käytännössä, löytää todellisen spektrin ottelu välillä, AU ja ihmisen virtsa on mahdotonta, mutta aste yhdennäköisyys on luotettava mittari. Kolmea AU-erää verrataan SG: n, pH: n ja IR-spektrin suhteen ihmisen virtsan vastaavuuden mittaamiseen. IR spectrasta tehdään myös tilastollinen analyysi. Veden jälkeen virtsan tärkein komponentti on urea., Itse asiassa urean spektrinen vaikutus AU: han on hallitseva verrattuna muihin komponentteihin (Fig. 1 ja täydentävä Kuva. S2). Kreatiniini-ja natriumsitraatti ovat toinen ja kolmas komponentteja, joiden syvällinen spektrin maksuja.
Infrapuna absorbanssiin spectra yhdeksän yhdisteitä, joita käytetään MP-AU muotoilu. Pystysuuntaisten akselien skaalaus ei ole yhtä suuri. Suhteelliset absorbanssit annetaan 3D-kuviossa täydentävänä kuviona. S2., Signaali-kohina-suhde on rajoitettu ATR timantti 2600-2000 cm−1 alueella, ja näin on suljettu pois näytöstä. NaCl, KCl-ja CaCl2-ei ole mitään imeytymistä mitattu ikkunasta ja näin ollen eivät sisälly molemmat luvut. Myös k2c2o4: n absorptio on hyvin heikkoa, joten sen spektri jää luvun ulkopuolelle. Huippupaikat esitetään täydentävässä taulukossa S2.
BK-AU, CT-AU: n ja MP-AU valmistetaan kuvattu Menetelmä. BK-AU ja CT-AU jakavat yhteisiä kemikaaleja protokollissaan., Vaikka molemmat sisältävät bikarbonaattia, tätä yhdistettä ei esiinny luonnostaan terveessä ihmisen uriinissa1. Siksi bikarbonaattia ei käytetty MP-AU-valmisteessa. Kemikaalien pitoisuudet ovat erilaisia, kun BK-AU: ta ja CT-AU: ta verrataan, koska nämä kaksi tutkimusta perustuvat eri kirjallisuuteen virtsan koostumuksesta. Huolimatta eroista kaavat, kaikki AUs on hyväksyttävää fyysisten ominaisuuksien osalta myynti -, hallinto-ja pH (Taulukko 3), ja kaikki ainekset ovat sisällä fysiologinen vaihtelee perustuu Mayo Clinic testi luettelo., Toisaalta, virtsa on monimutkainen ratkaisu luonteeltaan ja verrataan AU muotoilussa ihmisen virtsasta perustuu vain kaksi parametrit (SG ja pH) on sokea lähestymistapa parhaimmillaan. Siksi, me hyödyntää spektroskooppista analyysin avulla tulokset osoittivat sen olevan huomauttaa, yhtäläisyyksiä ja/tai eroja AUs, ja vertasi niitä ihmisen virtsanäytteistä.
Ihmisen virtsasta
absorbanssi spectra virtsanäytteiden 28 terveille henkilöille on esitetty Kuviossa. 2. Yleensä ihmisen virtsan spektrissä on sama profiili, erityisesti spektrin 1800-1200 cm−1-ikkunassa. Yksilöiden välillä on kuitenkin merkittäviä eroja 1200-800 cm−1-alueella. Se voi johtua ruokavaliosta, sukupuolesta ja aineenvaihdunnasta. Kun varianssi lasketaan, näkyvin huiput nähdään olevan 1644, 1574, 1436, 1105 ja 1065 cm−1., Mukaan tietokantamme spectra saatu yksittäisten ainesosien (Kuva. 1) kreatiniini -, sitraatti -, urea -, fosfaatti-ja virtsahappopitoisuuden vaihtelut ovat saattaneet vaikuttaa näihin eroihin yhdessä muiden virtsan komponenttien kanssa. Keskimäärin 28 virtsanäytettä lasketaan ja käytetään tämän jälkeen vertailuun (Kuva. 2).
Infrapuna absorbanssiin spectra 28 terveitä henkilöitä, iältään 20-40 vuotta., (B) ihmisen virtsan laskennallinen keskimääräinen spektri näkyy mustana ja 28 virtsan spektrin varianssi näkyy punaisena.
