Test de cétone respiratoire : Un nouveau biomarqueur pour le diagnostic et le suivi thérapeutique de la cétose diabétique

Abstract

Contexte. L’acétone, l’acide β-hydroxybutyrique et l’acide acétoacétique sont trois types de corps cétoniques qui peuvent être trouvés dans l’haleine, le sang et l’urine. La détection de concentrations modifiées de corps cétoniques dans l’haleine, le sang et l’urine est cruciale pour le diagnostic et le traitement de la cétose diabétique. L’objectif de cette étude était d’évaluer les avantages de différentes méthodes de détection des corps cétoniques et d’établir si la détection de la concentration de corps cétoniques dans l’haleine est une technique efficace et pratique. Méthodes. Nous avons mesuré les concentrations d’acétone dans l’haleine par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse et de β-hydroxybutyrate dans le sang prélevé au bout du doigt chez 99 patients diabétiques affectés aux groupes 1 (-), 2 (±), 3 (+), 4 (++) ou 5 (+++) en fonction des concentrations de cétones urinaires. Résultats. Il y avait de fortes relations entre la glycémie à jeun, l’âge et la cétose diabétique. La concentration d’acétone exhalée était significativement corrélée aux concentrations de glycémie à jeun, de cétones dans le sang et l’urine, de LDL-C, de créatinine et d’azote uréique sanguin. Conclusions. Le test respiratoire pour les cétones a une sensibilité et une spécificité élevées et semble être une méthode non invasive, pratique et reproductible pour le diagnostic et le suivi thérapeutique de la cétose diabétique.

1. Introduction

L’acidocétose diabétique (ACD) est une affection potentiellement mortelle qui survient principalement chez les patients atteints de diabète sucré de type 1 récemment diagnostiqué et qui est la conséquence d’un manque de production d’insuline par les cellules des îlots pancréatiques, mais elle peut également survenir chez les patients atteints de diabète de type 2 dont la concentration de glucose dans le sang est mal contrôlée ou qui souffrent d’autres maladies . La cétose et l’acidocétose diabétiques sont principalement causées par un manque d’insuline ou une augmentation inappropriée de la concentration de glucagon dans le sang, ce qui entraîne un déséquilibre des sucres, des protéines, des graisses, de l’eau, des électrolytes et des acides et des bases. L’identification d’une méthode de test avec une sensibilité et une spécificité élevées faciliterait le diagnostic et le traitement précoces de la cétose diabétique.

Les corps cétoniques sont produits lorsque le foie métabolise les acides gras, y compris l’acétone, le β-hydroxybutyrate et l’acide acétoacétique : le β-hydroxybutyrate peut être converti en acide acétoacétique et représente 78% de toutes les cétones dans le corps, suivi de l’acide acétoacétique (20%) et de l’acétone (2%). En clinique, lorsqu’on pose le diagnostic d’ACD, la concentration de cétones dans le sang est généralement déduite de la concentration de cétones dans l’urine. Les méthodes de détection des corps cétoniques urinaires couramment utilisées sont plus sensibles à l’acide acétoacétique qu’à l’acétone, mais moins sensibles au β-hydroxybutyrate, qui apparaît le plus tôt dans l’ACD – ce qui explique pourquoi les patients atteints d’ACD peuvent ne pas avoir de concentrations détectables de corps cétoniques dans leurs urines. L’excrétion urinaire des corps cétoniques peut également être altérée chez les patients souffrant de dysfonctionnement rénal. On peut soutenir que la détection des cétones urinaires n’est pas un moyen approprié pour diagnostiquer l’ACD.

Il existe un test sanguin qui mesure la concentration de β-hydroxybutyrate sérique, mais on s’est beaucoup intéressé au développement de moyens de mesurer la concentration de cétones dans l’haleine, comme outil de diagnostic pratique et non invasif qui pourrait également guider les interventions thérapeutiques. On sait depuis longtemps que la présence d’acétone dans l’haleine est corrélée aux corps cétoniques dans le plasma. L’acétoacétate peut être décarboxylé pour produire de l’acétone volatile, outre que le point d’ébullition de l’acétoacétate et de l’acide β-hydroxybutyrique dans l’haleine expirée est plus élevé que celui de l’acétone, le contenu étant relativement faible et difficile à détecter, nous choisissons donc les concentrations d’acétone comme prédicteur de la cétose diabétique. Nous avons évalué les avantages des différentes méthodes de détection et exploré la valeur clinique de la détection de l’acétone dans l’haleine pour le diagnostic et le traitement de la cétose diabétique.

