Prueba de cetonas respiratorias: Un nuevo biomarcador para el diagnóstico y el seguimiento terapéutico de la cetosis diabética

Resumen

Antecedentes. La acetona, el ácido β-hidroxibutírico y el ácido acetoacético son tres tipos de cuerpos cetónicos que pueden encontrarse en el aliento, la sangre y la orina. La detección de concentraciones alteradas de cetonas en el aliento, la sangre y la orina es crucial para el diagnóstico y el tratamiento de la cetosis diabética. El objetivo de este estudio fue evaluar las ventajas de los diferentes métodos de detección de cetonas y establecer si la detección de la concentración de cetonas en el aliento es una técnica eficaz y práctica. Métodos. Se midieron las concentraciones de acetona en el aliento mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas y de β-hidroxibutirato en la sangre de la yema del dedo recogida de 99 pacientes con diabetes asignados a los grupos 1 (-), 2 (±), 3 (+), 4 (++) o 5 (+++) según las concentraciones de cetonas en la orina. Resultados. Hubo fuertes relaciones entre la glucemia en ayunas, la edad y la cetosis diabética. La concentración de acetona exhalada se correlacionó significativamente con las concentraciones de glucosa en sangre en ayunas, cetonas en sangre y orina, LDL-C, creatinina y nitrógeno ureico en sangre. Conclusiones. La prueba de cetonas en el aliento tiene una alta sensibilidad y especificidad y parece ser un método no invasivo, conveniente y repetible para el diagnóstico y el seguimiento terapéutico de la cetosis diabética.

1. Introducción

La cetoacidosis diabética (CAD) es una afección potencialmente mortal que se produce predominantemente en pacientes con diabetes mellitus de tipo 1 recién diagnosticada y es consecuencia de una falta de producción de insulina por parte de las células de los islotes pancreáticos, pero también puede producirse en pacientes con diabetes de tipo 2 con una concentración de glucosa en sangre mal controlada u otras enfermedades . La cetosis diabética y la cetoacidosis están causadas principalmente por la falta de insulina o por un aumento inadecuado de la concentración de glucagón en sangre que provoca un desequilibrio de azúcares, proteínas, grasas, agua, electrolitos y ácido-base. La identificación de un método de prueba con alta sensibilidad y especificidad facilitaría el diagnóstico y el tratamiento tempranos de la cetosis diabética.

Los cuerpos cetónicos se producen cuando el hígado metaboliza los ácidos grasos, incluyendo la acetona, el β-hidroxibutirato y el ácido acetoacético: el β-hidroxibutirato puede convertirse en ácido acetoacético y representa el 78% de todas las cetonas del organismo, seguido del ácido acetoacético (20%) y la acetona (2%). Desde el punto de vista clínico, cuando se realiza el diagnóstico de la CAD, la concentración de cetonas en sangre suele inferirse a partir de la concentración de cetonas en orina. Los métodos de detección de cetonas en la orina utilizados habitualmente son más sensibles al ácido acetoacético que a la acetona, pero menos sensibles al β-hidroxibutirato, que aparece más temprano en la CAD, lo que explica por qué los pacientes con CAD pueden no tener concentraciones detectables de cetonas en la orina. La excreción de cetonas en la orina también puede verse afectada en pacientes con disfunción renal. Se puede argumentar que la detección de cetonas urinarias no es un medio adecuado para diagnosticar la CAD.

Se dispone de un análisis de sangre que mide la concentración de β-hidroxibutirato sérico, pero ha habido un gran interés en desarrollar medios para medir la concentración de cetonas en el aliento, como una herramienta de diagnóstico conveniente y no invasiva que también podría guiar las intervenciones terapéuticas. Desde hace tiempo se sabe que la presencia de acetona en el aliento está correlacionada con los cuerpos cetónicos en el plasma. El acetoacetato puede descarboxilarse para producir acetona volátil, además de que el punto de ebullición del acetoacetato y del ácido β-hidroxibutírico en el aliento exhalado es mayor que el de la acetona, con un contenido relativamente pequeño y difícil de detectar, por lo que elegimos las concentraciones de acetona como predictor de la cetosis diabética. Evaluamos las ventajas de varios métodos de detección y exploramos el valor clínico de la detección de acetona en el aliento en el diagnóstico y tratamiento de la cetosis diabética.

