In practice, finding a true spectral match between any AU and human urine is impossible, but the degree of similarity is a reliable measure. Três lotes AU são comparados em termos de SG, pH e espectro IR como a medição da correspondência com a urina humana. Uma análise estatística também é aplicada em espectros de IR. Após a água, o principal componente da urina é a ureia., De facto, a contribuição espectral da ureia para a UA é dominante em comparação com outros componentes (Fig. 1 e Figo suplementar. S2). A creatinina e o citrato de sódio são o segundo e terceiro componentes com profundas contribuições espectrais.
Infravermelho os espectros de absorvância de nove compostos utilizados no MP-AU formulação. A escala dos eixos verticais não é igual. As absorvências relativas são indicadas na parcela 3D em figos suplementares. S2., A relação sinal-ruído é limitada em losango ATR na região de 2600-2000 cm – 1, sendo assim excluída do visor. NaCl, KCl e CaCl2 não tinham qualquer absorção na janela medida e, portanto, são excluídos de ambas as figuras. Também a absorção de K2C2O4 é muito fraca, e assim seu espectro é excluído da figura. As posições de pico são apresentadas no quadro suplementar S2.
BK-AU, CT-AU e MP-AU são preparados conforme descrito no método. A BK-AU e a CT-AU partilham produtos químicos comuns nos seus protocolos., No entanto, apesar de ambos incluírem bicarbonato, este composto não é naturalmente encontrado em urino1 humano saudável. Por conseguinte, o bicarbonato não foi utilizado na formulação MP-AU. As concentrações de produtos químicos são diferentes quando BK-AU e CT-AU são comparadas, uma vez que os dois estudos dependem de literatura diferente sobre a composição da urina. Apesar das diferenças nas fórmulas, todas as UEA têm propriedades físicas aceitáveis em termos de SG e pH (Tabela 3), e todos os ingredientes estão dentro das gamas fisiológicas baseadas no catálogo de testes Mayo Clinic., Por outro lado, a urina é uma solução complexa por natureza e comparar qualquer formulação AU com a urina humana com base em apenas dois parâmetros (SG e pH) é uma abordagem cega, na melhor das hipóteses. Portanto, nós utilizamos uma análise espectroscópica usando FTIR para apontar semelhanças e / ou diferenças entre UAE, e comparou-os com amostras de urina humana.
urina Humana
Os espectros de absorvância das amostras de urina de 28 indivíduos saudáveis são mostrados na Fig. 2. Geralmente, os espectros da urina humana mostram o mesmo perfil, particularmente na janela de 1800-1200 cm−1 do espectro. No entanto, existem variações significativas entre os indivíduos na faixa 1200-800 cm−1. Pode ser devido a diferenças de dieta, sexo e metabolismo. Quando a variância é calculada, os picos mais proeminentes são vistos em 1644, 1574, 1436, 1105 e 1065 cm−1., De acordo com a nossa base de dados de espectros obtidos a partir de ingredientes individuais (Fig. 1), variações no nível de creatinina, citrato, ureia, fosfato e ácido úrico podem ter contribuído para estas diferenças, juntamente com outros componentes da urina. A média de 28 amostras de urina é calculada e utilizada a seguir para comparação (Fig. 2).
Infravermelho os espectros de absorvância de 28 indivíduos saudáveis com idade entre 20-40 anos., B) o espectro médio calculado de urina humana é indicado em preto e a variância entre 28 espectros de urina é indicada em vermelho.
urinas Artificiais
a média calculada de urina humana é comparada com os três espectros de AU, como demonstrado na Fig. 3. Os perfis de banda e posições são vistos como semelhantes em muitos pontos, nomeadamente 1657, 1609, 1447, 1143 e 783 cm−1 (Fig. 3). Estas bandas provêm principalmente da ureia. No entanto, existem também variações e desvios significativos em relação a estas posições, tal como discutido em pormenor no que se segue.,
Infravermelho de absorção do espectro do MP-AU (vermelho), CT-AU (verde), BK-AU (azul), juntamente com o espectro da média saudável urina a partir de 28 participantes (preto) na região de impressão digital. A figura de entrada mostra o mesmo espectro na região 3800-2500 cm−1.
todos os espectros partilham características comuns na região de maior frequência (4000-2500 cm−1) (Fig. 3-inlet)., As duas absorvências mais elevadas centradas em torno de 1600 cm – 1 e 1445 cm-1 devem-se principalmente à ureia com uma contribuição relativamente pequena da creatinina. As ligeiras diferenças na absorvância das UAE devem-se principalmente às diferenças na concentração de ureia nas formulações respectivas. Por outro lado, a região entre 1200 cm−1 e 800 cm−1 apresenta variações significativas. A diferença mais proeminente é a absorvância a 975 cm−1 em BK-AU (Fig. 3). Nesta posição, todos os AU spectra têm um número diferente de Picos em diferentes posições., Esta região é a coleta de uma série de picos originários principalmente da ureia, ácido úrico, creatinina e fosfato de sódio (Fig. 1 e Figo suplementar. S2). Por conseguinte, as ligeiras variações na concentração destes compostos produzem um perfil muito diferente no espectro.