2. Matériaux et méthodes

2.1. Participants

Nonante-neuf patients diabétiques (49 hommes et 50 femmes ; fourchette d’âge : 11-85 ans) ont été recrutés dans le département d’endocrinologie du deuxième hôpital de l’université de Jilin à Changchun, en Chine. Selon la notice du détecteur de cétone urinaire, les changements de couleur de -, ±, +, ++ et +++ correspondent à des concentrations de 0 mmol/L, 0,5 mmol/L, 1,5 mmol/L, 3,9 mmol/L et 7,8 mmol/L, respectivement. Les patients ont été répartis en 5 groupes sur la base de la concentration urinaire en cétones : groupe 1 (-), cétone urinaire enregistrée comme négative, 9 hommes et 10 femmes () ; groupe 2 (±), cétone urinaire enregistrée comme légèrement positive, 7 hommes et 9 femmes () ; groupe 3 (+), cétone urinaire enregistrée comme positive, 14 hommes et 11 femmes () ; groupe 4 (++), cétone urinaire enregistré comme positif modéré, 9 hommes et 10 femmes () ; et groupe 5 (+++), cétone urinaire enregistré comme fortement positif, 10 hommes et 10 femmes (). Le protocole de l’étude a été approuvé par le comité d’éthique du deuxième hôpital de l’Université de Jilin, et un consentement écrit a été obtenu de tous les sujets avant la collecte du souffle.

2.2. Critères d’inclusion

Le diabète sucré de type 2 a été diagnostiqué selon les critères de diagnostic de l’OMS de 1999 . Les patients atteints de diabète gestationnel, de diabète sucré compliquant la grossesse et de diabète secondaire ont été exclus.

2.3. Mesure de la concentration de cétone

Des échantillons de sang frais prélevés au bout du doigt ont été obtenus et la concentration sanguine de β-hydroxybutyrate a été mesurée à l’aide d’un appareil Optium Xceed (Abbott, USA) : en utilisant le seuil suggéré par le fabricant de >0,5 mmol/L était considéré comme positif. Nous avons utilisé des sacs en aluminium de 3 L pour recueillir l’haleine expirée des participants, qui a été analysée dans les 5 jours. Trois échantillons d’haleine expirée ont été obtenus de chaque sujet. La concentration d’acétone a été déterminée dans l’haleine par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (CG/SM). L’opération a été réalisée conformément aux instructions. Le contrôle de qualité de l’haleine expirée a été décrit dans notre article publié . Une concentration ≥1,0 ppmv a été considérée comme positive. Les concentrations de cétones urinaires ont également été mesurées, et les caractéristiques démographiques et cliniques des patients ont été enregistrées.

2.4. Analyse statistique

Toutes les données ont été traitées statistiquement à l’aide du logiciel SPSS (version 17 ; IBM, New York, NY, USA) et rapportées sous forme de moyenne ± écart-type (ET). Les comparaisons intergroupes ont été effectuées à l’aide de tests – pour les données normalement distribuées et de tests non paramétriques pour les données qui n’étaient pas normalement distribuées. L’analyse de la variance a été utilisée pour les comparaisons multigroupes. Les données catégorielles ont été analysées à l’aide de tests de chi-deux et exprimées en cas positifs et en ratios de constituants (%). Une analyse de corrélation a été réalisée pour examiner la force des relations entre les variables. Une courbe ROC (receiver operating characteristic) a été construite pour déterminer la valeur seuil optimale de la concentration d’acétone expirée et de la cétone urinaire, et la sensibilité et la spécificité ont été calculées. Des tests bilatéraux ont été utilisés pour toutes les analyses statistiques. Une valeur < 0,05 a été considérée comme statistiquement significative.

3. Résultats

3.1. Caractéristiques démographiques et cliniques des participants

Les données démographiques et cliniques sont présentées dans le tableau 1. La concentration de la glycémie à jeun (GJ) à l’admission était significativement plus élevée dans le groupe 5 que dans les groupes 1, 2, 3 et 4 (, , et , resp.), mais il n’y avait pas de différences entre les groupes 1 à 4. Les patients du groupe 5 étaient significativement plus jeunes que ceux des groupes 1 à 3 (, , et , resp.), et les patients du groupe 4 étaient également plus jeunes que ceux du groupe 2 (), mais il n’y avait pas de différences d’âge statistiquement significatives entre les autres groupes. En outre, il n’y avait pas de différences significatives en ce qui concerne le sexe, l’indice de masse corporelle, l’hémoglobine A1c (HbA1c), le cholestérol total (CT), les triglycérides (TG), le cholestérol des lipoprotéines de basse densité (LDL-C), cholestérol à lipoprotéines de haute densité (HDL-C), aspartate aminotransférase (AST), alanine aminotransférase (ALT), créatinine (Cr) et concentration d’azote uréique du sang (BUN) entre l’un ou l’autre des cinq groupes.

