Farmakokinetiska zinkparametrar vid bestämning av kroppens zinkstatus hos barn europeisk tidskrift för klinisk näring

Farmakokinetiska zinkparametrar vid bestämning av kroppens zinkstatus hos barn europeisk tidskrift för klinisk näring

Anonim

ämnen

  • Kosttillskott
  • Pediatrik
  • farmakokinetik

Abstrakt

Bakgrund / Mål:

Zinkkoncentrationer i serum eller vävnad används ofta för att bedöma kroppens zinkstatus. Alla dessa metoder är emellertid relativt felaktiga. Således undersökte vi tre olika kinetiska metoder för bestämning av zinkavstånd för att fastställa vilka av dessa som kan upptäcka små förändringar i kroppens zinkstatus.

Ämnen / metoder:

Fyrtio till synes friska barn studerades. Renal hantering av zink undersöktes under intravenös zinkadministration (0, 06537 mg Zn / kg kroppsvikt), både före och efter oral zinktillskott (5 mg Zn / dag under 3 månader). Tre kinetiska metoder användes för att bestämma zink-clearance: CZn-formel A och CZn-formel B användes båda för att beräkna systemisk clearance; den första är en allmän formel och den andra används för den specifika analysen av en enfacksmodell; CZn-formel C används ofta i medicinska metoder för att analysera kinetisk rutin.

Resultat:

Basala serumzinkvärden, som låg inom referensintervallet för friska barn, ökade signifikant efter oral zinktillskott. De tre formlerna som användes gav olika resultat för zink-clearance både före och efter oral zink-tillskott. CZn-formel B uppvisade en positiv korrelation med basal serumzinkkoncentration efter oral tillskott (R2 = 0, 1172, P = 0, 0306). Dessutom var CZn-formel B ( P = 0, 0002) mer effektiv än CZn-formel A ( P = 0, 6028) och CZn-formel C ( P = 0, 0732) för att detektera små variationer i kroppens zinkstatus.

Slutsatser:

Alla tre formlerna som används är lämpliga för att studera zinkkinetik; emellertid är CZn-formel B särskilt effektiv för att upptäcka små förändringar i kroppens zinkstatus hos friska barn.

Introduktion

Zink är ett mikronäringsämne som är avgörande för människors hälsa. Det har strukturella och biokemiska funktioner på både cellulär och subcellulär nivå; dessa inkluderar fungerar som en katalysator för mer än 300 enzymer. Zink har en roll i DNA- och RNA-syntes och nedbrytning, proteinsyntes, cellmedierad immunitet, celltillväxt och differentiering och genuttryck. 1 Zinkbrist orsakas vanligtvis av otillräckligt intag eller absorption, ökad utsöndring eller ökade dagliga behov. 2

Zinkkoncentration i serum är inte ett tillförlitligt index för diagnos av marginell zinkbrist. Mängden zink i serum representerar endast en liten bråkdel av total zink i kroppen och kan tillfälligt förändras av faktorer som nyligen föda intag eller muskelkatabolism. Trots dessa begränsningar förblir emellertid serumkoncentrationen den mest använda biokemiska markören för att bedöma zinkstatus i populationen. 3, 4 Det har nyligen föreslagits att zinkkinetik 5, 6, 7 och molekylära markörer 4 kan visa sig vara mer effektiva för diagnosen marginell zinkbrist. Även om allvarlig primär zinkbrist är oerhört ovanligt över hela världen, är marginell brist mycket vanligare. 8, 9

Uttrycket "zinkclearance" indikerar volymen av serum eller plasma från vilken zink avlägsnas fullständigt per tidsenhet. Clearance är en av de viktigaste underliggande faktorerna bakom åldersberoendet hos farmakokinetiska profiler. 10 Nakamura et al. 5 rapporterade om ett samband mellan zinkclearance och plasma zinkkoncentration. Andra studier jämförde därefter förhållandet mellan zinkröjning och serumzink hos barn med kort statur och vid normala höjdkontroller och rapporterade att zinkavstånd var ett känsligt mått på zinkstatus i kroppen. 6, 11, 12

Justering av utsöndring av njurzink är en sekundär homeostatisk mekanism som sker med extremt låga eller höga intag av zink akut, eller med långvarigt marginalt intag. Regleringen av urinutsöndring av zink förstås dåligt. En möjlig mekanism är en justering av renal rörformig transport. 13 Det har rapporterats att ökningar av urinutsöndring av zink, zinkclearance och zinkclearance / kreatininclearance indikerar hyperzinkuri hos diabetespatienter, även om tubulära reabsorptionsvärden inte visade någon signifikant biologisk variation mellan diabetespatienter och kontroller. 14, 15

Avsaknaden av en pålitlig, lyhörd och specifik indikator på zinkstatus hindrar diagnosen marginell zinkbrist. Zinkkinetik kan vara ett effektivt verktyg för detta ändamål. I denna studie bedömer vi zinkclearance hos friska barn som använder tre olika zinkkinetiska formler för att fastställa vilken formel som bäst kan upptäcka små förändringar i kroppens zinkstatus.

