Nové Umělé Moči Protokolu, aby Lépe Napodobit Lidské Moči | Vědecké Zprávy

V praxi, najít skutečné spektrální zápas mezi nějaké AU a lidské moči je nemožné, ale míru podobnosti je spolehlivým měřítkem. Tři AU šarže jsou porovnávány z hlediska SG, pH a IR spektra jako měření shody s lidskou močí. Statistická analýza je také aplikována na IR spektra. Po vodě je hlavní složkou moči močovina., Ve skutečnosti je spektrální příspěvek močoviny k AU dominantní ve srovnání s jinými složkami (obr. 1 a doplňkový obr. S2). Kreatinin a citrát sodný jsou druhou a třetí složkou s hlubokými spektrálními příspěvky.

BK-AU, CT-AU a MP-AU se připravují tak, jak je popsáno v metodě. BK-AU a CT-AU sdílejí společné chemikálie ve svých protokolech., Nicméně, zatímco oba zahrnují hydrogenuhličitan, tato sloučenina se přirozeně nenachází ve zdravém lidském moči1. Proto nebyl ve formulaci MP-AU použit hydrogenuhličitan. Koncentrace chemických látek se liší, pokud jsou porovnávány BK-AU a CT-AU, protože obě studie se spoléhají na odlišnou literaturu týkající se složení moči. I přes rozdíly v vzorce, všechny AUs mít přijatelné fyzikální vlastnosti, pokud jde o SG a pH (Tabulka 3), a všechny složky jsou ve fyziologickém rozmezí na základě Mayo Clinic test katalog., Na druhou stranu moč je od přírody komplexním řešením a porovnáním jakékoli AU formulace s lidskou močí na základě pouhých dvou parametrů (SG a pH) je přinejlepším slepý přístup. Proto jsme použili spektroskopickou analýzu pomocí FTIR, abychom poukázali na podobnosti a/nebo rozdíly mezi AUs a porovnali je se vzorky lidské moči.

Tabulka 3 fyzikální vlastnosti všech AUs. Naleznete v textu zkratky používané v tabulce.,

lidská moč

absorpční spektra vzorků moči od 28 zdravých jedinců jsou znázorněna na obr. 2. Obecně platí, že spektra lidské moči vykazují stejný profil, zejména v okně spektra 1800-1200 cm−1. Existují však významné rozdíly mezi jednotlivci v rozmezí 1200-800 cm−1. Může to být způsobeno rozdíly ve stravě, pohlaví a metabolismu. Při výpočtu rozptylu jsou nejvýznamnější vrcholy vidět na 1644, 1574, 1436, 1105 a 1065 cm−1., Podle naší databáze spektra získaných z jednotlivých složek (obr. 1), změny hladiny kreatininu, citrátu, močoviny, fosfátu a kyseliny močové mohou přispět k těmto rozdílům spolu s dalšími složkami moči. Pro srovnání se vypočítá a použije průměr 28 vzorků moči (obr. 2).

umělé moči

vypočtená průměrná lidská moč se porovnává se třemi AU spektry, jak je znázorněno na obr. 3. Profily a pozice pásma jsou v mnoha bodech považovány za podobné, a to 1657, 1609, 1447, 1143 a 783 cm−1 (obr. 3). Tyto pásy pocházejí hlavně z močoviny. Existují však také významné odchylky a odchylky od těchto pozic, jak je podrobně popsáno v následujícím textu.,

Všechna spektra mají společné rysy ve vyšší frekvenční oblasti (4000-2500 cm−1) (Obr. 3-Vstup)., Dvě nejvyšší absorbance soustředěné kolem 1600 cm-1 a 1445 cm – 1 jsou způsobeny hlavně močovinou s relativně malým přínosem kreatininu. Mírné rozdíly v absorbanci AUs jsou způsobeny hlavně rozdíly v koncentraci močoviny v příslušných formulacích. Na druhé straně oblast mezi 1200 cm−1 a 800 cm−1 vykazuje významné změny. Nejvýraznějším rozdílem je absorbance při 975 cm-1 v BK-AU(obr. 3). V této poloze mají všechna AU spektra různý počet vrcholů v různých polohách., Tato oblast je sbírka řady vrcholů pocházejících převážně z močoviny, kyseliny močové, kreatininu a fosforečnanu sodného (obr. 1 a doplňkový obr. S2). Proto mírné změny koncentrace těchto sloučenin poskytují velmi odlišný profil ve spektru.

