안정 동위원소 방법을 이용한 비타민 A 전신 저장량 추정을 위한 방정식 사용

요약

프로토콜은 레티놀 동위원소 희석 방법론을 이용한 비타민 A 전체 저장량(TBS)을 추정하는 방정식을 설명하며, 그룹 및 개별 TBS를 추정하기 위한 슈퍼 피험자 연구 설계를 통한 모델 기반 구획 분석의 활용에 대한 간략한 개요를 제시합니다.

초록

비타민 A 전체 저장량(TBS)을 정량적으로 추정하는 안정 동위원소 방법은 동위원소 희석 원리에 기반합니다. 간단히 말해, 개인에게 ^단일경구 투여인 2 H 또는 ¹³C 표지된 비타민 A를 투여하고, 투여 후 사전에 정해진 시간(보통 14-21일)에 표지된 레티놀과 표지되지 않은 레티놀의 혈장 농도를 질량분석법으로 측정합니다. TBS는 레티놀 동위원소 희석(RID) 방정식 또는 질량 균형 방정식을 사용하여 계산됩니다. RID와 질량 균형 방정식은 질량분석법 측정에서 얻은 혈장 내 레티놀 특이 활도(SA_p; 즉, 추적자 대 추적 비율)에 대한 정보를 필요로 합니다. 두 방정식 모두 TBS 추정 시점에 안정 동위원소 표지된 레티놀의 경구 용량 흡수 및 저장을 고려할 계수 값이 필요합니다. 계수에 대한 공개된 값은 방정식에 사용할 수 있습니다. 또는 WinSAAM 시뮬레이션, 분석 및 모델링 소프트웨어를 이용한 모델 기반 구획 분석을 통해 혈장 레티놀 동역학 데이터를 결정할 수 있습니다. 간단히 말해, 모델 기반 구획 분석을 통한 혈장 레티놀 역학 데이터를 활용한 슈퍼피실험자 연구 설계를 통해 그룹 TBS와 집단별 복합 계수(FaS) 값을 산출할 수 있으며, 이는 이후 RID 방정식에서 개별 TBS를 결정하는 데 사용됩니다. 슈퍼 피실험 설계는 참가자 그룹의 평균 식이 비타민 A 섭취량을 추정하고, 5-7명의 참가자가 참여하는 동안 ~11-16 시점에서 ~28-91일 동안 혈액 샘플을 수행해야 하지만, 각 참가자는 2-3개의 혈액 샘플만 제공한다. 간 비타민 A 농도는 TBS에서 추정할 수 있으며, 간에서 발견되는 TBS 비율과 간 무게 추정을 통해 추정할 수 있습니다. 비타민 A 상태는 간 비타민 A 농도와 제안된 컷오프 값과 비교하여 결핍부터 과잉까지 전체 연속체에서 분류하는 것으로 평가됩니다.

서론

안정 동위원소 방법은 비타민 A 전체 저장량(TBS)의 정량적 추정을 제공하며, 지역사회 환경에서 아동과 성인의 비타민 A 상태를 평가하는 데 사용할 수 있습니다^. 결핍부터 과잉 저장까지 전체 상태에 걸쳐 TBS의 정량적 추정치를 제공하기 때문에, 인간의 비타민 A 상태를 평가하는 가장 간접적인 방법으로 간주^됩니다. 반면, 혈청 농도의 레티놀 또는 레티놀 결합 단백질은 상태 평가에 흔히 사용됩니다; 하지만 혈청 레티놀이 항상성 조절 하에 있기 때문에, 비타민 A 저장량이 매우 적지 않은 한 체내 저장량을 반영하지 않습니다; 더불어, 염증 기간 동안 일시적으로 감소하여 감염률이 높은 집단에서 결과 해석을 복잡하게 만듭니다². 수정 상대 용량 반응(MRDR) 검사는 간 비타민 A 저장량의 적정성을 추정하지만, 간 비타민 A 농도에 대한 정량적 추정치는 제공하지^{않습니다.} 일반적으로 안정 동위원소 방법을 사용하여 비타민 A 대사를 연구하고, 결핍^위험군 3,4,5,6,7,8,9,10 결핍 인구에서 비타민 A 개입의 영향을 추정합니다. 또한 강화식품, 고용량 비타민 A 보충제, 미량 영양소 분말 등 다양한 비타민 A 공급원에 노출된 인구에서 과도한 비타민 A 저장 위험을 평가하는 데에도^{유용합니다.} 이러한 응용 분야는 비타민 A 대사를 생애 전반에 걸쳐 더 잘 이해하고, 비타민 A 요구량을 정교하게 하며, 자원이 부족한 지역사회의 아동과 생임기 여성의 영양과 건강 결과를 개선하기 위한 비타민 A 중재의 효능과 안전성 평가에 중요합니다. TBS는 레티놀 동위원소 희석(RID) 방법론과 RID 방정식 또는 질량 균형 방정식을 사용하여 추정됩니다. 또는 WinSAAM 시뮬레이션, 분석 및 모델링 소프트웨어(www.winsaam.org)를 이용한 모델 기반 구획 분석을 통해 TBS를 추정할 수 있으며, 슈퍼 피험자 설계¹². 간단히 말해, 이 방법들은 1) 참가자에게 비타민 A가 표기된 안정 동위원소를 경구 단일 투여, 2) RID 방법에서는 동위원소 투여 후 14-21일 이내에 1-2개의 혈액 샘플을 채취해야 하며, (또는 참가자당 28-91일 동안 2-3개의 혈액 샘플을 채취하고, 모델 기반 구획 분석을 위한 그룹 평균 식이 비타민 A 섭취량 추정)을 요구합니다. 3) 표지된 레티놀과 비표지된 레티놀의 혈장 농도를 측정하기 위한 적절한 질량분석기(GC-C-IRMS, GC/MS, LC/MS/MS)의 접근성.