a análise Principal dos componentes (PCA) é utilizada para a diferenciação de três espectros de urina artificiais médios em relação à urina humana média em toda a região de ondulação (4000-600 cm−1) (Fig. 4A). O primeiro componente principal (PC1) (72,7%) e o segundo componente principal (PC2) (19.,5%) representam 92% da variância total. O gráfico de pontuação mostra que MP-AU mostra maior semelhança com a urina humana média em comparação com outras formulações AU quando o espectro inteiro é tomado em consideração. Esta análise também é aplicada a todas as três medições para AUs e a todas as medições de urina humana de 28 indivíduos saudáveis. As comparações são mostradas em duas regiões do espectro IR, ou seja, 1400-1200 cm – 1 (Fig. 4B) e 1000-800 cm – 1 (Fig. 4C). Em ambas as regiões, MP-AU é mais bem sucedido em imitar características espectrais da urina humana., Enquanto BK-AU é mais bem sucedido em comparação com CT-AU na região de 1400-1200 cm−1, é o oposto na região de 1000-800 cm−1. As bandas ou compostos que explicam estas diferenças são discutidos nas secções seguintes.
Marcar terreno de análise de componentes principais aplicada a média do espectro da urina humana (HU) e artificial urina medições. O gráfico compara os espectros em toda a gama de números de onda (4000-600 cm-1) (a)., Gráfico de todas as medições IR em comparação com 1400 cm – 1 Intervalo (B) e 1000-800 cm−1 Intervalo (C).
a urina Humana e MP-AU comparação
Há uma correspondência satisfatória entre o espectro do MP-AU e urina humana quando a absorção (cinza de rastreamento) e segunda derivadas perfis (vermelho rastreamento) são comparados (Fig. 5A, B). Dois espectros não são significativamente diferentes no nível 0,05 com base no teste de Mann-Whitney (Z = -1) (tabela suplementar S3). A região entre 1800-1400 cm-1 é quase comum como sugerido pelos perfis derivados., No entanto, o pico de 1390 cm−1 é diferente. A absorção (vestígios cinzentos) neste ponto em MP-AU não é tão elevada como na urina. Esta absorção deve-se à presença de citrato de sódio (Fig. 1 e quadro suplementar S2). Embora a quantidade de citrato seja o valor médio da Gama fisiológica, o desfasamento pode indicar uma grande quantidade de citrato em voluntários. A concentração de citrato na urina pode variar dependendo da dieta., Por exemplo, na dieta de estilo DASH (abordagens dietéticas para parar a hipertensão) (rica em vegetais, frutas, grãos inteiros, alimentos com baixo teor lipídico, peixe, carne, nozes e feijões; limitada em carne vermelha, frutas açucaradas, bebidas e gorduras) a quantidade de citrato aumenta na urine37.os picos de 1343, 1301, 1278 e 1242 cm−1 são quase os mesmos em posição (Fig. V-traço cinza) e em termos da relação relativa de amplitudes, exceto que o pico de 1301 cm – 1 é menos óbvio do espectro de absorvância. MP-AU fornece o melhor jogo nesta região de 1350-1200 cm – 1 quando comparado com outros AUs., Na região de 1200-1000 cm – 1, em vez do Pico de 1031 e 1045 cm−1 na urina humana (Fig. 5A-traço vermelho), há um pico de 1039 cm-1 em MP-AU (Fig. 5B-traço vermelho). A correspondência espectral entre os dois espectros na região 1000-600 cm−1 é satisfatória. Uma diferença está na posição 928 cm – 1 no espectro de absorção da urina. Esta banda está localizada a 922 cm – 1 em MP-AU. Quando os perfis de segunda derivada são examinados, este pico é visto como a superposição de dois picos. O maior contribuinte é um pico de 929 cm-1, com menor contribuição de outro pico de 916 cm−1 no espectro urinário., No entanto, em MP-AU a amplitude de absorção de 929 cm−1 é menor, o que muda a posição do envelope para 922 cm−1. Isto pode dever−se ao rico teor de urina humana que fornece absorvedores adicionais a 929 cm-1 que não estão incluídos em MP-AU.a região de 1800-1400 cm – 1 do espectro de absorvância