Использование уравнений для оценки общего количества запасов витамина А в организме с использованием методов стабильных изотопов

Краткое содержание

Протокол описывает уравнения для оценки общего количества запасов витамина А в организме (TBS) с использованием методологии разведения изотопов ретинола, а также представлен краткий обзор использования модельного компартментального анализа с суперсубъектным дизайном исследования для оценки групповых и отдельных ТБС.

Аннотация

Стабильные изотопные методы количественной оценки общего количества запасов витамина А (ТБС) основаны на принципе разбавления изотопов. Кратко: пациенту вводится одна пероральная доза ²H- или ¹³C витамина A, а концентрации маркированного и немаркированного ретинола в плазме измеряются масс-спектрометрией в заранее определённое время после дозировки, обычно через 14–21 день. TBS рассчитывается с помощью уравнения разбавления изотопов ретинола (RID) или уравнения массового баланса. Уравнения RID и массового баланса требуют информации о специфической активности ретинола в плазме (SA_p; то есть соотношение трассера к трассеру), которая получается с помощью масс-спектрометрических измерений. Оба уравнения требуют значений коэффициентов для учёта абсорбции и хранения пероральной дозы стабильного изотопно-маркированного ретинола на момент оценки TBS. Опубликованные значения коэффициентов могут использоваться в уравнениях. Альтернативно, TBS можно определить с помощью модельного компартментального анализа кинетических данных плазменного ретинола с помощью программного обеспечения WinSAAM Simulation, Analysis and Modeling. Кратко, сверхсубъектный дизайн исследования с модельным компартментальным анализом кинетических данных ретинола плазмы может быть использован для определения группового TBS и популяционно-специфических значений для композитного коэффициента (FaS), который впоследствии применяется в уравнении RID для определения индивидуального TBS. Дизайн суперсубъекта требует оценки среднего потребления витамина A в рационе для группы участников и отбора пробы крови в ~11-16 временных точках за ~28-91 день, при этом 5-7 участников на момент времени, но каждый участник предоставляет только 2-3 образца крови. Концентрацию витамина А в печени можно оценить по ТБС, используя предположение о доле ТБС в печени и оценки веса печени. Статус витамина А оценивается путём сравнения предполагаемой концентрации витамина А в печени с предложенными значениями порога для категоризации статуса по всему континууму — от дефицита до избыточных запасов витамина А.

Введение

Методы стабильных изотопов обеспечивают количественную оценку общего количества запасов витамина А (TBS) и могут использоваться для оценки состояния витамина А у детей и взрослых в^{общественных условиях. 1}. Поскольку они предоставляют количественную оценку ТБС по всему континууму состояния — от дефицита до избыточных запасов — считаются лучшими косвенными методами оценки состояния витамина А у человека¹. В отличие от этого, для оценки состояния обычно используются концентрации ретинола или белка, связывающего ретинол в сыворотке; однако они не отражают запасы витамина А в организме, если только запасы не очень низкие, поскольку ретинол в сыворотке находится под гомеостатическим контролем; Кроме того, они временно снижаются во время воспаления, что усложняет интерпретацию результатов в популяциях с высоким уровнем^{заражения 2}. Тест с модифицированной относительной дозой (MRDR) даёт оценку достаточности резервов витамина А в печени, но не даёт количественной оценки концентрации витамина^{А 2} в печени. Обычно для изучения метаболизма витамина А и оценки влияния вмешательств витамина А на популяции с риском дефицита 3,4,5,6,7,8,9,10 применяются методы стабильных изотопов. Они также полезны для оценки риска избыточных запасов витамина А у популяций, подвергшихся воздействию нескольких источников витамина А, таких как обогащённые продукты, добавки с высокими дозами витамина А и/или порошки^{микроэлементов 1,11}. Эти приложения важны для лучшего понимания метаболизма витамина А на протяжении всего жизненного цикла, уточнения потребностей в витамине А и оценки эффективности и безопасности вмешательств, направленных на улучшение питания и здоровья детей и женщин репродуктивного возраста в сообществах с ограниченными ресурсами. TBS оценивается с помощью методологии разведения изотопов ретинола (RID) и либо уравнения RID, либо уравнения массового баланса. Альтернативно, TBS можно оценить с помощью модельного компартментального анализа кинетических данных плазменного ретинола с помощью программного обеспечения WinSAAM Simulation, Analysis and Modeling (www.winsaam.org) с супер-объектным^{дизайном 12}. Кратко: эти методы требуют: 1) введение одной пероральной дозы стабильного изотопного витамина А участникам, 2) взятия 1-2 образцов крови ~14-21 день после введения изотопа для методов RID (или сбора 2-3 образцов крови на участника в течение 28-91 дня, а также оценки среднего рационального потребления витамина A группы для модельного компартментального анализа), и 3) доступ к соответствующему масс-спектрометру (GC-C-IRMS, GC/MS, LC/MS/MS) для измерения концентраций маркированного и немаркированного ретинола в плазме.