이 프로토콜은 RID 방법론을 새로 사용하는 사용자들에게 RID 방정식 또는 질량 균형 방정식을 사용하여 TBS를 계산하는 방법에 대한 지침을 제공하기 위한 것입니다. 또한, 모델 기반 구획 분석을 활용한 슈퍼 피험자 연구 설계를 통해 연구 참가자 그룹 및 개별 참가자의 TBS를 추정하는 방법에 대한 간략한 개요가 제시됩니다; 그러나 혈장 레티놀 동역학 데이터의 구획 모델링에 관한 세부 사항은 이 원고의 범위를 벗어납니다(이 접근법에 대한 자세한 내용은 Green et ^al.12를 참조하십시오). 비타민 A 안정 동위원소 방법에 대한 개요는 Lietz 등(et al.⁾을 참조하세요.

TBS 추정을 위한 RID 방정식
RID 방정식은 안정 동위원소 표지된 비타민 A를 경구 투여할 때 사용되며, LC/MS/MS 또는 GC/MS를 사용하여 혈장 내 표지된 레티놀과 표지되지 않은 레티놀을 측정하여 혈장 내 레티놀 특이적 활성(SA_p)(즉, 혈장 내 추적자 대 추적자 비율)을 구합니다^13,14. 동위원소 투여 후 ~14-21일 후에 단일 혈액 샘플을 채취하여 RID 방정식을 사용하여 TBS를 추정해야 합니다. 아래에 표시된 RID 방정식은 성인과 어린이의 TBS를 추정하는 데 사용됩니다 ¹⁵:

TBS = 파 × S × (1/남아프리카_경기)

여기서 TBS는 비타민 A μmol, Fa는 시점 t에 체내 저장소에서 흡수되고 발견되는 경구 추적자 용량의 비율, S는 시점 t에 혈장 내 레티놀 특이 활성(SA_p)과 저장 내 레티놀 특이 활성(SA_s)의 비율입니다. SA_p는 혈장 레티놀의 특이적 활성으로, 혈장 내 용량의 일부로 표현됩니다: (표지된 레티놀 / 표지되지 않은 + 표지된 레티놀) / 표지된 레티놀의 경구 용량(μmol))¹². TBS가 일반적으로 추정되는 동위원소 투여 후 14-21일 동안 비표지된 레티놀이 분모 내 총 레티놀에 미치는 기여도는 무시할 수 있을 정도임에 유의하세요. RID 방정식에 대한 자세한 논의는 Green et ^al.12를 참조하세요.

Rid 방정식에서 Fa와 S가 곱해지기 때문에 일반적으로 복합 계수 FaS라고 불립니다. 이론적 성인과 다양한 TBS를 가진 아동을 대상으로 한 복합 계수 FaS의 발표된 값은 동위원소 투여 후 여러 차례에 걸쳐 제공됩니다(표 1; Green^{및 Green 15}에서 수정). 이 값들은 RID 방정식에 사용되어 유사한 인구 집단의 개체들의 TBS를 계산할 수 있습니다¹⁵. 또는 모델 기반 구획 분석을 통해 혈장 레티놀 역학 데이터를 분석하여 복합 계수 FaS^12,16의 집단별 값을 결정할 수 있습니다.