é muito semelhante ao espectro de urina na mesma região, que está principalmente correlacionada com o teor de ureia (Fig. 5A, C). O CT-AU spectrum também é bem sucedido em igualar o ombro a 1390 cm-1., O intervalo fisiológico normal para o citrato é de 0,2-1,2 g / d31. Na formulação CT-AU, a quantidade de citrato corresponde a 2 g / d (assumindo 1, 5 L de micção por dia), o que é mais do que o ponto máximo da Gama fisiológica. Parece que o espectro urinário médio reflete uma grande quantidade de citrato, como indicado na seção anterior. Quando toda a região de impressões digitais do CT-AU spectrum é comparada com o espectro de urina humana utilizando o teste de Mann-Whitney, no nível 0,05, dois espectros são significativamente diferentes (Z = -13.5) (tabela suplementar S4).,no espectro da urina humana, a banda a 1238 cm−1 situa−se a 1246 cm-1 no espectro CT-AU (Fig. 5C-traço vermelho). O que permanece incerto, no entanto, é se as duas bandas refletem a vibração do mesmo grupo molecular, ou se são absorções não relacionadas. A urina humana tem múltiplas absorvências na região de 1200-1000 cm−1. Embora a maioria dos componentes sejam comuns entre urina e CT-AU, há diferenças significativas em termos de rácios relativos das bandas e, portanto, o perfil geral é diferente., As posições de pico são geralmente semelhantes, exceto a de 1045 cm – 1 no espectro urinário, que está localizado a 1050 cm−1 em CT-AU. Além disso, falta o pico de 1031 cm−1 no espectro CT-AU. A diferença de amplitude mais proeminente é de 1107 e ~1070 cm-1. Uma quantidade insuficiente de compostos fosfatados, creatinina e ácido úrico poderia ter contribuído para a diferença nestas posições. A região é uma superposição de muitos grupos vibracionais encontrados em várias formações moleculares, tais como lípidos, proteínas, glicose e seus derivados, e em ácidos nucleicos., Portanto, combinar um espectro AU com o da urina humana é quase impossível nesta região de 1200-1000 cm-1. Outra diferença importante é o pico de 965 cm−1 observado na CT-AU, mas não no espectro da urina humana. Não temos dados suficientes para discutir a possível causa desta faixa, uma vez que nenhum dos componentes de urina que medimos absorvem nesta posição. O último ponto na comparação da CT-AU com a urina humana é a ausência de picos de 928 e 866 cm−1 na CT-AU.,o perfil espectral geral de BK-AU é também semelhante à urina humana em muitos pontos(Fig. 3). As três absorvências mais elevadas nas posições 1657, 1609 e 1447 cm−1 no espectro urinário humano coincidem em termos de aparência geral, mas variam ligeiramente na posição de pico no espectro de BK-AU (Fig. 5-a, traços D-cinzentos). No entanto, o pico de 1491 cm−1 (visto como uma pá no pico de 1446 cm−1 no espectro de absorvância) é mais pronunciado em BK-AU. Esta posição pode ser atribuída à creatinina (Fig. 1 e quadro suplementar S2)., A quantidade de creatinina utilizada na formulação BK-AU está dentro do intervalo fisiológico normal, embora seja inferior ao valor médio. Na verdade, a quantidade de creatinina na formulação MP-AU é mais, mas a absorvância de ~1490 cm−1 é menor. Portanto, este pico pronunciado não pode ser explicado pela quantidade de creatinina. Por outro lado, observamos um aumento da amplitude nesta posição quando o sulfato de sódio é adicionado à solução durante a preparação de MP-AU, embora o sulfato de sódio não tenha uma absorvância nesta região. O sulfato de magnésio não cria este efeito., Com base nesta experiência, acreditamos que o aumento da absorvância em ~1490 cm−1 está relacionado com a quantidade de sódio na formulação de BK-AU. A concentração total de sódio utilizada na formulação BK-AU está além da Gama fisiológica e é o máximo entre os três UIA. Na secção seguinte é apresentada uma comparação pormenorizada do conteúdo químico.