Этот протокол предназначен для предоставления рекомендаций новым пользователям методологии RID по расчёту TBS с использованием уравнения RID или уравнения массового баланса. Кроме того, представлен краткий обзор использования модельного компартментального анализа с суперсубъектным дизайном исследования для оценки ТБС как для группы участников, так и для отдельных участников; однако детали по проведению компартментального моделирования кинетических данных плазменного ретинола выходят за рамки данной рукописи (для получения дополнительной информации об этом подходе см. Грин и ^{др. 12}). Для обзора методов стабильных изотопов витамина А см. Lietz et ^al.1.

Уравнение RID для оценки TBS
Уравнение RID используется, когда пациенту вводится пероральная доза стабильного изотопного витамина A, а LC/MS/MS или GC/MS применяется для измерения меченного и немаркированного ретинола в плазме с целью получения специфической активности ретинола в плазме (SA_p) (то есть соотношения трассера к следу в плазме^)13,14. Для оценки TBS по уравнению RID требуется один образец крови через ~14–21 день после дозировки изотопов. Приведённое ниже уравнение RID используется для оценки ТБС у взрослых и ^{детей 15} лет:

TBS = Fa × S × (1/SA_p)

где TBS — это мкмоль витамина A, Fa — доля оральной трассерной дозы витамина A, которая всасывается и содержится в запасах организма в момент t, а S — отношение специфической активности ретинола в плазме (SA_p) к активности в запасах (SA_s) в момент времени t. SA_p — это специфическая активность ретинола в плазме, выраженная в виде доли дозы в плазме: (маркированный ретинол / немаркированный + маркированный ретинол) в плазме / пероральной дозе маркированного ретинола (μмоль)⁾¹². Обратите внимание, что вклад немаркированного ретинола в общий ретинол в знаменатель незначительен через 14–21 день после дозировки изотопами, когда обычно оценивается TBS. Для подробного обсуждения уравнения RID см. Green и ^{др. 12}.

Поскольку коэффициенты Fa и S умножаются в уравнении RID, их обычно называют составным коэффициентом FaS. Опубликованные значения композитного коэффициента FaS, основанные на теоретических взрослых и детях с широким диапазоном ТБС, доступны несколько раз после дозирования изотопов (Таблица 1; адаптировано из Грина^{и Грина 15}). Эти значения можно использовать в уравнении RID для расчёта TBS особей из похожих^{популяций 15}. Альтернативно, для определения популяционных значений составного коэффициента FaS^12,16 может использоваться модельный компартментальный анализ данных кинетического ретинола в плазме.

