Teste de Cetona do Hálito: Um Novo Biomarcador para Diagnóstico e Monitorização Terapêutica da Cetose Diabética

Abstract

Background. Acetona, β-hydroxybutyric acid, and acetoacetic acid are three types of ketone body that may be found in the breath, blood, and urine. A detecção de concentrações alteradas de cetonas na respiração, no sangue e na urina é crucial para o diagnóstico e tratamento da cetose diabética. O objetivo deste estudo foi avaliar as vantagens de diferentes métodos de detecção de cetonas e estabelecer se a detecção da concentração de cetonas no hálito é uma técnica eficaz e prática. Métodos. Medimos as concentrações de acetona na respiração usando cromatografia gasosa – espectrometria de massa e β-hydroxybutyrate no sangue da ponta dos dedos coletado de 99 pacientes com diabetes atribuídos aos grupos 1 (-), 2 (±), 3 (+), 4 (++), ou 5 (++++) de acordo com as concentrações de cetonas urinárias. Resultados. Houve fortes relações entre glicemia em jejum, idade e cetose diabética. A concentração de acetona exalada correlacionou-se significativamente com as concentrações de glicemia em jejum, cetonas no sangue e na urina, LDL-C, creatinina e nitrogênio uréico no sangue. Conclusões. O teste respiratório para cetonas tem alta sensibilidade e especificidade e parece ser um método não invasivo, conveniente e repetível para o diagnóstico e monitorização terapêutica da cetose diabética.

1. Introdução

Cetoacidose diabética (DKA) é uma condição de risco de vida que ocorre predominantemente em pacientes com diabetes mellitus tipo 1 recém-diagnosticado e é uma consequência da falta de produção de insulina pelas células das ilhotas pancreáticas, mas também pode ocorrer em pacientes com diabetes tipo 2 com concentração de glicose no sangue mal controlada ou outras doenças . A cetose diabética e a cetoacidose são causadas principalmente pela falta de insulina ou por um aumento inadequado da concentração de glucagon no sangue que leva ao açúcar, proteínas, gordura, água, eletrólito e desequilíbrio ácido-base. A identificação de um método de teste com alta sensibilidade e especificidade facilitaria o diagnóstico e tratamento precoce da cetose diabética.

Os corpos cetônicos são produzidos quando o fígado metaboliza ácidos graxos, incluindo acetona, β-hidroxibutirato, e ácido acetoacético: β-hidroxibutirato pode ser convertido em ácido acetoacético e responde por 78% de todas as cetonas do corpo, seguido por ácido acetoacético (20%) e acetona (2%). Clinicamente, ao fazer o diagnóstico de DKA, a concentração de cetonas no sangue é geralmente inferida a partir da concentração de cetonas urinárias. Os métodos de detecção comumente utilizados para as cetonas urinárias são mais sensíveis ao ácido acetoacético do que a acetona, mas menos sensíveis ao β-hydroxybutyrate, que aparece mais cedo na DKA, explicando porque os pacientes com DKA podem não ter concentrações detectáveis de cetonas em sua urina. A excreção de cetonas urinárias também pode ser prejudicada em pacientes com disfunção renal. Pode-se argumentar que a detecção de cetonas urinárias não é um meio adequado de diagnóstico de DKA.

Um exame de sangue que mede a concentração sérica β-hydroxybutyrate está disponível, mas tem havido um grande interesse em desenvolver meios de medir a concentração de cetonas na respiração, como uma ferramenta de diagnóstico conveniente e não invasiva que também poderia orientar as intervenções terapêuticas. A presença de acetona no hálito há muito tempo que se sabe que está correlacionada com corpos cetônicos no plasma. O acetoacetato pode ser descarboxilado para produzir acetona volátil, além de que o ponto de ebulição do acetoacetato e do ácido hidroxibutírico no hálito exalado é superior à acetona, com o conteúdo relativamente pequeno e difícil de detectar, por isso escolhemos as concentrações de acetona como um preditor de cetose diabética. Avaliamos as vantagens de vários métodos de detecção e exploramos o valor clínico da detecção do hálito de acetona no diagnóstico e tratamento da cetose diabética.