um desfasamento dos perfis espectrais entre BK-AU e urina é observado a ~1390 cm – 1 (Fig. 3). A amplitude nesta posição é mais no espectro urinário. Este pico foi atribuído ao citrato nas secções anteriores., No entanto, muitos modos vibracionais C-H também absorvem nesta região, como o modo de deformação simétrico do grupo metilo a 1380-1390 cm−138,39. Na urina humana, existem várias fontes de CH3 juntamente com a creatina 1, tais como 3-Metilistidina, ácido acético, acetona, ácido alfa-Hidroxiisobutírico, 5-metil-2-hexanona, etc. que contribuem para a absorção a 1390 cm−1. A falta de tais compostos poderia ter resultado na amplitude inferior a 1390 cm-1.o pico de 1345 cm – 1 no espectro urinário humano situa−se a 1341 cm-1 no espectro BK-AU (Fig. 5A, traços D-vermelhos)., Esta faixa é originária principalmente da ureia (1331 cm−1), ácido úrico (1346 cm−1), e creatinina (1333 cm−1), e recebe uma pequena contribuição do citrato de sódio (tabela suplementar S2). Na formulação de BK-AU, a concentração de ureia está dentro da primeira porção de 20% da Gama fisiológica normal, o que é bastante inferior ao valor médio. As concentrações de ácido úrico e creatinina também são inferiores à média, ou seja, 13, 5% e 33, 5% porção, respectivamente., A diferença na posição da banda é devido às diferentes razões destes componentes em relação um ao outro, de modo que a banda superposta é ligeiramente deslocada em localização. Outra diferença no espectro de BK-AU é o pico localizado a 1246 cm – 1 (Fig. 5D). No espectro urinário humano este pico está localizado a 1238 cm-1. Infelizmente, não é claro se as duas bandas são devidas ao mesmo grupo molecular e há uma mudança de posição, ou as duas bandas se originam de grupos moleculares diferentes. O mesmo pico também é observado em CT-AU, como indicado anteriormente., Além disso, o problema na região de 1200-1000 cm−1 observada na CT-AU também é observado na BK-AU. Como mencionado anteriormente, uma combinação perfeita nesta janela do espectro é quase impossível devido ao número de ingredientes necessários para uma UA econômica.a maior diferença no espectro de BK-AU é a absorção relativamente excessiva centrada em ~975 cm-1. Esta banda é uma superposição de cinco componentes diferentes em 999, 984, 963, 945 e 909 cm−1 como revelado pelo segundo perfil derivado do espectro., Um pico semelhante também é observado em CT-AU a 965 cm-1, mas a amplitude da banda é muito menor do que a do espectro BK-AU. No intervalo entre 940-1020 cm−1, o bicarbonato, o hidrogenofosfato de di-sódio e a ureia têm absorções (Fig. 1 e Figo suplementar. S3). Quando os espectros de absorção individuais destes três compostos são adicionados (adição espectral), a amplitude resultante na região correspondente é muito menor do que o observado em BK-AU. Isto prova a formação de um composto entre os constituintes.,
o pico a 866 cm−1 no espectro urinário está ausente em BK-AU, como foi o caso na CT-AU. A última diferença entre os dois espectros é de 841 cm−1 no espectro BK-AU. Este pico é mais pronunciado no espectro BK-AU em relação ao espectro CT-AU e urina humana. É principalmente devido à creatinina (842 cm−1). O sulfato de magnésio também contribui com uma linha de base, dando à banda a sua posição e perfil finais, tanto quanto observamos durante as nossas experiências., Em BK – e CT-AU, o bicarbonato também absorve a 832 cm – 1 que contribui para a amplitude, mas não altera a posição do Pico de 841 cm−1.
em toda a região da impressão digital, Os Espectros BK-AU e da urina humana são significativamente diferentes ao nível de 0,05 com base no teste de Mann-Whitney (Z = – 10.8) (tabela suplementar S5).a lista de produtos químicos utilizados em todas as três UAE é essencialmente a mesma; contudo, a concentração de cada componente é diferente (quadro suplementar S1)., A figura 6 mostra a quantidade de cada componente em relação à sua faixa fisiológica normal31. MP-AU compreende treze componentes, cada um ao nível de 50%, que é a média da Gama fisiológica normal. Um valor negativo na figura representa uma quantidade insuficiente da substância química correspondente. A composição química da formulação CT-AU apresenta deficiências. Para começar, a quantidade de citrato excede o intervalo normal (~125%). Na mesma linha, a quantidade de cálcio e cloreto são mais do que os valores médios, 90% e 64%, respectivamente., Embora a creatinina e o fosfato sejam insuficientes, a quantidade de ureia, ácido úrico, amónio, magnésio e sulfato está próxima dos valores mínimos dos intervalos normais. Na formulação de BK-AU, a quantidade de sódio, cálcio e cloreto é superior aos valores médios, 87%, 75% e 76%, respectivamente. Por outro lado, a ureia, o ácido úrico, o potássio, o magnésio, o sulfato e o fosfato são bastante inferiores à média do intervalo fisiológico normal. Embora estes compostos ainda estejam dentro do intervalo normal para um humano saudável, a quantidade de oxalato é insuficiente.,
quantidade Relativa de comum compostos usados em todas as unidades administrativas. O eixo Horizontal representa a percentagem de molaridade da Gama fisiológica normal para cada composto. Todos os valores normais da gama são normalizados de modo a que o ponto mínimo da gama normal seja fixado em 0% e o ponto máximo da gama normal corresponda a 100%.