Dynamisk pust VOC-profilering som et ikke-invasivt verktøy for å vurdere hemodialyse tilstrekkelighet

Begrunnelse og bakgrunnsstrekk til hemodialyse (HD) er ofte oppsummert av små-solute klareringsmålinger som KT/V. Imidlertid forbedrer pasientsentrerte utfall ikke alltid med høyere ureafjerning alene. Personer som mottar HD opplever ofte kronisk lavkvalitetsbetennelse, immunfunksjon og brede metabolske forstyrrelser som ikke blir fanget opp av ureakinetikk. Pusten inneholder spore flyktige organiske forbindelser (VOC) produsert ved endogene og eksogene metabolske prosesser. Tidligere studier antyder at kronisk nyresykdom (CKD) og nyresykdom (ESKD) endrer pustekjemi, inkludert forbindelser som ammoniakk, alkaner og aldehyder. Dynamisk (pre- vs. post-dialyse) VOC-profilering kan derfor gi et raskt, ikke-invasivt vindu i umiddelbare behandlingseffekter og det bredere uremiske miljøet.

Denne studien utvides på tidligere arbeid med (1) å samle sammenkoblede pusteprøver før og etter en rutinemessig HD -økt, (2) sammenkoblingsanalyser med omfattende biokjemi i blod og immunmålinger, og (3) integrere offentlige transkriptomiske ressurser til posisjon observerte immunavlesninger innen bredere immunsignalsammenheng. Det overordnede målet er å evaluere om Breath VOC-signaturer-Alone eller kombinert med blodindekser kan tjene som praktiske indikatorer på dialyse tilstrekkelighet for klinisk og forskningsbruk.

Studie Mål Primærmål: Å karakterisere dynamiske endringer i utåndede VOC over en enkelt HD -økt og evaluere om disse endringene sporer med konvensjonelle tilstrekkelighetsberegninger og klinisk relevante blodindekser.

Sekundære mål inkluderer: (a) å beskrive forskjeller i pust VOC -profiler mellom individer på vedlikehold HD og friske voksne; (b) identifisere blodindekser som endres i løpet av en enkelt HD -økt og som avviker fra typiske referanseserier; og (c) å utforske koblinger mellom pustet avledede trekk og immun/metabolske signaturer ved bruk av offentlig tilgjengelige transkriptomiske datasett.

Studiedesignoversikt Dette er en tverrsnittsobservasjonsstudie utført ved Shanghai Second People's Hospital (Department of Nephrology, Dialyse Unit). Deltakerne inkluderer voksne på vedlikehold HD og alder/kjønnsmatchede sunne voksne. For HD -gruppen samles pust og blodprøver rett før og etter en rutinemessig behandling; Friske deltakere gir et enkelt pust og blodprøve ved ett besøk. Ingen undersøkelsesmedisin eller enhet administreres, og klinisk pleie endres ikke.

Innstilling og tidslinje enkeltsenterstudie ved Shanghai Second People's Hospital. Påmelding er planlagt fra 1. september 2025 til 1. desember 2025. Prøvetaking og laboratorieanalyser forventes å skje mellom desember 2025 og desember 2026, etterfulgt av dataintegrasjon og formidling gjennom 30. juni 2027.

Prøvetakingsprosedyrer Breath Collection: Alveolar Breath blir fanget med validerte, inerte innsamlingsposer eller enheter per institusjonelle standard driftsprosedyrer (SOP). For HD -deltakere oppnås to prøver: en samlet inn før starten av en rutinemessig HD -økt og en samlet omgående etter fullføring av samme økt. Omgivende/blanke prøver samles sammen med pasientprøver for å overvåke miljøbakgrunn. Prøver transporteres under forhold som minimerer VOC -tap og behandles omgående i henhold til SOP -er.

Blodinnsamling: Perifert venøst ​​blod blir samlet inn på samme tidspunkter for HD-deltakere (før og etter økt) og en gang for sunne voksne. Analyser inkluderer rutinemessig biokjemi og immunrelaterte målinger som spesifisert i protokollen. Alle prøver er bare merket med kodede identifikatorer.

Analytiske metoder VOC-analyse: Gasskromatografimasse-spektrometri (GC-MS) brukes til relativ identifisering og kvantifisering av VOC-er. Analytiske kjøringer inkluderer interne standarder og kvalitetskontroller for å overvåke retensjonstidsstabilitet, massenøyaktighet og signaldrift. Kromatografisk dekonvolusjon, toppjustering og sammensatt merknad følger laboratoriets SOP -er; Antatte identifikasjoner tildeles ved hjelp av spektrale biblioteker der det er aktuelt. Der det er mulig, bekreftes kandidatfunksjoner ved hjelp av autentiske standarder.

Blodanalyser: Omtrent 97 parametere som omfatter generell biokjemi, betennelse og immunindekser måles ved bruk av klinisk validerte metoder. Prosedyrer for laboratoriekvalitet og instrumentvedlikeholdsplaner følger sykehusstandarder.

