Légúti ketonvizsgálat: Abstract Háttér: A diabéteszes ketózis diagnózisának és terápiás monitorozásának új biomarkere

Háttér. Az aceton, a β-hidroxi-vajsav és az acetoecetsav a ketontestek három típusa, amelyek megtalálhatók a légzésben, a vérben és a vizeletben. A ketonok megváltozott koncentrációjának kimutatása a leheletben, a vérben és a vizeletben kulcsfontosságú a diabéteszes ketózis diagnózisa és kezelése szempontjából. E tanulmány célja az volt, hogy értékelje a ketonok különböző kimutatási módszereinek előnyeit, és megállapítsa, hogy a ketonok koncentrációjának kimutatása a leheletben hatékony és gyakorlatias módszer-e. Módszerek. Gázkromatográfiás tömegspektrometriás módszerrel megmértük az aceton koncentrációját a leheletben, valamint a β-hidroxibutirát koncentrációját az ujjbegyből vett vérben, amelyet 99 cukorbeteg betegtől vettünk, akiket a vizelet ketonkoncentrációja alapján az 1. (-), 2. (±), 3. (+), 4. (++) vagy 5. (+++) csoportba soroltunk. Eredmények. Erős összefüggés volt az éhomi vércukorszint, az életkor és a diabéteszes ketózis között. A kilélegzett acetonkoncentráció szignifikánsan korrelált az éhomi vércukor, a vérben és a vizeletben lévő ketonok, az LDL-C, a kreatinin és a vér karbamidnitrogén koncentrációjával. Következtetések. A ketonok légzéses vizsgálata magas érzékenységgel és specificitással rendelkezik, és nem invazív, kényelmes és megismételhető módszernek tűnik a diabéteszes ketózis diagnosztizálására és terápiás monitorozására.

1. Bevezetés

A diabéteszes ketoacidózis (DKA) életveszélyes állapot, amely túlnyomórészt frissen diagnosztizált 1-es típusú diabetes mellitusban szenvedő betegeknél fordul elő, és a hasnyálmirigy szigetsejtjei által termelt inzulin hiányának következménye, de előfordulhat 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő, rosszul szabályozott vércukorszintű betegeknél vagy más betegségeknél is . A diabéteszes ketózist és a ketoacidózist elsősorban az inzulin hiánya vagy a vér glükagonkoncentrációjának nem megfelelő emelkedése okozza, ami cukor-, fehérje-, zsír-, víz-, elektrolit- és sav-bázis egyensúlyzavarhoz vezet. Egy magas érzékenységű és specificitású vizsgálati módszer azonosítása megkönnyítené a diabéteszes ketózis korai diagnózisát és kezelését.

A zsírsavak metabolizálásakor a májban ketontestek keletkeznek, köztük aceton, β-hidroxibutirát és acetoesav: a β-hidroxibutirát acetoesavvá alakítható, és a szervezetben lévő összes keton 78%-át teszi ki, ezt követi az acetoesav (20%) és az aceton (2%). Klinikai szempontból a DKA diagnózisának felállításakor a vér ketonkoncentrációjára általában a vizelet ketonkoncentrációjából következtetnek. A vizelet-ketonok kimutatására általánosan használt módszerek érzékenyebbek az acetoesavra, mint az acetonra, de kevésbé érzékenyek a β-hidroxibutirátra, amely legkorábban a DKA-ban jelenik meg – ez magyarázza, hogy a DKA-s betegek vizeletében miért nincs kimutatható ketonkoncentráció. Veseelégtelenségben szenvedő betegeknél a vizelettel történő ketonkiválasztás is károsodhat. Azzal lehet érvelni, hogy a vizeletben lévő ketonok kimutatása nem megfelelő eszköz a DKA diagnosztizálására.