Ämnen och metoder

ämnen

Vår studiepopulation bestod av 45 prepubertala barn av båda könen, i åldern 6 till 9 år, som valdes ut från tre kommunala skolor i staden Natal, Brasilien med en metod för att inte ta sannolikhet. Skriftligt medgivande erhölls från alla föräldrar eller vårdnadshavare. Studieprotokollet (nr 542/11) godkändes av Etikkommittén för forskningskommittén för Onofre Lopes universitetssjukhus vid Federal University of Rio Grande do Norte (Natal, Brasilien).

Kriterier för inkludering och uteslutning

Endast tydligt friska barn i Tannerstadium I (för köns-, bröst- och könshårväxt) inkluderades i studien. Vi uteslutte de med tidig pubarche, thelarche eller menarche, infektionssjukdomar eller inflammatoriska sjukdomar, någon historia av kirurgi och de som använde något vitamin- eller mineraltillskott eller var ovilliga att delta i studien.

Experimentell design

Njurhantering av zink undersöktes under venös zinkadministration både före och efter tre månader med oral zinktillskott (figur 1). Vikt, höjd och åldersdata samlades in. Serumkoncentrationer av zink (SZn) och kreatinin (SCr) och urinzink (UZn) och kreatinin (UCr) bestämdes också.

Experimentell design.

Bild i full storlek

Oralt zinktillskott

Barnen fick oral tillskott med 5 mg Zn / dag i 3 månader. Zink tillhandahölls i form av en sulfathepahydrat (ZnSO 4, 7 H20, Merck, Darmstadt, Tyskland) sirap, som framställdes vid det farmakotekniska laboratoriet vid avdelningen för apotek, UFRN. Varje droppe innehöll 1 mg elementärt zink. Fem droppar av sirapen sattes till deltagarnas dryck vid frukosten varje dag. Intaget övervakades varannan vecka av samma observatör för att bedöma efterlevnaden av protokollet och för att övervaka eventuella negativa effekter.

Venös zinkadministration

Zink-clearance-testet initierades klockan 7, efter en 12-timmars snabbhet och avslutades klockan 10. Varje barn förblev i dorsal decubitus position under proceduren. En antecubital underarmven punkterades och saltlösning (zinkfri) infunderades med 40 ml / h under hela testet. En bolus på 0, 06537 mg Zn / kg kroppsvikt (1 umol ZnSO 4, 7 H20) injicerades vid tiden 0 minuter. Varje 5 ml ampull innehöll 40 μmol ZnSO 4, 7 H2O. Dessa framställdes vid Injektionscentret - Hantering av injektionsmaterial, Ribeirão Preto, Brasilien. Blodprover uppsamlades vid 0 (före zinkadministrering), 30, 60, 90 och 120 minuter efter zinkadministrering, såsom visas i figur 2. Polypropylenplastsprutor användes för alla bloduppsamlingar.

Protokoll för utvärdering av zinkröjning hos barn i åldern 6 och 9 år.

Bild i full storlek

Renal hantering av zink

Alla deltagare tappade innan testet påbörjades (före klockan 7) och urinen kasserades. Fyra milliliter ultrapure vatten per kg kroppsvikt (Milli-Q Plus, Millipore, Billerica, MA, USA) intogs i mitten av testet för att underlätta efterföljande urinsamling (figur 2). Urinprover samlades i slutet av testet för mätning av zink- och kreatininkoncentrationer.

Kinetiska formler

De kinetiska parametrarna för zink-clearance beräknades med användning av följande formler:

1. CZn-formel A. Den systemiska clearanceberäkningen (1) baserades på det trapezformade området under kurvan (AUC) och tillämpades huvudsakligen på iv-data. Vi använde eliminations- och distributionsfaser: 16

var,

CZn = zinkavstånd,

F = fraktion av absorberad dos (F = 1 för iv),

D = dosmängd,

AUC (∞) = total AUC beräknad genom att kombinera AUC (0-t) med ett extrapolerat värde. AUC (∞) = AUC (0-t) + C n / λ , C n representerar Y-skärningen och λ eliminationshastighetskonstanten.