Уравнение массового баланса для оценки TBS:
Уравнение массового баланса используется для расчёта TBS при введении пероральной дозы ¹³витамина A с меткой C, а GC-C-IRMS применяется для измерения обогащения ¹³C (¹³C/всего C) в^{сыворотке 10,17}. Для уравнения массового баланса требуется два образца крови: базовый образец для измерения естественного содержания ¹³C в сыворотке и второй образец через 14 дней после дозировки для измерения ¹³C-обогащения сыворотки. Однако, если исследователь заинтересован в оценке среднего TBS для группы людей, исходный анализ крови можно провести у 5-6 участников, а среднее содержание ¹³°C для этих пациентов можно использовать как оценку исходного содержания ¹³C в сыворотке для участников группы. Естественное содержание ¹³C составляет ~1,1%, но поскольку это может варьироваться в зависимости от диеты, её следует точно измерять в сыворотке на начальном уровне, чтобы корректировать содержание ¹³C после дозы, как показано в примере ниже¹⁰. Уравнение массового баланса требует измерения изотопного содержания (¹³C/общее C) для: 1) дозы ¹³витамина A (F a), 2) базового ретинола в сыворотке (F_b) и 3) ретинола сыворотки после дозировки (F_c). Измерения количества изотопов используются для расчёта соотношения трассера к следу, а затем и ТБС. В уравнение включены дополнительные факторы для учёта всасывания и хранения дозы ^{витамина А 13}витамина А с меткой С на момент оценки ТБС. Для подробного обсуждения уравнения массового баланса см. Gannon и^{Tanumihardjo 10}.

Приведённое ниже уравнение массового баланса используется для оценки ТБС у взрослых и детей:

TBS = a x (1/TTR) x (коэффициент поглощения x фактор для хранения)

где TTR — это отношение трассера к следу в сыворотке. Фактор a объясняет потерю ^{13-маркированного}витамина A с содержанием в период между дозировкой и анализом крови и рассчитывается как ^e-kt, где k = ln(2)/период полураспада ретина, а t = дни с момента^{дозировки 10}. Фактор всасывания дозы трассера считается 0,8-1,0 (80%-100%) для взрослых или 0,75-0,9 (75%-90%) для^{детей 10} лет. Коэффициент хранения (соотношение TTR в сыворотке к запасам) предполагается как 0,8, если потребление витамина A в рационе не контролируется в течение 14 дней между дозировкой и анализом крови, или 1,0 при низком и контролируемом потреблении витамина^{A в рационе 10}.

Оценка концентрации витамина A в печени
Общий запас витамина А в печени можно оценить на основе доли ТБС, обнаруженной в печени. Предполагается, что ~50% TBS находится в печени, когда уровень витамина A низкий, и ~80%, когда уровень витамина A адекватен; Эти предположения основаны на ограниченных данных, показывающих, что процент витамина А в печени зависит от состояния витамина А и может варьироваться от ~40% до ^90%18,19. Необходимо больше данных, чтобы определить, как лучше оценить уровень витамина A в печени как процент от общего количества витамина A в организме. До тех пор информация из Таблицы 2 может быть полезна для оценки состояния витамина А в исследуемой популяции, чтобы определить, стоит ли предполагать значение 50% или 80%. Кроме того, если распространённость концентраций ретинола в сыворотке <0,7 мкмоль/л составляет ≤10% среди детей в возрасте 6-59 месяцев, считается адекватным уровнем витамина А; Обратите внимание, что этот порог пересекается с категорией дефицита витамина А как лёгкой проблемы общественного здравоохранения (Таблица 2)^20,21. Концентрация витамина A в печени рассчитывается на основе общего запаса печени на основе массы печени, которая оценивается как 3% от массы тела у детей и 2,4% от массы тела у^{взрослых 22} года. Альтернативно, вес печени можно оценить с помощью площади поверхности тела (BSA) и предсказательного^{уравнения 23}.

