a gyakorlatban lehetetlen megtalálni az AU és az emberi vizelet közötti valódi spektrális mérkőzést, de a hasonlóság mértéke megbízható intézkedés. Az SG, a pH és az IR spektrum tekintetében három AU-tételt hasonlítanak össze az emberi vizelettel való egyezés méréseként. Statisztikai elemzést alkalmaznak az IR spektrum esetében is. Víz után a vizelet fő összetevője a karbamid., Valójában a karbamid AU-hoz való spektrális hozzájárulása domináns a többi komponenshez képest (ábra. 1 és kiegészítő ábra. S2). A kreatinin és a nátrium-citrát a második és harmadik komponens, mély spektrális hozzájárulással.
Az MP-AU készítményben használt kilenc infravörös abszorbancia spektrum. A függőleges tengelyek méretezése nem egyenlő. Relatív abszorbanciák vannak megadva 3D telek kiegészítő ábra. S2., A jel-zaj arány az ATR diamond 2600-2000 cm-1 régióban korlátozott, így ki van zárva a kijelzőből. A NaCl, a KCl és a CaCl2 nem volt abszorpciója a mért ablakban, ezért mindkét számból ki vannak zárva. A k2c2o4 felszívódása is nagyon gyenge, így spektruma kizárt az ábrából. A csúcspozíciókat az S2 kiegészítő táblázat tartalmazza.
BK-AU, CT-AU és MP-AU A módszer szerint készülnek. A BK-AU és a CT-AU közös vegyszereket osztanak meg a protokolljukban., Bár mindkettő bikarbonátot tartalmaz,ez a vegyület természetesen nem található egészséges emberi vizeletben1. Ezért a bikarbonátot nem használták az MP-AU készítményben. A vegyi anyagok koncentrációja eltérő a BK-AU és a CT-AU összehasonlításakor, mivel a két vizsgálat a vizelet összetételére vonatkozó eltérő szakirodalomra támaszkodik. A képletek különbségei ellenére minden AU elfogadható fizikai tulajdonságokkal rendelkezik az SG és a pH tekintetében (3.táblázat), és minden összetevő a Mayo Clinic tesztkatalógus alapján a fiziológiai tartományon belül van., Másrészt a vizelet természeténél fogva összetett megoldás, és az AU-készítmények összehasonlítása az emberi vizelettel mindössze két paraméter (SG és pH) alapján vak megközelítés a legjobb esetben. Ezért egy spektroszkópos analízist használtunk FTIR segítségével, hogy rámutatjunk az AUs-k közötti hasonlóságokra és/vagy különbségekre, és összehasonlítsuk azokat az emberi vizeletmintákkal.
emberi vizelet
28 egészséges egyén vizeletmintájának abszorbancia-spektruma az ábrán látható. 2. Általában az emberi vizelet spektruma ugyanazt a profilt mutatja, különösen a spektrum 1800-1200 cm-1 ablakában. Az 1200-800 cm−1 tartományban azonban jelentős eltérések vannak az egyének között. Ennek oka lehet az étrend, A nemek és az anyagcsere-különbségek. A variancia kiszámításakor a legjelentősebb csúcsok 1644, 1574, 1436, 1105 és 1065 cm−1., Adatbázisunk szerint az egyes összetevőkből nyert spektrumok (ábra. 1), a kreatinin, a citrát, a karbamid, a foszfát és a húgysav szintjének változása hozzájárulhatott ezekhez a különbségekhez más vizeletkomponensekkel együtt. A 28 vizeletminta átlagát kiszámítják és az összehasonlításhoz a továbbiakban felhasználják (1.ábra). 2).
20-40 éves egészséges egyének infravörös abszorbancia spektruma., B) az emberi vizelet kiszámított átlagos spektruma fekete színben jelenik meg, a 28 vizeletspektrum közötti szórás pedig piros színnel jelenik meg.
mesterséges urinok
a számított átlagos emberi vizeletet összehasonlítjuk a három AU spectra-val, amint az az ábrán látható. 3. A zenekar profiljai és pozíciói sok ponton hasonlóak: 1657, 1609, 1447, 1143 és 783 cm−1 (1.ábra). 3). Ezek a sávok elsősorban karbamidból származnak. Ugyanakkor jelentős eltérések és eltérések is vannak e pozícióktól, amint azt az alábbiakban részletesen tárgyaljuk.,
MP-AU (piros) infravörös abszorbancia spektruma, CT-AU (zöld), BK-AU (kék), valamint a 28 résztvevő átlagos egészséges vizeletének spektruma (fekete) az ujjlenyomat régióban. A bemeneti ábra ugyanazt a spektrumot mutatja a 3800-2500 cm−1 régióban.