analýza Hlavních komponent (PCA) se používá pro odlišení tři průměrné umělé moči spektra s ohledem na průměrné lidské moči v celé oblasti vlnočtu (4000-600 cm−1) (Obr. 4A). První hlavní složka (PC1) (72,7%) a druhá hlavní složka (PC2) (19.,5%) tvoří 92% celkového rozptylu. Score plot ukazuje, že MP-AU vykazuje větší podobnost s průměrnou lidskou močí ve srovnání s jinými formulacemi AU, když se berou v úvahu celá spektra. Tato analýza se také aplikuje na všechna tři měření pro AUs a na všechna měření lidské moči 28 zdravých jedinců. Srovnání je znázorněno ve dvou oblastech IR spektra, tj. 1400-1200 cm-1 (obr. 4B)a 1000-800 cm-1 (obr. 4C). V obou regionech je MP-AU úspěšnější při napodobování spektrálních vlastností lidské moči., Zatímco BK-AU je úspěšnější ve srovnání s CT-AU v oblasti 1400-1200 cm−1, je to opak v oblasti 1000-800 cm−1. Které pásma nebo sloučeniny představují tyto rozdíly, jsou popsány v následujících částech.

Lidské moči a MP-AU srovnání

Existuje uspokojivé zápas mezi spektrum MP-AU a lidské moči při absorpci (šedá stopy) a druhá derivace profily (červená stopa) jsou ve srovnání (Obr. 5A, B). Dvě spektra se významně neliší na úrovni 0.05 na základě testu Mann-Whitney (Z = -1) (doplňková tabulka S3). Oblast mezi 1800-1400 cm-1 je téměř běžná, jak naznačují druhé derivační profily., Nicméně, vrchol na 1390 cm – 1 je jiný. Absorpce (šedá stopa) v tomto bodě v MP-AU není tak vysoká jako v moči. Tato absorpce je způsobena přítomností citrátu sodného(obr. 1 a doplňková tabulka S2). Ačkoli množství citrátu je střední hodnotou fyziologického rozsahu, nesoulad může naznačovat obrovské množství citrátu u dobrovolníků. Koncentrace citrátu v moči se může lišit v závislosti na stravě., Například, v DASH (Dietní Přístupy k Zastavení Hypertenze), strava (bohatá na zeleninu, ovoce, celá zrna, s nízkým lipidů potraviny, ryby, maso, ořechy a fazole; omezené červeně-maso, cukr, slazené ovoce, nápoje a tuky) množství citrátu se zvyšuje v urine37.

vrcholy na 1343, 1301, 1278 a 1242 cm−1 jsou téměř stejné v poloze (obr. 5B-šedá stopa) a z hlediska relativního poměru amplitud, kromě toho, že vrchol 1301 cm – 1 je méně zřejmý z absorpčního spektra. MP-AU poskytuje nejlepší zápas v této oblasti 1350-1200 cm−1 ve srovnání s jinými AUs., V oblasti 1200-1000 cm−1 místo vrcholu 1031 a 1045 cm−1 v lidské moči(obr. 5A-červená stopa), je zde jeden vrchol na 1039 cm-1 v MP-AU (obr. 5B-červená stopa). Spektrální shoda mezi dvěma spektry v oblasti 1000-600 cm – 1 je uspokojivá. Jeden rozdíl je v poloze 928 cm-1 v absorpčním spektru moči. Toto pásmo se nachází na 922 cm-1 v MP-AU. Když jsou zkoumány druhé derivační profily, tento vrchol je považován za superpozici dvou vrcholů. Hlavním přispěvatelem je vrchol 929 cm-1, s menším příspěvkem z jiného vrcholu na 916 cm−1 ve spektru moči., V MP−AU je však amplituda absorpce 929 cm-1 nižší, což posune polohu obálky dolů na 922 cm−1. To by mohlo být způsobeno bohatým obsahem lidské moči, který poskytuje další absorbéry na 929 cm – 1, které nejsou zahrnuty do MP-AU.

Lidské moči a CT-AU srovnání

1800-1400 cm−1 oblast absorbance je spektrum velmi podobné spektru moči ve stejné oblasti, což je hlavně v korelaci s obsahu močoviny (Obr. 5A, C). Spektrum CT-AU je také úspěšné při porovnávání ramene na 1390 cm−1., Normální fyziologický rozsah citrátu je 0,2–1,2 g/d31. Ve formulaci CT-AU odpovídá množství citrátu 2 g / d (za předpokladu močení 1,5 L denně), což je více než maximální bod fyziologického rozsahu. Zdá se, že průměrné spektrum moči odráží obrovské množství citrátu, jak je uvedeno v předchozí části. Když celý region otisků prstů na CT-AU spektrum je ve srovnání s lidskou moč spektra pomocí Mann-Whitney testu na hladině 0,05, dvě spektra jsou výrazně odlišné (Z = -13.5) (Doplňující Tabulky S4).,

