Glykogenlagringssykdom pusteteststudie

Formål: Glykogenlagringssykdom type I (GSD I), også kjent som Von Gierkes sykdom er forårsaket av mangel på glukose-6-fosfatase (G6Pase) enzym som påvirker 1:100 000 fødsler over hele verden. Derfor resulterer mangel på dette enzymet i akkumulering av glykogen i leveren og utilstrekkelig produksjon av glukose som fører til fastende hypoglykemi. Kostholdsbehandling for GSD I er basert på tilførsel av komplekse karbohydrater med små hyppige måltider, og bruk av ukokt maisstivelse (UCCS). Glycosade® (modifisert maisstivelse) har vist lovende å opprettholde normale blodsukkerkonsentrasjoner hos personer med GSD I. Imidlertid er det primære dilemmaet i kostholdsbehandlingen av GSD I valget av de eksogene karbohydratkildene for å oppnå en ønskelig metabolsk kontroll og forhindre hypoglykemi. I tillegg var de tidligere studiene invasive, noe som krevde flere blodprøver, lange studiedager (~10 timer) og kunne ikke tilby mekanistiske detaljer om glukosemetabolisme hos personer med GSD I. Det er derfor behov for å utvikle en minimalt invasiv metode for å undersøke glukosemetabolisme og måle utnyttelsen av forskjellige karbohydratkilder direkte hos forsøkspersoner med GSD I og friske kontroller. Denne enkle pustetesten vil hjelpe individualisere behandlingen og skreddersy karbohydrattilførselen til personer med GSD I.

Hypotese: 1) Etterforskere antar at oksidasjonen av 13CO2 fra U-13C-glukose kan påvises i utåndet luft; og13CO2-oksidasjon vil være et sensitivt mål for å undersøke glukoseoksidasjon/metabolisme.

2) Etterforskere antar at 13CO2-oksidasjon fra Glycosade® vil ha lavere toppanrikning (Cmax) sammenlignet med andre karbohydratkilder UCCS hos pasienter med GSD I og friske kontroller.

Begrunnelse: Vanskeligheten med ernæringsmessig behandling av GSD I er å bestemme den beste typen karbohydrat som skal gis for å unngå hypoglykemi. Derfor må glukosemetabolismen og bruken av forskjellige karbohydrater måles ved hjelp av minimalt invasive tester.

Mål: 1) Vårt første mål er å etablere bruken av U-13C-glukose-pustetest (13C-GBT) og dens oksidasjon til 13CO2 som en minimalt invasiv teknikk for å undersøke in vivo glukoseoksidasjon hos friske kontroller.

2) Vårt andre mål er å måle bruken av forskjellige eksogene karbohydratkilder: UCCS og utvidet frigivelse voksaktig mais maisstivelse Glycosade® hos friske kontroller og pasienter med GSD I ved bruk av en minimalt invasiv 13C-GBT.

Forskningsmetode: Prosjektet består av to eksperimenter.

Eksperiment 1 - Pilotstudie for å etablere bruken av U-13C-glukosepustetest (13C-GBT) i friske kontroller A. Dagprotokoll før studien. Skriftlig informert samtykke vil bli innhentet fra deltakerne før de deltar i studien. Alle deltakere vil bli bedt om å faste over natten (~ 12 timer) og vil bli bedt om å komme til enheten for klinisk forskning og evaluering for en foreløpig vurdering (forstudiedag) for å måle grunnleggende antropometri (vekt og høyde), kroppssammensetning og hvile energiforbruk (REE). Vekt og høyde vil bli målt ved bruk av henholdsvis en digital vekt og et stadiometer. REE vil bli målt ved kontinuerlig, åpen krets indirekte kalorimetri (CareFusion Vmax Encore, VIASYS), som vil bli kalibrert før bruk. Totalt energiforbruk (TEE) og basal metabolsk hastighet (BMR) er assosiert med fettfri masse (FFM); derfor vil kroppssammensetningen bestemmes ved hjelp av bioelektrisk impedansanalyse (BIA) (Quantum IV RJL-systemer). BIA måler motstand, reaktans og impedans ved å bruke elektroder plassert ved høyre håndledd og høyre ankel. Tre avlesninger for motstand, reaktans og impedans vil bli tatt for hver deltaker - deretter vil gjennomsnittet av disse avlesningene brukes til å bestemme FFM og fettmasse (FM). FFM og FM vil bli beregnet ved hjelp av produsentens programvaresystem (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Et generelt spørreskjema vil bli brukt i løpet av forstudiedagen for å gi en klar idé om sykehistorie, ernæringsstatus, kosttilskuddsinntak og fysisk aktivitet. Til slutt vil 3-dagers kostholdsrekord bli delt ut til deltakerne for å registrere matforbruk for to dager i uken og én dag i helgen.