minden spektrum közös jellemzőket oszt meg a magasabb frekvenciatartományban (4000-2500 cm−1) (1.ábra). 3-bemenet)., Az 1600 cm−1 és 1445 cm−1 körüli két legnagyobb abszorpció elsősorban a kreatinin viszonylag kis mértékű hozzájárulásával járó karbamidnak köszönhető. Az AUs abszorbanciájának enyhe különbségei elsősorban az adott készítményekben a karbamid-koncentráció különbségeinek köszönhetők. Másrészt az 1200 cm−1 és 800 cm−1 közötti régió jelentős eltéréseket mutat. A legjelentősebb különbség az abszorbancia 975 cm-1-nél a BK-AU-ban (ábra. 3). Ebben a helyzetben, minden AU spectra különböző számú csúcsok különböző pozíciókban., Ez a régió a gyűjtemény számos csúcsok származó elsősorban karbamid, húgysav, kreatinin és nátrium-foszfát (ábra. 1 és kiegészítő ábra. S2). Ezért ezeknek a vegyületeknek a koncentrációjában bekövetkező enyhe eltérések nagyon eltérő profilt eredményeznek a spektrumban.
a fő komponens analízist (PCA) három átlagos mesterséges vizeletspektrum differenciálására használják az átlagos emberi vizelet tekintetében az egész wavenumber régióban (4000-600 cm−1) (ábra. 4A). Az első fő komponens (PC1) (72,7%) és a második fő komponens (PC2) (19.,5%) a teljes variancia 92% – át teszi ki. A pontozási grafikon azt mutatja, hogy az MP-AU nagyobb hasonlóságot mutat az átlagos emberi vizelettel, mint más AU készítmények, amikor az egész spektrumot figyelembe veszik. Ezt az elemzést alkalmazzák az AUs mindhárom mérésére, valamint 28 egészséges egyén összes emberi vizeletmérésére. Az összehasonlításokat az IR spektrum két régiójában mutatják be, azaz 1400-1200 cm−1 (ábra. 4B) és 1000-800 cm−1 (ábra. 4C). Mindkét régióban az MP-AU sikeresebb az emberi vizelet spektrális jellemzőinek utánzásában., Míg a BK-AU sikeresebb, mint a CT-AU az 1400-1200 cm-1 régióban, az ellenkezője az 1000-800 cm−1 régióban. Mely sávok vagy vegyületek teszik ki ezeket a különbségeket, a következő szakaszokban tárgyaljuk.
az emberi vizelet átlagos spektrumára (HU) és a mesterséges vizeletmérésekre alkalmazott főkomponens-analízis ponttáblázata. Telek összehasonlítja spektrumok teljes hullámszám tartományban (4000-600 cm−1) (A)., Az összes IR−mérés pontszáma az 1400 cm−1 tartományban (B) és az 1000-800 cm-1 tartományban (C) összehasonlítva.
Emberi vizelettel, MP-AU összehasonlítás
van egy kielégítő mérkőzés között a spektrum MP-AU, valamint az emberi vizelet, ha felszívódás (fekete nyomot), valamint a második származtatott profilok (piros nyoma) képest (Fig. 5A, B). A Mann-Whitney teszt (Z = -1) alapján két spektrum nem különbözik szignifikánsan a 0,05-ös szinten (S3 kiegészítő táblázat). Az 1800-1400 cm−1 közötti régió szinte gyakori, amint azt a második származékos profilok javasolják., Az 1390 cm−1 csúcs azonban más. Az MP-AU ezen pontján a felszívódás (szürke nyom) nem olyan magas, mint a vizeletben. Ez a felszívódás a nátrium-citrát jelenlétének köszönhető (ábra. 1. és az S2 kiegészítő táblázat). Bár a citrát mennyisége a fiziológiai tartomány átlagértéke, az eltérés az önkéntesekben hatalmas mennyiségű citrátot jelenthet. A citrát koncentrációja a vizeletben az étrendtől függően változhat., Például a DASH (diétás megközelítések, hogy hagyja abba a magas vérnyomás) – stílusú étrend (gazdag zöldség, gyümölcs, teljes kiőrlésű, alacsony lipid élelmiszerek, hal, hús, dió, bab; korlátozott vörös-hús, cukor-édesített gyümölcsök, italok, zsírok)a citrát mennyisége nő a vizeletben37.
