Een nieuw kunstmatig Urineprotocol om de menselijke Urine beter te imiteren / Wetenschappelijke Rapporten

in de praktijk is het onmogelijk een ware spectrale overeenkomst te vinden tussen alle AE en de menselijke urine, maar de mate van gelijkenis is een betrouwbare maatstaf. Drie au batches worden vergeleken in termen van SG, pH en IR spectrum als de meting van match met menselijke urine. Een statistische analyse wordt ook toegepast op IR-spectra. Na water is het hoofdbestanddeel van urine ureum., In feite is de spectrale bijdrage van ureum aan AU dominant in vergelijking met andere componenten (Fig. 1 en aanvullende Fig. S2). Creatinine en natriumcitraat zijn de tweede en derde componenten met diepgaande spectrale bijdragen.

BK-AU, CT-AU en MP-AU worden bereid zoals beschreven in de methode. BK-AU en CT-AU delen gemeenschappelijke chemische stoffen in hun protocollen., Nochtans, terwijl beide bicarbonaat omvat, wordt deze verbinding niet natuurlijk gevonden in gezonde menselijke urine1. Daarom werd bicarbonaat niet gebruikt in de MP-ae formulering. De concentraties van chemische stoffen verschillen wanneer BK-AU en CT-AU worden vergeleken, aangezien de twee studies gebaseerd zijn op verschillende literatuur met betrekking tot de samenstelling van urine. Ondanks de verschillen in de formules, hebben alle AUs aanvaardbare fysische eigenschappen in termen van SG en pH (Tabel 3), en alle ingrediënten zijn binnen de fysiologische bereiken op basis van de Mayo Clinic testcatalogus., Aan de andere kant is urine van nature een complexe oplossing en het vergelijken van een ge-formulering met menselijke urine op basis van slechts twee parameters (SG en pH) is op zijn best een blinde benadering. Daarom gebruikten we een spectroscopische analyse met behulp van FTIR om overeenkomsten en/of verschillen tussen AUs te wijzen, en vergeleken ze met menselijke urinemonsters.

Tabel 3 fysische eigenschappen van alle Au ‘ s. Zie de in de tabel gebruikte afkortingen in de tekst.,

Humane urine

in Fig. 2. Over het algemeen vertonen de spectra van menselijke urine hetzelfde profiel, met name in het 1800-1200 cm−1 venster van het spectrum. Er zijn echter significante variaties tussen de individuen in de 1200-800 cm−1 waaier. Het kan te wijten zijn aan dieet, geslacht en metabolisme verschillen. Wanneer de variantie wordt berekend, worden de meest prominente pieken gezien op 1644, 1574, 1436, 1105 en 1065 cm−1., Volgens onze database van spectra verkregen uit individuele ingrediënten (Fig. 1), kunnen variaties in het niveau van creatinine, citraat, ureum, fosfaat en urinezuur hebben bijgedragen aan deze verschillen, samen met andere urinecomponenten. Het gemiddelde van 28 urinemonsters wordt berekend en hierna voor vergelijking gebruikt (Fig. 2).

kunstmatige urines

de berekende gemiddelde menselijke urine wordt vergeleken met de drie spectra van AU zoals weergegeven in Fig. 3. De bandprofielen en posities zijn op veel punten vergelijkbaar, namelijk 1657, 1609, 1447, 1143 en 783 cm−1 (Fig. 3). Deze banden zijn voornamelijk afkomstig van ureum. Er zijn echter ook aanzienlijke variaties en afwijkingen van deze standpunten, zoals in detail besproken in wat volgt.,

