Glycogeenstapelingsziekte Ademtestonderzoek

Doel: Glycogeenstapelingsziekte type I (GSD I), ook bekend als de ziekte van Von Gierke, wordt veroorzaakt door een tekort aan het enzym glucose-6-fosfatase (G6Pase) en treft wereldwijd 1:100.000 geboorten. Daarom resulteert een tekort aan dit enzym in ophoping van glycogeen in de lever en onvoldoende productie van glucose, wat leidt tot nuchtere hypoglykemie. Dieetbehandeling voor GSD I is gebaseerd op het verstrekken van complexe koolhydraten met kleine frequente maaltijden en het gebruik van ongekookt maïszetmeel (UCCS). Glycosade® (gemodificeerd maïszetmeel) is veelbelovend gebleken bij het handhaven van normale bloedglucoseconcentraties bij proefpersonen met GSD I. Het primaire dilemma bij de dieetbehandeling van GSD I is echter de keuze van de exogene koolhydraatbronnen om een ​​gewenste metabole controle te bereiken en hypoglykemie te voorkomen. Bovendien waren de eerdere onderzoeken invasief, waarvoor verschillende bloedmonsters nodig waren, lange studiedagen (~10 uur) en konden geen mechanistische details van het glucosemetabolisme bij proefpersonen met GSD I worden geboden. Er is dus behoefte aan de ontwikkeling van een minimaal invasieve methode om het glucosemetabolisme te onderzoeken en het gebruik van verschillende koolhydraatbronnen rechtstreeks te meten bij proefpersonen met GSD I en gezonde controles. Deze eenvoudige ademtest helpt bij het individualiseren van de behandeling en het afstemmen van de koolhydraatvoorziening bij proefpersonen met GSD I.

Hypothese: 1) Onderzoekers veronderstellen dat de oxidatie van 13CO2 uit U-13C-glucose kan worden gedetecteerd in uitgeademde lucht; en13CO2-oxidatie zal een gevoelige maatstaf zijn om glucose-oxidatie/metabolisme te onderzoeken.

2) Onderzoekers veronderstellen dat 13CO2-oxidatie van Glycosade® een lagere piekverrijking (Cmax) zal hebben in vergelijking met andere koolhydraatbron-UCCS bij patiënten met GSD I en gezonde controles.

Motivering: De moeilijkheid bij de voedingsbehandeling van GSD I is het bepalen van het type koolhydraten dat het beste kan worden gegeven om hypoglykemie te voorkomen. Daarom moeten het glucosemetabolisme en het gebruik van verschillende koolhydraten worden gemeten met behulp van een minimaal invasieve test.

Doelstellingen: 1) Ons eerste doel is om het gebruik van de U-13C-glucose-ademtest (13C-GBT) en de oxidatie ervan tot 13CO2 vast te stellen als een minimaal invasieve techniek om in vivo glucose-oxidatie bij gezonde controles te onderzoeken.

2) Ons tweede doel is het meten van het gebruik van verschillende exogene koolhydraatbronnen: UCCS en de wasachtige maïszetmeel Glycosade® met verlengde afgifte bij gezonde controles en patiënten met GSD I die een minimaal invasieve 13C-GBT gebruiken.

Onderzoeksmethode: Het project bestaat uit twee experimenten.

Experiment 1 - Pilotstudie om het gebruik van U-13C-glucose-ademtest (13C-GBT) bij gezonde controles vast te stellen A. Protocol voor de dag voorafgaand aan de studie Voorafgaand aan de studie zal schriftelijke geïnformeerde toestemming van de deelnemers worden verkregen. Alle deelnemers wordt gevraagd om 's nachts te vasten (~ 12 uur) en wordt gevraagd om naar de Clinical Research and Evaluation Unit te komen voor een voorlopige beoordeling (pre-studiedag) om basisantropometrie (gewicht en lengte), lichaamssamenstelling en rust te meten energieverbruik (REE). Gewicht en lengte worden gemeten met respectievelijk een digitale weegschaal en een stadiometer. REE wordt gemeten door continue indirecte calorimetrie met open circuit (CareFusion Vmax Encore, VIASYS), die vóór gebruik wordt gekalibreerd. Totaal energieverbruik (TEE) en basaal metabolisme (BMR) zijn geassocieerd met vetvrije massa (FFM); daarom zal de lichaamssamenstelling worden bepaald met behulp van bio-elektrische impedantieanalyse (BIA) (Quantum IV RJL-systemen). BIA meet weerstand, reactantie en impedantie door elektroden aan te brengen die op de rechterpols en rechterenkel zijn geplaatst. Voor elke deelnemer worden drie metingen voor weerstand, reactantie en impedantie uitgevoerd - vervolgens wordt het gemiddelde van deze metingen gebruikt om FFM en vetmassa (FM) te bepalen. FFM en FM worden berekend met behulp van het softwaresysteem van de fabrikant (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Tijdens de pre-studiedag zal een algemene vragenlijst worden gebruikt om een ​​duidelijk beeld te krijgen van medische geschiedenis, voedingsstatus, inname van supplementen en fysieke activiteit. Ten slotte zullen driedaagse voedingsregistratiebladen worden uitgedeeld aan de deelnemers om de voedselconsumptie gedurende twee dagen tijdens de week en één dag in het weekend te registreren.