2. Materiais e Métodos

2.1. Participantes

Noventa e nove pacientes com diabetes (49 homens e 50 mulheres; faixa etária: 11-85 anos) foram recrutados no Departamento de Endocrinologia do Segundo Hospital da Universidade de Jilin, em Changchun, China. De acordo com a bula de detecção de cetona urinária, as mudanças de cor de -, ±, +, ++, e ++++ correspondem a concentrações de 0 mmol/L, 0,5 mmol/L, 1,5 mmol/L, 3,9 mmol/L, e 7,8 mmol/L, respectivamente. Os pacientes foram distribuídos em 5 grupos com base na concentração de cetonas urinárias: grupo 1 (-), cetona urinária registrada como negativa, 9 homens e 10 mulheres (); grupo 2 (±), cetona urinária registrada como positiva leve, 7 homens e 9 mulheres (); grupo 3 (+), cetona urinária registrada como positiva, 14 homens e 11 mulheres (); grupo 4 (++), cetona urinária registrada como positivo moderado, 9 homens e 10 mulheres (); e grupo 5 (+++), cetona urinária registrada como positivo forte, 10 homens e 10 mulheres (). O protocolo do estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Segundo Hospital da Universidade de Jilin, e o consentimento por escrito foi obtido de todos os sujeitos antes da coleta da respiração.

2,2. Critérios de Inclusão

O diabetes mellitus tipo 2 foi diagnosticado de acordo com os critérios diagnósticos da OMS de 1999. Pacientes com diabetes gestacional, diabetes mellitus complicando a gravidez e diabetes secundário foram excluídos.

h5>2,3. Medida da concentração de cetona

Amostras de sangue da ponta do dedo fresco foram obtidas e a concentração de sangue de β-hydroxybutyrate foi medida usando um dispositivo Optium Xceed (Abbott, EUA): usando o corte do fabricante de >0,5 mmol/L foi considerado positivo. Utilizaram-se sacos de 3 L de papel alumínio para recolher a respiração exalada dos participantes, que foram analisados no prazo de 5 dias. Foram obtidas três amostras de ar exalado de cada sujeito. A concentração de acetona foi determinada na respiração por cromatografia gasosa – espectrometria de massa (GC/MS). A operação foi realizada de acordo com as instruções. O controle de qualidade do ar exalado foi descrito em nosso artigo publicado. Uma concentração ≥1,0 ppmv foi considerada positiva. As concentrações de cetonas urinárias também foram medidas, e as características demográficas e clínicas dos pacientes foram registradas.

2,4. Análise estatística

Todos os dados foram processados estatisticamente usando o software SPSS (versão 17; IBM, New York, NY, EUA) e reportados como média ± desvio padrão (DP). Comparações intergrupais foram realizadas usando -tests para dados normalmente distribuídos e testes não-paramétricos para dados que não foram normalmente distribuídos. A análise de variância foi utilizada para comparações multigrupais. Os dados categóricos foram analisados através de testes qui-quadrados e expressos como casos positivos e proporções constituintes (%). A análise de correlação foi realizada para examinar a força das relações entre as variáveis. Uma curva de característica operacional do receptor (ROC) foi construída para determinar o valor ótimo de corte da concentração de acetona exalada e a cetona urinária, e a sensibilidade e especificidade foram calculadas. Foram usados testes em dois lados para todas as análises estatísticas. Um valor < 0,05 foi considerado estatisticamente significativo.

3. Resultados

3,1. Características Demográficas e Clínicas dos Participantes

Dados Demográficos e Clínicos são mostrados na Tabela 1. A concentração de glicemia em jejum na admissão foi significativamente maior no grupo 5 do que nos grupos 1, 2, 3 e 4 (, , , e , resp.), mas não houve diferenças entre os grupos 1 a 4. Os pacientes do grupo 5 foram significativamente mais jovens do que os dos grupos 1 a 3 (, , e , resp.), e os pacientes do grupo 4 também foram mais jovens do que os do grupo 2 (, ), mas não houve diferenças estatisticamente significativas na idade entre os outros grupos. Além disso, não houve diferenças significativas quanto ao sexo, índice de massa corporal, hemoglobina A1c (HbA1c), colesterol total (CT), triglicerídeos (TG), colesterol lipoproteico de baixa densidade (LDL-C), concentração de colesterol lipoproteico de alta densidade (HDL-C), aspartato aminotransferase (AST), alanina aminotransferase (ALT), creatinina (Cr) e nitrogênio uréico no sangue (BUN) entre qualquer um dos 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. A concentração sanguínea de β-hidroxibutirato foi significativamente maior nos grupos 4 e 5 que nos grupos 1 a 3 (, , e , resp., e , e , resp.) e maior no grupo 5 que no grupo 4 (), mas não houve diferenças entre os grupos 1 a 3. A concentração respiratória de acetona foi maior no grupo 4 que nos grupos 1 e 3 (, e , resp.) e maior no grupo 5 que nos grupos 1 a 4 (, , , e , resp.), mas não houve diferenças entre os outros grupos. A concentração de hidroxibutirato de sódio β foi positiva em 6,7%, 14,3%, 43,5%, 71,4% e 89,5% dos casos, respectivamente, nos grupos 1 a 5, e a concentração de acetona exalada foi positiva em 18,8%, 20%, 60%, 80% e 92,9% dos casos, respectivamente, nos grupos 1 a 5 (Tabela 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). A área sob a curva (AUC) foi de 0,815 (), e a concentração de cut-off de cetona urinária para diagnóstico de cetose diabética foi de 2,7 mmol/L, com sensibilidade e especificidade de 63,6% e 85,7%, respectivamente.

