I praksis, at finde en ægte spektrale match mellem AU og human urin er umuligt, men graden af lighed er en pålidelig måling. Tre AU-partier sammenlignes med hensyn til SG, pH og IR-spektrum som måling af match til human urin. En statistisk analyse anvendes også på IR spektre. Efter vand er hovedkomponenten af urin urinstof., Faktisk er urinstofs spektrale Bidrag til AU dominerende sammenlignet med andre komponenter (fig. 1 og supplerende Fig. S2). Kreatinin og natriumcitrat er den anden og tredje komponent med dybe spektrale bidrag.
Infrarøde absorptions-spektrum af ni forbindelser, der anvendes i MP-AU formulering. Skalering af de lodrette akser er ikke ens. Relative absorbanser er angivet i 3D-plot i supplerende Fig. S2., Signal-til-støj-forholdet er begrænset i ATR−diamant i 2600-2000 cm-1-regionen og er således udelukket fra displayet. NaCl, KCl og CaCl2 havde ingen absorption i det målte vindue og er således udelukket fra begge figurer. Også absorptionen af K2C2O4 er meget svag, og dermed er dets spektrum udelukket fra figuren. Toppositioner er vist i supplerende tabel S2.
BK-AU, CT-AU og MP-AU fremstilles som beskrevet i metoden. BK-AU og CT-AU deler fælles kemikalier i deres protokoller., Mens begge indeholder bicarbonat, findes denne forbindelse imidlertid ikke naturligt i sund human urin1. Derfor blev bicarbonat Ikke anvendt i MP-AU-formuleringen. Koncentrationerne af kemikalier er forskellige, når BK-AU og CT-AU sammenlignes, da de to undersøgelser er baseret på forskellig litteratur om urinsammensætning. På trods af forskellene i formlerne har alle AUs acceptable fysiske egenskaber med hensyn til SG og pH (tabel 3), og alle ingredienser ligger inden for de fysiologiske områder baseret på Mayo Clinic testkataloget., På den anden side er urin en kompleks løsning af natur, og sammenligning af enhver AU-formulering med human urin baseret på kun to parametre (SG og pH) er i bedste fald en blind tilgang. Derfor brugte vi en spektroskopisk analyse ved hjælp af FTIR til at påpege ligheder og/eller forskelle mellem AUs og sammenlignede dem med humane urinprøver.
Human urin
absorbansen spektre af urinprøver fra 28 raske personer er vist i Fig. 2. Generelt viser spektre af human urin den samme profil, især i spektrets 1800-1200 cm−1 vindue. Der er dog betydelige variationer blandt individerne i området 1200-800 cm−1. Det kan skyldes forskelle i kost, køn og stofskifte. Når variansen beregnes, ses de mest fremtrædende toppe at være på 1644, 1574, 1436, 1105 og 1065 cm−1., Ifølge vores database over spektre opnået fra individuelle ingredienser (Fig. 1), variationer i niveauet af kreatinin, citrat, urinstof, fosfat og urinsyre kan have bidraget til disse forskelle sammen med andre urin komponenter. Gennemsnittet af 28 urinprøver beregnes og anvendes herefter til sammenligning (Fig. 2).
Infrarøde absorptions-spektrum af 28 raske personer i alderen 20-40 år., B) det beregnede gennemsnitlige spektrum af human urin er vist i sort, og variansen mellem 28 urinspektre er vist i rødt.
kunstige uriner
den beregnede gennemsnitlige humane urin sammenlignes med de tre AU-spektre som vist i fig. 3. Båndprofiler og-positioner ses at være ens på mange punkter, nemlig 1657, 1609, 1447, 1143 og 783 cm-1 (fig. 3). Disse bånd stammer hovedsageligt fra urinstof. Der er dog også betydelige variationer og afvigelser fra disse positioner som diskuteret i detaljer i det følgende.,
Infrarøde absorptions-spektrum af MP-AU (red), CT-AU (grøn), BK-AU (blå) sammen med den spektrum af den gennemsnitlige sund urin fra 28 deltagere (sort) i fingerprint-regionen. Indløbsfiguren viser de samme spektre i området 3800-2500 cm−1.
alle spektre deler fælles træk i det højere frekvensområde (4000-2500 cm−1) (fig. 3-indløb)., De to højeste absorbanser centreret omkring 1600 cm-1 og 1445 cm-1 skyldes hovedsageligt urinstof med relativt lille bidrag fra kreatinin. De små forskelle i absorptionen af AUs skyldes hovedsageligt forskellene i urinstofkoncentration i respektive formuleringer. På den anden side viser området mellem 1200 cm−1 og 800 cm−1 betydelige variationer. Den mest fremtrædende forskel er absorbansen ved 975 cm-1 i BK-AU (Fig. 3). På denne position har alle AU spectra forskellige antal toppe på forskellige positioner., Denne region er samlingen af et antal toppe, der hovedsageligt stammer fra urinstof, urinsyre, kreatinin og natriumphosphat (fig. 1 og supplerende Fig. S2). Derfor giver de små variationer i koncentrationen af disse forbindelser en meget anden profil i spektret.