B. Tweedaagse dieetstandaardisatie Gedurende de twee dagen voorafgaand aan het onderzoek zullen de proefpersonen een uitgebalanceerd dieet consumeren dat ten minste 150 g koolhydraten bevat. Dit dieet bestond uit alledaags voedsel, maar er zal een schema aan proefpersonen worden gegeven om ervoor te zorgen dat ze voldoende eten op basis van algemeen gegeten voedsel.

C. Studiedagprotocol Voor pilotstudie ondergaan 10 gezonde volwassenen (19-35 jaar) 13C-GBT-protocollen in twee afzonderlijke studiedagen als proof-of-principle, één keer zonder orale isotopendosis en één keer met orale isotopendosis (U -13C-glucose), elke studie gescheiden door ≥ 1 week. Er zullen dus 10 gezonde volwassenen worden bestudeerd voor een totaal van n = 20 studies. Na het verkrijgen van geïnformeerde toestemming van de proefpersoon, wordt de proefpersoon ingeschreven in het onderzoek. De deelnemer arriveert voor de studiedag na vasten (~ 4 uur) om metingen te standaardiseren bij de Clinical Research and Evaluation Unit (CREU) in het BC Children's Hospital. Fundamentele antropometrische metingen (lichaamsgewicht en lengte) zullen worden verzameld en er zal een korte studiedagvragenlijst worden afgenomen om informatie te verzamelen over medische, dieet- en lichamelijke activiteitsgeschiedenis. 2 Baseline ademmonsters zullen worden verzameld om de natuurlijke achtergrond 13C-abundantie te bepalen. Proefpersonen krijgen op studiedag 1 glucose (75 g/dag) opgelost in steriel water, studiedag 2 U-13C-glucose (75 mg/dag) (99 atom% 13C verrijking, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) met glucose (75 g/dag) opgelost in steriel water.

Proefpersonen blijven vasten en rusten in CREU gedurende de gehele periode van het onderzoek om variabiliteit in CO2-productie te elimineren. Ademmonsters in viervoud worden verzameld op 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 en 240 minuten na orale toediening van glucose. Tijdens het studiebezoek wordt de snelheid van de kooldioxideproductie (VCO2) gemeten gedurende 20 minuten, twee uur (120 minuten) na de orale glucosedosis met behulp van een indirecte calorimeter (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA). De lichaamssamenstelling wordt beoordeeld met behulp van de bio-elektrische impedantieanalyse (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI). BIA berekende weerstand, reactantie en impedantie door het aanbrengen van elektroden op de rechter pols en enkel. Voor elke proefpersoon worden drie metingen van weerstand, reactantie en impedantie uitgevoerd, waarna het gemiddelde van deze metingen wordt gebruikt om de vetvrije massa (FFM) en de vetmassa (FM) te bepalen. FFM en FM worden berekend met behulp van het softwaresysteem van de fabrikant (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Bloedglucosemonsters met een vingerprik worden aan het begin en elk uur tot het einde van de studiedag beoordeeld met behulp van een glucometer (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc).

Monsterafname en -analyse: Ademmonsters worden verzameld met behulp van ademzakken (opvangzakken voor eenmalig gebruik, EasySampler System, QuinTron Instrument Company, Inc. Milwaukee, WI) in glazen Exetainer®-buisjes voor eenmalig gebruik (Labco Limited, Buckinghamshire, VK) met behulp van een verzamelmechanisme waarmee dode luchtruimte kan worden verwijderd. De ademverrijking van 13CO2 wordt gemeten met behulp van een isotoopverhouding massaspectrometer (IRMS).