Figura 2

Curva da característica operacional do receptor (ROC) para acetona exalada e concentração de cetonas urinárias para o diagnóstico de cetose diabética.

4. Discussão

Retoacidose pode ocorrer em pacientes com diabetes de todas as idades . Um estudo da Áustria indicou que a incidência de AQD estava negativamente correlacionada com a idade . Klingensmith e colegas relataram que idade mais jovem, falta de seguro de saúde privado e herança ancestral afro-americana são fatores de risco independentes para AQD . Em nosso estudo, pacientes mais jovens e maior concentração de FBG tendem a ser fortemente positivos para cetonas urinárias, o que é consistente com os dados relatados.

Detecção da respiração exalada tem sido usada para diagnosticar doenças metabólicas e monitorar o tratamento por muitos anos . As técnicas usadas para detectar esses compostos no ar expirado são baseadas na espectrometria de massa, por exemplo, espectrometria de massa de reação de transferência de prótons, espectrometria de massa de tubo de fluxo iônico selecionado e espectroscopia de anel cavitário para baixo. A concentração de acetona no ar expirado está associada ao metabolismo da glicose e lipólise. Estudos anteriores mostraram uma estreita correlação entre as concentrações de cetonas liberadas da pele e os níveis sanguíneos. A concentração de acetona no hálito também é relatada como elevada na diabetes mellitus tipo 2, e pode ser usada para diagnosticar o início da diabetes . Utilizamos o método GC/MS para detectar acetona exalada, que é capaz de detectar mais de 200 constituintes da respiração exalada e é altamente sensível aos compostos orgânicos voláteis típicos. Em nosso estudo, a análise de correlação demonstrou que a concentração de acetona exalada estava significativamente associada à concentração de cetonas urinárias, FBG, LDL-C, Cr e BUN no sangue. A acetona exalada imediata talvez seja um melhor índice ao refletir as alterações da glicemia, e o teste da acetona exalada é um método não-invasivo e simples, que se espera ser um indicador promissor da monitorização da glicemia no futuro.

Quando a concentração de sangue β-hydroxybutyrate serviu como padrão em nosso estudo para avaliar a sensibilidade e especificidade da acetona exalada e da cetona urinária, a sensibilidade e especificidade da acetona exalada foram de 90,9% e 77,1%, respectivamente. Entretanto, a sensibilidade e especificidade da cetona de urina foram de 63,6% e 85,7%, respectivamente. Estes resultados mostram que a especificidade da acetona exalada é semelhante à da cetona de urina, mas sua sensibilidade é maior que a das cetonas de urina. Além disso, os testes de sangue β-hydroxybutyrate e a acetona exalada ainda são positivos no grupo negativo do corpo da cetona de urina; a proporção é de 6,7% e 18,8%, respectivamente. Portanto, a concentração de cetonas de urina pode não ser um preditor oportuno de cetose diabética precoce. Os testes de sangue e exalação de cetonas ajudam a eliminar os falsos resultados negativos. Outro valor potencial para o teste de cetonas no ar expirado é ser fortemente influenciado por outros factores fisiológicos que não a dieta . No método atual, a concentração de acetona exalada superior a 1,185 ppmv foi encontrada em pacientes com cetose diabética; a detecção só precisa de preparação simples e sem solvente orgânico. A análise da acetona exalada prova ser um método não invasivo, conveniente, sensível e livre de solventes e pode ser aplicada para diagnosticar e monitorar a gravidade da cetose diabética. Entretanto, a técnica ainda é preliminar e seu amplo uso clínico requer maior otimização.

Conflito de Interesses

Os autores declaram não ter relações financeiras e pessoais com outras pessoas ou organizações. Eles também declaram que não há conflito de interesses em relação à publicação deste trabalho.

Agradecimentos

Este estudo foi apoiado pela NSFC Grant (no. 30971398 e no. 81170746) e pelo Programa Norman Bethune da Universidade Jilin (no. 2012214).