Un Nou Artificială Urină Protocol pentru a Imita mai Bine Urină Umană | Rapoarte Științifice

În practică, găsirea unui adevărat spectrale meci între UA și urină umană este imposibil, dar gradul de asemănare este o măsură de încredere. Trei loturi AU sunt comparate în ceea ce privește spectrul SG, pH și IR ca măsurare a potrivirii cu urina umană. O analiză statistică este, de asemenea, aplicată pe spectrele IR. După apă, componenta principală a urinei este ureea., De fapt, contribuția spectrală a ureei la UA este dominantă în comparație cu alte componente (Fig. 1 și suplimentar Fig. S2). Creatinina și citratul de sodiu sunt a doua și a treia componentă cu contribuții spectrale profunde.

BK-AU, CT-AU și MP-AU sunt preparate așa cum este descris în metodă. BK-au și CT-au împărtășesc substanțe chimice comune în protocoalele lor., Cu toate acestea, în timp ce ambele includ bicarbonat, acest compus nu se găsește în mod natural în urina umană sănătoasă1. Prin urmare, bicarbonatul nu a fost utilizat în formularea MP-AU. Concentrațiile de substanțe chimice sunt diferite atunci când BK-au și CT-au sunt comparate, deoarece cele două studii se bazează pe literatura de specialitate diferită în ceea ce privește compoziția urinei. În ciuda diferențelor dintre formule, toate au au proprietăți fizice acceptabile în ceea ce privește SG și pH (Tabelul 3), iar toate ingredientele se încadrează în intervalele fiziologice bazate pe catalogul de teste Clinic Mayo., Pe de altă parte, urina este o soluție complexă prin natură și compararea oricărei formulări AU cu urina umană bazată pe doar doi parametri (SG și pH) este o abordare orb în cel mai bun caz. Prin urmare, am utilizat o analiză spectroscopică utilizând FTIR pentru a evidenția asemănările și/sau diferențele dintre AUs și le-am comparat cu probele de urină umană.

Tabelul 3 proprietățile fizice ale tuturor AUs. Vă rugăm să consultați textul pentru abrevierile utilizate în tabel.,

urină Umană

absorbanța spectrele probelor de urină, de la 28 de persoane sanatoase sunt prezentate în Fig. 2. În general, spectrele urinei umane prezintă același profil, în special în fereastra 1800-1200 cm−1 a spectrului. Cu toate acestea, există variații semnificative în rândul persoanelor din intervalul 1200-800 cm−1. Se poate datora diferențelor de dietă, sex și metabolism. Când varianța este calculată, cele mai proeminente vârfuri sunt văzute la 1644, 1574, 1436, 1105 și 1065 cm−1., Conform bazei noastre de date cu spectre obținute din ingrediente individuale (Fig. 1), variațiile nivelului de creatinină, citrat, uree, fosfat și acid uric ar fi putut contribui la aceste diferențe împreună cu alte componente ale urinei. Media de 28 de probe de urină este calculată și utilizată în continuare pentru comparație (Fig. 2).

urine artificiale

media calculată a urinei umane este comparată cu cele trei Spectre AU așa cum se arată în Fig. 3. Profilele și pozițiile benzii sunt considerate a fi similare în multe puncte, și anume 1657, 1609, 1447, 1143 și 783 cm−1 (Fig. 3). Aceste benzi provin în principal din uree. Cu toate acestea, există, de asemenea, variații și abateri semnificative de la aceste poziții, așa cum s-a discutat în detaliu în cele ce urmează.,

Toate spectrele împărtășesc caracteristici comune în frecvența mai mare regiune (4000-2500 cm−1) (Fig. 3-Intrare)., Cele mai mari două absorbții centrate în jurul valorii de 1600 cm−1 și 1445 cm−1 se datorează în principal ureei, cu o contribuție relativ mică a creatininei. Micile diferențe în absorbția AUs se datorează în principal diferențelor de concentrație a ureei în formulările respective. Pe de altă parte, Regiunea cuprinsă între 1200 cm−1 și 800 cm−1 prezintă variații semnificative. Cea mai proeminentă diferență este absorbția la 975 cm−1 în BK-AU (Fig. 3). În această poziție, toate spectrele AU au un număr diferit de vârfuri în poziții diferite., Această regiune este colectarea unui număr de vârfuri provenite în principal din uree, acid uric, creatinină și fosfat de sodiu (Fig. 1 și suplimentar Fig. S2). Prin urmare, micile variații ale concentrației acestor compuși dau un profil foarte diferit în spectru.analiza componentei principale (PCA) este utilizată pentru diferențierea a trei Spectre medii de urină artificială în raport cu urina umană medie în întreaga regiune a numărului de valuri (4000-600 cm−1) (Fig. 4a). Prima componentă principală (PC1) (72,7%) și a doua componentă principală (PC2) (19.,5%) reprezintă 92% din variația totală. Graficul scorului arată că MP-AU prezintă o asemănare mai mare cu urina umană medie în comparație cu alte formulări AU atunci când se iau în considerare întregul spectru. Această analiză se aplică, de asemenea, tuturor celor trei măsurători pentru AUs și tuturor măsurătorilor de urină umană la 28 de persoane sănătoase. Comparațiile sunt prezentate în două regiuni ale spectrului IR, adică 1400-1200 cm-1 (Fig. 4B) și 1000-800 cm−1 (Fig. 4c). În ambele regiuni, MP-AU are mai mult succes în imitarea caracteristicilor spectrale ale urinei umane., În timp ce BK-AU are mai mult succes în comparație cu CT-AU în regiunea 1400-1200 cm−1, este opusul în regiunea 1000-800 cm−1. Ce benzi sau compuși reprezintă aceste diferențe sunt discutate în secțiunile următoare.