B. To-dagers kostholdsstandardisering I løpet av de to dagene før studien vil forsøkspersonene innta et balansert kosthold som inneholder minst 150 g karbohydrat. Denne dietten besto av dagligdagse matvarer, men en oversikt vil bli gitt til forsøkspersoner for å sikre tilstrekkelig basert på mat som vanligvis spises.

C. Protokoll for studiedag For pilotstudie vil 10 friske voksne (19-35 år) gjennomgå 13C-GBT-protokoller i to separate studiedager som et bevis på prinsippet, én gang uten oral isotopdose og én gang med oral isotopdose (U -13C-glukose), hver studie atskilt med ≥ 1 uke. Dermed vil 10 friske voksne bli studert for totalt n = 20 studier. Etter å ha innhentet informert samtykke fra forsøkspersonen, vil forsøkspersonen bli registrert i studien. Deltakeren kommer til studiedagen etter faste (~4 timer) for å standardisere målinger ved Clinical Research and Evaluation Unit (CREU) ved BC Children's Hospital. Grunnleggende antropometriske mål (kroppsvekt og høyde) vil bli samlet inn og et kort spørreskjema for studiedager vil bli administrert for å samle informasjon om medisinsk, kosthold og fysisk aktivitetshistorie. 2 baseline pusteprøver vil bli samlet inn for å bestemme naturlig bakgrunn 13C overflod. Forsøkspersonene vil motta på studiedag 1 glukose (75 g/dag) oppløst i sterilt vann, studiedag 2 U-13C-glukose (75 mg/dag) (99 atom% 13C anrikning, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) med glukose (75 g/dag) oppløst i sterilt vann.

Forsøkspersonene vil forbli faste og hvile i CREU i hele studieperioden for å eliminere variasjon i CO2-produksjon. Pusteprøver i fire eksemplarer vil bli samlet inn ved 20,40,60,80,100,120,140,160,180, 200, 220 og 240 minutter etter oral administrering av glukose. Under studiebesøket vil hastigheten på karbondioksidproduksjonen (VCO2) bli målt i 20 minutter, to timer (120 minutter) etter den orale glukosedose ved hjelp av et indirekte kalorimeter (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA). Vurdering av kroppssammensetning vil bli utført ved hjelp av Bioelectrical Impedance Analysis (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI). BIA beregnet motstand, reaktans og impedans ved å påføre elektroder vil bli plassert ved høyre håndledd og ankel. Tre avlesninger for motstand, reaktans og impedans vil bli tatt for hvert individ, deretter vil gjennomsnittet av disse avlesningene bli brukt til å bestemme fettfri masse (FFM) og fettmasse (FM). FFM og FM vil bli beregnet ved hjelp av produsentens programvaresystem (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Fingerstikk blodsukkerprøver vil bli vurdert i begynnelsen og hver time frem til slutten av studiedagen ved hjelp av glukometer (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc.).

Prøveinnsamling og analyse: Pusteprøver vil bli samlet inn ved bruk av pusteposer (engangsoppsamlingsposer, EasySampler System, QuinTron Instrument Company, Inc. Milwaukee, WI) i engangsglass Exetainer®-rør (Labco Limited, Buckinghamshire, UK) ved bruk av en oppsamlingsmekanisme som tillater fjerning av dødt luftrom. Pusteanrikningen av 13CO2 vil bli målt ved hjelp av isotopforhold massespektrometer (IRMS).

