Glykogenlagringsstudie för andningstest för sjukdomar

Syfte: Glykogenlagringssjukdom typ I (GSD I), även känd som Von Gierkes sjukdom, orsakas av brist på enzymet glukos-6-fosfatas (G6Pase) som påverkar 1:100 000 födslar över hela världen. Därför resulterar brist på detta enzym i ackumulering av glykogen i levern och otillräcklig produktion av glukos vilket leder till hypoglykemi vid fastande. Dietbehandling för GSD I är baserad på tillförsel av komplexa kolhydrater med små täta måltider och användning av okokt majsstärkelse (UCCS). Glycosade® (modifierad majsstärkelse) har visat sig lovande när det gäller att upprätthålla normala blodsockerkoncentrationer hos personer med GSD I. Emellertid är det primära dilemmat i dietbehandlingen av GSD I valet av de exogena kolhydratkällorna för att uppnå en önskvärd metabol kontroll och förhindra hypoglykemi. Dessutom var de tidigare studierna invasiva, vilket krävde flera blodprover, långa studiedagar (~10 timmar) och kunde inte erbjuda mekanistiska detaljer om glukosmetabolism hos försökspersoner med GSD I. Det finns därför ett behov av att utveckla en minimalt invasiv metod för att undersöka glukosmetabolism och mäta utnyttjandet av olika kolhydratkällor direkt hos försökspersoner med GSD I och friska kontroller. Detta enkla utandningstest hjälper till att individualisera behandlingen och skräddarsy kolhydrattillförseln hos personer med GSD I.

Hypotes: 1) Utredare antar att oxidationen av 13CO2 från U-13C-glukos kan detekteras i utandningsluft; and13CO2-oxidation kommer att vara en känslig åtgärd för att undersöka glukosoxidation/metabolism.

2) Utredare antar att 13CO2-oxidation från Glycosade® kommer att ha lägre toppanrikning (Cmax) jämfört med andra kolhydratkällor UCCS hos patienter med GSD I och friska kontroller.

Motivering: Svårigheten med näringsbehandling av GSD I är att bestämma den bästa typen av kolhydrat som ska ges för att undvika hypoglykemi. Därför måste glukosmetabolismen och användningen av olika kolhydrater mätas med ett minimalt invasivt test.

Mål: 1) Vårt första mål är att etablera användningen av U-13C-glukos utandningstest (13C-GBT) och dess oxidation till 13CO2 som en minimalt invasiv teknik för att undersöka in vivo glukosoxidation hos friska kontroller.

2) Vårt andra mål är att mäta användningen av olika exogena kolhydratkällor: UCCS och vaxmajsstärkelsen Glycosade® med förlängd frisättning hos friska kontroller och patienter med GSD I med en minimalt invasiv 13C-GBT.

Forskningsmetod: Projektet består av två experiment.

Experiment 1 - Pilotstudie för att fastställa användningen av U-13C-Glucose Breath Test (13C-GBT) i friska kontroller A. Förstudiedagprotokoll. Skriftligt informerat samtycke kommer att erhållas från deltagarna innan de deltar i studien. Alla deltagare kommer att uppmanas att fasta över natten (~ 12 timmar) och kommer att uppmanas att komma till enheten för klinisk forskning och utvärdering för en preliminär bedömning (förstudiedag) för att mäta grundläggande antropometri (vikt och längd), kroppssammansättning och vila energiutgifter (REE). Vikt och höjd kommer att mätas med hjälp av en digital våg respektive en stadiometer. REE kommer att mätas med kontinuerlig, öppen krets indirekt kalorimetri (CareFusion Vmax Encore, VIASYS), som kommer att kalibreras före användning. Total energiförbrukning (TEE) och basal metabolisk hastighet (BMR) är associerade med fettfri massa (FFM); därför kommer kroppssammansättningen att bestämmas med hjälp av bioelektrisk impedansanalys (BIA) (Quantum IV RJL-system). BIA mäter motstånd, reaktans och impedans genom att applicera elektroder placerade vid höger handled och höger fotled. Tre avläsningar för resistans, reaktans och impedans kommer att göras för varje deltagare - sedan kommer medelvärdet av dessa avläsningar att användas för att bestämma FFM och fettmassa (FM). FFM och FM kommer att beräknas med hjälp av tillverkarens mjukvarusystem (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Ett allmänt frågeformulär kommer att användas under förstudiedagen för att ge en tydlig uppfattning om sjukdomshistoria, näringsstatus, kosttillskottsintag och fysisk aktivitet. Slutligen kommer 3-dagars dietregister att delas ut till deltagarna för att registrera matkonsumtion under två valfria dagar under veckan och en dag på helgen.