urină Umană și MP-UA comparație

Există o corespondență între spectrul de MP-UA și urină umană atunci când absorbție (gri urmă) și al doilea derivat profile (roșu urmă) sunt comparate (Fig. 5A,B). Două spectre nu sunt semnificativ diferite la nivelul 0.05 pe baza testului Mann-Whitney (Z = -1) (tabelul suplimentar S3). Regiunea dintre 1800-1400 cm-1 este aproape comună, așa cum sugerează al doilea profil derivat., Cu toate acestea, vârful la 1390 cm−1 este diferit. Absorbția (urme gri) în acest moment în MP-AU nu este la fel de mare ca în urină. Această absorbție se datorează prezenței citratului de sodiu (Fig. 1 și tabelul suplimentar S2). Deși cantitatea de citrat este valoarea medie a intervalului fiziologic, nepotrivirea poate indica o cantitate mare de citrat la voluntari. Concentrația de citrat în urină poate varia în funcție de dietă., De exemplu, in BORD (Abordari Dietetice la Stop Hypertension)-stil alimentar (bogat în legume, fructe, tot cu boabe, low-lipide alimente, pește, carne, nuci și fasole; limitat în roșu-carne, îndulcită cu zahăr de fructe, băuturi și grăsimi) cantitatea de citrat crește în urine37.vârfurile de la 1343, 1301, 1278 și 1242 cm−1 sunt aproape identice în poziție (Fig. 5B-trace gri) și în ceea ce privește raportul relativ al amplitudinilor, cu excepția faptului că vârful la 1301 cm−1 este mai puțin evident din spectrul absorbanței. MP−AU oferă cea mai bună potrivire în această regiune 1350-1200 cm-1 în comparație cu alte AUs., În regiunea 1200-1000 cm−1, în loc de vârful 1031 și 1045 cm−1 în urina umană (Fig. 5A-urme roșii), există un vârf la 1039 cm−1 în MP-AU (Fig. 5B-urme roșii). Potrivirea spectrală dintre cele două spectre din regiunea 1000-600 cm−1 este satisfăcătoare. O diferență este la poziția 928 cm-1 în spectrul de absorbție a urinei. Această bandă este situată la 922 cm−1 în MP-AU. Când se examinează al doilea profil derivat, acest vârf este considerat a fi suprapunerea a două vârfuri. Principalul contribuitor este un vârf la 929 cm−1, cu o contribuție minoră de la un alt vârf la 916 cm−1 în spectrul urinei., Cu toate acestea, în MP-AU amplitudinea absorbției de 929 cm−1 este mai mică, ceea ce schimbă poziția plicului până la 922 cm−1. Acest lucru s−ar putea datora conținutului bogat de urină umană care asigură absorbanți suplimentari la 929 cm-1 care nu sunt incluși în MP-AU.