Обзор модельно-ориентированного компартментального анализа с суперсубъектным дизайном для оценки групповой и индивидуальной TBS
Модельный компартментальный анализ может использоваться для изучения кинетики ретинола при частом отборе проб, но особенно полезен в популяциях, где частый отбор проб невозможен, таких как дети маленького и дошкольного возраста, а также потенциально беременные и кормящие женщины, в условиях ограниченных ресурсов сообществ 11,24,25,26,27. Модельный компартментальный анализ используется с суперсубъектным дизайном для прогнозирования TBS для группы участников и оценки популяционно-специфичных значений композитного коэффициента FaS, которые затем могут быть использованы для определения TBS отдельных участников по уравнению RID^12,24. Дизайн суперсубъекта используется в общественных условиях для минимизации количества образцов крови, взятых у каждого^{отдельного человека.} 12,24,26. Пример такого дизайна приведён в таблице 3 для 91-дневного исследования с 105 участниками и 16 временами взятия крови. В этом примере каждый испытуемый принимает одну пероральную дозу стабильного изотопа с меткой витамина А и через 14 дней после дозировки предоставляет образец крови для оценки TBS каждого человека с использованием уравнения RID с модельным значением FaS через 14 дней; и второй образец крови в одном из оставшихся 15 раз для получения кинетических данных по ретинолу плазмы, необходимых для модельного компартментального анализа. В этой схеме на каждому из 15 дополнительных этапов анализа крови назначено 7 человек. Обычно считается достаточной продолжительностью 5 участников за раз, но поскольку некоторые могут пропустить назначенное время для взятия пробы крови, рекомендуется ~7 человек за раз. Плазма анализируется масс-спектрометрией для получения измерений меченого и немаркированного ретинала, а также рассчитывается доля дозы изотопа витамина А в плазме (_{FD p}). Кратко, геометрическое среднее_FD p по времени отображается и подгоняется в компартментальную модель с помощью программного обеспечения^WinSAAM 12,24,26. Пример 8-компартментной модели метаболизма витамина А всего организма приведён на рисунке 115. Модель включает отсеки, представляющие плазменный витамин A (отсек 5), а также два обменных бассейна хранения витамина A (отсек 6 (большой) и 7 (малый)). Сумма массы витамина A в двух обменных отсеках хранения используется как оценка TBS:

TBS (мкмоль) = M(6) + M(7)

где M(I) — это мкмоль витамина A в компартменте I

Популяционно-специфические значения коэффициентов Fa и S могут быть вычислены в любой момент времени (t) на протяжении всего сверхсубъектного исследования с помощью следующих уравнений^12,24:

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

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

где Fa_t — доля поглощённой дозы трассера, поглощённая и находящаяся в запасах в момент времени t; F(I)_t — доля дозы трассера, присутствующей в компартменте I в момент времени t; S_t — это специфическая активность в плазме по сравнению с запасами в момент времени t; SA — это ретинолоспецифическая активность либо в плазме (p), либо в запасах (s) в момент t; а M(I) — это мкмоль витамина А в компартменте I. См. Грин и ^др.12 для подробного обсуждения модельного компартментального анализа.

Протокол

Данные являются гипотетическими; В этом исследовании не участвовали люди.

1. Оценка TBS с использованием уравнения RID

1. Для оценки TBS с использованием уравнения RID используйте следующие гипотетические данные участников:
   Возраст: 25 лет
   Помеченная концентрация ретинола в плазме: 0,0163 мкмоль/л
   Немаркированная концентрация ретинола в плазме: 1,154 мкмоль/л
   Пероральная дозировка витамина А: 6,838 мкмоль RE
   Опубликованный композитный коэффициент FaS через 14^{дней 15}: 0,727
   ПРИМЕЧАНИЕ: Количество дозы изотопа витамина А определяется активностью витамина А маркированного соединения витамина А (обычно ретинацетат с меткой ²H или ¹³C) и экспрессируется в эквиваленте мкмоль ретинола (RE). Например, если для перорального дозирования используется ²_{H 6-ретинилацетата} и требуется доза 2000 мкг RE, доза ²H 6-ретинилацетата рассчитывается на основе молекулярных масс ²_{H 6-ретинилацетата} (328,49 мкг/мкмоль) и ²H_{6-ретинолола} (292,49 мкг/ммоль): 2000 x (328,49/292,49) = 2246 мкг ²H₆-Ретинилацетат. Доза 2000 мкг RE, выраженная в мкмоль, рассчитывается путем деления дозы (мкг RE) на молекулярную ^{массу 2}_{H 6-ретина}: 2000/292,49 = 6,838 мкмоль.
2. Вычислите SA_p с помощью приведённого ниже уравнения:
   SA_p = [маркированный ретинол / (маркированный ретинол + немаркированный ретинол) в плазме] / доза (мкмоль)
   Используйте данные участников выше для решения уравнения:
   SA_p = [0,0163 / (0,0163 + 1,154)] / 6,838 = 0,0020 мкмоль
3. Рассчитайте TBS с помощью уравнения RID, приведённого ниже:
   TBS = FaS x (1/SA_p)
   Используйте данные участников выше, чтобы получить значение FaS и рассчитанное значение SA_p из шага 2:
   TBS = 0,727 x (1/ 0,0020) = 364 мкмоль

