Исследование дыхательного теста на болезнь накопления гликогена

Цель: болезнь накопления гликогена типа I (GSD I), также известная как болезнь фон Гирке, вызвана дефицитом фермента глюкозо-6-фосфатазы (G6Pase), поражающим 1:100 000 рождений во всем мире. Таким образом, дефицит этого фермента приводит к накоплению гликогена в печени и неадекватной выработке глюкозы, что приводит к гипогликемии натощак. Диетическое лечение GSD I основано на снабжении сложными углеводами небольшими частыми приемами пищи и использовании сырого кукурузного крахмала (UCCS). Glycosade® (модифицированный кукурузный крахмал) показал себя многообещающим в поддержании нормальной концентрации глюкозы в крови у субъектов с GSD I. Тем не менее, основной дилеммой в диетическом лечении GSD I является выбор экзогенных источников углеводов для достижения желаемого метаболического контроля и предотвращения гипогликемии. Кроме того, предыдущие исследования были инвазивными, что требовало нескольких образцов крови, длительных дней исследования (~ 10 часов) и не могло предложить механистические детали метаболизма глюкозы у субъектов с GSD I. Таким образом, существует необходимость в разработке минимально инвазивного метода. метод исследования метаболизма глюкозы и измерения использования различных источников углеводов непосредственно у субъектов с GSD I и здоровых людей. Этот простой дыхательный тест поможет индивидуализировать лечение и адаптировать углеводное обеспечение пациентов с GSD I.

Гипотеза: 1) Исследователи предполагают, что окисление 13СО2 из U-13С-глюкозы можно обнаружить в выдыхаемом воздухе; и окисление 13CO2 будет чувствительной мерой для изучения окисления/метаболизма глюкозы.

2) Исследователи предполагают, что окисление 13CO2 из Glycosade® будет иметь более низкое пиковое обогащение (Cmax) по сравнению с UCCS из других источников углеводов у пациентов с GSD I и здоровых людей.

Обоснование: трудность нутритивного лечения GSD I заключается в определении наилучшего типа углеводов, который следует давать, чтобы избежать гипогликемии. Поэтому метаболизм глюкозы и использование различных углеводов необходимо измерять с помощью минимально инвазивного теста.

Цели: 1) Наша первая цель состоит в том, чтобы установить использование дыхательного теста U-13C-глюкозы (13C-GBT) и его окисление до 13CO2 в качестве минимально инвазивного метода для изучения окисления глюкозы in vivo у здоровых людей.

2) Нашей второй целью является измерение использования различных экзогенных источников углеводов: UCCS и пролонгированного высвобождения кукурузного крахмала из восковидной кукурузы Glycosade® у здоровых людей и пациентов с GSD I с использованием минимально инвазивного 13C-GBT.

Метод исследования: проект состоит из двух экспериментов.

Эксперимент 1 - Пилотное исследование для определения использования U-13C-глюкозного дыхательного теста (13C-GBT) у здоровых контролей A. Протокол дня перед исследованием Перед участием в исследовании у участников будет получено письменное информированное согласие. Всем участникам будет предложено голодать в течение ночи (~ 12 часов), и им будет предложено прийти в Отдел клинических исследований и оценки для предварительной оценки (предварительный день) для измерения базовой антропометрии (вес и рост), состава тела и состояния покоя. энергозатраты (РЗЭ). Вес и рост будут измеряться с помощью цифровых весов и ростомера соответственно. РЗЭ будут измерять с помощью непрерывной непрямой калориметрии с открытым циклом (CareFusion Vmax Encore, VIASYS), которая будет откалибрована перед использованием. Общий расход энергии (TEE) и скорость основного обмена (BMR) связаны с безжировой массой (FFM); поэтому состав тела будет определяться с помощью анализа биоэлектрического импеданса (BIA) (системы Quantum IV RJL). BIA измеряет сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс, применяя электроды, расположенные на правом запястье и правой лодыжке. Для каждого участника будут сняты три показания сопротивления, реактивного сопротивления и импеданса, а затем среднее значение этих показаний будет использовано для определения FFM и жировой массы (FM). FFM и FM будут рассчитываться с использованием системы программного обеспечения производителя (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Общая анкета будет использоваться в течение дня перед исследованием, чтобы дать четкое представление об истории болезни, состоянии питания, приеме пищевых добавок и физической активности. Наконец, участникам будут розданы листы учета питания за 3 дня для записи потребления пищи за любые два дня в течение недели и один день в выходные дни.

B. Двухдневная стандартизация диеты В течение двух дней, предшествующих исследованию, испытуемые будут соблюдать сбалансированную диету, содержащую не менее 150 г углеводов. Эта диета состояла из повседневных продуктов, однако субъектам будет дан план, чтобы обеспечить достаточное количество продуктов, которые они обычно едят.

C. Протокол дня исследования Для пилотного исследования 10 здоровых взрослых (19–35 лет) будут проходить протоколы 13C-GBT в течение двух отдельных дней исследования в качестве доказательства принципа, один раз без пероральной дозы изотопа и один раз с пероральной дозой изотопа (U -13C-глюкоза), каждое исследование отделяло ≥ 1 неделю. Таким образом, 10 здоровых взрослых будут изучены в общей сложности n = 20 исследований. После получения информированного согласия субъекта он будет включен в исследование. Участник прибудет на исследование на следующий день после голодания (~ 4 часа) для стандартизации измерений в Отделе клинических исследований и оценки (CREU) в детской больнице Британской Колумбии. Будут собраны основные антропометрические измерения (масса тела и рост), и будет введена краткая анкета дня исследования для сбора информации о медицинском обслуживании, диете и истории физической активности. 2 Исходные образцы выдыхаемого воздуха будут взяты для определения естественного фонового содержания 13C. Субъекты будут получать в 1-й день исследования глюкозу (75 г/день), растворенную в стерильной воде, во 2-й день исследования U-13C-глюкозу (75 мг/день) (обогащение 13C 99 атомных %, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Андовер, Массачусетс) с глюкозой (75 г/день), растворенной в стерильной воде.