urină umană și comparație CT-AU

Regiunea 1800-1400 cm−1 a spectrului de absorbție este foarte similară cu spectrul de urină din aceeași regiune, care este în principal corelat cu conținutul de uree (Fig. 5A,C). Spectrul CT−AU are succes și în potrivirea umărului la 1390 cm-1., Intervalul fiziologic normal pentru citrat este de 0,2-1,2 g/d31. În formularea CT-AU, cantitatea de citrat corespunde la 2 g/d (presupunând 1,5 l urinare pe zi), care este mai mare decât punctul maxim al intervalului fiziologic. Se pare că spectrul mediu de urină reflectă o cantitate mare de citrat așa cum este indicat în secțiunea anterioară. Când întreaga regiune de amprentă a spectrului CT-AU este comparată cu spectrul de urină umană folosind testul Mann-Whitney, la nivelul 0.05, două spectre sunt semnificativ diferite (Z = -13.5) (tabelul suplimentar S4).,în spectrul urinei umane, banda la 1238 cm-1 este văzută a fi localizată la 1246 cm−1 în spectrul CT-AU (Fig. 5c-urme roșii). Ceea ce rămâne neclar, totuși, este dacă cele două benzi reflectă vibrația aceluiași grup molecular sau sunt absorbții fără legătură. Urina umană are absorbții multiple în regiunea 1200-1000 cm−1. Deși majoritatea componentelor sunt comune între urină și CT-AU, există diferențe semnificative în ceea ce privește raporturile relative ale benzilor și, astfel, profilul general este diferit., Pozițiile de vârf sunt în general similare, cu excepția celei de la 1045 cm−1 în spectrul de urină, care este situat la 1050 cm−1 în CT-AU. De asemenea, vârful la 1031 cm−1 lipsește în spectrul CT-AU. Cea mai proeminentă diferență de amplitudine este la 1107 și ~1070 cm−1. O cantitate insuficientă de compuși fosfați, creatinină și acid uric ar fi putut contribui la diferența în aceste poziții. Regiunea este o suprapunere a multor grupuri vibraționale găsite în diferite formațiuni moleculare, cum ar fi lipide, proteine, glucoză și derivații săi și în acizi nucleici., Prin urmare, potrivirea unui spectru AU cu cel al urinei umane este aproape imposibilă în această regiune de 1200-1000 cm−1. O altă diferență importantă este vârful la 965 cm−1 observat în CT-AU, dar nu și în spectrul urinei umane. Nu avem suficiente date pentru a discuta cauza posibilă a acestei benzi, deoarece niciuna dintre componentele urinei pe care le-am măsurat nu absorb în această poziție. Ultimul punct în compararea CT-AU cu urina umană este absența vârfurilor de 928 și 866 cm−1 în CT-AU.,