Keinotekoinen virtsa
laskettu keskimääräinen ihmisen virtsa on verrattuna kolme AU spectra kuten on esitetty Kuviossa. 3. Bändi profiileja ja positiot nähdään olevan samanlainen monta pistettä, eli 1657, 1609, 1447, 1143 ja 783 cm−1 (Kuva. 3). Nämä bändit ovat pääasiassa peräisin ureasta. Näistä kannoista on kuitenkin myös merkittäviä eroja ja poikkeamia, joista on keskusteltu yksityiskohtaisesti seuraavassa.,
Infrapuna absorbanssiin kirjo MP-AU (punainen), CT-AU (vihreä), BK-AU (sininen) yhdessä kirjo keskimääräinen terve virtsa 28 osallistujaa (musta) sormenjälki alueella. Tuloluku näyttää saman spektrin 3800-2500 cm−1 alueella.
Kaikki spektrit on yhteisiä ominaisuuksia korkeampi taajuus alue (4000-2500 cm−1) (Fig. 3-sisääntulo)., Kaksi eniten absorbances keskittynyt 1600 cm−1 ja 1445 cm−1 ovat lähinnä urean kanssa suhteellisen vähäinen osuus kreatiniini. Pienet erot AUs: n absorbanssissa johtuvat pääasiassa ureapitoisuuden eroista vastaavissa formulaatioissa. Toisaalta 1200 cm−1−800 cm-1: n alueella esiintyy merkittäviä eroja. Huomattavin ero on BK−AU: n absorbanssi 975 cm-1: ssä (kuva. 3). Tässä asennossa kaikilla AU spectroilla on eri määrä huippuja eri asennoissa., Tämä alue on kokoelma useita huiput ovat peräisin lähinnä urean, virtsahapon, kreatiniini-ja natrium-fosfaatti (Fig. 1 ja täydentävä Kuva. S2). Siksi näiden yhdisteiden pitoisuuksien vähäiset vaihtelut tuottavat spektrissä hyvin erilaisen profiilin.
Principal component analysis (PCA) käytetään eriyttäminen kolme keskimääräinen keinotekoinen virtsan spectra osalta keskimäärin ihmisen virtsa koko wavenumber alueella (4000-600 cm−1) (Fig. 4 A). Ensimmäinen pääasiallinen komponentti (PC1) (72.7%) ja toinen pääasiallinen komponentti (PC2) (19.,5%) osuus kokonaisvarianssista on 92%. Pisteet juoni osoittaa, että MP-AU osoittaa suurempi samankaltaisuus keskimäärin ihmisen virtsa verrattuna muihin AU muotoiluja, kun koko spektri on otettu huomioon. Tätä analyysia sovelletaan myös kaikkiin kolmeen AUs-mittaukseen ja kaikkiin 28 terveen yksilön ihmisen virtsamittauksiin. Vertailut on esitetty kahdella ir−spektrin alueella, eli 1400-1200 cm-1 (kuva. 4B) ja 1000-800 cm-1 (kuva. 4 C). Molemmilla alueilla MP-AU onnistuu paremmin jäljittelemään ihmisen virtsan spektrisiä piirteitä., Kun BK-AU on enemmän onnistuneen verrattuna CT-AU 1400-1200 cm−1 alueella, se on päinvastoin 1000-800 cm−1 alueella. Mitkä kaistat tai yhdisteet selittävät nämä erot, käsitellään seuraavissa jaksoissa.
Pisteet tontti principal component-analyysi sovellettu keskimääräinen kirjon ihmisen virtsasta (HU) ja keinotekoinen virtsan mittaukset. Juoni vertaa spektriä koko aaltomäärän alueella (4000-600 cm−1) (A)., Kaikkien IR-mittausten pistemäärä verrattuna 1400 cm−1−alueella (B) ja 1000-800 cm-1-alueella (C).
Ihmisen virtsa-ja MP-AU vertailu
Siellä on tyydyttävä ottelu kirjo MP-AU ja ihmisen virtsaa, kun imeytyminen (harmaa jälki) ja toinen derivaatta profiilit (punainen jälki) ovat verrattuna (Kuva. 5 A, B). Mann-Whitney-testin perusteella (Z = -1) (Lisätaulukko S3) kaksi spektriä eivät eroa merkittävästi 0,05: stä. 1800-1400 cm−1: n välinen alue on lähes yleinen toisen derivaattaprofiilin mukaan., Huippu 1390 cm-1 on kuitenkin erilainen. Imeytyminen (harmaa jälki) ei tässä vaiheessa MP-AU: ssa ole yhtä suuri kuin virtsassa. Tämä imeytyminen johtuu natriumsitraatin (Kuva. 1 ja täydentävä taulukko S2). Vaikka määrä sitraatti on keskiarvo fysiologinen alue, epäsuhta voi osoittaa valtava määrä citrate vapaaehtoisia. Sitraattipitoisuus virtsassa voi vaihdella ruokavaliosta riippuen., Esimerkiksi DASH (Dietary Approaches Stop Hypertension)-tyyli ruokavalio (runsaasti vihanneksia, hedelmiä, koko-viljaa, alhainen-rasva ruokia, kalaa, lihaa, pähkinöitä ja papuja; rajoitettu punaista lihaa, sokeria-makeutettu hedelmiä, juomia ja rasvojen) määrä citrate lisää urine37.