alle spectra hebben gemeenschappelijke kenmerken in het hogere frequentiegebied (4000-2500 cm−1) (Fig. 3-inlaat)., De twee hoogste absorbanties gecentreerd rond 1600 cm-1 en 1445 cm−1 zijn voornamelijk te wijten aan ureum met een relatief geringe bijdrage van creatinine. De geringe verschillen in de absorptie van AUs zijn voornamelijk te wijten aan de verschillen in ureumconcentratie in de respectieve formuleringen. Aan de andere kant vertoont het gebied tussen 1200 cm−1 en 800 cm−1 aanzienlijke variaties. Het meest opvallende verschil is de absorptie bij 975 cm-1 in BK-AU (Fig. 3). Op deze positie, alle AU spectra hebben verschillende aantal pieken op verschillende posities., Dit gebied is de verzameling van een aantal pieken die voornamelijk afkomstig zijn van ureum, urinezuur, creatinine en natriumfosfaat (Fig. 1 en aanvullende Fig. S2). Daarom leveren de geringe variaties in de concentratie van deze verbindingen een zeer verschillend profiel in het spectrum op.

Hoofdcomponentanalyse (PCA) wordt gebruikt voor de differentiatie van drie gemiddelde kunstmatige urinespectra ten opzichte van de gemiddelde menselijke urine in het gehele wavenumergebied (4000-600 cm−1) (Fig. 4A). De eerste hoofdcomponent (PC1) (72,7%) en de tweede hoofdcomponent (pc2) (19.,5%) zijn goed voor 92% van de totale variantie. De Score grafiek laat zien dat MP-AU grotere gelijkenis vertoont met de gemiddelde menselijke urine in vergelijking met andere AU formuleringen wanneer de hele spectra in aanmerking worden genomen. Deze analyse wordt ook toegepast op alle drie metingen voor AUs en op alle menselijke urine metingen van 28 gezonde individuen. Vergelijkingen worden getoond in twee gebieden van het IR-spectrum, d.w.z. 1400-1200 cm-1 (Fig. 4B) en 1000-800 cm−1 (Fig. 4C). In beide regio ‘ s is MP-AU meer succesvol in het imiteren van spectrale kenmerken van menselijke urine., Terwijl BK-AU succesvoller is in vergelijking met CT-AU in de regio 1400-1200 cm−1, is het het tegenovergestelde in de regio 1000-800 cm−1. Welke banden of verbindingen verantwoordelijk zijn voor deze verschillen worden besproken in de volgende paragrafen.

Humane urine en MP-AU vergelijking

Er is een bevredigende overeenkomst tussen het spectrum van MP-AU en humane urine wanneer absorptie (grijze sporen) en tweede derivatenprofielen (rode sporen) worden vergeleken (Fig. 5A, B). Op basis van de Mann-Whitney-test (Z = -1) (aanvullende tabel S3) verschillen twee spectra niet significant van elkaar op het 0,05-niveau. Het gebied tussen de 1800-1400 cm-1 is bijna algemeen zoals gesuggereerd door tweede afgeleide profielen., De piek bij 1390 cm-1 is echter anders. De absorptie (grijze sporen) bij MP-AU is op dit punt niet zo hoog als bij urine. Deze absorptie is te wijten aan de aanwezigheid van natriumcitraat (Fig. 1 en aanvullende tabel S2). Hoewel de hoeveelheid citraat de gemiddelde waarde van de fysiologische waaier is, kan de mismatch op een enorme hoeveelheid citraat in vrijwilligers wijzen. Citraat concentratie in urine kan variëren afhankelijk van dieet., Bijvoorbeeld, in DASH (dieetbenaderingen om hypertensie te stoppen)-stijl dieet (rijk aan groenten, fruit, volkoren granen, vetarm voedsel, vis, vlees, noten en bonen; beperkt in rood vlees, suikergezoete vruchten, dranken en vetten) neemt de hoeveelheid citraat in de urine toe37.