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 concentration sanguine de β-hydroxybutyrate était significativement plus élevée dans les groupes 4 et 5 que dans les groupes 1 à 3 (, , et , resp.) et plus élevée dans le groupe 5 que dans le groupe 4 (), mais il n’y avait pas de différence entre les groupes 1 à 3. La concentration respiratoire d’acétone était plus élevée dans le groupe 4 que dans les groupes 1 et 3 ( et , resp.) et plus élevée dans le groupe 5 que dans les groupes 1 à 4 (, , et , resp.), mais il n’y avait pas de différence entre les autres groupes. La concentration sanguine de β-hydroxybutyrate était positive dans 6,7 %, 14,3 %, 43,5 %, 71,4 % et 89,5 % des cas, respectivement, dans les groupes 1 à 5, et la concentration d’acétone expirée était positive dans 18,8 %, 20 %, 60 %, 80 % et 92,9 % des cas, respectivement, dans les groupes 1 à 5 (tableau 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). L’aire sous la courbe (AUC) était de 0,815 (), et la concentration seuil de la cétone urinaire pour le diagnostic de la cétose diabétique était de 2,7 mmol/L, avec une sensibilité et une spécificité de 63,6 % et 85,7 %, respectivement.

Figure 2

Courbe ROC (Receiver Operating characteristic) pour l’acétone exhalée et la concentration de cétone urinaire pour le diagnostic de la cétose diabétique.

4. Discussion

L’acidocétose peut survenir chez les patients diabétiques de tous âges . Une étude autrichienne a indiqué que l’incidence de l’acidocétose était négativement corrélée à l’âge . Klingensmith et ses collègues ont signalé que le jeune âge, l’absence d’assurance maladie privée et l’héritage ancestral afro-américain sont des facteurs de risque indépendants d’ACD . Dans notre étude, les patients plus jeunes et une concentration plus élevée de FBG avaient tendance à être fortement positifs pour les corps cétoniques urinaires, ce qui est cohérent avec les données rapportées.

La détection de l’haleine expirée est utilisée pour diagnostiquer les maladies métaboliques et surveiller le traitement depuis de nombreuses années . Les techniques utilisées pour détecter ces composés dans l’haleine expirée sont basées sur la spectrométrie de masse, par exemple, la spectrométrie de masse par réaction de transfert de protons, la spectrométrie de masse par tube à flux ionique sélectionné , et la spectroscopie par abaissement de l’anneau de cavité. La concentration d’acétone dans l’air expiré est associée au métabolisme du glucose et à la lipolyse. Des études antérieures ont montré une corrélation étroite entre les concentrations de cétones libérées par la peau et les niveaux sanguins . La concentration d’acétone dans l’air est également élevée dans le cas du diabète de type 2 et peut être utilisée pour diagnostiquer l’apparition du diabète. Nous avons utilisé la méthode GC/MS pour détecter l’acétone expirée, qui est capable de détecter plus de 200 constituants de l’haleine expirée et est très sensible aux composés organiques volatils typiques. Dans notre étude, l’analyse de corrélation a démontré que la concentration d’acétone exhalée était significativement associée à la concentration de cétone urinaire, aux concentrations sanguines de FBG, LDL-C, Cr et BUN. L’acétone exhalée rapide peut-être un meilleur indice pour refléter les changements de la glycémie, et le test de l’acétone exhalée est une méthode simple et non invasive, qui devrait être un indicateur prometteur de la surveillance de la glycémie à l’avenir.

Lorsque la concentration de β-hydroxybutyrate sanguin a servi de norme dans notre étude pour évaluer la sensibilité et la spécificité de l’acétone exhalée et de la cétone urinaire, la sensibilité et la spécificité de l’acétone exhalée étaient de 90,9 % et 77,1 %, respectivement. Cependant, la sensibilité et la spécificité de la cétone urinaire étaient respectivement de 63,6 % et 85,7 %. Ces résultats montrent que la spécificité de l’acétone expirée est similaire à celle de la cétone urinaire, mais que sa sensibilité est supérieure à celle de la cétone urinaire. En outre, les tests de β-hydroxybutyrate sanguin et d’acétone expiré sont toujours positifs dans le groupe négatif pour les corps cétoniques urinaires ; la proportion est de 6,7% et 18,8%, respectivement. La concentration de corps cétoniques urinaires n’est donc peut-être pas un prédicteur opportun de la cétose diabétique précoce. La recherche de corps cétoniques dans le sang et dans l’air expiré permet d’éliminer les résultats faussement négatifs . Un autre intérêt potentiel de la recherche de corps cétoniques dans l’air expiré est qu’elle est fortement influencée par des facteurs physiologiques autres que le régime alimentaire . Dans la présente méthode, une concentration d’acétone expirée supérieure à 1,185 ppmv a été trouvée chez des patients atteints de cétose diabétique ; la détection ne nécessite qu’une préparation simple et aucun solvant organique. L’analyse de l’acétone exhalée s’avère être une méthode non invasive, pratique, sensible et sans solvant et pourrait être appliquée pour diagnostiquer et surveiller la gravité de la cétose diabétique. Cependant, la technique est encore préliminaire et son utilisation clinique à grande échelle nécessite une optimisation supplémentaire.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de relations financières et personnelles avec d’autres personnes ou organisations. Ils déclarent également qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.

Remerciements

Cette étude a été soutenue par la subvention NSFC (n° 30971398 et n° 81170746) et le programme Norman Bethune de l’Université de Jilin (n° 2012214).

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