TBS 추정을 위한 질량 균형 방정식:
질량 균형 방정식은 ¹³C 표지 비타민 A 경구 투여 시 TBS를 계산하는 데 사용되며, GC-C-IRMS 검사는 혈청^10,17에서 ¹³C 농축(¹³C/총 C)을 측정합니다. 질량 균형 방정식은 두 개의 혈액 샘플을 필요로 합니다: 혈청 내 자연 풍부도인 ^13C를 측정하기 위한 기준선 샘플과 ^{14일 후 13}C-혈청 농축을 측정하기 위한 두 번째 샘플입니다. 그러나 연구자가 특정 그룹의 평균 TBS 추정에 관심이 있다면, 5-6명의 참가자에게 기준선 혈액 샘플링을 할 수 있으며, 해당 그룹의 혈청 기준선 ^13C풍부도를 추정치로 사용할 수 있습니다. ¹³C의 자연 풍부도는 ~1.1%이지만, 식이요법에 따라 달라질 수 있으므로¹⁰ 미만 예시에서 보시되듯이, 투여 후 ¹³C 풍부도를 보정하기 위해 혈청에서 정확히 측정해야 합니다. 질량 균형 방정식은 다음 동위원소 풍부도(¹³C/총 C) 측정을 요구합니다: 1^{) 13}C 표지 비타민 A(F_a), 2) 기저 혈청 레티놀(F_b), 3) 투여 후 혈청 레티놀(F_c). 동위원소 풍부도 측정은 추적자-추적자 대 미량 비율을 계산하는 데 사용되며, 이후 TBS를 산출합니다. TBS 평가 시 ¹³개의 C 표지된 비타민 A의 흡수 및 저장 현상을 고려하기 위해 추가 요소들이 방정식에 포함됩니다. 질량 수지 방정식에 대한 자세한 논의는 Gannon과 Tanumihardjo¹⁰을 참조하세요.

아래에 표시된 질량 수지 방정식은 성인 또는 어린이의 TBS를 추정하는 데 사용됩니다:

TBS = a x (1/TTR) x (흡수 계수 x 저장 계수)

여기서 TTR 은 혈청 추적자-추적자 비율입니다. 인자 a 는 투여 시점과 혈액 채취 사이에 ¹³C 표지된 비타민 A 추적자의 손실을 설명하며, ^e-kt로 계산됩니다. 여기서 k = ln(2)/레티놀 반감기, t = 투여 후 일수인¹⁰. 추적자 용량 흡수 계수는 성인의 경우 0.8-1.0(80%-100%)^{, 어린이의} 경우 0.75-0.9(75%-90%)로 가정됩니다. 저장 계수(혈청 내 TTR과 저장 비율)는 투여와 혈액 채취 사이 14일 동안 비타민 A 섭취를 조절하지 않을 경우 0.8, 식이 비타민 A 섭취가 낮고 조절된 비타민 A 섭취량이¹⁰일 때는 1.0으로 가정됩니다.

간 비타민 A 농도 추정
간 내 비타민 A 총 저장량은 간에 존재하는 TBS 비율을 바탕으로 추정할 수 있습니다. 비타민 A 수치가 낮을 때는 TBS의 ~50%가 간에 있고, 비타민 A 상태가 적절할 때는 ~80%가 간에 있다고 가정합니다; 이러한 가정은 간 비타민 A가 전체 체내 비타민 A의 비율에 따라 달라지며, 약 40%에서 90^{% 사이}임을 보여주는 제한된 데이터에 근거한 ^{것입니다.} 간 비타민 A를 전체 체내 비타민 A의 비율로 더 잘 추정하는 방법을 파악하기 위해서는 더 많은 데이터가 필요합니다. 그때까지 표 2의 정보는 연구 집단의 비타민 A 상태를 추정하여 50% 또는 80%로 추정할지 결정하는 데 유용할 수 있습니다. 또한, 6-59개월 아동에서 혈청 레티놀 농도<0.7 μmol/L의 유병률이 ≤10%일 경우, 인구의 비타민 A 상태는 적절하다고 간주됩니다; 이 기준선은 WHO의 비타민 A 결핍 범주와 겹칩니다(표 2)^20,21. 간 비타민 A 농도는 간 무게를 기준으로 총 간 저장량을 기준으로 계산되며, 어린이는 체중의 3%, 성인의 경우 체중의 2.4%로 추정됩니다²². 또는 체표면적(BSA)과 예측식²³을 사용하여 간 무게를 추정할 수 있습니다.