de pieken bij 1343, 1301, 1278 en 1242 cm-1 zijn vrijwel gelijk in positie (Fig. 5B-grijs spoor) en in termen van de relatieve verhouding van amplituden, behalve dat de piek bij 1301 cm−1 minder duidelijk is uit het absorptiespectrum. MP-AU biedt de beste match in deze 1350-1200 cm−1 Regio in vergelijking met andere AUs., In de 1200-1000 cm−1 Regio, in plaats van de 1031 en 1045 cm−1 piek in de menselijke urine (Fig. 5A-rood spoor), is er één piek op 1039 cm – 1 in MP-AU (Fig. 5B-rood spoor). De spectrale overeenkomst tussen de twee spectra in het gebied 1000-600 cm−1 is bevredigend. Eén verschil is op positie 928 cm-1 in het urineabsorptiespectrum. Deze band bevindt zich op 922 cm−1 in MP-AU. Wanneer tweede afgeleide profielen worden onderzocht, wordt deze piek gezien om de superpositie van twee pieken te zijn. De belangrijkste bijdrager is een piek bij 929 cm-1, met een kleine bijdrage van een andere piek bij 916 cm-1 in het urinespectrum., In MP-AU is de amplitude van 929 cm−1 absorptie echter lager, waardoor de positie van de envelop naar 922 cm−1 verschuift. Dit kan te wijten zijn aan het rijke gehalte aan menselijke urine die extra absorbers biedt bij 929 cm−1 die niet zijn opgenomen in MP-AU.

Humane urine en CT-AU vergelijking

het gebied van 1800-1400 cm−1 van het absorptiespectrum lijkt sterk op het spectrum van urine in hetzelfde gebied, dat voornamelijk gecorreleerd is met het ureumgehalte (Fig. 5A, C). Het CT-AU spectrum is ook succesvol in het matchen van de schouder op 1390 cm-1., Het normale fysiologische bereik voor citraat is 0,2-1,2 g / d31. In de CT-ae formulering komt de hoeveelheid citraat overeen met 2 g/dag (uitgaande van 1,5 l urineren per dag), wat meer is dan het maximale punt van het fysiologische bereik. Het blijkt dat het gemiddelde urinespectrum een enorme hoeveelheid citraat weerspiegelt, zoals aangegeven in de vorige paragraaf. Wanneer het volledige gebied van de vingerafdruk van het CT-AU-spectrum wordt vergeleken met het menselijke urinespectrum met behulp van de Mann-Whitney-test, op het 0,05-niveau, zijn twee spectra significant verschillend (Z = -13,5) (aanvullende tabel S4).,

in het menselijk urinespectrum wordt gezien dat de band op 1238 cm−1 zich bevindt op 1246 cm−1 in het CT-AU-spectrum (Fig. 5C-rood spoor). Wat echter onduidelijk blijft, is of de twee banden de trilling van dezelfde moleculaire groep weerspiegelen, of dat ze niet-gerelateerde absorpties zijn. Menselijke urine heeft meerdere absorbanties in het gebied van 1200-1000 cm−1. Hoewel de meeste componenten gemeenschappelijk zijn tussen urine en CT-AU, zijn er significante verschillen in termen van de relatieve verhoudingen van de banden en, dus, het algemene profiel is verschillend., Piekposities zijn over het algemeen vergelijkbaar, behalve die bij 1045 cm−1 in het urinespectrum, dat zich bevindt bij 1050 cm−1 in CT-AU. Ook ontbreekt de piek op 1031 cm−1 in het CT-AU spectrum. De meest prominente amplitude verschil is op 1107 en ~ 1070 cm-1. Een onvoldoende hoeveelheid fosfaatverbindingen, creatinine en urinezuur kan hebben bijgedragen aan het verschil op deze posities. Het gebied is een superpositie van vele trillingsgroepen die in diverse moleculaire formaties zoals lipiden, proteã nen, glucose en zijn derivaten, en in nucleic zuren worden gevonden., Daarom is het in deze regio van 1200-1000 cm−1 vrijwel onmogelijk om een AU-spectrum te matchen met dat van menselijke urine. Een ander belangrijk verschil is de piek bij 965 cm-1 gezien in CT-ae, maar niet in menselijk urinespectrum. We hebben niet genoeg gegevens om de mogelijke oorzaak van deze band te bespreken aangezien geen van de urine componenten die we gemeten absorberen op deze positie. Het laatste punt in de vergelijking van CT-ae met menselijke urine is de afwezigheid van 928 en 866 cm−1 pieken in CT-ae.,

