Un nouveau protocole D'Urine artificielle pour mieux imiter L'Urine humaine / rapports scientifiques

dans la pratique, trouver une véritable correspondance spectrale entre une AU et l’urine humaine est impossible, mais le degré de ressemblance est une mesure fiable. Trois lots AU sont comparés en termes de spectre SG, pH et IR comme mesure de correspondance avec l’urine humaine. Une analyse statistique est également appliquée sur les spectres IR. Après l’eau, le composant principal de l’urine est l’urée., En fait, la contribution spectrale de l’urée à L’UA est dominante par rapport aux autres composants (Fig. 1 et supplémentaire Fig. S2). La créatinine et le citrate de sodium sont les deuxième et troisième composants avec des contributions spectrales profondes.

BK-UA, CT-AU et DÉPUTÉ-AU sont préparés comme décrit dans la Méthode. BK-AU et CT-AU partagent des produits chimiques communs dans leurs protocoles., Cependant, bien que les deux comprennent du bicarbonate, ce composé ne se trouve pas naturellement dans l’urine humaine saine1. Par conséquent, le bicarbonate n’a pas été utilisé dans la formulation MP-AU. Les concentrations de produits chimiques sont différentes lorsque BK-AU et CT-AU sont comparées puisque les deux études reposent sur une littérature différente concernant la composition de l’urine. Malgré les différences dans les formules, toutes les UA ont des propriétés physiques acceptables en termes de SG et de pH (Tableau 3), et tous les ingrédients se situent dans les plages physiologiques basées sur Le catalogue de tests de la Mayo Clinic., D’autre part, l’urine est une solution complexe par nature et comparer n’importe quelle formulation AU Avec l’urine humaine basée sur seulement deux paramètres (SG et pH) est au mieux une approche aveugle. Par conséquent, nous avons utilisé une analyse spectroscopique utilisant FTIR pour souligner les similitudes et/ou les différences entre les AUs, et les avons comparées avec des échantillons d’urine humaine.

Tableau 3 propriétés Physiques de tous les AUs. Veuillez consulter le texte des abréviations utilisées dans le tableau.,

urine humaine

Les Spectres d’absorbance des échantillons d’urine de 28 individus sains sont illustrés à la Fig. 2. Généralement, les spectres de l’urine humaine montrent le même profil, en particulier dans la fenêtre 1800-1200 cm−1 du spectre. Cependant, il existe des variations significatives entre les individus dans la gamme 1200-800 cm−1. Cela peut être dû à des différences de régime alimentaire, de sexe et de métabolisme. Lorsque la variance est calculée, les pics les plus importants sont observés à 1644, 1574, 1436, 1105 et 1065 cm−1., Selon notre base de données de spectres obtenus à partir d’ingrédients individuels (Fig. 1), les variations du taux de créatinine, de citrate, d’urée, de phosphate et d’acide urique peuvent avoir contribué à ces différences avec d’autres composants urinaires. La moyenne de 28 échantillons d’urine est calculée et utilisée ci-après pour la comparaison (Fig. 2).

urines artificielles

l’urine humaine moyenne calculée est comparée aux trois spectres AU comme illustré à la Fig. 3. Les profils et les positions des bandes sont similaires en de nombreux points, à savoir 1657, 1609, 1447, 1143 et 783 cm−1 (fig. 3). Ces bandes proviennent principalement de l’urée. Cependant, il existe également des variations et des écarts importants par rapport à ces positions, comme nous le verrons en détail dans ce qui suit.,

tous les spectres partagent des caractéristiques communes dans la région des fréquences plus élevées (4000-2500 cm−1) (Fig. 3-Entrée)., Les deux absorbances les plus élevées centrées autour de 1600 cm−1 et 1445 cm−1 sont principalement dues à l’urée avec une contribution relativement mineure de la créatinine. Les légères différences dans l’absorbance de L’AUs sont principalement dues aux différences de concentration d’urée dans les formulations respectives. D’autre part, la région comprise entre 1200 cm−1 et 800 cm−1 présente des variations significatives. La différence la plus importante est l’absorbance à 975 cm−1 en BK-AU (Fig. 3). À cette position, tous les spectres AU ont un nombre différent de pics à différentes positions., Cette région est la collection d’un certain nombre de pics provenant principalement de l’urée, de l’acide urique, de la créatinine et du phosphate de sodium (Fig. 1 et supplémentaire Fig. S2). Par conséquent, les légères variations de concentration de ces composés donnent un profil très différent dans le spectre.