az 1343−as, 1301-es, 1278-as és 1242 cm-1-es csúcsok közel azonos helyzetben vannak (1.ábra). 5B-szürke nyom) és az amplitúdók relatív arányát tekintve, kivéve, hogy az 1301 cm−1-es csúcs kevésbé nyilvánvaló az abszorbancia spektrumából. Az MP-AU biztosítja a legjobb mérkőzést ebben az 1350-1200 cm−1 régióban, összehasonlítva más au-kkal., Az 1200-1000 cm−1 régióban az emberi vizelet 1031 és 1045 cm−1 csúcsa helyett (1.ábra). 5A-piros nyom), van egy csúcs 1039 cm−1 MP-AU (ábra. 5B-piros nyom). A spektrális mérkőzés a két spektrum a régióban 1000-600 cm−1 kielégítő. Az egyik különbség 928 cm−1 helyzetben van a vizelet abszorpciós spektrumában. Ez a sáv található 922 cm−1 MP-AU. A második származékos profilok vizsgálata során ezt a csúcsot két csúcs szuperpozíciójának tekintik. A fő közreműködő a csúcs 929 cm-1, kisebb mértékben hozzájárul a másik csúcs 916 cm-1 a vizelet spektrum., Az MP-AU−ban azonban a 929 cm-1 abszorpció amplitúdója alacsonyabb, ami a boríték helyzetét 922 cm−1-re tolja. Ennek oka lehet az emberi vizelet gazdag tartalma, amely további abszorbereket biztosít 929 cm−1-nél, amelyek nem szerepelnek az MP-AU-ban.
humán vizelet és CT-AU összehasonlítás
az abszorbancia spektrum 1800-1400 cm-1 régiója nagyon hasonlít a vizelet spektrumához ugyanabban a régióban, amely elsősorban a karbamidtartalommal korrelál (1.ábra). 5A, C). A CT-AU spectrum szintén sikeresen illeszkedik a vállhoz 1390 cm−1-nél., A citrát normál élettani tartománya 0,2 – 1,2 g/d31. A CT-AU készítményben a citrát mennyisége 2 g/d-nek felel meg (feltételezve, hogy napi 1,5 L vizelést igényel), ami meghaladja a fiziológiai tartomány Maximális pontját. Úgy tűnik, hogy az átlagos vizeletspektrum hatalmas mennyiségű citrátot tükröz, amint azt az előző szakaszban jeleztük. Ha a CT-AU spektrum teljes ujjlenyomat-tartományát Mann-Whitney teszttel hasonlítjuk össze az emberi vizelet spektrumával, 0,05-ös szinten két spektrum szignifikánsan különbözik (Z = -13,5) (S4 kiegészítő táblázat).,
az emberi vizelet spektrumában az 1238 cm−1 sáv látható a CT−AU spektrumban 1246 cm-1-nél (1.ábra). 5C-piros nyom). Az azonban továbbra sem világos, hogy a két sáv tükrözi-e ugyanazon molekuláris csoport rezgését, vagy független abszorpciók. Az emberi vizelet többszörös abszorpcióval rendelkezik az 1200-1000 cm-1 régióban. Bár a legtöbb összetevő gyakori a vizelet és a CT-AU között, jelentős különbségek vannak a sávok relatív arányát tekintve, így a teljes profil eltérő., A csúcspozíciók általában hasonlóak, kivéve a vizelet spektrumában 1045 cm−1-es értéket, amely CT−AU-ban 1050 cm-1-nél található. Továbbá, a csúcs 1031 cm−1 hiányzik a CT – AU spektrum. A legjelentősebb amplitúdó-különbség 1107 és ~1070 cm−1 között van. A foszfátvegyületek, a kreatinin és a húgysav elégtelen mennyisége hozzájárulhatott a különbséghez ezekben a pozíciókban. A régió számos vibrációs csoport szuperpozíciója, amelyek különböző molekuláris formációkban, például lipidekben, fehérjékben, glükózban és származékaiban, valamint nukleinsavakban találhatók., Ezért az au spektrum illesztése az emberi vizelethez szinte lehetetlen ebben az 1200-1000 cm−1 régióban. Egy másik fontos különbség a csúcs 965 cm−1 látható CT-AU, de nem az emberi vizelet spektrum. Nincs elég adatunk ahhoz, hogy megvitassuk ennek a sávnak a lehetséges okait, mivel az általunk mért vizeletkomponensek egyike sem szívódik fel ebben a helyzetben. A CT – AU emberi vizelettel történő összehasonlításának utolsó pontja a CT−AU 928 és 866 cm-1 csúcsának hiánya.,