A szérum β-hidroxibutirát koncentrációját mérő vérvizsgálat rendelkezésre áll, de nagy érdeklődés mutatkozik a légúti ketonok koncentrációjának mérésére szolgáló eszközök kifejlesztése iránt, mint kényelmes és nem invazív diagnosztikai eszköz, amely a terápiás beavatkozásokat is irányíthatja. Régóta ismert, hogy az aceton jelenléte a légzésben korrelál a plazmában lévő ketontestekkel. Az acetoacetát dekarboxilálódhat, hogy illékony aceton keletkezzen, emellett a kilélegzett légzésben az acetoacetát és a β-hidroxi-vajsav forráspontja magasabb, mint az acetoné, a tartalom viszonylag kicsi és nehezen kimutatható, ezért az acetonkoncentrációt a diabéteszes ketózis prediktorának választjuk. Értékeltük a különböző kimutatási módszerek előnyeit, és feltártuk az aceton kilégzés kimutatásának klinikai értékét a diabéteszes ketózis diagnózisában és kezelésében.

2. Anyagok és módszerek

2.1. Az aceton kilégzés kimutatásának klinikai értéke. Résztvevők

Kilencvenkilenc cukorbeteg beteget (49 férfi és 50 nő; életkor: 11-85 év) toboroztunk a Csangcsunban (Kína) található Csilin Egyetem Második Kórházának Endokrinológiai Osztályáról. A vizelet-ketonok kimutatására szolgáló betegtájékoztató szerint a -, ±, +, ++ és +++ színváltozások 0 mmol/l, 0,5 mmol/l, 1,5 mmol/l, 3,9 mmol/l és 7,8 mmol/l koncentrációnak felelnek meg. A betegeket a vizelet ketonkoncentrációja alapján 5 csoportba sorolták: csoport (-), a vizelet ketonszintje negatív, 9 férfi és 10 nő (); 2. csoport (±), a vizelet ketonszintje enyhe pozitív, 7 férfi és 9 nő (); 3. csoport (+), a vizelet ketonszintje pozitív, 14 férfi és 11 nő (); 4. csoport (++), a vizelet ketonja közepesen pozitív, 9 férfi és 10 nő (); és 5. csoport (+++), a vizelet ketonja erősen pozitív, 10 férfi és 10 nő (). A vizsgálati protokollt a Jilin Egyetem Második Kórházának etikai bizottsága hagyta jóvá, és a légzésgyűjtés előtt minden alany írásos beleegyezését beszerezték.

2.2. A vizsgálati protokollt a Jilin Egyetem Második Kórházának etikai bizottsága hagyta jóvá. Befogadási kritériumok

A 2-es típusú cukorbetegséget a WHO 1999-es diagnosztikai kritériumai szerint diagnosztizálták. A terhességi cukorbetegségben, a terhességet szövődményes cukorbetegségben és a másodlagos cukorbetegségben szenvedő betegeket kizártuk.

2.3. A ketonkoncentráció mérése

Friss ujjbegyi vérmintát vettünk, és Optium Xceed (Abbott, USA) készülékkel mértük a β-hidroxibutirát vérkoncentrációját: a gyártó által javasolt >0,5 mmol/L határértéket használva pozitívnak tekintettük. A résztvevők kilélegzett légzésének gyűjtésére 3 literes fóliazsákokat használtunk, amelyeket 5 napon belül elemeztünk. Minden alanyból három kilélegzett légzésmintát nyertünk. Az aceton koncentrációját gázkromatográfia-tömegspektrometria (GC/MS) segítségével határoztuk meg a leheletben. A műveletet az utasításoknak megfelelően végezték. A kilélegzett légzés minőségellenőrzését közzétett tanulmányunkban ismertettük . Az ≥1,0 ppmv koncentrációt pozitívnak tekintettük. A vizelet ketonkoncentrációját is megmértük, valamint a betegek demográfiai és klinikai jellemzőit is rögzítettük.