Statistisk analyse Emnets egenskaper vil bli uttrykt som gjennomsnittet (SD). 13C-glukoseoksidasjon som 13CO2 vil være det primære utfallet som måles, da dette best beskriver hele kroppens oksidasjonskapasitet for glukose. Areal under kurven (AUC) for hvert individs 13CO2-oksidasjon fra t0 til t240, tiden for å nå maksimal 13CO2-oksidasjon (tmax) og maksimal toppanrikning i13CO2-oksidasjon (Cmax) vil bli beregnet. En analyse av gjentatte mål ved bruk av begrenset maksimal sannsynlighetsestimering vil bli brukt for å få de estimerte parametrene med MIXED-prosedyren ved bruk av SAS-programvare (SAS/STAT; versjon 9.2). En paret t-test vil bli brukt for å sammenligne 13CO2-oksidasjonen på hvert tidspunkt uten og med U-13C-glukose. Alle verdier vil bli presentert for enkeltemner, og signifikans er satt til P<0,05. Statistisk analyse vil bli utført ved å bruke GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).

Eksperiment 2 - Minimalt invasiv 13C-glukosepustetest for å måle bruken av forskjellige eksogene karbohydratkilder i friske kontroller og forsøkspersoner med glykogenlagringssykdom type I For første sett med studier, 10 friske barn (5-18 år) og 10 friske voksne ( 19-35 år) vil gjennomgå 13C-GBT fire ganger. Deretter vil 3 barn og 5 voksne med GSD I bli rekruttert i løpet av 4 separate studiedager fra vår pediatriske og voksne metabolske klinikk ved henholdsvis BC Children's og Vancouver General Hospital (hvis rekruttering er en utfordring, planlegger vi å henvende oss til klinikker over hele Canada). Etter faste (~ 4 timer for friske kontroller og 2 timer for GSD I) vil forsøkspersonene få på studiedag 1- UCCS (2 g/kg/dag), studiedag 2- U-13C-glukose (75 mg for voksne; 1,5 mg/kg for barn) (99 atom% 13C anrikning, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) med UCCS (2 g/kg/dag), studiedag 3 - voksmais maisstivelsen Glycosade® (2 g/) kg/dag) (Vitaflo International Ltd, Liverpool, England), og på studiedag 4- U-13C-glukose (75 mg for voksne; 1,5 mg/kg for barn) med Glycosade® (2 g/kg/dag) oppløst i sterilt vann. På hver studiedag vil pusteprøver bli samlet inn hvert 20. minutt i 240 minutter. Hastigheten av CO2-produksjon vil bli målt ved 120 minutter etter oral dose ved bruk av indirekte kalorimetri. Blodsukkeret vil bli målt ved hjelp av glukometer, og blodprøver med fingerstikk vil bli vurdert ved begynnelsen og hver time frem til slutten av studiedagen. Prosentandelen av testkarbohydrater som pustes ut, da 13CO2 vil bli målt over en 4 timers periode.

Statistisk analyse Emnets egenskaper vil bli uttrykt som gjennomsnittet (SD). 13C-glukoseoksidasjon som 13CO2 vil være det primære utfallet som måles, da dette best beskriver hele kroppens oksidasjonskapasitet for glukose. Areal under kurven (AUC) for hvert individs 13CO2-oksidasjon fra t0 til t240, tiden for å nå maksimal 13CO2-oksidasjon (tmax) og maksimal toppanrikning i13CO2-oksidasjon (Cmax) vil bli beregnet for UCCS og Glycosade®. Verdiene hentet fra karbohydratkildene vil bli sammenlignet ved å bruke en to-halet paret t-test. Signifikans vil bli satt til P<0,05.

Statistisk analyse vil bli utført ved å bruke GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).