Humane urine en BK-AU vergelijking

het algemene spectrale profiel van BK-AU is ook op vele punten vergelijkbaar met de menselijke urine (Fig. 3). De drie hoogste absorptiewaarden op posities 1657, 1609 en 1447 cm-1 in menselijk urinespectrum komen overeen in termen van algemeen uiterlijk, maar variëren enigszins in piekpositie in het spectrum van BK-AU (Fig. 5A, d-grijze sporen). Echter, de piek bij 1491 cm−1 (gezien als een schouder op de 1446 cm−1-piek in het absorptiespectrum) is meer uitgesproken in BK-AU. Deze positie kan worden toegeschreven aan creatinine (Fig. 1 en aanvullende tabel S2)., De hoeveelheid creatinine die in de BK-ae formulering wordt gebruikt, ligt binnen het normale fysiologische bereik, hoewel deze lager is dan de gemiddelde waarde. In feite is de hoeveelheid creatinine in MP-AU formulering meer, maar de absorptie bij ~ 1490 cm-1 is minder. Daarom kan zo ‘ n uitgesproken piek niet worden verklaard door de hoeveelheid creatinine. Aan de andere kant zien we een toename van de amplitude op deze positie wanneer natriumsulfaat wordt toegevoegd aan de oplossing tijdens het bereiden van MP-AU, hoewel natriumsulfaat geen absorptievermogen heeft in dit gebied. Magnesiumsulfaat creëert dit effect niet., Op basis van deze ervaring geloven we dat de verhoogde absorptie bij ~1490 cm−1 gerelateerd is aan de hoeveelheid natrium in de formulering van BK-AU. De totale natriumconcentratie die in de BK-AU-formulering wordt gebruikt, ligt buiten het fysiologische bereik en is het maximum van de drie AUs ‘ s. In de volgende paragraaf wordt een gedetailleerde vergelijking van de chemische inhoud gegeven.

een mismatch van spectrale profielen tussen BK-AU en urine wordt gezien bij ~1390 cm – 1 (Fig. 3). De amplitude op deze positie ligt meer in het urinespectrum. Deze piek werd toegeschreven aan het citraat in de vorige secties., Echter, veel c-H trillingsmodi absorberen ook in dit gebied, zoals de symmetrische vervormingsmodus van methylgroep bij 1380-1390 cm−138,39. In menselijke urine zijn er een aantal CH3-bronnen samen met creatinine1, zoals 3-Methylhistidine, azijnzuur, aceton, Alfa-Hydroxyisobutyric zuur, 5-Methyl-2-hexanon, enz. die bijdragen aan de absorptie bij 1390 cm−1. Het ontbreken van dergelijke verbindingen kan hebben geresulteerd in de lagere amplitude bij 1390 cm−1.

de piek van 1345 cm−1 in het menselijk urinespectrum bevindt zich op 1341 cm – 1 in het BK-AU-spectrum (Fig. 5A, d-rode sporen)., Deze band is voornamelijk afkomstig van ureum (1331 cm−1), urinezuur (1346 cm−1) en creatinine (1333 cm−1), en ontvangt een kleine bijdrage van natriumcitraat (aanvullende tabel S2). Bij de formulering van BK-AU ligt de ureumconcentratie binnen het eerste deel van 20% van het normale fysiologische bereik, dat aanzienlijk lager is dan de gemiddelde waarde. De concentraties van urinezuur en creatinine zijn ook lager dan gemiddeld, d.w.z. respectievelijk 13,5% en 33,5% portie., Het verschil in de positie van de band is te wijten aan de verschillende verhoudingen van deze componenten ten opzichte van elkaar, zodat de bovenliggende band enigszins verschoven in locatie. Een ander verschil in het spectrum van BK-AU is de piek gelegen op 1246 cm-1 (Fig. 5D). In het menselijk urinespectrum bevindt deze piek zich op 1238 cm-1. Helaas is het niet duidelijk of de twee banden te wijten zijn aan dezelfde moleculaire groep en er is een verschuiving in positie, of de twee banden afkomstig zijn van verschillende moleculaire groepen. Dezelfde piek wordt ook waargenomen in CT-AU, zoals eerder vermeld., Bovendien wordt het probleem in het gebied van 1200-1000 cm−1 gezien in CT-AU ook waargenomen in BK-AU. Zoals eerder vermeld, is een perfecte match in dit venster van het spectrum bijna onmogelijk vanwege het aantal ingrediënten dat nodig is voor een economische AU.