ve spektru lidské moči je vidět, že pásmo 1238 cm−1 je umístěno na 1246 cm−1 ve spektru CT-AU (obr. 5C-červená stopa). Zůstává však nejasné, zda obě pásma odrážejí vibrace stejné molekulární skupiny, nebo jsou to nesouvisející absorbce. Lidská moč má více absorbancí v oblasti 1200-1000 cm−1. Ačkoli většina složek je běžná mezi močí a CT-AU, existují významné rozdíly, pokud jde o relativní poměry pásem, a proto je celkový profil odlišný., Vrcholové polohy jsou obecně podobné, s výjimkou polohy 1045 cm−1 ve spektru moči, která se nachází na 1050 cm−1 v CT-AU. Také ve spektru CT−AU chybí vrchol 1031 cm-1. Nejvýraznější rozdíl amplitudy je 1107 a ~1070 cm-1. K rozdílu v těchto pozicích mohlo přispět nedostatečné množství fosfátových sloučenin, kreatininu a kyseliny močové. Oblast je superpozice mnoha vibračních skupin, které se nacházejí v různých molekulárních formacích, jako jsou lipidy, proteiny, glukóza a její deriváty a nukleové kyseliny., Proto je v této oblasti 1200-1000 cm−1 téměř nemožné sladit AU spektrum s spektrem lidské moči. Dalším důležitým rozdílem je vrchol na 965 cm−1 vidět v CT-AU, ale ne v lidském močovém spektru. Nemáme dostatek údajů k diskusi o možné příčině tohoto pásma, protože žádná ze složek moči, které jsme měřili, neabsorbuje v této poloze. Posledním bodem ve srovnání CT-AU s lidskou močí je nepřítomnost 928 a 866 cm-1 vrcholů v CT-AU.,

srovnání lidské moči a BK-AU

obecný spektrální profil BK-AU je v mnoha bodech také podobný lidské moči (obr. 3). Tři nejvyšší absorbance v polohách 1657, 1609 A 1447 cm−1 v lidském spektru moči odpovídají z hlediska celkového vzhledu, ale mírně se liší ve špičkové poloze ve spektru BK-AU (obr. 5A, D-šedé stopy). Vrchol 1491 cm−1 (viděný jako rameno na vrcholu 1446 cm−1 v absorpčním spektru) je však výraznější u BK-AU. Tato pozice může být přičítána kreatininu (obr. 1 a doplňková tabulka S2)., Množství kreatininu použitého ve formulaci BK-AU je v normálním fyziologickém rozmezí, i když je menší než průměrná hodnota. Ve skutečnosti je množství kreatininu ve formulaci MP-AU více, ale absorbance při ~1490 cm−1 je menší. Proto takový výrazný vrchol nelze vysvětlit množstvím kreatininu. Na druhé straně jsme pozorovali nárůst amplitudy v této poloze, když se do roztoku přidává síran sodný při přípravě MP-AU, i když síran sodný nemá v této oblasti absorbanci. Síran hořečnatý tento efekt nevytváří., Na základě této zkušenosti se domníváme, že zvýšená absorpce při ~1490 cm−1 souvisí s množstvím sodíku ve formulaci BK-AU. Celková koncentrace sodíku použitá ve formulaci BK-AU je mimo fyziologický rozsah a je maximální mezi třemi AUs. Podrobné srovnání chemického obsahu je uvedeno v další části.

nesoulad spektrálních profilů mezi BK-AU a močí je vidět na ~1390 cm – 1 (obr. 3). Amplituda v této poloze je více ve spektru moči. Tento vrchol byl připsán citrátu v předchozích sekcích., Mnoho vibračních režimů C-H však také absorbuje v této oblasti, jako je symetrický deformační režim methylové skupiny při 1380-1390 cm−138,39. V lidské moči, existuje řada CH3 zdrojů spolu s kreatinin1, jako je 3-Methylhistidine, kyselina octová, aceton, Alfa-Hydroxyisobutyric kyselina, 5-Methyl-2-hexanonu, atd. které přispívají k absorpci při 1390 cm−1. Nedostatek takových sloučenin mohl vést k nižší amplitudě při 1390 cm−1.