2. Materiales y métodos

2.1. Participantes

Se reclutaron 99 pacientes con diabetes (49 hombres y 50 mujeres; rango de edad: 11-85 años) del Departamento de Endocrinología del Segundo Hospital de la Universidad de Jilin en Changchun, China. Según el prospecto del detector de cetonas en la orina, los cambios de color de -, ±, +, ++ y +++ corresponden a concentraciones de 0 mmol/L, 0,5 mmol/L, 1,5 mmol/L, 3,9 mmol/L y 7,8 mmol/L, respectivamente. Los pacientes fueron asignados en 5 grupos sobre la base de la concentración de cetonas en la orina grupo 1 (-), cetona urinaria registrada como negativa, 9 hombres y 10 mujeres (); grupo 2 (±), cetona urinaria registrada como ligeramente positiva, 7 hombres y 9 mujeres (); grupo 3 (+), cetona urinaria registrada como positiva, 14 hombres y 11 mujeres (); grupo 4 (++), cetona urinaria registrada como positiva moderada, 9 hombres y 10 mujeres (); y grupo 5 (+++), cetona urinaria registrada como positiva fuerte, 10 hombres y 10 mujeres (). El protocolo del estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Segundo Hospital de la Universidad de Jilin, y se obtuvo el consentimiento por escrito de todos los sujetos antes de la recogida de aliento.

2.2. Criterios de inclusión

La diabetes mellitus tipo 2 se diagnosticó según los criterios de diagnóstico de la OMS de 1999 . Se excluyeron las pacientes con diabetes gestacional, diabetes mellitus que complican el embarazo y diabetes secundaria.

2.3. Medición de la concentración de cetonas

Se obtuvieron muestras de sangre fresca de la yema del dedo y se midió la concentración sanguínea de β-hidroxibutirato utilizando un dispositivo Optium Xceed (Abbott, EE.UU.): utilizando el punto de corte sugerido por el fabricante de >0,5 mmol/L se consideró positivo. Se utilizaron bolsas de aluminio de 3 L para recoger el aliento exhalado de los participantes, que se analizaron en un plazo de 5 días. Se obtuvieron tres muestras de aliento exhalado de cada sujeto. La concentración de acetona se determinó en el aliento mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC/MS). La operación se realizó según las instrucciones. El control de calidad del aliento exhalado se ha descrito en nuestro artículo publicado . Una concentración ≥1,0 ppmv se consideró positiva. También se midieron las concentraciones de cetonas en orina y se registraron las características demográficas y clínicas de los pacientes.

2.4. Análisis estadístico

Todos los datos se procesaron estadísticamente utilizando el software SPSS (versión 17; IBM, Nueva York, NY, EE.UU.) y se informaron como media ± desviación estándar (DE). Las comparaciones entre grupos se llevaron a cabo utilizando pruebas – para datos con distribución normal y pruebas no paramétricas para datos sin distribución normal. Se utilizó el análisis de la varianza para las comparaciones multigrupo. Los datos categóricos se analizaron mediante pruebas de chi-cuadrado y se expresaron como casos positivos y proporciones constitutivas (%). Se realizó un análisis de correlación para examinar la fuerza de las relaciones entre las variables. Se construyó una curva de características operativas del receptor (ROC) para determinar el valor de corte óptimo de la concentración de acetona exhalada y de la cetona urinaria, y se calcularon la sensibilidad y la especificidad. Se utilizaron pruebas de dos caras para todos los análisis estadísticos. Un valor < 0,05 se consideró estadísticamente significativo.