그룹 및 개별 TBS를 추정하기 위한 슈퍼피실험터 설계를 적용한 모델 기반 구획 분석 개요
모델 기반 구획 분석은 빈번한 샘플링을 통해 개별 레티놀 동역학을 연구할 수 있지만, 빈번한 샘플링이 불가능한 어린 아동 및 미취학 아동, 잠재적으로 임산부와 수유 중인 여성 등 자원이 부족한 지역사회 환경에서 특히 유용함이 입증되었습니다 ^{11,24,25,26,27}. 모델 기반 구획 분석은 슈퍼 피험자 연구 설계와 함께 연구자 그룹의 TBS를 예측하고, 복합 계수 FaS의 집단별 값을 추정하여 RID 방정식^12,24로 개별 연구 참가자의 TBS를 결정하는 데 사용됩니다. 슈퍼 피실험체 설계는 지역사회 환경에서 각 개인으로부터 채취된 혈액 샘플 수를 최소화하기 위해 사용됩니다^{12, 24, 26}. 이 설계의 예시는 표 3에 105명의 피험자와 16회의 혈액 샘플링 시간을 가진 91일 연구의 사례입니다. 이 예시에서 각 피험자는 비타민 A로 표기된 안정 동위원소를 경구 단일 투여 후 14일에 혈액 샘플을 제공해 RID 방정식을 사용해 모델 유도 FaS 값을 측정합니다; 그리고 모델 기반 구획 분석에 필요한 혈장 레티놀 역학 데이터를 얻기 위해 남은 15회 중 한 곳에서 두 번째 혈액 샘플을 채취합니다. 이 설계에서는 15개의 추가 혈액 샘플링 시간마다 7명이 배정됩니다. 일반적으로 한 번에 5명이 충분하다고 간주되지만, 일부 참가자는 지정된 혈액 채취 시간을 놓칠 수 있으므로 한 번당 ~7명이 권장됩니다. 혈장은 질량분석법으로 분석되어 표지된 레티놀과 비표지된 레티놀의 측정값을 얻고, 혈장 내 비타민 A 동위원소 선량의 비율(FD_p)을 계산합니다. 간단히 말해, 기하학 평균 FD _p를 시간에 대비하여 WinSAAM 소프트웨어^{12, 24}, ²⁶을 사용해 구획 모델에 적합하게 합니다. 전신 비타민 A 대사를 위한 8구획 모델의 예시는 그림 1, ¹⁵에 나와 있습니다. 이 모델은 혈장 비타민 A를 나타내는 구획(구획 5)과 두 개의 교환 가능한 비타민 A 저장 풀(구획 6(대)과 7(소))을 포함합니다. 두 교환 가능한 저장 구획 내 비타민 A 질량의 합이 TBS의 추정치로 사용됩니다:

TBS (μmol) = M(6) + M(7)

여기서 M(I)는 구획 I 내의 μmol 비타민 A입니다

인구 구별 계수 Fa와 S 값은 다음 식(^12,24)을 사용하여 슈퍼 피험자 연구 기간 동안 언제든지 계산할 수 있습니다:

Fa_t = F(6)_t + F(7)_t

S_t = SA_pt / SA_st = [F(5)_t / M(5)] / {[F(6)_t + F(7)_t] / [M(6) + M(7)]}

여기서 Fa_t는 섭취된 추적자 용량의 분율이며, t 시점에 흡수되어 저장 상태에서 발견됩니다; F(I)_t는 시간 t에 구획 I 내에 존재하는 추적자 용량의 일부이며; S_t는 시간 t에 저장된 저장량에 대한 플라즈마 내 특정 활성이이며; SA는 t 시점에 혈장(p) 또는 저장(s) 내 레티놀 특이 활성을 의미합니다; M(I)은 구획 I 내 μmol 비타민 A입니다. 모델 기반 구획 분석에 대한 자세한 논의는 Green 등(등)¹²편을 참조하십시오.

프로토콜

데이터는 가정적인 것이며; 이 연구에는 인간 참가자가 참여하지 않았습니다.

1. RID 방정식을 이용한 TBS 추정

1. RID 방정식을 이용해 TBS를 추정하려면 다음과 같은 가상의 참가자 데이터를 사용하세요:
   나이: 25세
   혈장 내 표지된 레티놀 농도: 0.0163 μmol/L
   혈장 내 표지 미표지 레티놀 농도: 1.154 μmol/L
   경구 라벨 비타민 A 용량: 6.838 μmol RE
   발표된 복합 계수 FaS 는 14일¹⁵일: 0.727
   참고: 비타민 A 동위원소 용량은 표지된 비타민 A 화합물(보통 ²H 또는 ¹³C 표지된 레티닐 아세테이트)의 비타민 A 활성에 따라 결정되며, μmol 레티놀 환가물(RE)으로 표현됩니다. 예를 들어, 경구 투여에 ²H₆-레티닐 아세테이트를 사용하고 2000 μg RE의 용량을 원한다면, ^{2 H}₆-레티닐 아세테이트(328.49 μg/μmol)와 ²H₆-레티놀(292.49 μg/μmol^{)의 분}자량을 기준으로 계산됩니다: 2000 x (328.49/292.49) = 2246 μg ²H₆-레티닐 아세테이트. μmol 단위로 표현된 2000 μg RE의 용량은 ^{2 H}₆-레티놀의 분자량으로 나누어 계산합니다: 2000/292.49 = 6.838 μmol.
2. 아래 식을 사용하여 SA_p 를 계산합니다:
   SA_p = [혈장 내 표지된 레티놀 / (표지된 레티놀 + 표지되지 않은 레티놀)] / 용량(μmol)
   위의 참가자 데이터를 활용해 방정식을 풀어보세요:
   SA_p = [0.0163 / (0.0163 + 1.154)] / 6.838 = 0.0020 μmol
3. 아래에 표시된 RID 방정식을 사용하여 TBS를 계산합니다:
   TBS = FaS x (1/SA_p)
   위의 참가자 데이터를 사용하여 FaS 값과 2단계에서 계산된 SA_p 값을 얻으세요:
   TBS = 0.727 x (1/0.0020) = 364 μmol