vrchol 1345 cm−1 ve spektru lidské moči je umístěn na 1341 cm−1 ve spektru BK-AU (obr. 5A, d-červené stopy)., Tato kapela pochází především z močoviny (1331 cm−1), kyseliny močové (1346 cm−1) a kreatininu (1333 cm−1), a dostává menší příspěvek od citrát sodný (Doplňující Tabulky S2). Při formulaci BK-AU je koncentrace močoviny v první 20% části normálního fyziologického rozmezí, což je poměrně menší než průměrná hodnota. Koncentrace kyseliny močové a kreatininu jsou také nižší než průměr, tj., Rozdíl v poloze pásma je způsoben různými poměry těchto složek vůči sobě navzájem,takže superponovaný pás je mírně posunut v místě. Dalším rozdílem ve spektru BK-AU je vrchol umístěný na 1246 cm-1 (obr. 5D). V lidském močovém spektru je tento vrchol umístěn na 1238 cm-1. Bohužel není jasné, zda jsou obě pásma způsobena stejnou molekulární skupinou a dochází k posunu polohy, nebo obě pásma pocházejí z různých molekulárních skupin. Stejný vrchol je také pozorován u CT-AU, jak bylo uvedeno výše., Navíc problém v oblasti 1200-1000 cm−1 pozorovaný v CT-AU je také pozorován u BK-AU. Jak již bylo zmíněno dříve, perfektní zápas v tomto okně spektra je téměř nemožné vzhledem k počtu složek nezbytných pro ekonomické AU.

největší rozdíl ve spektru BK−AU je relativně nadměrná absorpce soustředěná na ~975 cm-1. Tato kapela je superpozice pěti různých komponent za 999, 984, 963, 945 a 909 cm−1, jak odhalila druhá derivace profilu spektra., Podobný vrchol je také pozorován u CT-AU při 965 cm−1, ale amplituda pásma je mnohem menší než amplituda pásma ve spektru BK-AU. V rozmezí 940-1020 cm−1 mají hydrogenuhličitan, di-hydrogenfosforečnan sodný a močovina absorbce (obr. 1 a doplňkový obr. Galaxie). Když se přidávají individuální absorpční spektra těchto tří sloučenin (spektrální přidání), výsledná amplituda v odpovídající oblasti je mnohem menší než to, co je pozorováno u BK-AU. To dokazuje tvorbu sloučeniny mezi složkami.,

vrchol 866 cm – 1 ve spektru moči chybí v BK-AU, jako tomu bylo v CT-AU. Poslední rozdíl mezi těmito dvěma spektry je 841 cm – 1 ve spektru BK-AU. Tento vrchol je výraznější ve spektru BK-AU vzhledem ke spektru CT-AU a lidské moči. Je to hlavně kvůli kreatininu (842 cm−1). Síran hořečnatý také přispívá k základní linii, což dává pásmu konečnou polohu a profil, pokud jsme pozorovali během našich experimentů., V BK-a CT-AU hydrogenuhličitan také absorbuje při 832 cm−1, což přispívá k amplitudě, ale nemění polohu vrcholu 841 cm−1.

V celý region otisků prstů, BK-AU a lidské moči spektra se výrazně liší na hladině 0,05 na základě Mann-Whitney test (Z = -10.8) (Doplňující Tabulka S5).

Srovnání umělé moči z hlediska obsahu chemických látek

seznam chemických látek používaných ve všech třech AUs jsou převážně stejné, nicméně, koncentrace jednotlivých komponent je různé (Doplňková Tabulka S1)., Obrázek 6 ukazuje množství každé složky Vzhledem k jejímu normálnímu fyziologickému rozsahu31. MP-AU se skládá ze třinácti složek, z nichž každá je na úrovni 50%, což je průměr normálního fyziologického rozsahu. Záporná hodnota na obrázku představuje nedostatečné množství odpovídající chemické látky. Chemické složení přípravku CT-AU má nedostatky. Za prvé, množství citrátu přesahuje normální rozsah (~125%). Ve stejném duchu je množství vápníku a chloridu vyšší než průměrné hodnoty, 90% a 64%., Zatímco kreatinin a fosfát jsou nedostatečné, množství močoviny, kyseliny močové, amoniaku, hořčíku a síranu se blíží minimálním hodnotám normálních rozsahů. Ve formulaci BK-AU je množství sodíku, vápníku a chloridu vyšší než průměrné hodnoty, 87%, 75% A 76%. Na druhé straně močovina, kyselina močová, draslík, hořčík, síran a fosfát jsou poměrně menší než průměr normálního fyziologického rozmezí. Ačkoli jsou tyto sloučeniny stále v normálním rozmezí pro zdravého člověka, množství oxalátu je nedostatečné.,