B. Tvådagars dietstandardisering Under de två dagarna före studien kommer försökspersonerna att konsumera en balanserad kost som innehåller minst 150 g kolhydrater. Denna diet bestod av vardagsmat, men en översikt kommer att ges till försökspersoner för att säkerställa tillräcklighet baserad på mat som vanligtvis äts.

C. Studiedagsprotokoll För pilotstudien kommer 10 friska vuxna (19-35 år) att genomgå 13C-GBT-protokoll under två separata studiedagar som ett bevis på principen, en gång utan oral isotopdos och en gång med oral isotopdos (U -13C-glukos), varje studie separerade med ≥ 1 vecka. Således kommer 10 friska vuxna att studeras för totalt n = 20 studier. Efter att ha erhållit informerat samtycke från försökspersonen kommer försökspersonen att registreras i studien. Deltagaren kommer till studiedagen efter fasta (~4 timmar) för att standardisera mätningar vid enheten för klinisk forskning och utvärdering (CREU) på BC Children's Hospital. Grundläggande antropometriska mått (kroppsvikt och längd) kommer att samlas in och ett kort studiedagsenkät kommer att administreras för att samla in information om medicinsk, kost och fysisk aktivitetshistoria. 2 baseline-andningsprover kommer att samlas in för att bestämma naturlig bakgrund 13C-förekomst. Försökspersonerna kommer att få på studiedag 1 glukos (75 g/dag) löst i sterilt vatten, studiedag 2 U-13C-glukos (75 mg/dag) (99 atom% 13C anrikning, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) med glukos (75 g/dag) löst i sterilt vatten.

Försökspersonerna kommer att fasta och vila i CREU under hela studieperioden för att eliminera variationer i CO2-produktion. Andningsprover i fyrdubbla exemplar kommer att samlas in vid 20,40,60,80,100,120,140,160,180, 200, 220 och 240 minuter efter oral administrering av glukos. Under studiebesöket kommer hastigheten för koldioxidproduktion (VCO2) att mätas under 20 minuter, två timmar (120 minuter) efter den orala glukosdosen med hjälp av en indirekt kalorimeter (Vmax Encore, Viasys Healthcare Inc. Yorba Linda, CA). Bedömning av kroppssammansättning kommer att utföras med hjälp av Bioelectrical Impedance Analysis (BIA-Quantum IV, RJL Systems, MI). BIA beräknat motstånd, reaktans och impedans genom att applicera elektroder skulle placeras vid höger handled och fotled. Tre avläsningar för resistans, reaktans och impedans kommer att göras för varje individ, sedan kommer medelvärdet av dessa avläsningar att användas för att bestämma fettfri massa (FFM) och fettmassa (FM). FFM och FM kommer att beräknas med hjälp av tillverkarens mjukvarusystem (RJL Systems, Body Composition Analysis V.2.1). Fingerstick blodsockerprover kommer att bedömas i början och varje timme fram till slutet av studiedagen med hjälp av en glukosmätare (One Touch® Ultra®, LifeScan, Inc).

Provtagning och analys: Andningsprover kommer att samlas in med hjälp av utandningspåsar (insamlingspåsar för engångsbruk, EasySampler System, QuinTron Instrument Company, Inc. Milwaukee, WI) i engångsglas Exetainer®-rör (Labco Limited, Buckinghamshire, Storbritannien) med en insamlingsmekanism som tillåter avlägsnande av dött luftutrymme. Andningsberikningen av 13CO2 kommer att mätas med hjälp av isotopförhållande masspektrometer (IRMS).