2. 질량 수지 방정식을 이용한 TBS 추정

1. 질량 수지 방정식을 이용해 TBS를 추정하려면 다음과 같은 가상의 참여자 데이터를 사용하세요:
   나이: 4세
   F_a (표기된 탄소 2개와 자연 풍부도): 0.11
   F_b: 0.010745
   F_c: 0.0110476
   적용 추적자 투여량: 1.0 μmol RE
   흡수 및 저장 요인:
   흡수: 0.8
   저장: 혈청 내 TTR 비율과 간 간 비율(식이 미조절): 0.8
   참고: ¹³C₂ 표지된 비타민 A를 투여 시 사용하며, 복용량의 동위원소 풍부도(F_a)는 다음과 같이 계산됩니다: (합성 표지에 표지된 ¹³C₂] + 자연 풍부도(^{총 13}C/20C)¹⁰. 이 예시에서 가정된 흡수 값은 0.8이며; 0.8에서 1.0 사이의 값을 연구 집단에서 비타민 A 흡수에 영향을 줄 수 있는 요인(예: 염증/감염률이 흡수 감소 1)을 기준으로 선택할^{수 있습니다.} 여기서 F_a 는 RID 방정식의 계수 Fa 와 동일하지 않다는 점에 유의하세요.
2. 아래에 표시된 식을 사용하여 트레이서-대 트레이스 비율(TTR)을 계산하세요:
   TTR = (F_{c-F b})/(F_{a-F c})
   여기서 F_a = ¹³C 표지된 비타민 A 용량 내 ¹³C 동위원소 풍부도; F_b = 기준선 시 혈청 레티놀 ¹³C 동위원소 풍부도; F_c = ¹³C 동위원소 투여 후 혈청 레티놀 함량
   위의 참가자 데이터에서 F _a, _{F b}, F_c 값을 사용하여 TTR을 계산합니다:
   TTR = (0.0110476 - 0.010745) / (0.11 - 0.0110476) = 0.003058035
3. 그다음 1/TTR을 계산하세요
   1/TTR = 1 / 0.003058035 = 327.01
4. 다음으로, 아래 식을 사용하여 인자 a 를 계산합니다:
   인자 A = ¹³C 표지 비타민 A 용량(μmol) x ^e-kt
   1. 먼저, 아래에 표시된 식으로 k 를 계산합니다:
      k=LN(2)/레티놀 반감기
      자연 로그 2 (ln(2))는 0.693147181과 같다; 레티놀의 반감기는 어린이의 경우 약 32일*으로 추정되며; 이 정보를 바탕으로 계산하세요 k
      k= 0.693147181 / 32 = 0.021660849
      *추정치는 레티놀의 반감기에 대해 사용된다(어린이는 32에서 136일, 성인은 140일); 또는 연구 중 대조군 개인의 추적자 용량 붕괴 속도를 바탕으로 추정할 수 있습니다 ^3,10.
   2. 다음으로, t는 시간(동위원소 도징 후 일수; 질량 수지 방정식의 경우 t = 14일). 이 정보를 4.1단계에서 계산한 k의 값과 함께 사용하세요:
      ^e-kt = ^{e-0.02166 x 14} = 0.738413073
   3. 마지막으로, 아래 식을 사용하여 참가자 데이터(1.0 μmol)에서 동위원소 선량량 a를 계산하고, ^e-kt의 계산 값을 계산합니다
      인자 A = ¹³C 표지 비타민 A 용량(μmol) x ^e-kt
      인수 A = 1.0 x 0.738413073 = 0.738413073
5. 아래에 표시된 질량 수지 방정식을 사용하여 TBS를 계산합니다:
   TBS = a x (1/TTR) 흡수 x 배수, 저장 배수 x 배
   위 단계에서 계산된 계수 a (0.738413073)와 계산된 1/TTR 값(327), 그리고 흡수(0.8)와 저장(0.8)의 고정값을 사용하세요:
   TBS = 0.738413073 x 327 x 0.8 x 0.8 = 155 μmol