Субъекты будут оставаться натощак и отдыхать в CREU в течение всего периода исследования, чтобы устранить вариабельность производства CO2. Образцы дыхания в четырех повторностях будут собираться через 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 и 240 минут после перорального введения глюкозы. Во время исследовательского визита скорость выработки углекислого газа (VCO2) будет измеряться в течение 20 минут, через два часа (120 минут) после перорального приема глюкозы с использованием непрямого калориметра (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA). Оценка состава тела будет проводиться с использованием анализа биоэлектрического сопротивления (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI). Рассчитанное BIA сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс путем применения электродов будет размещено на правом запястье и лодыжке. Для каждого субъекта будут сняты три показания сопротивления, реактивного сопротивления и импеданса, затем среднее значение этих показаний будет использовано для определения массы без жира (FFM) и массы жира (FM). FFM и FM будут рассчитываться с использованием системы программного обеспечения производителя (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Образцы глюкозы крови из пальца будут оцениваться в начале и ежечасно до конца дня исследования с использованием глюкометра (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc).

Сбор и анализ проб: образцы дыхания будут собираться с использованием дыхательных мешков (одноразовые мешки для сбора, EasySampler System, QuinTron Instrument Company, Inc. Милуоки, Висконсин) в одноразовые стеклянные пробирки Exetainer® (Labco Limited, Бакингемшир, Великобритания) с использованием механизма сбора. что позволяет удалить мертвое воздушное пространство. Обогащение дыхания 13CO2 будет измеряться с помощью масс-спектрометра соотношения изотопов (IRMS).

Статистический анализ Характеристики субъекта будут выражены как среднее значение (SD). Окисление 13C-глюкозы в виде 13CO2 будет основным измеряемым результатом, так как это лучше всего описывает способность всего организма к окислению глюкозы. Будет рассчитана площадь под кривой (AUC) для каждого субъекта окисления 13CO2 от t0 до t240, время достижения максимального окисления 13CO2 (tmax) и максимальное пиковое обогащение окисления 13CO2 (Cmax). Анализ повторных измерений с использованием ограниченной оценки максимального правдоподобия будет использоваться для получения оцененных параметров с помощью процедуры MIXED с использованием программного обеспечения SAS (SAS/STAT; версия 9.2). Парный t-критерий будет использоваться для сравнения окисления 13CO2 в каждый момент времени без и с U-13C-глюкозой. Все значения будут представлены для отдельных субъектов, а значимость установлена ​​на уровне P<0,05. Статистический анализ будет выполняться с использованием GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).

Эксперимент 2. Минимально инвазивный дыхательный тест с 13C-глюкозой для измерения использования различных экзогенных источников углеводов у здоровых людей и субъектов с болезнью накопления гликогена типа I. Для начальной серии исследований 10 здоровых детей (5-18 лет) и 10 здоровых взрослых 19-35 лет) будет проходить 13C-GBT четыре раза. Затем 3 детей и 5 взрослых с GSD I будут набраны в течение 4 отдельных дней исследования из нашей метаболической клиники для детей и взрослых в Детской больнице Британской Колумбии и больнице общего профиля Ванкувера, соответственно (если набор является проблемой, мы планируем обратиться в клиники по всей Канаде). После голодания (~ 4 ч для здоровых контролей и 2 ч для GSD I) субъекты будут получать в день исследования 1-UCCS (2 г/кг/день), в день исследования 2-U-13C-глюкозу (75 мг для взрослых; 1,5 мг). мг/кг для детей) (обогащение 13C 99 атомных %, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Андовер, Массачусетс) с UCCS (2 г/кг/день), 3-й день исследования — кукурузный крахмал из восковидной кукурузы с пролонгированным высвобождением Glycosade® (2 г/ кг/день) (Vitaflo International Ltd, Ливерпуль, Англия), а в день исследования 4-U-13C-глюкоза (75 мг для взрослых; 1,5 мг/кг для детей) с растворенным гликозидом® (2 г/кг/день). в стерильной воде. В каждый день исследования образцы дыхания будут собираться каждые 20 минут в течение 240 минут. Скорость образования CO2 будет измеряться через 120 минут после перорального приема с использованием непрямой калориметрии. Уровень глюкозы в крови будет измеряться с помощью глюкометра, а образцы крови из пальца будут оцениваться в начале и ежечасно до конца дня исследования. Процент выдыхаемых испытуемых углеводов в виде 13CO2 будет измеряться в течение 4-часового периода.

Статистический анализ Характеристики субъекта будут выражены как среднее значение (SD). Окисление 13C-глюкозы в виде 13CO2 будет основным измеряемым результатом, так как это лучше всего описывает способность всего организма к окислению глюкозы. Площадь под кривой (AUC) для каждого субъекта окисления 13CO2 от t0 до t240, время достижения максимального окисления 13CO2 (tmax) и максимальное пиковое обогащение окисления 13CO2 (Cmax) будут рассчитаны для UCCS и Glycosade®. Значения, полученные из источников углеводов, будут сравниваться с использованием двустороннего парного t-критерия. Значимость будет установлена ​​на уровне P<0,05.

Статистический анализ будет выполняться с использованием GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).