Statistische analyse Onderwerpkenmerken worden uitgedrukt als het gemiddelde (SD). 13C-glucose-oxidatie als 13CO2 zal het primaire gemeten resultaat zijn, aangezien dit het beste de oxidatiecapaciteit van het hele lichaam voor glucose beschrijft. De oppervlakte onder de curve (AUC) voor de 13CO2-oxidatie van elke proefpersoon van t0 tot t240, de tijd om de maximale 13CO2-oxidatie (tmax) te bereiken en de maximale piekverrijking in 13CO2-oxidatie (Cmax) worden berekend. Een analyse van herhaalde metingen met behulp van beperkte maximale waarschijnlijkheidsschatting zal worden gebruikt om de geschatte parameters te verkrijgen met de MIXED-procedure met behulp van SAS-software (SAS/STAT; versie 9.2). Een gepaarde t-test zal worden gebruikt om de 13CO2-oxidatie op elk tijdstip zonder en met U-13C-glucose te vergelijken. Alle waarden worden gepresenteerd voor individuele proefpersonen en de significantie is vastgesteld op P<0,05. Statistische analyse zal worden uitgevoerd met behulp van GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).

Experiment 2 - Minimaal invasieve 13C-glucose-ademtest om het gebruik van verschillende exogene koolhydraatbronnen te meten bij gezonde controlepersonen en proefpersonen met glycogeenstapelingsziekte type I Voor de eerste reeks onderzoeken, 10 gezonde kinderen (5-18 jaar) en 10 gezonde volwassenen ( 19-35 j) ondergaan vier keer 13C-GBT. Vervolgens zullen 3 kinderen en 5 volwassenen met GSD I worden gerekruteerd in 4 afzonderlijke studiedagen uit onze metabole kliniek voor kinderen en volwassenen in respectievelijk BC Children's en Vancouver General Hospital (als rekrutering een uitdaging is, zijn we van plan om klinieken in heel Canada te benaderen). Na vasten (~ 4 uur voor gezonde controles en 2 uur voor GSD I) krijgen proefpersonen op studiedag 1-UCCS (2 g/kg/dag), studiedag 2-U-13C-glucose (75 mg voor volwassenen; 1,5 mg/kg voor kinderen) (99 atoom% 13C-verrijking, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) met UCCS (2 g/kg/dag), studiedag 3 - de verlengde afgifte wasachtig maïszetmeel Glycosade® (2 g/ kg/dag) (Vitaflo International Ltd, Liverpool, Engeland), en op studiedag 4-U-13C-glucose (75 mg voor volwassenen; 1,5 mg/kg voor kinderen) met Glycosade® (2 g/kg/dag) opgelost in steriel water. Op elke studiedag worden gedurende 240 minuten om de 20 minuten ademmonsters genomen. De snelheid van de CO2-productie wordt 120 minuten na de orale dosis gemeten met behulp van indirecte calorimetrie. Bloedglucose wordt gemeten met behulp van een glucometer en bloedmonsters worden met een vingerprik beoordeeld aan het begin en elk uur tot het einde van de studiedag. Het percentage uitgeademde testkoolhydraten, als 13CO2, wordt gemeten over een periode van 4 uur.

Statistische analyse Onderwerpkenmerken worden uitgedrukt als het gemiddelde (SD). 13C-glucose-oxidatie als 13CO2 zal het primaire gemeten resultaat zijn, aangezien dit het beste de oxidatiecapaciteit van het hele lichaam voor glucose beschrijft. De oppervlakte onder de curve (AUC) voor de 13CO2-oxidatie van elke proefpersoon van t0 tot t240, de tijd om de maximale 13CO2-oxidatie (tmax) te bereiken en de maximale piekverrijking in 13CO2-oxidatie (Cmax) worden berekend voor UCCS en Glycosade®. De waarden verkregen uit de koolhydraatbronnen zullen worden vergeleken met behulp van een tweezijdige gepaarde t-toets. De significantie wordt ingesteld op P<0,05.

Statistische analyse zal worden uitgevoerd met behulp van GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).