2. Оценка TBS с использованием уравнения массового баланса

1. Для оценки TBS с использованием уравнения массового баланса используйте следующие гипотетические данные участников:
   Возраст: 4 года
   Fa (2 углерода, помеченных плюс естественное содержание): 0,11
   F_b: 0.010745
   F_c: 0.0110476
   Приложенная доза трассера: 1,0 мкмоль RE
   Факторы поглощения и хранения:
   Поглощение: 0,8
   Хранение: соотношение TTR в сыворотке и печени (диета не контролируется): 0,8
   ПРИМЕЧАНИЕ: для дозировки используется витамин A с_меткой ¹³C 2, а изотопное содержание дозы (F_a) рассчитывается как: ([¹³C₂] помечено в синтезе + естественное изобилие (всего ¹³C/20C)¹⁰. Предполагаемое значение поглощения в этом примере составляет 0,8; Значение от 0,8 до 1,0 можно выбрать на основе факторов, влияющих на всасывание витамина А в исследуемой популяции (например, частота воспаления/инфекций может снижать^{всасывание 1}). Обратите внимание, что F_a здесь не совпадает с коэффициентом Fa в уравнении RID.
2. Вычислите соотношение трассера к следу (TTR) с помощью приведённого ниже уравнения:
   TTR = (F_{c-F b})/(F_{a-F c})
   где F_a = изотопное ^{содержание 13}C в дозе витамина A с ^{меткой 13}C; F_b = ¹³C изотопного содержания сывороточного ретинола на исходном уровне; F_c = изотопное содержание ¹³C в сывороточном ретиноле после дозировки
   Используйте значения для F_a, _{F b} и F_c из данных участников выше для расчёта TTR:
   TTR = (0.0110476 - 0.010745) / (0.11 - 0.0110476) = 0.003058035
3. Затем вычислите 1/TTR
   1/TTR = 1 / 0.003058035 = 327.01
4. Далее вычислите множитель a с помощью приведённого ниже уравнения:
   фактор a = ¹³дозы витамина A (μмоль) с меткой C, x ^e-kt
   1. Сначала вычислим k с помощью приведённого ниже уравнения:
      k=Ln(2)/период полураспада ретинала
      Естественный логарифм 2 (ln(2)) равен 0,693147181; Период полураспада ретинола оценивается в 32 дня* для детей; Используя эту информацию, рассчитайте k
      k= 0,693147181 / 32 = 0,021660849
      *предполагаемые значения используются для периода полураспада ретинола (32–136 дней для детей; 140 д для взрослых); или значения можно оценить на основе скорости снижения дозы трассера у лиц в контрольной группе в ходе исследования ^3,10.
   2. Далее вычислим ^e-kt, где t — это время (дни с момента дозировки изотопов; t = 14 дней для уравнения массового баланса). Используйте эту информацию с рассчитанным значением k из шага 4.1:
      ^e-kt = ^{e-0.02166 x 14} = 0.738413073
   3. Наконец, вычислите коэффициент a, используя приведённое ниже уравнение, количество дозы изотопа из данных участников выше (1,0 мкмоль) и рассчитанное значение для ^e-kt
      фактор a = ¹³дозы витамина A (μмоль) с меткой C, x ^e-kt
      коэффициент a = 1,0 x 0,738413073 = 0,738413073
5. Рассчитайте TBS с помощью уравнения массового баланса, приведённого ниже:
   TBS = множитель x (1/TTR) x для фактора поглощения x для хранения
   Используйте рассчитанный коэффициент a (0,738413073) и рассчитанное значение 1/TTR (327) из вышеуказанных шагов, а также фиксированные значения для поглощения (0,8) и хранения (0,8):
   TBS = 0,738413073 x 327 x 0,8 x 0,8 = 155 мкмоль