comparația urinei umane și a BK-AU

profilul spectral general al BK-AU este, de asemenea, similar cu urina umană în multe puncte (Fig. 3). Cele mai mari trei absorbții la pozițiile 1657, 1609 și 1447 cm−1 în spectrul urinei umane se potrivesc din punct de vedere al aspectului general, dar variază ușor în poziția maximă în spectrul BK-AU (Fig. 5A, d-urme gri). Cu toate acestea, vârful la 1491 cm−1 (văzut ca un umăr pe vârful 1446 cm−1 în spectrul absorbanței) este mai pronunțat în BK-AU. Această poziție poate fi atribuită creatininei (Fig. 1 și tabelul suplimentar S2)., Cantitatea de creatinină utilizată în formularea BK-AU este în limitele fiziologice normale, deși este mai mică decât valoarea medie. De fapt, cantitatea de creatinină din formularea MP-AU este mai mare, dar absorbția la ~1490 cm−1 este mai mică. Prin urmare, un astfel de vârf pronunțat nu poate fi explicat prin cantitatea de creatinină. Pe de altă parte, am observat o creștere a amplitudinii în această poziție atunci când sulfatul de sodiu este adăugat la soluție în timpul preparării MP-AU, deși sulfatul de sodiu nu are o absorbție în această regiune. Sulfatul de magneziu nu creează acest efect., Pe baza acestei experiențe, credem că absorbția crescută la ~1490 cm−1 este legată de cantitatea de sodiu din formularea BK-au. Concentrația totală de sodiu utilizată în formularea BK-AU este dincolo de intervalul fiziologic și este maximul dintre cele trei AUs. O comparație detaliată a conținutului chimic este prezentată în secțiunea următoare.o nepotrivire a profilurilor spectrale între BK-AU și urină este observată la ~1390 cm−1 (Fig. 3). Amplitudinea în această poziție este mai mult în spectrul urinei. Acest vârf a fost atribuit citratului în secțiunile anterioare., Cu toate acestea, mulți C-H moduri de vibrație absorbi, de asemenea, în această regiune, cum ar fi simetrice deformare modul de grupare metil la 1380-1390 cm−138,39. În urina umană, există o serie de CH3 surse, împreună cu creatinine1, cum ar fi 3-Methylhistidine, acid acetic, acetonă, Alfa-Hydroxyisobutyric acid, 5-Metil-2-hexanone, etc. care contribuie la absorbția la 1390 cm-1. Lipsa unor astfel de compuși ar fi putut duce la amplitudinea mai mică la 1390 cm−1.vârful de 1345 cm−1 în spectrul urinei umane este situat la 1341 cm-1 în spectrul BK-AU (Fig. 5A, d-urme roșii)., Trupa provine în principal din uree (1331 cm−1), acid uric (1346 cm−1) și creatininei (1333 cm−1), și primește contribuție minoră de citrat de sodiu (Tabel Suplimentar S2). În formularea BK-AU, concentrația de uree se află în prima porțiune de 20% din intervalul fiziologic normal, care este destul de mică decât valoarea medie. Concentrațiile de acid uric și creatinină sunt, de asemenea, mai mici decât media, adică 13, 5% și, respectiv, 33, 5%., Diferența în poziția benzii se datorează raporturilor diferite ale acestor componente unul față de celălalt, astfel încât banda suprapusă este ușor deplasată în locație. O altă diferență în spectrul BK-AU este vârful situat la 1246 cm−1 (Fig. 5D). În spectrul urinei umane acest vârf este situat la 1238 cm−1. Din păcate, nu este clar dacă cele două benzi se datorează aceluiași grup molecular și există o schimbare în poziție sau cele două benzi provin din grupuri moleculare diferite. Același vârf este observat și în CT-AU, așa cum am subliniat mai devreme., În plus, problema în regiunea 1200-1000 cm−1 observată în CT-AU este observată și în BK-AU. Așa cum am menționat mai devreme, o potrivire perfectă în această fereastră a spectrului este aproape imposibilă datorită numărului de ingrediente necesare pentru un UA economic.cea mai mare diferență în spectrul BK-AU este absorbția relativ excesivă centrată la ~975 cm−1. Această bandă este o suprapunere a cinci componente diferite la 999, 984, 963, 945 și 909 cm−1, așa cum este evidențiat de al doilea profil derivat al spectrului., Un vârf similar este observat și în CT−AU la 965 cm-1, dar amplitudinea benzii este mult mai mică decât cea din spectrul BK-AU. În intervalul 940-1020 cm−1, bicarbonatul, hidrogenofosfatul di-sodic și ureea au absorbții (Fig. 1 și suplimentar Fig. S3). Când se adaugă spectrele individuale de absorbție ale acestor trei compuși (adăugarea spectrală), amplitudinea rezultată în regiunea corespunzătoare este mult mai mică decât cea observată în BK-AU. Aceasta dovedește formarea unui compus între constituenți.,vârful la 866 cm−1 în spectrul urinei lipsește în BK-AU, așa cum a fost cazul în CT-AU. Ultima diferență dintre cele două spectre este la 841 cm−1 în spectrul BK-AU. Acest vârf este mai pronunțat în spectrul BK-AU în raport cu spectrele CT-AU și urina umană. Aceasta se datorează în principal creatininei (842 cm−1). Sulfatul de magneziu contribuie, de asemenea, cu o linie de bază, oferind benzii poziția finală și profilul în măsura în care am observat în timpul experimentelor noastre., În BK – și CT-au, bicarbonatul absoarbe, de asemenea, la 832 cm−1, care contribuie la amplitudine, dar nu schimbă poziția vârfului 841 cm−1.

în întreaga regiune a amprentelor digitale, spectrele BK-AU și ale urinei umane sunt semnificativ diferite la nivelul de 0,05 pe baza testului Mann-Whitney (Z = -10,8) (tabelul suplimentar S5).

Compararea urinelor artificiale în ceea ce privește conținutul chimic

lista substanțelor chimice utilizate în toate cele trei au sunt în principal aceleași; cu toate acestea, concentrația fiecărei componente este diferită (tabelul suplimentar S1)., Figura 6 prezintă cantitatea fiecărei componente în raport cu intervalul fiziologic normal31. MP-AU cuprinde treisprezece componente, fiecare la nivelul de 50%, care este media intervalului fiziologic normal. O valoare negativă în figură reprezintă o cantitate insuficientă de substanță chimică corespunzătoare. Compoziția chimică a formulării CT-AU prezintă deficiențe. În primul rând, cantitatea de citrat depășește intervalul normal (~125%). În aceeași ordine de idei, cantitatea de calciu și clorură sunt mai mari decât valorile medii, respectiv 90% și 64%., În timp ce creatinina și fosfatul sunt insuficiente, cantitatea de uree, acid uric, amoniu, magneziu și sulfat este aproape de valorile minime ale intervalelor normale. În formularea BK-AU, cantitatea de sodiu, calciu și clorură este mai mare decât valorile medii, respectiv 87%, 75% și 76%. Pe de altă parte, ureea, acidul uric, potasiul, magneziul, sulfatul și fosfatul sunt destul de mici decât media intervalului fiziologic normal. Deși acești compuși sunt încă în limitele normale pentru un om sănătos, cantitatea de oxalat este insuficientă.,