3. Resultados

3.1. Características demográficas y clínicas de los participantes

Los datos demográficos y clínicos se muestran en la Tabla 1. La concentración de glucosa en sangre en ayunas (FBG) al ingreso fue significativamente mayor en el grupo 5 que en los grupos 1, 2, 3 y 4 (, , y , respectivamente), pero no hubo diferencias entre los grupos 1 a 4. Los pacientes del grupo 5 eran significativamente más jóvenes que los de los grupos 1 a 3 (, , y , respectivamente), y los pacientes del grupo 4 eran también más jóvenes que los del grupo 2 (), pero no hubo diferencias estadísticamente significativas en cuanto a la edad entre los demás grupos. Además, no hubo diferencias significativas en cuanto a sexo, índice de masa corporal, hemoglobina A1c (HbA1c) en sangre, colesterol total (CT), triglicéridos (TG), colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL-C) colesterol de lipoproteínas de alta densidad (HDL-C), aspartato aminotransferasa (AST), alanina aminotransferasa (ALT), creatinina (Cr) y concentración de nitrógeno ureico en sangre (BUN) entre cualquiera de los cinco grupos.

3.2. Comparison of Blood and Breath Concentrations of Ketones

Concentrations of blood β-hydroxybutyrate and exhaled acetone are shown in Table 2 and Figure 1. La concentración sanguínea de β-hidroxibutirato fue significativamente mayor en los grupos 4 y 5 que en los grupos 1 a 3 (, , y , respectivamente, y , , y , respectivamente) y mayor en el grupo 5 que en el grupo 4 (), pero no hubo diferencias entre los grupos 1 a 3. La concentración respiratoria de acetona fue mayor en el grupo 4 que en los grupos 1 y 3 ( y , respectivamente) y mayor en el grupo 5 que en los grupos 1 a 4 (, , , y , respectivamente), pero no hubo diferencias entre los demás grupos. La concentración de β-hidroxibutirato en sangre fue positiva en el 6,7%, 14,3%, 43,5%, 71,4% y 89,5% de los casos, respectivamente, en los grupos 1 a 5, y la concentración de acetona exhalada fue positiva en el 18,8%, 20%, 60%, 80% y 92,9% de los casos, respectivamente, en los grupos 1 a 5 (Tabla 3).

(a) Blood β-hydroxybutyrate concentrations

(b) Exhaled acetone concentrations , #

(a) Blood β-hydroxybutyrate concentrations
(b) Exhaled acetone concentrations , #

Figure 1

Blood β-hydroxybutyrate and exhaled acetone concentrations in patients with increasing concentrations of urinary ketones.

3.3. Correlation of Urinary Ketone Concentration with Exhaled Breath Acetone

The exhaled acetone concentration was significantly correlated with the concentrations of FBG (, ), blood β-hydroxybutyrate (, ), urinary ketone concentration (, ), LDL-C (, ), Cr (, ), and BUN (, ) (Table 4).

3.4. Exhaled Acetone Concentration as a Predictor of Diabetic Ketosis

Concentrations of blood β-hydroxybutyrate served as the standard to assess the sensitivity and specificity of exhaled acetone for detection of diabetic ketosis (Figure 2). The area under the curve (AUC) was 0.905 (), and the cut-off concentration of exhaled acetone for diagnosis of diabetic ketosis was 1.185 ppmv, with a sensitivity and specificity of 90.9% and 77.1%, respectively. Concentrations of blood β-hydroxybutyrate served as the standard to assess the sensitivity and specificity of urinary ketone for detection of diabetic ketosis (Figure 2). El área bajo la curva (AUC) fue de 0,815 (), y la concentración de corte de la cetona urinaria para el diagnóstico de la cetosis diabética fue de 2,7 mmol/L, con una sensibilidad y especificidad del 63,6% y el 85,7%, respectivamente.

Figura 2

Curva característica operativa del receptor (ROC) para la acetona exhalada y la concentración de cetona urinaria para el diagnóstico de cetosis diabética.