Hovedkomponentanalyse (PCA) anvendes til differentiering af tre gennemsnitlige kunstige urinspektre med hensyn til gennemsnitlig human urin i hele bølgenummerområdet (4000-600 cm−1) (fig. 4A). Den første hovedkomponent (PC1) (72,7%) og den anden hovedkomponent (PC2) (19.,5%) tegner sig for 92% af den samlede varians. Partituret viser, at MP-AU viser større lighed med gennemsnitlig human urin sammenlignet med andre AU-formuleringer, når hele spektre tages i betragtning. Denne analyse anvendes også til alle tre målinger for AUs og til alle humane urinmålinger af 28 raske individer. Sammenligninger er vist i to regioner af IR-spektret, dvs. 1400-1200 cm-1 (Fig. 4B) og 1000-800 cm−1 (Fig. 4C). I begge regioner er MP-AU mere vellykket med at efterligne spektrale træk ved human urin., Mens BK-AU er mere vellykket sammenlignet med CT-AU i regionen 1400-1200 cm−1, er det modsatte i regionen 1000-800 cm-1. Hvilke bånd eller forbindelser, der tegner sig for disse forskelle, diskuteres i de følgende afsnit.
Score plot af principal komponent analyse anvendes til at gennemsnitlige spektret af menneskelige urin (HU) og kunstig urin målinger. Plot sammenligner spektre i fuld bølgenummerområde (4000-600 cm-1) (a)., Score plot af alle IR målinger sammenlignet i 1400 cm-1 område (b) og i 1000-800 cm−1 Område (C).
Human urin og MP-AU forhold
Der er en tilfredsstillende match mellem spektret af MP-AU og human urin, når absorption (grå trace) og anden afledte profiler (red trace) er i forhold (Fig. 5A, B). To spektre er ikke signifikant forskellige på 0,05-niveauet baseret på Mann-.hitney-test (==-1) (supplerende tabel S3). Området mellem 1800-1400 cm-1 er næsten almindeligt som foreslået af anden derivatprofiler., Toppen ved 1390 cm-1 er dog anderledes. Absorptionen (grå spor) på dette tidspunkt i MP-AU er ikke så høj som i urinen. Denne absorption skyldes tilstedeværelsen af natriumcitrat (Fig. 1 og supplerende tabel S2). Selvom mængden af citrat er middelværdien af det fysiologiske område, kan uoverensstemmelsen indikere en stor mængde citrat hos frivillige. Citratkoncentrationen i urinen kan variere afhængigt af kost., For eksempel, i DASH (Dietary Tilgange til Stop Hypertension)-style kost rig på grøntsager, frugter, hele korn, lav-lipid fødevarer, fisk, kød, nødder og bønner; begrænset i rødt kød, sukker-sødet frugt, drikkevarer og fedtstoffer) mængden af citrate stigninger i urine37.
toppene ved 1343, 1301, 1278 og 1242 cm−1 er næsten ens i position (fig. 5B-grå spor) og med hensyn til det relative forhold mellem amplituder, bortset fra at toppen ved 1301 cm−1 er mindre tydelig fra absorbansspektret. MP-AU giver det bedste match i denne 1350-1200 cm−1 region sammenlignet med andre AUs., I 1200-1000 cm−1 regionen, i stedet for 1031 og 1045 cm−1 toppen i den menneskelige urin(Fig . 5A-rødt spor), der er en top ved 1039 cm−1 i MP-AU (Fig. 5B-rødt spor). Den spektrale match mellem de to spektre i regionen 1000-600 cm−1 er tilfredsstillende. En forskel er i position 928 cm-1 i urinabsorptionsspektret. Dette bånd er placeret på 922 cm-1 i MP-AU. Når anden derivatprofiler undersøges, ses denne top at være overlejring af to toppe. Den største bidragyder er en top på 929 cm-1, med mindre bidrag fra en anden top på 916 cm−1 i urinspektret., I MP-AU er amplituden af 929 cm-1 absorption imidlertid lavere, hvilket skifter konvolutens position ned til 922 cm−1. Dette kan skyldes det rige indhold af human urin, der giver yderligere absorbere ved 929 cm-1, som ikke er inkluderet i MP-AU.