3. 간 비타민 A 추정

1. 총 간 비타민 A 저장량과 간 비타민 A 농도를 계산하려면 다음 참가자 데이터를 사용하세요:
   나이: 25세
   무게: 61.0 kg
   키: 156.8 cm
   TBS: 364 μmol (RID 추정)
   연구 대상 인구에서 혈장 레티놀 농도<0.7 μmol/L의 유병률은 <2%입니다.
2. 먼저, 아래 식을 사용하여 체표면적(BSA)을 기준으로 간 무게를 계산합니다:
   BSA (m²) = 체량 [체중(kg) x 키(cm)/3600]
   위의 참가자 데이터를 사용하여 BSA를 계산하세요:
   BSA (m²) = 평방 [61.0 x 156.8/3600] = 1.63 m²
3. 다음으로, 아래에 제시된 적절한 식과 위에서 계산된 BSA 값을 사용하여 간 무게를 계산합니다:
   체면적(BSA)이 <1일 경우:
   간 중량(g) = 772 (g/m²) x 체면적(BSA) - 38
   체면적(BSA)이 ≥1이라면:
   간 중량(g) = 772 (g/m²) x 체면적 (BSA)
   아래 식을 사용하여 BSA를 계산합니다; (참고로 BSA는 위 2단계의 ≥1입니다):
   간 중량(g) = 772 (g/m²) x 체면적 (BSA)
   간 무게 (g) = 772 (g/m²) x 1.63 m² = 1258 g
4. 마지막으로, 아래 식을 사용하여 간 비타민 A 농도를 계산하세요:
   간 비타민 A 농도 = TBS(μmol) × 간 내 TBS 비율/간 무게 (g)
   위 참가자 데이터의 TBS 값(364 μmol)과 간에서 발견된 TBS 비율에 대해 0.8의 추정치를 사용하세요(연구 집단의 비타민 A 상태는 혈청 레티놀<2%)의 유병률과 위 계산된 간 무게 값(1258 g)을 바탕으로 적절하다고 가정합니다:
   간 비타민 A 농도 = 364 μmol * 0.8 / 1258 = 0.232 μmol/g 간

4. 그룹에 대한 모델 예측 TBS

1. 슈퍼 피험자 연구 설계를 사용하여 그룹(연구 집단)의 모델 예측 TBS를 계산하려면, 가임기 여성을 대상으로 실시된 슈퍼 피험자 연구의 다음과 같은 가설적 모델링 결과를 사용한다(이 접근법에 대한 자세한 내용은 Green et ^al.15 참조):
   가상의 모델 결과:
   M(6) = 973.281 μmol
   M(7) = 55.7646 μmol
2. 제공된 슈퍼피실험체 모델 출력과 아래 식을 사용하여 그룹의 TBS를 계산합니다:
   TBS = M(6) + M(7)
   6번과 7번 구획의 비타민 A 질량을 사용하세요 (모델 출력에서):
   TBS = 973.281 + 55.7646 = 1029 μmol
   참고: 모델 출력을 기반으로 복합 계수 FaS의 값을 계산하는 예시는 이 개요의 범위를 벗어납니다. 자세한 내용은 Green 등 ^12,15를 참고하세요.

결과

이 프로토콜은 성인 또는 어린이에서 레티놀 동위원소 희석 방법론과 RID 방정식 또는 질량 균형 방정식을 사용하여 TBS를 정량적으로 추정하는 예시를 제시합니다. RID 방정식은 ²H 또는 ¹³C 표지된 비타민 A를 투여할 때 사용되며, LC/MS/MS 또는 GC/MS는 표지된 레티놀과 표지되지 않은 레티놀의 혈장 농도를 측정하는 데 사용됩니다. RID 방정식은 질량분석법 측정값을 이용한 혈장 레티놀 특이 활성(추적자 대 추적자 비율), 표지된 비타민 A 경구 용량(μmol RE), 그리고 복합 계수 FaS 값을 요구합니다. 복합 계수 FaS 에 대한 공개된 값이 제공되며; 또는 모델 기반 구획 모델링을 통해 혈장 레티놀 동역학 데이터를 추정할 수 있습니다. RID 방정식은 보통 투여 후 ~14일에서 21일 사이에 적용되지만, 복합 계수 FaS 에 해당하는 값이 있으면 나중에 적용할 수 있습니다. 여기 제시된 예시에서 TBS의 값은 364 μmol였습니다.

