden gerekruteerd uit de Cystic Fibrosis Clinic in het Texas Children's Hospital. Kinderen komen in aanmerking als ze de diagnose CF hebben, meer dan 25 kg wegen, een klinische diagnose hebben van pancreasinsufficiëntie die vervanging van pancreasenzymen vereist, en een voorgeschiedenis hebben van goede therapietrouw. Proefpersonen komen niet in aanmerking als ze een operatie aan het maagdarmkanaal (GI) hebben ondergaan, een endocriene disfunctie van de pancreas hebben of meer dan 10 mg/dag zinksupplementen gebruiken. Het onderzoek wordt uitgelegd aan de proefpersonen en hun ouders. Geïnformeerde schriftelijke toestemming zal worden verkregen van de ouders, en schriftelijke toestemming of instemming (afhankelijk van de leeftijd) van de proefpersonen.

Nadat toestemming is verkregen, zal een geregistreerde diëtist een vragenlijst over de voedselfrequentie gebruiken om de gebruikelijke zinkinname van het kind te beoordelen. Er wordt advies gegeven over hoe u een gezond, uitgebalanceerd dieet kunt volgen dat moet voldoen aan de aanbevolen dagelijkse hoeveelheid (ADH) voor zink en andere essentiële mineralen. Behalve dit dieetadvies worden er geen andere dieetinterventies uitgevoerd.

Twaalf gezonde kinderen van 8-14 jaar oud zullen worden geworven via openbare advertenties, lokale contacten en via mond-tot-mondreclame. Ze komen in aanmerking voor het onderzoek als ze qua leeftijd, geslacht en etniciteit vergelijkbaar zijn met de CF-proefpersonen. Geïnformeerde toestemming en instemming zullen op dezelfde manier worden verkregen als voor de CF-kinderen, en hetzelfde voedingsadvies en begeleiding worden gegeven.

De kinderen met CF zullen gerandomiseerd worden om een ​​zinksupplement van 20 mg/dag als zinkacetaat of een identiek lijkende placebo te krijgen. Randomisatie zal worden gestratificeerd naar geslacht en etniciteit. Randomisatietabellen worden bijgehouden door de Investigation Pharmacy Service in het Texas Children's Hospital. Zodra toestemming is verkregen, zal contact worden opgenomen met de Onderzoeksapotheek en zullen de kinderen willekeurig worden ingedeeld om een ​​van de twee identiek ogende oplossingen te krijgen - een met 10 mg/ml elementair zink als zinkacetaat en een als placebo. De proefpersonen, hun ouders en de onderzoekers zullen blind zijn voor welke oplossing het kind willekeurig is toegewezen om te ontvangen.

Kinderen worden na een nacht vasten opgenomen in het Algemeen Klinisch Onderzoekscentrum. Een plaatselijke verdovingscrème zal worden aangebracht op aders in de antecubitale fossa. Bloed, 10-15 ml, zal worden afgenomen voor baseline laboratoriumonderzoeken, waaronder een volledig bloedbeeld, leverfunctietest, plasmazink, serumferritine, serumtransferrinereceptorconcentratie, serumkoper, serumceruloplasmine en erytrocyten cU/Zn-superoxidedismutase. Nadat het bloed is afgenomen, krijgen proefpersonen hun eerste fles zinkoplossing of placebo. Ze krijgen de instructie om gedurende twee maanden tweemaal daags 1 ml van de oplossing in te nemen. Nieuwe leveringen van de zink- of placebo-oplossing zullen tijdens het onderzoek naar behoefte worden verstrekt. Alle gebruikte of gedeeltelijk gebruikte flessen worden geretourneerd aan de Onderzoeksapotheek en de afgenomen hoeveelheid wordt berekend op basis van de verandering in het gewicht van de fles.

Na twee maanden de placebo- of zinkoplossing te hebben ingenomen, worden kinderen met CF na een nacht vasten opgenomen in het General Clinical Research Center. Proefpersonen wordt gevraagd hun blaas te legen. Een intraveneuze heparine-lock-katheter wordt ingebracht in een ader in de antecubitale fossa of de dorsale zijde van de hand en er wordt een bloedmonster afgenomen voor serumchemie.

De proefpersonen krijgen een ontbijt met ongeveer 3 mg zink, inclusief 120 ml sinaasappelsap waaraan 18-24 uur eerder 2 mg zink-67 was toegevoegd. Onmiddellijk na het ontbijt wordt 0,5 mg zink-70 geïnfundeerd door venapunctie van de andere arm gedurende 30-60 seconden, en de vlinderinfusieset wordt gespoeld met 5 ml normale zoutoplossing.

Bloedmonsters worden genomen uit de heparine-slotkatheter 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60, 120 en 180 minuten nadat de intraveneuze zinkisotoop is gegeven. Verdere bloedmonsters zullen worden afgenomen door venapunctie 24, 72 en 120 uur nadat de intraveneuze isotoop is gegeven. Deze bloedmonsters worden ontstold in gecertificeerde zinkvrije ammoniumheparinebuisjes (Monvette 9 ml AH, Sarstedt Inc., Newton, NC). Plasma wordt gescheiden door centrifugeren en bewaard bij -80°C in afwachting van analyse. Tijdens het metabole onderzoek zal een volledige urine- en fecale verzameling worden gemaakt. Urinemonsters worden verzameld in aliquots van 8 uur en alle gepasseerde ontlasting wordt afzonderlijk verzameld. Urine- en ontlastingsmonsters worden bewaard bij -20°C in afwachting van analyse.

Controlekinderen zullen op precies dezelfde manier worden onderzocht, ongeveer 2 maanden nadat de basislijnbloedingen waren afgenomen.

De primaire hypothese is dat kinderen met CF een lagere fractionele zinkabsorptie, een verhoogde endogene fecale zinkexcretie, een slechtere zinkbalans en een slechtere zinkstatus zullen hebben dan controles van dezelfde leeftijd. Dit wordt beoordeeld met behulp van ANOVA. Als dit een significant "groeps" -effect suggereert, wordt post-hoc getest met behulp van de Tukey-Kramer-test. De kinetische parameter die wordt gebruikt om de zinkstatus te beoordelen, is k (2,1), aangezien dit de grootste verandering in reactie op zinktekort liet zien in onze eerdere studies. Deze analyse zal zowel hypothese 1 als 3 testen (zie hierboven). Mochten er significante verschillen zijn in leeftijd, gewicht etc. tussen de groepen, dan wordt dit statistisch gecorrigeerd voor het gebruik van ANCOVA. De gegevens zullen worden geanalyseerd voor de gehele onderzoekspopulatie en alleen voor de CF-kinderen met pancreasinsufficiëntie. De studie is ontworpen om een ​​80% power te hebben voor het detecteren van veranderingen in k(2,1) tussen de twee groepen kinderen met pancreas-insufficiënte CF alleen.

De relatie tussen fecaal vet en endogene fecale zinkexcretie, en de zinkbalans (hypothese 2), zal worden beoordeeld met behulp van eenvoudige en meervoudige regressieanalyse. Het effect van zinksuppletie op de ijzer- en koperstatus zal worden onderzocht met behulp van een 2-sample t-test, waarbij CF-kinderen met zinksuppletie worden vergeleken met degenen die geen zinksuppletie kregen.