emberi vizelet és BK-AU összehasonlítás
a BK-AU általános spektrális profilja sok ponton hasonlít az emberi vizeletre is (1.ábra). 3). Az emberi vizelet spektrumában az 1657, 1609 és 1447 cm−1 pozíciókban a három legnagyobb abszorpció megegyezik az általános megjelenés szempontjából, de a BK-AU spektrum csúcspontjában kissé eltér (ábra). 5A, d-szürke nyomok). Az 1491 cm−1−es csúcs (amelyet az abszorbens spektrum 1446 cm-1-csúcsának vállaként tekintünk) azonban a BK-AU-ban kifejezettebb. Ezt a pozíciót a kreatininnek lehet tulajdonítani (ábra). 1. és az S2 kiegészítő táblázat)., A BK-AU készítményben alkalmazott kreatinin mennyisége a normál fiziológiai tartományon belül van, bár kisebb, mint az átlagos érték. Valójában az MP-AU készítményben a kreatinin mennyisége több, de a ~1490 cm−1 abszorbancia kevesebb. Ezért egy ilyen kifejezett csúcs nem magyarázható a kreatinin mennyiségével. Másrészt megfigyeltük az amplitúdó emelkedését ebben a helyzetben, amikor nátrium-szulfátot adunk az oldathoz az MP-AU elkészítése közben, bár a nátrium-szulfát nem rendelkezik abszorbanciával ebben a régióban. A magnézium-szulfát nem hozza létre ezt a hatást., E tapasztalatok alapján úgy gondoljuk, hogy a ~1490 cm−1-nél nagyobb abszorbancia összefügg a BK-AU készítményben lévő nátrium mennyiségével. A BK-AU készítményben alkalmazott teljes nátriumkoncentráció meghaladja a fiziológiai tartományt, és a három AU között a maximális. A kémiai tartalom részletes összehasonlítása a következő részben található.
a színképprofilok eltérése a BK−au és a vizelet között ~1390 cm-1-nél (1.ábra) látható. 3). Az amplitúdó ebben a helyzetben inkább a vizelet spektrumában van. Ezt a csúcsot az előző szakaszokban a citrátnak tulajdonították., Azonban sok C-H rezgési mód is felszívódik ebben a régióban, mint például a metil-csoport szimmetrikus deformációs módja 1380-1390 cm-138,39-en. Az emberi vizeletben számos CH3 forrás van a kreatininnal együtt1, például 3-metil-hisztidin, ecetsav, aceton, alfa-hidroxi-Izobutirinsav, 5-metil-2-hexanon stb. ez hozzájárul a felszívódáshoz 1390 cm−1. Az ilyen vegyületek hiánya az alsó amplitúdót 1390 cm−1-nél eredményezheti.
a humán vizeletspektrum 1345 cm−1−es csúcsa 1341 cm-1-nél található a BK-AU spektrumban (1.ábra). 5A, d-piros nyomok)., Ez a zenekar származik, főleg a karbamid (1331 cm−1), húgysav (1346 cm−1), kreatinin (1333 cm−1), valamint kap kisebb hozzájárulás nátrium-citrát (Kiegészítő Táblázat S2). A BK-AU megfogalmazásakor a karbamid koncentrációja a normál fiziológiai tartomány első 20% – os részén belül van, ami jóval kisebb, mint az átlagérték. A húgysav és a kreatinin koncentrációja szintén alacsonyabb az átlagnál, azaz 13,5%, illetve 33,5%., A sáv helyzetében a különbség ezeknek az összetevőknek az egymáshoz viszonyított különböző arányainak köszönhető, így a szuperpozíciós sáv kissé eltolódik a helyén. A BK-AU spektrumának másik különbsége a csúcs, amely 1246 cm−1-nél található (ábra. 5D). Az emberi vizelet spektrumában ez a csúcs 1238 cm−1. Sajnos nem világos, hogy a két sáv ugyanannak a molekuláris csoportnak köszönhető-e, és van-e helyzetváltozás, vagy a két sáv különböző molekuláris csoportokból származik. Ugyanez a csúcs figyelhető meg a CT-AU-ban is, amint azt korábban említettük., Továbbá, a probléma a 1200-1000 cm−1 régióban látható CT-AU is megfigyelhető BK-AU. Mint korábban említettük, a spektrum ezen ablakában a tökéletes illeszkedés szinte lehetetlen a gazdaságos AU-hoz szükséges összetevők száma miatt.