질량 균형 방정식은 ¹³C 표지된 비타민 A를 투여할 때 사용되며, GC-C-IRMS 검사는 혈장 내 ¹³C 동위원소 풍부도를 측정하는 데 사용됩니다. 질량 균형 방정식은 혈장 내 ¹³C 동위원소 풍부도를 측정한 추적자 대 추적자 비율과 계수(계수) 값을 필요로 하며, 이는 TBS 평가 시 ¹³C 표지된 비타민 A 용량의 흡수 및 저장 현상을 반영합니다. 계수에 대한 공개된 값들이 방정식에 사용될 수 있습니다. 질량 수지 방정식은 투여 후 14일째에 적용됩니다. 여기 제시된 예시에서 TBS의 값은 155 μmol였습니다.

슈퍼 피험자 설계를 적용한 모델 기반 구획 분석을 통해 연구 참가자 그룹의 TBS를 추정하고, 개별 참가자의 TBS 결정을 위한 FaS 계수 값을 산출하는 데 사용되었습니다. 그룹의 TBS는 신체의 교환 가능한 비타민 A 저장 풀 내 비타민 A 질량으로 계산됩니다; 개별 연구 참가자의 TBS는 투여 후 14일 또는 이후 시점에 각 참가자의 혈장 레티놀 특이 활성값(SA_p)과 해당 모델 유도 FaS 계수를 RID 방정식으로 계산합니다. 여기 제시된 예시에서 TBS의 값은 1029 μmol이었습니다.

TBS 결과는 TBS를 간 비타민 A 농도로 변환하고, 간 비타민 A 농도를 컷오프 값과 비교하여 연속체 전반에 걸쳐 비타민 A 상태를 분류하는 방식으로 해석할 수 있습니다; 2015년에 제안된 결함 저장고에서 독성 저장고까지의 컷오프 값은 더 많은 데이터가 확보됨에 따라 개선될 가능성이 높다는 점에 유의하세요^. 여기 예시에서 간 비타민 A 농도는 0.232 μmol/g 간

그림 1: 인간의 전신 비타민 A 대사를 위한 구획 모델. 원은 구획을 나타내며; 직사각형은 지연 요소이며; 구성 요소 간 화살표는 분수 전달 계수[L(I,J)) 또는 매일 구획 I로 전달된 구획 내 레티놀 비율]과 지연 시간[DT(I)s, 지연 요소 I에서 머무는 일수]입니다. 구획 1은 섭취한 추적자(*)와 식이 비타민 A [U(1)]가 유입되는 부위입니다. 구성 요소 1부터 4까지는 소화, 흡수, 킬로미크론 처리를 나타내며, 간세포에 의해 흡수되는 과정(구획 4)과 이후 레티놀이 레티놀 결합 단백질에 결합하여 혈장 구획 5에 분비되는데, 이 구획은 샘플링이 이루어지는 지점(삼각형)입니다. 성분 8은 레티놀이 재활용되지 않는 조직에서 혈장 레티놀을 되돌릴 수 없게 합니다. 혈장 내 레티놀은 또한 2개의 혈관 외 구획(큰 구획 6과 작은 구획 7)에서 비타민 A와 교환될 수 있으며, 구획 6과 8은 시스템에서 돌이킬 수 없는 손실 부위입니다. VA = 비타민 A. 이 수치는¹⁵명에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

표 1: 특정 시점에서 이론적 성인과 아동의 복합 계수 FaS 의 추정값. 성인 TBS 추정을 위해 RID 방정식을 적용할 때는 14일 이내가 권장됩니다. 약어: GM = 기하평균; NA = 해당 없음. 이 표는¹⁵에서 수정되었습니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

표 2: 비타민 A 결핍에 대한 인구 유병률 기준. 약어: VAD = 비타민 A 결핍; MRDR = 수정된 상대 용량 반응 검사; WHO = 세계보건기구. 이 표는²¹에서 수정되었습니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

표 3: 91일 슈퍼 피험자 연구의 시간당 참가자 수. 혈액 채취는 14일째에 모든 참가자(n=105)에게 이루어지며, 각 참가자는 91일 연구 중 두 번째 시점에 무작위로 배정되어 각 시점에 최소 7명의 참가자가 있고, 각 참가자는 총 2개의 혈액 샘플을 제공합니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

토론

요약하자면, 안정 동위원소 방법은 성인과 아동에서 TBS의 정량적 추정을 제공하며 지역사회 환경에 적용할 수 있습니다^. 성인과 어린이의 TBS는 RID 방정식 또는 질량 수지 방정식을 이용한 레티놀 동위원소 희석 방법론을 사용하여 추정할 수 있습니다. 두 방정식 모두 동위원소 희석 원리에 기반하지만, 몇 가지 차이점이 있습니다. 간단히 말해, RID 방정식은 단일 혈액 샘플을 필요로 하며, ~14-21일에 적용되지만, 복합계수 FaS 에 해당하는 값이 있으면 나중에 적용할 수도 있습니다. 복합계수 FaS 의 공개된 값은 RID 방정식¹⁵에 사용하기 위해 투입 후 다양한 시점에 제공됩니다; 또는 모델 기반 구획 분석을 통해 집단별 값을 결정할 수 있습니다. 질량 균형 방정식은 혈액 샘플 2개를 필요로 하며, 하나는 기준선에서, 다른 하나는 투여 후 14일에 필요합니다. 하지만 앞서 언급했듯이, 한 그룹의 평균 TBS를 추정하면 5-6명의 참가자에서 기준선 혈액 샘플링을 할 수 있으며, 이들 참가자의 평균 ^13C풍부도를 혈청 내 기준선 ^13C풍부도를 추정하는 데 사용할 수 있습니다.