3. Оценка витамина А печени

1. Для расчёта общих запасов витамина А в печени и концентрации витамина А в печени используйте следующие данные участников:
   Возраст: 25 лет
   Вес: 61,0 кг
   Рост: 156,8 см
   TBS: 364 мкмоль (оценка RID)
   Распространённость плазменных концентраций ретинола <0,7 мкмоль/л в исследуемой популяции составляет <2%.
2. Сначала рассчитайте вес печени на основе площади поверхности тела (BSA) с помощью приведённого ниже уравнения:
   BSA (^{м 2}) = sqrt [вес тела (кг) x рост (см)/3600]
   Используйте данные участников выше для расчёта BSA:
   BSA (^{m 2}) = sqrt [61,0 x 156,8/3600] = 1,63 м²
3. Далее рассчитайте вес печени с помощью соответствующего уравнения, приведённого ниже, и рассчитанного значения BSA выше:
   Если площадь поверхности тела (BSA) равна <1:
   Вес печени (g) = 772 (г/^{м 2}) x площадь поверхности тела (BSA) — 38
   Если площадь поверхности тела (BSA) равна ≥1:
   Вес печени (g) = 772 (г/^{м 2}) x площадь поверхности тела (BSA)
   Рассчитайте BSA с помощью приведённого ниже уравнения; (обратите внимание, что BSA — это ≥1 из шага 2 выше):
   Вес печени (g) = 772 (г/^{м 2}) x площадь поверхности тела (BSA)
   Вес печени (г) = 772 (г/^{м 2}) x 1,63 м² = 1258 г
4. Наконец, рассчитайте концентрацию витамина А в печени с помощью приведённого ниже уравнения:
   Концентрация витамина А в печени = ТБС (мкмоль) * доля ТБС, обнаруженная в печени/вес печени (г)
   Используйте значение TBS из данных участников выше (364 мкмоль) и предполагаемое значение 0,8 для доли ТБС, обнаруженной в печени (статус витамина А в исследуемой популяции считается адекватным, исходя из распространённости низкого ретинола в сыворотке <2%) и рассчитанного значения массы печени (1258 г) выше:
   Концентрация витамина А в печени = 364 мкмоль * 0,8 / 1258 = 0,232 мкмоль/г печени

4. Прогнозируемая моделью TBS для группы

1. Для расчёта прогнозируемой моделью ТБС для группы (исследуемой популяции) с использованием дизайна супер-субъектного исследования используйте следующие гипотетические результаты моделирования из супер-субъектного исследования, проведённого среди женщин репродуктивного возраста (подробности об этом подходе см. Грин и ^др.15):
   Гипотетический результат модели:
   M(6) = 973,281 мкмоль
   M(7) = 55,7646 мкмоль
2. Рассчитайте TBS для группы, используя предоставленные данные суперсубъектной модели и приведённое ниже уравнение:
   TBS = M(6) + M(7)
   Используйте массу витамина A в отсеках 6 и 7 (по результатам модели):
   TBS = 973,281 + 55,7646 = 1029 мкмоль
   ПРИМЕЧАНИЕ: Пример расчёта значений композитного коэффициента FaS на основе результатов модели выходит за рамки данного обзора. Для получения дополнительной информации см. Грин и ^др.12,15.

Результаты

В этом протоколе представлены примеры количественной оценки TBS у взрослых или детей с использованием методологии разведения изотопов ретина, а также уравнения RID или уравнения массового баланса. Уравнение RID используется, когда для дозировки используется витамин A с меткой ²H или ^13C, а LC/MS/MS или GC/MS — для измерения концентрации маркированного и немаркированного ретинола в плазме. Уравнение RID требует информации о специфической активности ретинола плазмы (соотношение трассера к трассеру) с использованием масс-спектрометрических измерений, пероральной дозы маркированного витамина A (μmol RE) и значения композитного коэффициента FaS. Доступны опубликованные значения для композитного коэффициента FaS ; Альтернативно, популяционные значения можно оценить с помощью модельного компартментального моделирования кинетических данных ретинола плазмы. Уравнение RID обычно применяется через ~14–21 день после дозирования, но может быть применено и позже, если имеется соответствующее значение для композитного коэффициента FaS . Значение TBS для показанного здесь примера составило 364 мкмоль.