l’analyse en composantes principales (ACP) est utilisée pour la différenciation de trois spectres urinaires artificiels moyens par rapport à l’urine humaine moyenne dans toute la région du nombre d’ondes (4000-600 cm−1) (Fig. 4A). La première composante principale (PC1) (72.7%) et la deuxième composante principale (PC2) (19.,5%) représentent 92% de l’écart total. Le graphique de score montre que MP-AU montre une plus grande similitude avec l’urine humaine moyenne par rapport à d’autres formulations AU lorsque l’ensemble des spectres sont pris en considération. Cette analyse est également appliquée aux trois mesures de L’AUs et à toutes les mesures d’urine humaine de 28 personnes en bonne santé. Les comparaisons sont présentées dans deux régions du spectre IR, c’est−à-dire 1400-1200 cm-1 (fig. 4B) et 1000-800 cm – 1 (fig. 4C). Dans les deux régions, MP-AU réussit mieux à imiter les caractéristiques spectrales de l’urine humaine., Alors que BK-AU a plus de succès que CT-AU dans la région 1400-1200 cm−1, c’est l’inverse dans la région 1000-800 cm-1. Les bandes ou composés qui expliquent ces différences sont discutés dans les sections suivantes.

comparaison de L’urine humaine et de la MP-AU

Il existe une correspondance satisfaisante entre le spectre de la MP-AU et de l’urine humaine lors de la comparaison des profils d’absorption (trace grise) et de dérivée seconde (trace rouge) (fig. 5 BIS, B). Deux spectres ne sont pas significativement différents au niveau de 0,05 d’après le test de Mann-Whitney (Z = -1) (tableau supplémentaire S3). La région entre 1800-1400 cm-1 est presque commune, comme le suggèrent les profils de dérivées secondes., Cependant, le pic à 1390 cm – 1 est différent. L’absorption (trace grise) à ce stade dans MP-AU n’est pas aussi élevée que dans l’urine. Cette absorption est due à la présence de citrate de sodium (Fig. 1 et tableau supplémentaire S2). Bien que la quantité de citrate est la valeur moyenne de la gamme physiologique, l’incompatibilité peut indiquer une grande quantité de citrate de bénévoles. La concentration de Citrate dans l’urine peut varier en fonction de l’alimentation., Par exemple, dans DASH (approches diététiques pour arrêter L’Hypertension)-régime de style (riche en légumes, fruits, grains entiers, aliments à faible teneur en lipides, poisson, viande, noix et haricots; limité en viande rouge, fruits sucrés, boissons et graisses), la quantité de citrate augmente dans l’urine37.

Les pics à 1343, 1301, 1278 et 1242 cm−1 sont presque les mêmes en position (Fig. 5B-trace grise) et en termes de rapport relatif des amplitudes, sauf que le pic à 1301 cm−1 est moins évident à partir du spectre d’absorbance. MP-AU offre le meilleur match dans cette région 1350-1200 cm – 1 par rapport aux autres AUs., Dans la région 1200-1000 cm−1, au lieu des pics 1031 et 1045 cm−1 dans l’urine humaine (Fig. 5A-trace rouge), il y a un pic à 1039 cm−1 en MP-AU (Fig. 5B-trace rouge). La correspondance spectrale entre les deux spectres dans la région 1000-600 cm−1 est satisfaisante. Une différence est à la position 928 cm – 1 dans le spectre d’absorption d’urine. Cette bande est située à 922 cm−1 en MP-AU. Lorsque les profils de dérivées secondes sont examinés, ce pic est considéré comme la superposition de deux pics. Le principal contributeur est un pic à 929 cm-1, avec une contribution mineure d’un autre pic à 916 cm−1 dans le spectre urinaire., Cependant, dans MP-AU, l’amplitude d’absorption de 929 cm−1 est plus faible, ce qui déplace la position de l’enveloppe vers le bas à 922 cm−1. Cela pourrait être dû à la riche teneur en urine humaine fournissant des absorbeurs supplémentaires à 929 cm−1 qui ne sont pas inclus dans MP-AU.

comparaison de l’urine humaine et de la CT-AU

la région 1800-1400 cm-1 du spectre d’absorbance est très similaire au spectre de l’urine dans la même région, qui est principalement corrélée à la teneur en urée (Fig. 5 BIS, C). Le CT-au spectrum réussit également à faire correspondre l’épaule à 1390 cm−1., La gamme physiologique normale pour le citrate est 0.2 – 1.2 g/d31. Dans la formulation CT-AU, la quantité de citrate correspond à 2 g/j (en supposant 1,5 L de miction par jour), ce qui est supérieur au point maximal de la plage physiologique. Il semble que le spectre urinaire moyen reflète une grande quantité de citrate comme indiqué dans la section précédente. Lorsque l’ensemble de la région d’empreintes digitales du spectre CT-AU est comparé au spectre de l’urine humaine à l’aide du test de Mann-Whitney, au niveau de 0,05, deux spectres sont significativement différents (Z = -13,5) (tableau supplémentaire S4).,