RID 방정식을 적용할 때 중요한 고려사항은 표지된 레티닐 에스터 μmol이 아닌 비타민 A 활성(μmol RE)으로 표현하는 것이고, FaS 계수의 발표된 값을 사용할 경우, SA_p가 발생한 시간(연구일)과 일치하는 유사한 집단(어린이 또는 성인)에서 도출된 FaS 값을 선택하는 것이 중요합니다 TBS를 추정하기 위해 측정되었습니다. 질량 균형 방정식을 적용할 때는 ¹³C 표지 비타민 A 용량에 ¹³C 자연 풍부도를 고려하고, 투여 후 혈청 ¹³C 풍부도를 기준선 혈청 내 자연 ¹³C로 보정하여 TBS¹⁰의 정확한 추정치를 얻는 것이 중요합니다.

모델 기반 구획 모델링은 지역사회 환경에서 슈퍼 피험자 연구 설계와 함께 연구 기간 동안 집단 TBS 및 집단별 복합계수 FaS값을 추정하는 데 사용됩니다^12,24. 이 접근법의 장점은 복합 계수 FaS에 대한 모델 도출 값이 다른 집단에서 도출된 발표된 값보다 그룹 내 개인에 대해 TBS를 더 정확하게 추정할 가능성이 높다는 점입니다. 이 접근법은 현장 연구에서 혈액 샘플링 시기에 더 큰 유연성을 제공합니다. 예를 들어, 참가자가 지정된 시간에 RID 혈액 채취에 참석하지 못하면, 혈액 샘플을 나중에 채취할 수 있으며, 해당 모델 유도 복합계수 FaS를 RID 방정식에 사용해 TBS^12,24를 추정할 수 있습니다.

TBS 결과는 TBS를 간 비타민 A 농도로 변환하고, 결핍에서 독성 저장소까지 전체 연속체에서 비타민 A 상태를 분류하기 위한 제안된 기준과 비교하여 해석할 수 있습니다^. 제안된 기준치는 >1 μmol/g 간이 비타민 A과다를 나타낸다고 제안했으나, 최근 연구에서는 1-3 μmol/g 사이에서 부작용이 없었고, 조직병리학적 변화는 >3 μmol/g 시점에서 나타났습니다^11,28. 인간에서 간 비타민 A 농도와 그 생리학적 영향에 대한 추가 데이터가 필요하며, 이를 통해 아독성 및 독성 상태 범주의 컷오프 값을 정교하게 정의해야 합니다.

비타민 A 상태 평가를 위한 안정동위원소 접근법은 TBS의 정량적 추정을 제공하며 상태 평가에 가장 적합한 방법으로 여겨지지만, 다른 평가 방법에 비해 상대적으로 높은 비용과 비타민 A가 표시된 안정 동위원소 접근성 및 투여 전문성 부족 때문에 아직 널리 사용되지는 않았다: 비타민 A 표기된 안정 동위원소와 투여 전문성; 질량분석법과 플라즈마 분석을 수행하는 전문 지식; TBS 추정을 위한 연구 설계 및 방정식 적용에 대한 전문성; 그리고 플라즈마 레티놀 동역학 데이터의 모델 기반 구획 분석 전문성을 갖추고 있습니다. 신규 사용자에게는 연구의 계획, 실행, 분석 단계에서 전문가의 협의와 협력이 매우 중요하여 성공을 보장합니다.

어려움에도 불구하고, 최근 몇 년간 안정 동위원소 방법론의 발전이 있어 군집 환경에서의 사용이 용이해졌습니다^12,29. 이 방법론을 활용한 향후 연구들은 비타민 A 대사와 요구량, 식이 프로비타민 A 카로티노이드의 생체효능, 결핍 위험군에서 비타민 A 상태 개선을 위한 중재의 효능과 안전성에 관한 중요한 새로운 정보를 제공할 가능성이 큽니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
엑셀	마이크로소프트	마이크로소프트 엑셀
텍사스 인스트루먼트 TI-30XIIS 과학 계산기	텍사스 인스트루먼트	TI-30XIIS