4. Discusión

La cetoacidosis puede ocurrir en pacientes con diabetes de todas las edades . Un estudio realizado en Austria indicó que la incidencia de CAD estaba correlacionada negativamente con la edad . Klingensmith y sus colegas han informado de que la edad más joven, la falta de seguro médico privado y la herencia ancestral afroamericana son factores de riesgo independientes para la CAD . En nuestro estudio, los pacientes más jóvenes y con mayor concentración de FBG tendían a ser fuertemente positivos para las cetonas urinarias, lo que es consistente con los datos reportados.

La detección del aliento exhalado se ha utilizado para diagnosticar enfermedades metabólicas y monitorear el tratamiento durante muchos años . Las técnicas utilizadas para detectar estos compuestos en el aliento exhalado se basan en la espectrometría de masas, por ejemplo, la espectrometría de masas de reacción de transferencia de protones, la espectrometría de masas de tubo de flujo de iones seleccionados y la espectroscopia de anillo descendente de cavidad. La concentración de acetona en el aliento está asociada con el metabolismo de la glucosa y la lipólisis. Estudios anteriores han demostrado una estrecha correlación entre las concentraciones de cetonas liberadas por la piel y los niveles en sangre . La concentración de acetona en el aliento también está elevada en la diabetes mellitus de tipo 2, y puede utilizarse para diagnosticar la aparición de la diabetes. Para detectar la acetona exhalada utilizamos el método GC/MS, que es capaz de detectar más de 200 componentes del aliento exhalado y es altamente sensible a los compuestos orgánicos volátiles típicos. En nuestro estudio, el análisis de correlación demostró que la concentración de acetona exhalada estaba significativamente asociada a la concentración de cetonas en la orina y a las concentraciones de FBG, LDL-C, Cr y BUN en sangre. La acetona exhalada tal vez sea un mejor índice para reflejar los cambios de la glucosa en sangre, y la prueba de acetona exhalada es un método no invasivo y sencillo, que se espera que sea un indicador prometedor de la monitorización de la glucosa en sangre en el futuro.

Cuando la concentración de β-hidroxibutirato en sangre sirvió como estándar en nuestro estudio para evaluar la sensibilidad y la especificidad de la acetona exhalada y la cetona en orina, la sensibilidad y la especificidad de la acetona exhalada fueron del 90,9% y del 77,1%, respectivamente. Sin embargo, la sensibilidad y la especificidad de la cetona en orina fueron del 63,6% y el 85,7%, respectivamente. Estos resultados muestran que la especificidad de la acetona exhalada es similar a la de la cetona en orina, pero su sensibilidad es mayor que la de las cetonas en orina. Además, las pruebas de β-hidroxibutirato en sangre y de acetona exhalada siguen siendo positivas en el grupo de cuerpos cetónicos en orina negativos; la proporción es del 6,7% y del 18,8%, respectivamente. Así pues, la concentración de cetonas en orina puede no ser un predictor oportuno de la cetosis diabética temprana. Las pruebas de cetonas en sangre y exhaladas ayudan a eliminar los resultados falsos negativos . Otro valor potencial de las pruebas de cetonas en el aliento es que están fuertemente influenciadas por factores fisiológicos distintos de la dieta . En el presente método, se encontró una concentración de acetona exhalada superior a 1,185 ppmv en pacientes con cetosis diabética; la detección sólo necesita una preparación sencilla y ningún disolvente orgánico. El análisis de la acetona exhalada resulta ser un método no invasivo, cómodo, sensible y sin disolventes, y podría aplicarse para diagnosticar y controlar la gravedad de la cetosis diabética. Sin embargo, la técnica es todavía preliminar y su amplio uso clínico requiere una mayor optimización.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen relaciones financieras y personales con otras personas u organizaciones. También declaran que no hay ningún conflicto de intereses en relación con la publicación de este artículo.

Agradecimientos

Este estudio fue apoyado por la subvención NSFC (nº 30971398 y nº 81170746) y el programa Norman Bethune de la Universidad de Jilin (nº 2012214).