huiput klo 1343, 1301, 1278 ja 1242 cm−1 ovat lähes samassa asennossa (Kuva. 5B-harmaa jälki) ja suhteellista suhde amplitudit, paitsi että huippu 1301 cm−1 on vähemmän selvää absorbanssi kirjo. MP−AU tarjoaa parhaan ottelun tällä 1350-1200 cm-1 alueella verrattuna muihin AUs., 1200-1000 cm−1 alueella, eikä 1031 ja 1045 cm−1 huippu ihmisen virtsassa (Kuva. 5A−punainen jälki), on yksi huippu 1039 cm-1 MP-AU (Kuva. 5B-punainen jälki). Spektrinen vastaavuus kahden spektrin alueella 1000-600 cm−1 on tyydyttävä. Yksi ero on kohdassa 928 cm−1 virtsan absorptiospektrissä. Tämä bändi sijaitsee 922 cm−1 MP-AU. Kun toinen derivaattaprofiili tutkitaan, tämän huipun katsotaan olevan kahden huipun superpositio. Suurin tekijä on huippu 929 cm-1, ja vähäinen osuus toisesta huipusta on 916 cm−1 virtsan spektrissä., Kuitenkin MP-AU amplitudi 929 cm−1 imeytyminen on pienempi, mikä siirtää asema kirjekuori alas 922 cm−1. Tämä voi johtua siitä, että rikas sisältö ihmisen virtsasta tarjoaa lisäksi iskunvaimentimet klo 929 cm−1, jotka eivät sisälly MP-AU.
Ihmisen virtsa-ja CT-AU vertailu
1800-1400 cm−1 alueella absorbanssi kirjo on hyvin samanlainen kirjo virtsan samalla alueella, joka on pääasiassa korreloi urea sisältöä (Kuva. 5 A, C). CT-AU spectrum on myös onnistunut sovittamaan olkapään 1390 cm−1., Sitraatin normaali fysiologinen alue on 0,2-1,2 g/d31. CT-AU muotoilu, määrä citrate vastaa 2 g/d (olettaen, 1.5 L virtsaaminen per päivä), mikä on enemmän kuin suurin piste fysiologinen alue. Näyttää siltä, että keskimääräinen virtsan spektri kuvastaa suurta määrää sitraattia, kuten edellisessä kohdassa todetaan. Kun koko sormenjälki alueen CT-AU kirjo on verrattuna ihmisen virtsasta taajuuksia käyttäen Mann-Whitney-testi, klo 0.05 tasolla, kaksi spektrit ovat merkittävästi erilaisia (Z = -13.5) (Täydentävä Taulukko S4).,
ihmisen virtsa spektri, bändi klo 1238 cm−1 on nähtävissä osoitteessa 1246 cm−1 TT-AU-spektri (Kuva. 5C-punainen jälki). Epäselväksi jää kuitenkin, heijastavatko nämä kaksi nauhaa saman molekyyliryhmän tärinää vai ovatko ne toisiinsa liittymättömiä absorptioita. Ihmisen virtsassa on useita absorbansseja 1200-1000 cm−1 alueella. Vaikka useimmat osat ovat yhteisiä välillä virtsa-ja CT-AU, on merkittäviä eroja suhteellinen suhde bändejä ja, näin ollen, yleinen-profiili on erilainen., Huippu kannat ovat yleensä samanlaisia, paitsi yksi 1045 cm−1 virtsassa spektri, joka sijaitsee 1050 cm−1 CT-AU. Myös huippu 1031 cm−1 puuttuu CT-AU-spektristä. Näkyvin amplitudiero on 1107 ja ~1070 cm-1. Riittämätön määrä fosfaattiyhdisteet, kreatiniinin ja virtsahapon voinut osaltaan ero näissä tehtävissä. Alueella on päällekkäisyys monet värähtelyjen ryhmiä löytyy eri molekyylien kokoonpanoissa, kuten lipidejä, proteiineja, glukoosi ja sen johdannaiset, ja nukleiinihapot., Siksi AU-spektrin ja ihmisen virtsan vastaavuus on lähes mahdotonta tällä 1200-1000 cm−1 alueella. Toinen tärkeä ero on ct−AU: ssa havaittu huippupitoisuus 965 cm-1, mutta ei ihmisen virtsan spektrissä. Meillä ei ole tarpeeksi tietoja, keskustelemaan mahdollinen syy tämä bändi, koska yksikään virtsan komponentteja mittasimme imeä tässä asennossa. Viimeinen kohta vertailu CT-AU ihmisen virtsa on ilman 928 ja 866 cm−1 piikkien CT-AU.,