Уравнение массового баланса используется, когда для дозировки используется витамин A, маркированный ¹³C, а GC-C-IRMS — для измерения содержания изотопов ¹³C в плазме. Уравнение массового баланса требует соотношения трассера к следу (измеренное содержание ^{изотопов 13}C в плазме) и значения факторов (коэффициентов) для учёта абсорбции и хранения дозы ^{витамина A с меткой 13}C на момент оценки TBS. Опубликованные значения коэффициентов доступны для использования в уравнении. Уравнение массового баланса применяется через 14 дней после дозировки. Значение TBS для показанного здесь примера составляло 155 ммоль.

Модельный компартментальный анализ кинетических данных ретинола плазмы с супер-субъектным дизайном используется для оценки TBS группы участников исследования и для определения значений коэффициента FaS для последующего определения TBS для отдельных участников. TBS для группы рассчитывается как масса витамина A в обменных запасах витамина A организма; а TBS для отдельных участников рассчитывается через 14 дней после дозировки и/или более позднее с использованием специфического значения активности ретинола плазмы каждого участника (SA_p) и соответствующего модельного значения коэффициента FaS в выбранное время с уравнением RID. Значение TBS для показанного здесь примера составляло 1029 мкмоль.

Результаты TBS можно интерпретировать, преобразовав TBS в концентрацию витамина A в печени и сравнивая концентрации витамина A с пороговыми значениями для категоризации статуса витамина A по всему континууму; Обратите внимание, что значения порога от дефицитных к токсичным запасам, предложенные в 2015 году, вероятно, будут уточняться по мере появления новых данных². Концентрация витамина A в печени в показанном примере составила 0,232 мкмоль/г печени

Рисунок 1: Компартментальная модель метаболизма витамина А во всём теле у человека. Круги обозначают отсеки; прямоугольники — это элементы задержки; стрелки между компонентами — это дробные коэффициенты переноса [L(I,J), или доля ретинола в отсеке J, передаваемая в отсек I каждый день] и времена задержки [DT(I), или дни, проведённые в элементе задержки I]. Компартмент 1 — это место введения проглотённого трассера (*) и диетического витамина A [U(1)]. Компоненты 1–4 представляют собой пищеварение, всасывание и обработку хиломикрона до момента поглощения гепатоцитами (компартмент 4), с последующей секрецией ретинала, связанного с белком, связывающимся с ретинолом, в плазменный компартмент 5, который является местом отбора пробы (треугольник). Компонент 8 позволяет необратимо поглощать плазменный ретинол тканями, из которых ретинол не перерабатывается. Ретинол в плазме также может обмениваться витамином A в двух внесосудистых бассейнах (большом компартменте 6 и меньшом компартменте 7), где в комментах 6 и 8 являются местами необратимой потери из системы. VA = витамин A. Эта цифра была изменена с¹⁵. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Таблица 1: Оценочные значения композитного коэффициента FaS для теоретических взрослых и детей в определённые моменты времени. Рекомендуется использовать 14 дней или позже для применения уравнения RID для оценки ТБС у взрослых. Сокращения: GM = геометрическое среднее; NA = не применимо. Эта таблица была изменена с¹⁵. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Таблица 2: Пороги распространённости населения при дефиците витамина А. Сокращения: VAD = дефицит витамина A; MRDR = модифицированный тест относительного ответа на дозу; ВОЗ = Всемирная организация здравоохранения. Эта таблица была изменена с²¹. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Таблица 3: Количество участников за раз 91-дневного суперсубъектного исследования .В 14-й день проводится отбор крови у всех участников (n=105), и каждому случайным образом назначается второй временной момент в течение 91-дневного исследования, так что в каждый момент было не менее 7 участников, и каждый участник предоставляет всего 2 образца крови. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Обсуждение

