Badanie testu oddechowego choroby spichrzeniowej glikogenu

Przeznaczenie: Choroba spichrzeniowa glikogenu typu I (GSD I), znana również jako choroba von Gierkego, jest spowodowana niedoborem enzymu glukozo-6-fosfatazy (G6Paza), dotykającym 1:100 000 urodzeń na całym świecie. Dlatego niedobór tego enzymu powoduje gromadzenie się glikogenu w wątrobie i niewystarczającą produkcję glukozy, co prowadzi do hipoglikemii na czczo. Leczenie dietetyczne GSD I opiera się na dostarczaniu węglowodanów złożonych z małymi częstymi posiłkami oraz stosowaniu niegotowanej skrobi kukurydzianej (UCCS). Glycosade® (modyfikowana skrobia kukurydziana) okazał się obiecujący w utrzymaniu prawidłowego stężenia glukozy we krwi u pacjentów z GSD I. Jednak podstawowym dylematem w leczeniu dietetycznym GSD I jest wybór egzogennych źródeł węglowodanów w celu uzyskania pożądanej kontroli metabolicznej i zapobiegania hipoglikemii. Ponadto poprzednie badania były inwazyjne, co wymagało kilku próbek krwi, długich dni badania (~10 h) i nie było w stanie podać mechanistycznych szczegółów metabolizmu glukozy u osób z GSD I. Istnieje zatem potrzeba opracowania minimalnie inwazyjnego metoda badania metabolizmu glukozy i pomiaru wykorzystania różnych źródeł węglowodanów bezpośrednio u osób z GSD I i zdrowych osób z grupy kontrolnej. Ten prosty test oddechowy pomoże zindywidualizować leczenie i dostosować podaż węglowodanów u osób z GSD I.

Hipoteza: 1) Badacze stawiają hipotezę, że utlenianie 13CO2 z U-13C-glukozy można wykryć w wydychanym powietrzu; Utlenianie i 13CO2 będzie czułym środkiem do badania utleniania/metabolizmu glukozy.

2) Badacze wysuwają hipotezę, że utlenianie 13CO2 z Glycosade® będzie miało niższy szczyt wzbogacenia (Cmax) w porównaniu z UCCS z innego źródła węglowodanów u pacjentów z GSD I i zdrowych osób z grupy kontrolnej.

Uzasadnienie: Trudność w leczeniu żywieniowym GSD I polega na określeniu najlepszego rodzaju węglowodanów, jakie należy podawać, aby uniknąć hipoglikemii. Dlatego metabolizm glukozy i wykorzystanie różnych węglowodanów należy mierzyć za pomocą testu minimalnie inwazyjnego.

Cele: 1) Naszym pierwszym celem jest ustanowienie zastosowania testu oddechowego z U-13C-glukozą (13C-GBT) i jego utleniania do 13CO2 jako minimalnie inwazyjnej techniki do badania utleniania glukozy in vivo u zdrowych osób kontrolnych.

2) Naszym drugim celem jest zmierzenie wykorzystania różnych egzogennych źródeł węglowodanów: UCCS i woskowej skrobi kukurydzianej o przedłużonym uwalnianiu Glycosade® u zdrowych osób kontrolnych i pacjentów z GSD I przy użyciu minimalnie inwazyjnego 13C-GBT.

Metoda badawcza: Projekt składa się z dwóch eksperymentów.

Eksperyment 1 — Badanie pilotażowe mające na celu ustalenie zastosowania testu oddechowego z użyciem U-13C-glukozy (13C-GBT) u zdrowych osób kontrolnych A. Protokół z dnia poprzedzającego badanie Pisemna świadoma zgoda uczestników zostanie uzyskana przed wzięciem udziału w badaniu. Wszyscy uczestnicy zostaną poproszeni o pozostanie na czczo przez całą noc (~12 godzin) i przybycie do Jednostki Badań i Oceny Klinicznej w celu wstępnej oceny (dzień poprzedzający badanie) w celu wykonania podstawowych pomiarów antropometrii (waga i wzrost), składu ciała i spoczynku wydatek energetyczny (REE). Waga i wzrost będą mierzone odpowiednio za pomocą wagi cyfrowej i stadiometru. REE będzie mierzone za pomocą ciągłej kalorymetrii pośredniej w obwodzie otwartym (CareFusion Vmax Encore, VIASYS), która zostanie skalibrowana przed użyciem. Całkowity wydatek energetyczny (TEE) i podstawowa przemiana materii (BMR) są związane z masą beztłuszczową (KKM); dlatego skład ciała zostanie określony za pomocą analizy impedancji bioelektrycznej (BIA) (systemy Quantum IV RJL). BIA mierzy rezystancję, reaktancję i impedancję za pomocą elektrod umieszczonych na prawym nadgarstku i prawej kostce. Dla każdego uczestnika zostaną pobrane trzy odczyty rezystancji, reaktancji i impedancji – następnie średnia z tych odczytów zostanie wykorzystana do określenia FFM i masy tłuszczowej (FM). FFM i FM zostaną obliczone przy użyciu oprogramowania producenta (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Ogólny kwestionariusz zostanie wykorzystany w dniu poprzedzającym badanie, aby dać jasny obraz historii medycznej, stanu odżywienia, przyjmowania suplementów i aktywności fizycznej. Na koniec uczestnikom zostaną rozdane 3-dniowe arkusze żywieniowe, w których będą rejestrowane spożycie żywności przez dowolne dwa dni w tygodniu i jeden dzień w weekend.