dans le spectre de l’urine humaine, on voit que la bande à 1238 cm−1 est située à 1246 cm−1 dans le spectre CT-AU (Fig. 5c-trace rouge). Ce qui reste difficile, cependant, est de savoir si les deux bandes reflètent la vibration du même groupe moléculaire, ou s’il s’agit d’absorptions non liées. L’urine humaine a de multiples absorbances dans la région 1200-1000 cm – 1. Bien que la plupart des composants soient communs entre l’urine et la CT-AU, il existe des différences significatives en termes de rapports relatifs des bandes et, par conséquent, le profil global est différent., Les positions de crête sont généralement similaires, sauf celle à 1045 cm−1 dans le spectre urinaire, qui est située à 1050 cm−1 dans le CT-AU. En outre, le pic à 1031 cm−1 est manquant dans le spectre CT-AU. La différence d’amplitude la plus importante est à 1107 et ~1070 cm−1. Une quantité insuffisante de composés phosphatés, de créatinine et d’acide urique pourrait avoir contribué à la différence à ces positions. La région est une superposition de nombreux groupes vibrationnels trouvés dans diverses formations moléculaires telles que les lipides, les protéines, le glucose et ses dérivés, et dans les acides nucléiques., Par conséquent, faire correspondre un spectre AU avec celui de l’urine humaine est presque impossible dans cette région de 1200-1000 cm−1. Une autre différence importante est le pic à 965 cm – 1 observé dans le CT-AU, mais pas dans le spectre urinaire humain. Nous n’avons pas assez de données pour discuter de la cause possible de cette bande car aucun des composants urinaires que nous avons mesurés n’absorbe à cette position. Le dernier point dans la comparaison de CT-AU avec l’urine humaine est l’absence de pics de 928 et 866 cm−1 dans CT-AU.,

comparaison de l’urine humaine et du BK-AU

le profil spectral général du BK-AU est également similaire à celui de l’urine humaine en de nombreux points (Fig. 3). Les trois absorbances les plus élevées aux positions 1657, 1609 et 1447 cm-1 dans le spectre de l’urine humaine correspondent en termes d’apparence générale, mais varient légèrement en position de pointe dans le spectre de BK-AU (Fig. 5a, d-traces grises). Cependant, le pic à 1491 cm−1 (vu comme une épaule sur le pic de 1446 cm−1 dans le spectre d’absorbance) est plus prononcé dans BK-AU. Cette position peut être attribuée à la créatinine (Fig. 1 et tableau supplémentaire S2)., La quantité de créatinine utilisée dans la formulation de BK-AU se situe dans la plage physiologique normale bien qu’elle soit inférieure à la valeur moyenne. En fait, la quantité de créatinine dans la formulation MP-AU est supérieure, mais l’absorbance à ~1490 cm−1 est inférieure. Par conséquent, un pic aussi prononcé ne peut pas être expliqué par la quantité de créatinine. D’autre part, nous avons observé une augmentation d’amplitude à cette position lorsque du sulfate de sodium est ajouté à la solution lors de la préparation de MP-AU, bien que le sulfate de sodium n’ait pas d’absorbance dans cette région. Le sulfate de magnésium ne crée pas cet effet., Sur la base de cette expérience, nous pensons que l’augmentation de l’absorbance à ~1490 cm−1 est liée à la quantité de sodium dans la formulation de BK-AU. La concentration totale de sodium utilisée dans la formulation de BK-AU est au-delà de la plage physiologique et est le maximum parmi les trois AUs. Une comparaison détaillée des contenus chimiques est présentée dans la section suivante.

une inadéquation des profils spectraux entre le BK-AU et l’urine est observée à ~1390 cm−1 (fig. 3). L’amplitude à cette position est plus dans le spectre urinaire. Ce pic a été attribué au citrate dans les sections précédentes., Cependant, de nombreux modes vibratoires C-H absorbent également dans cette région, tels que le mode de déformation symétrique du groupe méthyle à 1380-1390 cm−138,39. Dans l’urine humaine, il existe un certain nombre de sources de CH3 avec la créatinine1, telles que la 3-Méthylhistidine, l’acide acétique, l’acétone, l’acide Alpha-Hydroxyisobutyrique, la 5-méthyl-2-hexanone, etc. qui contribuent à l’absorption à 1390 cm−1. L’absence de tels composés aurait pu entraîner une amplitude plus faible à 1390 cm−1.