Human urin og CT-AU sammenligning
absorbansspektret 1800-1400 cm−1 svarer meget til urinspektret i samme region, som hovedsageligt er korreleret med urinstofindholdet (fig. 5A, C). Ct-AU-spektret har også succes med at matche skulderen ved 1390 cm-1., Det normale fysiologiske område for citrat er 0,2-1,2 g / d31. I CT-AU-formulering svarer mængden af citrat til 2 g / d (forudsat 1, 5 L vandladning pr. Det ser ud til, at det gennemsnitlige urinspektrum afspejler en stor mængde citrat som angivet i det foregående afsnit. Når hele fingeraftryk region CT-AU spektrum er sammenlignet med human urin spektrum ved hjælp af Mann-Whitney test, på 0.05 niveau, to spektre, som er signifikant forskellige (Z = -13.5) (Supplerende Tabel S4).,
i det humane urinspektrum ses båndet ved 1238 cm−1 at være placeret ved 1246 cm−1 i CT-AU-spektret (fig. 5C-rødt spor). Hvad der dog forbliver uklart, er, om de to bånd afspejler vibrationen af den samme molekylære gruppe, eller de er ikke-relaterede absorptioner. Human urin har flere absorbanser i 1200-1000 cm−1 regionen. Selvom de fleste af komponenterne er almindelige mellem urin og CT-AU, er der betydelige forskelle med hensyn til båndets relative forhold, og dermed er den samlede profil forskellig., Toppositioner er generelt ens, undtagen den ved 1045 cm-1 i urinspektrum, som er placeret på 1050 cm−1 i CT-AU. Toppen ved 1031 cm-1 mangler også i CT-AU-spektret. Den mest fremtrædende amplitude forskel er på 1107 og ~1070 cm-1. En utilstrækkelig mængde fosfatforbindelser, kreatinin og urinsyre kunne have bidraget til forskellen ved disse positioner. Regionen er en overlejring af mange vibrationsgrupper, der findes i forskellige molekylære formationer, såsom lipider, proteiner, glucose og dets derivater og i nukleinsyrer., Derfor er det næsten umuligt at matche et AU-spektrum med humant urin i dette 1200-1000 cm−1-område. En anden vigtig forskel er toppen ved 965 cm-1 set i CT-AU, men ikke i humant urinspektrum. Vi har ikke nok data til at diskutere den mulige årsag til dette bånd, da ingen af de urinkomponenter, vi målte, absorberer i denne position. Det sidste punkt i sammenligningen af CT-AU med human urin er fraværet af 928 og 866 cm-1 toppe i CT-AU.,
Human urin og BK-AU sammenligning
den generelle spektrale profil af BK-AU ligner også human urin på mange punkter (fig. 3). De tre højeste absorbanser ved positionerne 1657, 1609 og 1447 cm-1 i humant urinspektrum matcher med hensyn til generel udseende, men varierer lidt i topposition i spektret af BK-AU (fig . 5A, d-grå spor). Imidlertid er toppen ved 1491 cm-1 (set som en skulder på 1446 cm−1-toppen i absorbansspektret) mere udtalt i BK-AU. Denne position kan tilskrives kreatinin(Fig . 1 og supplerende tabel S2)., Mængden af kreatinin, der anvendes i BK-AU-formulering, ligger inden for det normale fysiologiske område, selvom det er mindre end middelværdien. Faktisk er mængden af kreatinin i MP-AU formulering mere, men absorbansen ved ~1490 cm−1 er mindre. Derfor kan en sådan udtalt Top ikke forklares med mængden af kreatinin. På den anden side observerede vi en stigning i amplitude i denne position, når natriumsulfat tilsættes til opløsningen under fremstilling af MP-AU, skønt natriumsulfat ikke har en absorbans i dette område. Magnesiumsulfat skaber ikke denne effekt., Baseret på denne erfaring mener vi, at den øgede absorbans ved ~1490 cm−1 er relateret til mængden af natrium i formuleringen af BK-AU. Den samlede natriumkoncentration, der anvendes i BK-AU-formulering, ligger uden for det fysiologiske område og er maksimum blandt de tre AUs. En detaljeret sammenligning af kemisk indhold præsenteres i næste afsnit.
et misforhold mellem spektrale profiler mellem BK-AU og urin ses ved ~1390 cm−1 (fig. 3). Amplituden ved denne position er mere i urinspektret. Denne top blev tilskrevet citratet i tidligere afsnit., Imidlertid absorberer mange C-H-vibrationstilstande også i dette område, såsom den symmetriske deformationstilstand for methylgruppe ved 1380-1390 cm-138,39. I human urin, der er en række CH3 kilder sammen med creatinine1, såsom 3-Methylhistidine, eddikesyre, acetone, Alpha-Hydroxyisobutyric syre, 5-Methyl-2-hexanone, osv. der bidrager til absorptionen ved 1390 cm-1. Manglen på sådanne forbindelser kunne have resulteret i den nedre amplitude ved 1390 cm−1.