В итоге, методы стабильных изотопов дают количественные оценки ТБС у взрослых и детей и могут применяться в общественных^{условиях 1}. TBS у взрослых и детей можно оценить с помощью методологии разбавления изотопов ретинола с помощью уравнения RID или уравнения массового баланса. Хотя оба уравнения основаны на принципе разбавления изотопов, есть несколько различий. Кратко: уравнение RID требует одного образца крови и применяется через ~14–21 день, но может применяться и позже, если доступно соответствующее значение для композитного коэффициента FaS . Опубликованные значения для композитного коэффициента FaS доступны в разное время после дозирования для использования в уравнении^{RID 15}; Альтернативно, специфичные для популяции значения можно определить с помощью модельного компартментального анализа. Для уравнения баланса массы требуется 2 образца крови: один на исходном уровне, другой через 14 дней после дозировки. Однако, как уже упоминалось, если оценивать средний уровень TBS для группы, исходный анализ крови можно провести у 5-6 участников, а среднее содержание ¹³°C для этих пациентов можно использовать как оценку исходного содержания ¹³C в сыворотке.

При применении уравнения RID важными факторами являются выражение дозы как активность витамина A (μmol RE), а не в мкмоль меченого ретинилэфира, и если используются опубликованные значения коэффициента FaS , важно выбрать значения FaS , полученные из похожей популяции (дети или взрослые) и соответствующие времени (дню исследования), когда SA_p измерялась для оценки TBS. При применении уравнения массового баланса крайне важно учитывать естественное содержание ¹³C в дозе витамина A ^{с 13}C и корректировать содержание ¹³C в сыворотке после дозы на естественное содержание ¹³C в сыворотке на исходном уровне, чтобы получить точные оценки^{TBS 10}.

Модельное компартментальное моделирование используется с супер-субъектным дизайном исследования в общественных условиях для оценки групповых TBS и популяционных значений композитного коэффициента FaS на протяжении всей продолжительности^{исследования 12,24}. Преимуществом такого подхода является то, что значения, полученные от модели, для композитного коэффициента FaS, скорее всего, дают более точную оценку TBS для отдельных лиц в группе, чем опубликованное значение, полученное из другой популяции. Такой подход также обеспечивает большую гибкость в определении времени отбора пробы крови в полевых исследованиях. Например, если участник недоступен в назначенное время для забора крови RID, образец может быть взят позже, и соответствующее модельное значение для композитного коэффициента FaS может быть использовано в уравнении RID для оценки их^{TBS 12,24}.

Результаты TBS можно интерпретировать, преобразовав TBS в концентрацию витамина A в печени и сравнивая значения с предложенными порогами концентрации витамина A для категоризации статуса витамина A по всему континууму — от дефицита до^{токсичных запасов 2}. Хотя предлагаемые пороговы указывали на то, что >1 мкмоль/г печени указывает на гипервитаминоз А, недавние исследования не показали побочных эффектов между 1 и 3 мкмоль/г, а гистопатологические изменения наблюдаются при >3 мкмоль/^{г 11,28}. Необходимо больше данных о концентрациях витамина А в печени и их физиологическом влиянии на человека, чтобы уточнить пороги для субтоксичных и токсичных категорий статуса.

Хотя стабильные изотопные подходы для оценки состояния витамина А обеспечивают количественные оценки ТБС и считаются лучшими методами оценки состояния, они пока не широко используются из-за относительной высокой стоимости по сравнению с другими методами оценки и ограниченного доступа к: стабильному изотопному витамину А и экспертизе по подготовке и введению доз; масс-спектрометрию и экспертизу для проведения анализа плазмы; экспертиза в проектировании исследований и применении уравнений для оценки TBS; а также экспертизу в модельном компартментальном анализе кинетических данных плазменного ретинола. Для новых пользователей консультации и сотрудничество экспертов критически важны на этапах планирования, реализации и анализа исследования, чтобы обеспечить успех.

Несмотря на трудности, в последние годы были достигнуты успехи в методологии стабильных изотопов, что способствовало их использованию в общественных^{условиях 12,29}. Будущие исследования с использованием этой методологии, вероятно, дадут важную новую информацию о метаболизме витамина А и потребностях на протяжении всего жизненного цикла, биоэффективности диетических провитаминов А каротиноидов, а также об эффективности и безопасности вмешательств для улучшения уровня витамина А в популяциях с риском дефицита.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Excel	Microsoft	Microsoft Excel
Научный калькулятор Texas Instruments TI-30XIIS	Texas Instruments	TI-30XIIS