ihmisen virtsa ja BK-AU-vertailu
BK-AU: n yleinen spektriprofiili muistuttaa myös ihmisen virtsaa monissa kohdissa (Kuva. 3). Kolme eniten absorbances asemissa 1657, 1609 ja 1447 cm−1 ihmisen virtsasta taajuuksien ottelun kannalta ulkonäköön, mutta hieman vaihtelevat ruuhka-asema kirjo BK-AU (Fig. 5A, d-harmaat jäljet). Kuitenkin huipussaan 1491 cm−1 (nähdään olkapään 1446 cm−1-huippu absorbanssi spectrum) on enemmän lausutaan BK-AU. Tämä voi johtua kreatiniinista(Kuva. 1 ja täydentävä taulukko S2)., BK-AU-formulaatiossa käytetty kreatiniinimäärä on normaalin fysiologisen alueen sisällä, vaikka se on keskiarvoa pienempi. Itse asiassa MP-AU−formulaation kreatiniinimäärä on enemmän, mutta absorbanssi ~1490 cm-1 on pienempi. Siksi tällainen voimakas huippu ei voida selittää määrä kreatiniini. Toisaalta havaitsimme nousu amplitudi tässä asennossa, kun natrium-sulfaatti liuos on lisätty valmistellessaan MP-AU, vaikka natriumsulfaatti ei ole absorbanssi tällä alueella. Magnesiumsulfaatti ei aiheuta tätä vaikutusta., Tämän kokemuksen perusteella uskomme, että lisääntynyt absorbanssi at ~1490 cm−1 on liittyvät määrä natriumia muotoilussa BK-AU. BK-AU-formulaatiossa käytetty kokonaisnatriumpitoisuus ylittää fysiologisen alueen ja on maksimissaan kolmen AU: n joukossa. Seuraavassa jaksossa esitetään yksityiskohtainen kemikaalipitoisuuksien vertailu.
SPEKTRIPROFIILIEN epäsuhta BK-AU: n ja virtsan välillä on ~1390 cm−1 (kuva. 3). Amplitudi tässä asennossa on enemmän virtsan spektrissä. Tämä huippu johtui sitraatista aiemmissa jaksoissa., Kuitenkin, monet C-H värähtelyjen liikennemuotojen myös omaksua tämän alueen, kuten symmetrinen muodonmuutos tila metyyli-ryhmä klo 1380-1390 cm−138,39. Ihmisen virtsasta, on olemassa useita CH3 lähteistä yhdessä creatinine1, kuten 3-Methylhistidine, etikkahappoa, asetonia, Alfa-Hydroxyisobutyric happo, 5-Metyyli-2-heksanoni, jne. jotka edistävät imeytymistä 1390 cm−1. Tällaisten yhdisteiden puute olisi voinut johtaa pienempään amplitudiin 1390 cm−1: ssä.
ihmisen virtsan spektrin 1345 cm−1 huippu sijaitsee 1341 cm−1: ssä BK-AU: n spektrissä (Kuva. 5a, d-punaiset jäljet)., Tämä bändi on peräisin pääasiassa urea (1331 cm−1), virtsahapon (1346 cm−1) ja kreatiniini (1333 cm−1), ja saa pienet rahoitusosuus natriumsitraatti (Täydentävä Taulukko S2). Muotoilussa BK-AU-pitoisuus urea on majoitusliike, ensimmäinen 20% – osa normaali fysiologinen alue, joka on melko vähemmän kuin keskiarvo. Myös virtsahappopitoisuus on keskimääräistä pienempi eli 13,5% ja kreatiniinipitoisuus 33,5%., Ero asemaa bändi johtuu eri suhteissa nämä osat suhteessa toisiinsa, niin, että päällekkäin bändi on hieman siirtynyt sijainti. Toinen ero BK-AU: n spektrissä on huippu, joka sijaitsee 1246 cm−1 (kuva. 5D). Ihmisen virtsan spektrissä tämä huippu sijaitsee 1238 cm−1. Valitettavasti, se ei ole selvää, onko kaksi bändit ovat, koska sama molekyyli-ryhmä ja siellä on muutos asennossa tai kaksi bändit ovat peräisin eri molekyyli-ryhmien. Sama huippu havaitaan myös CT-AU: ssa, kuten aiemmin todettiin., Lisäksi CT−AU: ssa havaittu 1200-1000 cm-1 alueen ongelma havaitaan myös BK-AU: ssa. Kuten aiemmin mainittiin, täydellinen ottelu tässä ikkunassa spektri on lähes mahdotonta, koska määrä ainesosia tarpeen edullinen AU.