Resultater og tiltak (informasjonsmessig, ikke-duplikativ) for å unngå duplisering med utfallsmålingsmodulen, er det bare et sammendrag på høyt nivå her. Studien evaluerer (a) innen person før/post endringer i kandidat VOC-funksjoner blant HD-deltakere og (b) mellom grupper (HD vs. Healthy) i Path VOC-profiler. Velg blodindekser blir analysert for endringer i forhånd/post og kontekstualisert i forhold til sedvanlige referanseintervaller. Vennligst referer til de registrerte utfallstiltakene for forhåndsbestemte endepunkter og definisjoner.

Prøvestørrelse Begrunnelse Målprøven inkluderer omtrent 22 individer på HD og omtrent 23 friske voksne. En sammenligning med to proporsjoner for en representativ binær VOC-funksjon (positiv deteksjonshastighet) informerte prøvestørrelsen: forutsatt P0 ≈ 0,40 hos friske voksne og p1 ≈ 0,80 pre-dialyse, med α = 0,05 (tosidig) og 80% strøm, den estimerte tallen. Blod endepunkter anses som utforskende og ble ikke brukt til å drive studien.

Datahåndtering og konfidensialitetsdatafangst bruker dobbel datainnføring for laboratorieresultater, automatisert rekkevidde og logiske kontroller og rutinemessig avvikshåndtering. Kodede identifikatorer brukes på alle prøver og saksrapportskjemaer; Reidentifikasjonsnøkkelen lagres separat med begrenset tilgang. Elektroniske data ligger på sikre, tilgangskontrollerte servere med regelmessige sikkerhetskopier og revisjonsstier. En prosedyre for datasåper implementeres før endelige analyser.

Kvalitetskontroll og kvalitetssikring (QC/QA) Standardiserte SOP -styring av deltaker, pust og blodinnsamling, håndtering, lagring, instrumentdrift og databehandling. GC-MS-løp inkluderer emner, interne standarder og sammenslåtte kvalitetskontrollprøver for å overvåke batcheffekter og analytisk presisjon. Forutsatte akseptkriterier (for eksempel oppbevaringstidsvinduer, massenøyaktighet og relativ standardavvik på tvers av QC -replikater) brukes til å flagge funksjoner for gjennomgang eller ekskludering. Månedlig dataintegritet gjennomgår adresser fullstendighet og konsistens.

Etiske hensyn Studien følger erklæringen om Helsingfors og gjeldende nasjonale forskrifter. Deltakerne gir skriftlig informert samtykke før studiespesifikke prosedyrer. Fordi studien er ikke-intervensjonell og samsvarer med rutinemessig omsorg for deltakere i HD, er risikoer minimale og først og fremst begrenset til ubehag i venipunktur og tilfeldige funn fra laboratorietesting.

Risiko-nytte og prøvetaking av deltaker byrde er ikke-invasiv, og blodtrekker medfører korte, mindre ubehag for de fleste deltakere. Det kan ikke være noen direkte klinisk fordel for individuelle deltakere. Potensiell samfunnsgevinst inkluderer fremgang mot enkle, ikke-invasive markører for dialyse-tilstrekkelighet som kan informere om klinisk beslutningstaking.

Forbehandling og rengjøring av data (VOC og blod) VOC-funksjonstabeller gjennomgår bakgrunnssubtraksjon ved bruk av sammenkoblede omgivelsesprøver, retensjonstidsinnretning og signal normalisering (for eksempel intern standardbasert normalisering og/eller total ionstrøm normalisering). Intensiteter er log-transformert som passende og skalert. Funksjoner med dårlig reproduserbarhet i QC -prøver eller overdreven mangel fjernes. For verdier under deteksjonsgrenser kan imputasjon bruke en liten konstant (f.eks. Halvparten av minimumsverdien som ikke er null) i følsomhetsanalyser.

Blodindekser blir gjennomgått for fysiologiske sannsynlighet og analytiske flagg. Outliers blir undersøkt ved hjelp av robuste metoder; Korreksjoner eller eksklusjoner følger forhåndsdefinerte regler dokumentert i datastyringsplanen.

Håndtering av manglende data Hvis mangelen er ≤5% for en variabel, kan analyser av komplett sak brukes med følsomhetskontroller. For høyere nivåer av mangler som antas å mangle tilfeldig, kan flere imputasjon av kjedede ligninger (mus) brukes for justerte analyser. Resultater som grunnleggende mangler ikke-at-tilfeldige (f.eks. På grunn av teknisk svikt) blir adressert gjennom sensitivitetsanalyser, inkludert beste/verste grenser der det er relevant.