1345 cm−1−toppen i det humane urinspektrum er placeret ved 1341 cm-1 I BK-AU-spektrum (fig. 5A, D-røde spor)., Dette band stammer hovedsagelig fra urinstof (1331 cm−1), urinsyre (1346 cm−1), kreatinin (1333 cm−1), og modtager et mindre bidrag fra natriumcitrat (Supplerende Tabel S2). I formuleringen af BK-AU ligger koncentrationen af urinstof inden for den første 20% del af det normale fysiologiske område, hvilket er ret mindre end middelværdien. Koncentrationerne af urinsyre og kreatinin er også mindre end gennemsnittet, dvs.henholdsvis 13,5% og 33,5% portion., Forskellen ved båndets position skyldes de forskellige forhold mellem disse komponenter i forhold til hinanden, således at det overlejrede bånd forskydes lidt på stedet. En anden forskel i spektret af BK-AU er toppen placeret på 1246 cm-1 (Fig. 5D). I humant urinspektrum er denne top placeret på 1238 cm-1. Desværre er det ikke klart, om de to bånd skyldes den samme molekylære gruppe, og der er et skift i position, eller de to bånd stammer fra forskellige molekylære grupper. Den samme top ses også i CT-AU, som tidligere påpeget., Derudover ses problemet i området 1200-1000 cm−1 i CT-AU også i BK-AU. Som tidligere nævnt er et perfekt match i dette vindue af spektret næsten umuligt på grund af antallet af ingredienser, der er nødvendige for en økonomisk AU.
den største forskel i spektret af BK-AU er den relativt overdrevne absorption centreret på ~975 cm−1. Dette bånd er en superposition af fem forskellige komponenter ved 999, 984, 963, 945 og 909 cm−1 som afsløret af den anden afledte profil af spektret., En lignende top ses også i CT-AU ved 965 cm-1, men båndamplituden er meget mindre end den i BK-AU-spektret. I området mellem 940-1020 cm−1 har bicarbonat, di-natriumhydrogenphosphat og urinstof absorptioner (Fig. 1 og supplerende Fig. S3). Når de individuelle absorptionsspektre af disse tre forbindelser tilsættes (spektral addition), er den resulterende amplitude i det tilsvarende område meget mindre end hvad der observeres i BK-AU. Dette viser dannelsen af en forbindelse blandt bestanddelene.,
toppen ved 866 cm−1 i urinspektret mangler I BK-AU, som det var tilfældet i CT-AU. Den sidste forskel mellem de to spektre er på 841 cm−1 i BK-AU spektret. Denne top er mere udtalt i BK-AU spektrum i forhold til CT-AU og human urin spektre. Det skyldes hovedsageligt kreatinin (842 cm-1). Magnesiumsulfat bidrager også med en basislinje, hvilket giver bandet sin endelige position og profil, så vidt vi observerede under vores eksperimenter., I BK – og CT-AU absorberer bicarbonat også ved 832 cm-1, der bidrager til amplituden, men ændrer ikke placeringen af 841 cm−1-toppen.
I det hele fingeraftryk regionen, BK-AU og human urin spectra er signifikant forskellige på 0.05 niveau baseret på Mann-Whitney test (Z = -10.8) (Supplerende Tabel S5).
sammenligning af kunstige uriner med hensyn til kemisk indhold
listen over kemikalier, der anvendes i alle tre AUs, er hovedsageligt den samme; koncentrationen af hver komponent er dog forskellig (supplerende tabel S1)., Figur 6 viser mængden af hver komponent i forhold til dets normale fysiologiske område31. MP-AU består af tretten komponenter, hver på niveauet 50%, hvilket er gennemsnittet af det normale fysiologiske område. En negativ værdi i figuren repræsenterer utilstrækkelig mængde af det tilsvarende kemikalie. Den kemiske sammensætning af CT-AU formulering har mangler. Til at begynde med overstiger mængden af citrat det normale interval (~125%). På samme måde er mængden af calcium og chlorid mere end middelværdierne, henholdsvis 90% og 64%., Mens kreatinin og fosfat er utilstrækkelige, er mængden af urinstof, urinsyre, ammonium, magnesium og sulfat tæt på minimumsværdierne for normale intervaller. I formuleringen af BK-AU er mængden af natrium, calcium og chlorid mere end middelværdierne, henholdsvis 87%, 75% og 76%. På den anden side er urinstof, urinsyre, kalium, magnesium, sulfat og fosfat ret mindre end gennemsnittet af det normale fysiologiske område. Selvom disse forbindelser stadig er inden for det normale interval for et sundt menneske, er mængden af O .alat utilstrækkelig.,
Relative mængde af fælles forbindelser, der anvendes i alle AUs. Vandret akse repræsenterer molaritetsprocenten af det normale fysiologiske område for hver forbindelse. Alle normale intervalværdier normaliseres, så minimumspunktet for det normale interval er indstillet til 0%, og maksimumspunktet for det normale interval svarer til 100%.