B. Dwudniowa standaryzacja diety W ciągu dwóch dni przed badaniem badani będą spożywać zbilansowaną dietę zawierającą co najmniej 150 g węglowodanów. Ta dieta składała się z codziennych pokarmów, jednak badanym zostanie przedstawiony zarys, aby zapewnić wystarczającą ilość w oparciu o powszechnie spożywane pokarmy.

C. Protokół dnia badania W ramach badania pilotażowego 10 zdrowych osób dorosłych (19-35 lat) przejdzie protokoły 13C-GBT w dwóch oddzielnych dniach badania jako dowód zasady, raz bez doustnej dawki izotopu i raz z doustną dawką izotopu (U -13C-glukoza), każde badanie dzieli ≥ 1 tydzień. Zatem 10 zdrowych dorosłych zostanie przebadanych w sumie n = 20 badań. Po uzyskaniu świadomej zgody uczestnika zostanie on włączony do badania. Uczestnik przyjedzie na dzień badania po poście (~4 h) w celu standaryzacji pomiarów w Jednostce Badań i Oceny Klinicznej (CREU) Szpitala Dziecięcego BC. Zostaną zebrane podstawowe pomiary antropometryczne (masa ciała i wzrost) oraz zostanie przeprowadzony krótki kwestionariusz dnia badania w celu zebrania informacji na temat historii medycznej, diety i aktywności fizycznej. Zostaną pobrane 2 podstawowe próbki oddechu w celu określenia naturalnej obfitości 13C w tle. Pacjenci otrzymają pierwszego dnia badania glukozę (75 g/dzień) rozpuszczoną w sterylnej wodzie, drugiego dnia badania U-13C-glukozę (75 mg/dzień) (wzbogacenie 99% atomów 13C, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) z glukozą (75 g/dzień) rozpuszczoną w sterylnej wodzie.

Uczestnicy pozostaną na czczo i odpoczywają w CREU przez cały okres badania, aby wyeliminować zmienność produkcji CO2. Próbki oddechu w czterech powtórzeniach będą pobierane po 20,40,60,80,100,120,140,160,180, 200, 220 i 240 min po doustnym podaniu glukozy. Podczas wizyty studyjnej przez 20 minut, dwie godziny (120 minut) po podaniu doustnej dawki glukozy, będzie mierzona szybkość wytwarzania dwutlenku węgla (VCO2) za pomocą kalorymetru pośredniego (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA). Ocena składu ciała zostanie przeprowadzona za pomocą Analizy Impedancji Bioelektrycznej (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI). Obliczona przez BIA rezystancja, reaktancja i impedancja poprzez zastosowanie elektrod zostanie umieszczona na prawym nadgarstku i kostce. Dla każdego pacjenta zostaną pobrane trzy odczyty rezystancji, reaktancji i impedancji, a następnie średnia z tych odczytów zostanie wykorzystana do określenia masy beztłuszczowej (KKM) i masy tłuszczowej (FM). FFM i FM zostaną obliczone przy użyciu oprogramowania producenta (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Próbki glukozy we krwi pobrane z palca będą oceniane na początku i co godzinę do końca dnia badania za pomocą glukometru (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc.).

Pobieranie i analiza próbek: Próbki oddechu będą pobierane przy użyciu worków oddechowych (jednorazowego worka do pobierania, EasySampler System, QuinTron Instrument Company, Inc. Milwaukee, WI) w jednorazowych szklanych probówkach Exetainer® (Labco Limited, Buckinghamshire, Wielka Brytania) przy użyciu mechanizmu do pobierania co pozwala na usunięcie martwej przestrzeni powietrznej. Wzbogacenie oddechu w 13CO2 będzie mierzone za pomocą spektrometru masowego stosunku izotopów (IRMS).