Statistiske analyseplananalyser fortsetter i henhold til en forhåndsbestemt plan for å begrense mangfoldighet og analytisk fleksibilitet. Kontinuerlige variabler er oppsummert som gjennomsnitt ± SD eller median (IQR); Kategoriske variabler som teller og prosenter. Sammenligninger innen person før/post i HD-gruppen bruker sammenkoblede t-tester eller Wilcoxon signerte rangtester, som passende. Sammenligninger mellom grupper (HD vs. Healthy) bruker t-tester/ANOVA eller Mann-Whitney U/Kruskal-Wallis-tester. False Discovery Rate (FDR) kontroll via Benjamini-Hochberg brukes til flere VOC-funksjoner og blodindekser.

For multivariabel modellering evaluerer lineære eller generaliserte lineære modeller assosiasjoner mellom utvalgte VOC -funksjoner og kliniske kovariater (for eksempel alder, kjønn, dialyse vintage, interdialytisk vektendring, komorbiditeter), som dokumentert i den statistiske analyseplanen (SAP). Der det er passende, brukes robust regresjon eller transformasjon for å dempe ikke-normaliteten. Assosiasjoner mellom VOC og blodindekser blir evaluert med Spearman -korrelasjon og delvis korrelasjonsjustering for viktige kovariater.

Maskinlæring: Kandidatklassifiserere (f.eks. Støttevektormaskiner, tilfeldige skoger og straffet logistisk regresjon) er opplært til å diskriminere før-mot-dialyse-stater og HD mot sunne. For å unngå informasjonslekkasje opprettes kryssvalideringsbretter på deltakernivå. Modellvalg bruker nestet eller gjentatt lagdelt 10 ganger kryssvalidering med innstilling på den indre sløyfen og ytelsesestimering på den ytre sløyfen. Primære beregninger inkluderer område under mottakerens driftskarakteristiske kurve (AUC), nøyaktighet, følsomhet, spesifisitet og kalibrering (f.eks. Platt skalering). Modelltolkbarhet blir vurdert ved bruk av Shap -verdier for å kvantifisere funksjonsbidrag. Resultatestimater er ledsaget av 95% konfidensintervaller via bootstrapping.

Følsomhetsanalyser inkluderer: (a) omløpende modeller med alternativ normalisering eller imputasjonsstrategier; (b) eksklusiv funksjoner med potensielle miljøkilder; (c) stratifiserende analyser etter dialysekategorier definert i protokollen i henhold til aksepterte retningslinjer for klinisk praksis; og (d) gjenta sammenligninger ved bruk av ikke-parametriske tilnærminger. Utforskende undergruppeanalyser sammenligner CKD -trinn 5 -pasienter kategorisert etter tilstrekkelighet og andre kliniske faktorer.

Integrasjon med eksterne transkriptomiske ressurser (utforskende) for å kontekstualisere immunfunn, kan offentlige transkriptomiske datasett som er relevante for ESKD/HD spørres (f.eks. Perifert blod eller PBMC -datasett). Gensett Variasjonsanalyse eller berikelsesmetoder for enkeltprøve oppsummerer bane- og celletypesignaturer, som deretter er relatert til målte blodindekser og Breath VOC-funksjoner ved bruk av korrelasjon og regresjon. Disse utforskende analysene er ment å generere mekanistiske hypoteser, ikke bekrefte årsakssammenheng.

Skjevhet, forvirrende og robusthetspotensielle skjevheter inkluderer miljømessig VOC -forurensning, kostholdseffekter, røykestatus og komorbiditeter. Kontroller inkluderer omgivelsesemner, overholdelse av instruksjoner om forhåndsinnsamling der det er aktuelt og justering for viktige kovariater. Analyser er lagdelt eller justert for faktorer som alder og kjønn, med følsomhetsanalyser unntatt deltakere med store protokollavvik.

Datadeling og formidlingsresultater vil bli oppsummert i fagfellevurderte publikasjoner og vitenskapelige møter. De-identifiserte data- og analysekode kan deles ved rimelig forespørsel og institusjonelle godkjenninger, med forbehold om personvern, forskriftsmessige og etiske begrensninger.

Begrensninger som en observasjonsstudie med ett senter med en beskjeden prøvestørrelse, blir arbeidet best sett på som hypotesegenererende. VOC -identifikasjoner er relative med mindre de er bekreftet med autentiske standarder, og miljø-/bakgrunnsbidrag kan ikke elimineres fullt ut. Fremtidige studier med større, multisenters kohorter og standardisert pustekollisjon på tvers av steder vil være nødvendig for å validere kandidatmarkører.

Konklusjon Denne studien gir en strukturert, ikke-invasiv vurdering av dynamisk pustekjemi sammen med blodbaserte indekser hos personer som får hemodialyse. Ved å karakterisere endringer før/post-dialyse og integrere immunsammenheng, tar den sikte på å identifisere praktiske signaler om dialyse tilstrekkelighet og å fremme forståelsen av den systemiske biologien til uremi.