het grootste verschil in het spectrum van BK-AU is de relatief overmatige absorptie gecentreerd bij ~975 cm−1. Deze band is een superpositie van vijf verschillende componenten bij 999, 984, 963, 945 en 909 cm-1 zoals blijkt uit het tweede afgeleide profiel van het spectrum., Een vergelijkbare piek wordt ook waargenomen in CT-AU bij 965 cm−1, maar de bandamplitude is veel kleiner dan die in het BK-AU spectrum. In het gebied tussen 940-1020 cm−1 hebben bicarbonaat, dinatriumwaterstoffosfaat en ureum absorpties (Fig. 1 en aanvullende Fig. S3). Wanneer de individuele absorptiespectra van deze drie samenstellingen worden toegevoegd (spectrale toevoeging), is de resulterende amplitude in het overeenkomstige gebied veel minder dan wat in BK-AU wordt waargenomen. Dit bewijst de vorming van een verbinding tussen de bestanddelen.,

de piek van 866 cm−1 in het urinespectrum ontbreekt in BK-AU, zoals het geval was in CT-AU. Het laatste verschil tussen de twee spectra is 841 cm-1 in het BK-AU spectrum. Deze piek is meer uitgesproken in het BK-AU spectrum ten opzichte van de CT-AU en menselijke urine spectra. Het is voornamelijk te wijten aan het creatinine (842 cm−1). Magnesiumsulfaat draagt ook bij met een baseline, waardoor de band zijn uiteindelijke positie en profiel krijgt voor zover we tijdens onze experimenten hebben waargenomen., In BK – en CT-AU absorbeert bicarbonaat ook bij 832 cm−1, wat bijdraagt aan de amplitude, maar de positie van de 841 cm−1 piek niet verandert.

in het hele gebied van de vingerafdruk zijn de spectra van BK-AU en de menselijke urine significant verschillend bij 0,05 op basis van de Mann-Whitney-test (Z = -10,8) (aanvullende tabel S5).

vergelijking van kunstmatige urines in termen van chemische inhoud

de lijst van chemische stoffen die in alle drie de Au ‘ s worden gebruikt, is hoofdzakelijk dezelfde; de concentratie van elk bestanddeel is echter verschillend (aanvullende tabel S1)., Figuur 6 toont de hoeveelheid van elke component ten opzichte van zijn normale fysiologische bereik 31. MP-AU bestaat uit dertien componenten, elk op het niveau van 50%, wat het gemiddelde is van het normale fysiologische bereik. Een negatieve waarde in de figuur vertegenwoordigt onvoldoende hoeveelheid van de overeenkomstige chemische stof. De chemische samenstelling van CT-AU formulering heeft tekortkomingen. Om te beginnen overschrijdt de hoeveelheid citraat het normale bereik (~125%). In dezelfde ader zijn de hoeveelheid calcium en chloride meer dan de gemiddelde waarden, respectievelijk 90% en 64%., Hoewel creatinine en fosfaat onvoldoende zijn, ligt de hoeveelheid ureum, urinezuur, ammonium, magnesium en sulfaat dicht bij de minimumwaarden van normale waarden. In de formulering van BK-AU zijn de hoeveelheid natrium, calcium en chloride hoger dan de gemiddelde waarden, respectievelijk 87%, 75% en 76%. Aan de andere kant zijn ureum, urinezuur, kalium, magnesium, sulfaat en fosfaat aanzienlijk lager dan het gemiddelde van het normale fysiologische bereik. Hoewel deze verbindingen nog steeds binnen het normale bereik voor een gezonde mens liggen, is de hoeveelheid oxalaat onvoldoende.,