2.4. Statisztikai elemzés

Minden adatot az SPSS szoftver (17-es verzió; IBM, New York, NY, USA) segítségével dolgoztunk fel statisztikailag, és átlag ± standard eltérés (SD) formában jelentettük. A csoportok közötti összehasonlításokat normális eloszlású adatok esetében -tesztekkel, a nem normális eloszlású adatok esetében pedig nem parametrikus tesztekkel végeztük. A többcsoportos összehasonlításoknál varianciaanalízist alkalmaztunk. A kategorikus adatokat chi-négyzet tesztekkel elemeztük, és pozitív esetek és alkotóelemek arányában (%) fejeztük ki. A változók közötti kapcsolatok erősségének vizsgálatára korrelációs elemzést végeztek. A kilélegzett aceton és a vizelet keton koncentrációjának optimális határértékének meghatározásához receiver operating characteristic (ROC) görbét készítettünk, és kiszámítottuk az érzékenységet és a specificitást. Minden statisztikai elemzéshez kétoldalas teszteket alkalmaztunk. A < 0,05 értéket tekintettük statisztikailag szignifikánsnak.

3. Eredmények

3.1. Eredmények. A résztvevők demográfiai és klinikai jellemzői

A demográfiai és klinikai adatokat az 1. táblázat tartalmazza. Az éhgyomri vércukor (FBG) koncentrációja a felvételkor az 5. csoportban szignifikánsan magasabb volt, mint az 1., 2., 3. és 4. csoportban (, , illetve , és , de az 1-4. csoportok között nem volt különbség. Az 5. csoport betegei szignifikánsan fiatalabbak voltak, mint az 1-3. csoportban (, illetve , és , illetve ), és a 4. csoport betegei is fiatalabbak voltak, mint a 2. csoportban ( ), de a többi csoport között nem volt statisztikailag szignifikáns különbség az életkorban. Nem volt továbbá szignifikáns különbség a nem, a testtömegindex, a vér hemoglobin A1c (HbA1c), az összkoleszterin (TC), a triglicerid (TG), az alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterin (LDL-C) tekintetében sem, nagy sűrűségű lipoprotein-koleszterin (HDL-C), aszpartát-aminotranszferáz (AST), alanin-aminotranszferáz (ALT), kreatinin (Cr) és a vér karbamidnitrogén (BUN) koncentrációja az öt csoport bármelyike között.

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. A β-hidroxibutirát vérkoncentrációja szignifikánsan magasabb volt a 4. és 5. csoportban, mint az 1-3. csoportban ( , illetve , illetve , illetve , illetve , illetve ) és magasabb az 5. csoportban, mint a 4. csoportban ( ), de az 1-3. csoport között nem volt különbség. Az aceton kilégzési koncentrációja magasabb volt a 4. csoportban, mint az 1-3. csoportban ( , illetve , illetve ) és magasabb az 5. csoportban, mint az 1-4. csoportban ( , illetve , illetve ), de a többi csoport között nem volt különbség. A vér β-hidroxibutirát-koncentrációja az 1-5. csoportban az esetek 6,7%-ában, 14,3%-ában, 43,5%-ában, 71,4%-ában, illetve 89,5%-ában volt pozitív, a kilélegzett acetonkoncentráció pedig az 1-5. csoportban az esetek 18,8%-ában, 20%-ában, 60%-ában, 80%-ában, illetve 92,9%-ában volt pozitív (3. táblázat).

(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). A görbe alatti terület (AUC) 0,815 volt (), és a vizelet ketonjának határkoncentrációja a diabéteszes ketózis diagnózisához 2,7 mmol/l volt, 63,6%-os érzékenységgel és 85,7%-os specificitással.

2. ábra

A kilélegzett aceton és a vizelet ketonkoncentrációjának ROC-görbéje a diabetikus ketózis diagnózisához.

4. Megbeszélés

Ketoacidózis előfordulhat minden korú cukorbetegnél . Egy osztrák tanulmány szerint a DKA előfordulása negatívan korrelált az életkorral . Klingensmith és munkatársai arról számoltak be, hogy a DKA független kockázati tényezője a fiatalabb életkor, a magán egészségbiztosítás hiánya és az afroamerikai származás . A mi vizsgálatunkban a fiatalabb betegek és a magasabb FBG-koncentráció hajlamosak voltak erősen pozitív vizelet-ketonokra, ami összhangban van a közölt adatokkal.