Statistisk analys Ämnesegenskaper kommer att uttryckas som medelvärde (SD). 13C-glukosoxidation som 13CO2 kommer att vara det primära resultatet som mäts, eftersom detta bäst beskriver hela kroppens oxidationskapacitet för glukos. Area under kurvan (AUC) för varje försökspersons 13CO2-oxidation från t0 till t240, tiden för att nå maximal 13CO2-oxidation (tmax) och den maximala toppanrikningen i13CO2-oxidation (Cmax) kommer att beräknas. En analys med upprepade åtgärder med begränsad maximal sannolikhetsuppskattning kommer att användas för att få de uppskattade parametrarna med MIXED-proceduren med SAS-mjukvara (SAS/STAT; Version 9.2). Ett parat t-test kommer att användas för att jämföra 13CO2-oxidationen vid varje tidpunkt utan och med U-13C-glukos. Alla värden kommer att presenteras för enskilda ämnen, och signifikansen är satt till P<0,05. Statistisk analys kommer att utföras med GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).

Experiment 2 - Minimalt invasivt 13C-glukos utandningstest för att mäta användningen av olika exogena kolhydratkällor hos friska kontroller och försökspersoner med glykogenlagringssjukdom typ I För initiala studier, 10 friska barn (5-18 år) och 10 friska vuxna ( 19-35 år) kommer att genomgå 13C-GBT fyra gånger. Sedan kommer 3 barn och 5 vuxna med GSD I att rekryteras under 4 separata studiedagar från vår pediatriska och vuxna metaboliska klinik på BC Children's respektive Vancouver General Hospital (om rekrytering är en utmaning planerar vi att närma oss kliniker över hela Kanada). Efter fasta (~ 4 timmar för friska kontroller och 2 timmar för GSD I) kommer försökspersoner att få på studiedag 1- UCCS (2 g/kg/dag), studiedag 2- U-13C-glukos (75 mg för vuxna; 1,5) mg/kg för barn) (99 atom% 13C-anrikning, Cambridge Isotope Laboratories Inc., Andover, MA) med UCCS (2 g/kg/dag), studiedag 3 - vaxmajs-majsstärkelsen Glycosade® (2 g/) kg/dag) (Vitaflo International Ltd, Liverpool, England), och på studiedag 4- U-13C-glukos (75 mg för vuxna; 1,5 mg/kg för barn) med Glycosade® (2 g/kg/dag) upplöst i sterilt vatten. På varje studiedag kommer utandningsprover att samlas in var 20:e minut i 240 minuter. Hastigheten för CO2-produktion kommer att mätas 120 minuter efter oral dos med indirekt kalorimetri. Blodsockret kommer att mätas med en glukosmätare och blodprover med fingerstick kommer att bedömas i början och varje timme fram till slutet av studiedagen. Procentandelen testkolhydrater som andas ut, eftersom 13CO2 kommer att mätas under en 4 timmars period.

Statistisk analys Ämnesegenskaper kommer att uttryckas som medelvärde (SD). 13C-glukosoxidation som 13CO2 kommer att vara det primära resultatet som mäts, eftersom detta bäst beskriver hela kroppens oxidationskapacitet för glukos. Area under kurvan (AUC) för varje försökspersons 13CO2-oxidation från t0 till t240, tiden för att nå maximal 13CO2-oxidation (tmax) och den maximala toppanrikningen av13CO2-oxidation (Cmax) kommer att beräknas för UCCS och Glycosade®. Värdena som erhålls från kolhydratkällorna kommer att jämföras genom att använda ett tvåsidigt parat t-test. Signifikansen kommer att sättas till P<0,05.

Statistisk analys kommer att utföras med GraphPad Prism 4.0 (GraphPad Software Inc, CA).