suurin ero BK-AU: n spektrissä on suhteellisen liiallinen absorptio, jonka keskipiste on ~975 cm−1. Tämä bändi on päällekkäin viisi eri osia 999, 984, 963, 945 ja 909 cm−1 kuten kävi ilmi, toinen derivaatta profiili spektrin., Samanlainen huippu havaitaan myös CT−AU: ssa 965 cm-1: n kohdalla, mutta kaistan amplitudi on paljon pienempi kuin BK-AU: n spektrissä. Välillä 940-1020 cm−1, bikarbonaatti, dinatriumvetyfosfaattia ja urea on absorptions (Fig. 1 ja täydentävä Kuva. S3). Kun yksilö absorptiospektrit näistä kolmesta yhdisteitä on lisätty (spektrin lisäksi), tuloksena amplitudi vastaavalla alueella on paljon vähemmän kuin mitä on havaittu BK-AU. Tämä todistaa yhdisteen muodostumisen aineosien joukossa.,
huippu 866 cm−1 virtsaan taajuuksien puuttuu BK-AU, kuten oli tapauksessa CT-AU. Viimeinen ero kahden spektrin välillä on BK−AU: n spektrissä 841 cm-1. Tämä huippu on voimakkaampi BK-AU-spektrissä verrattuna CT-AU: han ja ihmisen virtsaspektriin. Se johtuu pääasiassa kreatiniinista (842 cm−1). Magnesiumsulfaatti vaikuttaa myös lähtötasoon, mikä antaa kaistalle sen lopullisen sijainnin ja Profiilin, sikäli kuin havaitsimme kokeissamme., Vuonna BK – ja CT-AU, bikarbonaatti myös imee itseensä 832 cm−1, joka edistää amplitudi, mutta ei muuttaa asentoa 841 cm−1 piikki.
koko sormenjälki alueella, BK-AU ja ihmisen virtsan spektrit ovat merkittävästi erilaiset klo 0.05 tasolla perustuu Mann-Whitney-testi (Z = -10.8) (Täydentävä Taulukko S5).
Vertailu keinotekoinen virtsa kannalta kemiallinen sisältö
listan kemikaalit kaikki kolme AUs ovat pääasiassa samat; kuitenkin, pitoisuus jokainen osa on erilainen (Täydentävä Taulukko S1)., Kuvassa 6 esitetään kunkin komponentin määrä suhteessa sen normaaliin fysiologiseen etäisyydeen31. MP-AU koostuu kolmestatoista komponentista, joista kukin on 50%, mikä on normaalin fysiologisen alueen keskiarvo. Negatiivinen arvo kuvassa edustaa vastaavan kemikaalin riittämätöntä määrää. CT-AU-formulaation kemiallisessa koostumuksessa on puutteita. Aluksi sitraatin määrä ylittää normaalin alueen (~125%). Vastaavasti kalsiumin ja kloridin määrä on keskiarvoja suurempi, 90% ja 64%., Vaikka kreatiniini ja fosfaatti ovat riittämättömiä, urean, virtsahapon, ammoniumin, magnesiumin ja sulfaatin määrä on lähellä normaaliarvojen vähimmäisarvoja. BK-AU: n formulaatiossa natriumin, kalsiumin ja kloridin määrä on keskiarvoja suurempi, 87%, 75% ja 76%. Toisaalta, urea, virtsahappo -, kalium -, magnesium -, sulfaatti-ja fosfaatti ovat melko pienempi kuin keskiarvo normaali fysiologinen alue. Vaikka nämä yhdisteet ovat terveelle ihmiselle edelleen normaalin rajoissa, oksalaatin määrä on riittämätön.,
Suhteellinen määrä yhteisiä yhdisteitä, joita käytetään kaikissa AUs. Vaaka-akseli edustaa kunkin yhdisteen normaalin fysiologisen alueen molaarisuusprosenttia. Kaikki normaalialueen arvot normalisoidaan siten, että normaalialueen minimipisteeksi asetetaan 0% ja normaalialueen maksimipisteeksi 100%.