Analiza statystyczna Charakterystyka badanego zostanie wyrażona jako średnia (SD). Utlenianie 13C-glukozy jako 13CO2 będzie głównym mierzonym wynikiem, ponieważ najlepiej opisuje zdolność utleniania glukozy w całym organizmie. Zostanie obliczone pole pod krzywą (AUC) dla utlenienia 13CO2 każdego osobnika od t0 do t240, czas do osiągnięcia maksymalnego utlenienia 13CO2 (tmax) i maksymalny szczyt wzbogacenia w utlenieniu 13CO2 (Cmax). W celu uzyskania oszacowanych parametrów za pomocą procedury MIXED przy użyciu oprogramowania SAS (SAS/STAT; wersja 9.2) zostanie wykorzystana analiza powtarzanych pomiarów z wykorzystaniem ograniczonego oszacowania maksymalnego prawdopodobieństwa. Sparowany test t zostanie wykorzystany do porównania utleniania 13CO2 w każdym punkcie czasowym bez iz U-13C-glukozą. Wszystkie wartości zostaną przedstawione dla poszczególnych osób, a istotność przyjęto na poziomie P<0,05. Analiza statystyczna zostanie przeprowadzona przy użyciu GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).

Eksperyment 2 — Minimalnie inwazyjny test oddechowy z użyciem 13C-glukozy w celu pomiaru wykorzystania różnych egzogennych źródeł węglowodanów u zdrowych osób z grupy kontrolnej i osób z chorobą spichrzeniową glikogenu typu I W ramach wstępnego zestawu badań 10 zdrowych dzieci (5-18 lat) i 10 zdrowych dorosłych ( 19-35 lat) czterokrotnie przejdzie 13C-GBT. Następnie 3 dzieci i 5 dorosłych z GSD I zostanie zwerbowanych w ciągu 4 oddzielnych dni badawczych z naszej kliniki metabolicznej dla dzieci i dorosłych odpowiednio w BC Children's i Vancouver General Hospital (jeśli rekrutacja jest wyzwaniem, planujemy skontaktować się z klinikami w całej Kanadzie). Po poście (~ 4 h dla zdrowych osób kontrolnych i 2 h dla GSD I) badani otrzymają w dniu badania 1 - UCCS (2 g/kg/dzień), dnia badania 2 - U-13C-glukozę (75 mg dla dorosłych; 1,5 mg/kg dla dzieci) (wzbogacenie 99% atomów 13C, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) z UCCS (2 g/kg/dzień), dzień badania 3- woskowa skrobia kukurydziana o przedłużonym uwalnianiu Glycosade® (2 g/kg kg/dzień) (Vitaflo International Ltd, Liverpool, Anglia) oraz w dniu badania 4-U-13C-glukoza (75 mg dla dorosłych; 1,5 mg/kg dla dzieci) z rozpuszczonym Glycosade® (2 g/kg/dzień) w sterylnej wodzie. Każdego dnia badania próbki oddechu będą pobierane co 20 minut przez 240 minut. Szybkość wytwarzania CO2 będzie mierzona po 120 minutach od podania dawki doustnej przy użyciu kalorymetrii pośredniej. Poziom glukozy we krwi będzie mierzony za pomocą glukometru, a próbki krwi pobrane z palca będą oceniane na początku i co godzinę do końca dnia badania. Procent wydychanych węglowodanów testowych, jako 13CO2, będzie mierzony przez okres 4 godzin.

Analiza statystyczna Charakterystyka badanego zostanie wyrażona jako średnia (SD). Utlenianie 13C-glukozy jako 13CO2 będzie głównym mierzonym wynikiem, ponieważ najlepiej opisuje zdolność utleniania glukozy w całym organizmie. Pole pod krzywą (AUC) dla utlenienia 13CO2 każdego pacjenta od t0 do t240, czas do osiągnięcia maksymalnego utlenienia 13CO2 (tmax) i maksymalne wzbogacenie piku w utlenieniu 13CO2 (Cmax) zostaną obliczone dla UCCS i Glycosade®. Wartości uzyskane ze źródeł węglowodanów zostaną porównane przy użyciu dwustronnego testu t dla par. Istotność zostanie ustawiona na P<0,05.

Analiza statystyczna zostanie przeprowadzona przy użyciu GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).