a BK-AU spektrumának legnagyobb különbsége a viszonylag túlzott abszorpció, amelynek középpontja ~975 cm−1. Ez a sáv öt különböző összetevő szuperpozíciója a 999, 984, 963, 945 és 909 cm−1-nél, amint azt a spektrum második származékprofilja feltárta., Hasonló csúcs figyelhető meg a CT-AU−ban is 965 cm-1-nél, de a sáv amplitúdója sokkal kisebb, mint a BK-AU spektrumban. A 940-1020 cm−1 közötti tartományban a hidrogén-karbonát, a di-nátrium-hidrogén-foszfát és a karbamid abszorpcióval rendelkezik (1.ábra). 1 és kiegészítő ábra. S3). Amikor e három vegyület egyedi abszorpciós spektrumát hozzáadjuk (spektrális kiegészítés), a kapott amplitúdó a megfelelő régióban sokkal kisebb, mint a BK-AU-ban. Ez bizonyítja a vegyület kialakulását az összetevők között.,
a vizeletspektrumban a 866 cm−1-es csúcs hiányzik a BK-AU-ban, mint a CT-AU esetében. Az utolsó különbség a két spektrum között 841 cm-1 A BK – AU spektrumban. Ez a csúcs a BK-AU spektrumban a CT-AU-hoz és a humán vizeletspektrumhoz viszonyítva kifejezettebb. Ez elsősorban a kreatinin (842 cm−1) következménye. A magnézium-szulfát szintén hozzájárul a kiindulási értékhez, így a zenekar végső pozíciója és profilja a kísérleteink során megfigyelthez képest., A BK-és CT-AU-ban a bikarbonát 832 cm−1-nél is felszívódik, ami hozzájárul az amplitúdóhoz, de nem változtatja meg a 841 cm−1 csúcs helyzetét.
az egész ujjlenyomat-régióban a Bk-Au és a humán vizelet spektruma jelentősen eltér a Mann-Whitney teszt (Z = -10,8) (S5 kiegészítő táblázat) alapján mért 0,05-ös szinttől.
A mesterséges urinok összehasonlítása a kémiai tartalom szempontjából
a mindhárom AU-ban használt vegyi anyagok listája elsősorban azonos; azonban az egyes komponensek koncentrációja eltérő (S1 kiegészítő táblázat)., A 6. ábra az egyes komponensek mennyiségét mutatja a normál fiziológiai tartományhoz viszonyítva31. Az MP-AU tizenhárom komponensből áll, mindegyik 50% – os szinten, ami a normál fiziológiai tartomány átlaga. Az ábrán látható negatív érték a megfelelő vegyi anyag elégtelen mennyiségét jelenti. A CT-AU készítmény kémiai összetétele hiányos. Először is, a citrát mennyisége meghaladja a normál tartományt (~125%). Ugyanebben az értelemben a kalcium és a klorid mennyisége meghaladja az átlagértékeket, 90%, illetve 64%., Míg a kreatinin és a foszfát nem elegendő, a karbamid, a húgysav, az ammónium, a magnézium és a szulfát mennyisége közel áll a normál tartományok minimális értékeihez. A BK-AU készítményben a nátrium, a kalcium és a klorid mennyisége meghaladja az átlagos értéket, 87%, 75%, illetve 76%. Másrészt a karbamid, a húgysav, a kálium, a magnézium, a szulfát és a foszfát jóval kisebb, mint a normál élettani tartomány átlaga. Bár ezek a vegyületek még mindig a normál tartományon belül vannak egy egészséges ember számára, az oxalát mennyisége nem elegendő.,
az összes AU-ban használt közös vegyületek relatív mennyisége. A vízszintes tengely az egyes vegyületek normál fiziológiai tartományának moláris százalékát jelenti. Minden normál tartomány értéke normalizálódik, így a normál tartomány minimális pontja 0% – ra van állítva, a normál tartomány Maximális pontja pedig 100% – nak felel meg.