A kilélegzett lehelet kimutatását már évek óta használják a metabolikus betegségek diagnosztizálására és a kezelés nyomon követésére . A kilélegzett légzésben e vegyületek kimutatására használt technikák tömegspektrometrián alapulnak, például protonátviteli reakció tömegspektrometria, szelektált ionáramlási cső tömegspektrometria , és üreggyűrű lefelé spektroszkópia. A lehelet aceton koncentrációja összefügg a glükóz anyagcserével és a lipolízissel . Korábbi vizsgálatok szoros összefüggést mutattak ki a bőrből felszabaduló ketonok koncentrációja és a vérszintek között . A légúti acetonkoncentráció a 2-es típusú diabetes mellitusban is emelkedettnek bizonyult, és felhasználható a cukorbetegség kialakulásának diagnosztizálására . A kilélegzett aceton kimutatására a GC/MS módszert használtuk, amely a kilélegzett légzés több mint 200 összetevőjének kimutatására alkalmas, és rendkívül érzékeny a tipikus illékony szerves vegyületekre. Vizsgálatunkban a korrelációs elemzés kimutatta, hogy a kilélegzett aceton koncentrációja szignifikánsan összefügg a vizelet ketonkoncentrációjával, a vér FBG, LDL-C, Cr és BUN koncentrációjával. A kilélegzett aceton talán jobban tükrözi a vércukorszint változását, és a kilélegzett aceton vizsgálata nem invazív, egyszerű módszer, amely várhatóan a jövőben a vércukorszint monitorozásának ígéretes mutatója lesz.

Amikor vizsgálatunkban a vér β-hidroxibutirát koncentrációja szolgált standardként a kilélegzett aceton és a vizelet keton érzékenységének és specificitásának értékeléséhez, a kilélegzett aceton érzékenysége és specificitása 90,9%, illetve 77,1% volt. A vizelet-keton érzékenysége és specificitása azonban 63,6% és 85,7% volt. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a kilélegzett aceton specificitása hasonló a vizelet-ketonéhoz, de érzékenysége magasabb, mint a vizelet-ketoné. Ezenkívül a vér β-hidroxibutirát és a kilélegzett aceton vizsgálata a vizelet-ketontest negatív csoportban is pozitív; az arány 6,7%, illetve 18,8%. Tehát a vizelet ketonok koncentrációja nem biztos, hogy időben előrejelzi a korai diabéteszes ketózis kialakulását. A vér és a kilélegzett ketonok vizsgálata segít kiküszöbölni a hamis negatív eredményeket . A kilélegzett ketonok vizsgálatának másik potenciális értéke, hogy azt a táplálkozáson kívüli fiziológiai tényezők erősen befolyásolják . A jelen módszerrel a kilélegzett aceton 1,185 ppmv-nél magasabb koncentrációját találták a diabéteszes ketózisban szenvedő betegeknél; a kimutatáshoz csak egyszerű előkészítésre és szerves oldószer nélküli kimutatásra van szükség. A kilélegzett aceton elemzése nem invazív, kényelmes, érzékeny és oldószermentes módszernek bizonyul, és alkalmazható a diabéteszes ketózis diagnosztizálására és súlyosságának ellenőrzésére. A technika azonban még előzetes, és széles körű klinikai alkalmazása további optimalizálást igényel.

Érdekütközés

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek pénzügyi és személyes kapcsolataik más személyekkel vagy szervezetekkel. Kijelentik továbbá, hogy nincs összeférhetetlenség a cikk publikálásával kapcsolatban.

Köszönet

Ezt a tanulmányt az NSFC Grant (no. 30971398 és no. 81170746) és a Jilin Egyetem Norman Bethune Programja (no. 2012214) támogatta.