le pic de 1345 cm−1 dans le spectre de l’urine humaine est situé à 1341 cm−1 dans le spectre BK-AU (Fig. 5a, d-traces rouges)., Cette bande provient principalement de l’urée (1331 cm−1), de l’acide urique (1346 cm−1) et de la créatinine (1333 cm−1), et reçoit une contribution mineure du citrate de sodium (tableau supplémentaire S2). Dans la formulation de BK-AU, la concentration d’urée se situe dans la première partie de 20% de la plage physiologique normale, ce qui est tout à fait inférieur à la valeur moyenne. Les concentrations d’acide urique et de créatinine sont également inférieures à la moyenne, c’est-à-dire 13,5% et 33,5%, respectivement., La différence à la position de la bande est due aux différents rapports de ces composants les uns par rapport aux autres, de sorte que la bande superposée est légèrement décalée en position. Une autre différence dans le spectre de BK-AU est le pic situé à 1246 cm – 1 (Fig. 5D). Dans le spectre de l’urine humaine, ce pic est situé à 1238 cm-1. Malheureusement, il n’est pas clair si les deux bandes sont dues au même groupe moléculaire et qu’il y a un changement de position, ou si les deux bandes proviennent de groupes moléculaires différents. Le même pic est également observé en CT-AU, comme indiqué précédemment., De plus, le problème dans la région 1200-1000 cm−1 observé dans CT-AU est également observé dans BK-AU. Comme mentionné précédemment, un match parfait dans cette fenêtre du spectre est presque impossible en raison du nombre d’ingrédients nécessaires pour une UA économique.

la plus grande différence dans le spectre de BK-AU est l’absorption relativement excessive centrée à ~975 cm−1. Cette bande est une superposition de cinq composantes différentes à 999, 984, 963, 945 et 909 cm−1 comme le révèle le profil de dérivée seconde du spectre., Un pic similaire est également observé dans CT-AU à 965 cm-1, mais l’amplitude de la bande est beaucoup plus petite que celle du spectre BK-AU. Dans la plage comprise entre 940 et 1020 cm−1, le bicarbonate, l’hydrogénophosphate de di-sodium et l’urée ont des absorptions (Fig. 1 et supplémentaire Fig. S3). Lorsque les spectres d’absorption individuels de ces trois composés sont ajoutés (addition spectrale), l’amplitude résultante dans la région correspondante est bien inférieure à ce qui est observé dans BK-AU. Cela prouve la formation d’un composé parmi les constituants.,

le pic à 866 cm−1 dans le spectre urinaire est absent dans le BK-AU, comme c’était le cas dans le CT-AU. La dernière différence entre les deux spectres est à 841 cm – 1 dans le spectre BK-AU. Ce pic est plus prononcé dans le spectre BK-AU par rapport aux spectres CT-AU et urine humaine. Il est principalement dû à la créatinine (842 cm-1). Le sulfate de magnésium contribue également avec une ligne de base, donnant à la bande sa position finale et son profil aussi loin que nous l’avons observé lors de nos expériences., En BK – et CT-AU, le bicarbonate absorbe également à 832 cm−1 ce qui contribue à l’amplitude mais ne modifie pas la position du pic de 841 cm-1.

dans toute la région des empreintes digitales, les spectres de BK-AU et d’urine humaine sont significativement différents au niveau de 0,05 basé sur le test de Mann-Whitney (Z = -10,8) (tableau supplémentaire S5).

comparaison des urines artificielles en termes de teneur chimique

la liste des produits chimiques utilisés dans les trois UA est principalement la même; cependant, la concentration de chaque composant est différente (tableau supplémentaire S1)., La Figure 6 montre la quantité de chaque composant par rapport à sa plage physiologique normale31. MP-AU comprend treize composants, chacun au niveau de 50%, ce qui est la moyenne de la gamme physiologique normale. Une valeur négative dans la figure représente une quantité insuffisante du produit chimique correspondant. La composition chimique de la formulation CT-AU présente des carences. Pour commencer, la quantité de citrate dépasse la plage normale (~125%). Dans la même veine, la quantité de calcium et de chlorure est supérieure aux valeurs moyennes, respectivement 90% et 64%., Bien que la créatinine et le phosphate soient insuffisants, la quantité d’urée, d’acide urique, d’ammonium, de magnésium et de sulfate est proche des valeurs minimales des plages normales. Dans la formulation de BK-AU, la quantité de sodium, de calcium et de chlorure est supérieure aux valeurs moyennes, respectivement 87%, 75% et 76%. D’autre part, l’urée, l’acide urique, le potassium, le magnésium, le sulfate et le phosphate sont tout à fait inférieurs à la moyenne de la gamme physiologique normale. Bien que ces composés soient toujours dans la plage normale pour un être humain en bonne santé, la quantité d’oxalate est insuffisante.,

un nouveau protocole D’Urine artificielle pour mieux imiter L’Urine humaine