2. CZn-formel B. Total kroppszinkavstånd (2) beräknades med användning av följande ekvation: 17

var,

K el = elimineringskonstant för zink i serum,

V d = fördelningsvolym.

K el (3), Vd (4) och ΔCo (5) beräknades enligt följande:

där, ΔCo = skillnad mellan Cp och Co ; Cp = teoretisk serumkoncentration omedelbart efter zinkinjektion, beräknat utifrån serumkoncentrationen mot tidsprofilen; C = basal serumkoncentration; T 1/2 = biologisk halveringstid för serumzink beräknat direkt från serumkoncentrationen mot tidsprofil; dos iv = mängd zink som administreras intravenöst.

3. CZn-formel C. Renal zink-clearance (6), beräknades enligt följande: 18

var,

UZn = zink i urin (μg / ml),

V = urinflödeshastighet (ml / min),

SZn = serumzink (μg / ml).

Vi bestämde också renal clearance av kreatinin (7) och tubulär reabsorption (8) av zink, som beräknades enligt följande: 18

var,

Ccr = kreatininclearance,

Ucr = urinkreatinin (mg / ml),

V = urinflödeshastighet (ml / min),

Scr = serumkreatinin (mg%).

var,

TRZn = tubulär reabsorption av zink,

GFR = glomerulär filtreringshastighet (ml / min),

SZn = serumzink (μg / ml),

UZn = zink i urin (μg / ml),

V = urinflödeshastighet (ml / min),

m 2 = kroppens ytarea.

Biologiska material

Blodprover för zinkanalyser uppsamlades i Becton Dickinson-rör (Franklin Lakes, NJ, USA), och blodprover för biokemiska analyser samlades i Vacuette Z-serum-koagelaktivatorrör (Greiner Bio-One, Monroe, NC, USA). Zinkprover lagrades i en rostfritt stålinkubator (502; Fanem, São Paulo, Brasilien) lämplig för metall. Urinprover samlades i metallfria plastscylindrar och fat (Nalgon, Itupeva, São Paulo, Brasilien). Saltlösningar (metallfria) förvärvades från Gaspar Viana S / A (Fortaleza, Brasilien) och polypropenplastsprutor från BD (Hercules, CA, USA). Plastspetsar och rör (metallfria) erhölls från Bio-Rad Laboratories (Hercules, CA, USA).

Provsamling och analyser

Blodprover samlades in genom att punktera en underarm utan en turnering. Hemolytiska prover kastades, eftersom erytrocyter är rika på zink. 19 zinkprover lagrades i 2 timmar vid 37 ° C i en inkubator för metaller för att möjliggöra koagulering och serumseparation. Serum- och urinprover frystes och lagrades vid -20 ° C fram till analys. Serum och urinzink mättes med användning av en atomabsorptionsspektrofotometer (SpectrAA-200, Varian, Melbourne, VIC, Australien) enligt tillverkarens instruktioner. Känsligheten var 0, 01 μg / ml, intra-analysens variationskoefficient var 2, 37% och referensvärdena var 70–110 mg / dl. 9 Serum- och urinkreatininkoncentrationer bestämdes med kliniska standardlaboratoriska metoder med användning av en halvautomatisk analysator (RA-50, Bayer Diagnostics, Dublin, Irland). Alla procedurer relaterade till hantering av zinkprover utfördes enligt internationella standarder. 3

Statistisk analys

Statistiska analyser utfördes med användning av GraphPad Prism 6.0. Dataens normalitet bedömdes med Shapiro-Wilk-testet. Skillnader i serumzinknivåer före och efter komplettering bedömdes med hjälp av Studentens t- test för parade data. Linjär regression och Pearssons korrelationskoefficienter användes för att analysera sambandet mellan serumzinkkoncentration och zink clearance. Upprepad mätningsanalys av varians användes för att jämföra upprepade mätningar av de tre clearancevärden erhållna från varje individ. P <0, 05 ansågs vara signifikant.

Resultat

Fem barn drog sig tillbaka under studien och 40 barn slutförde hela studien. Basala serumkoncentrationer (1, 02 ± 0, 01 μg / ml) fanns inom referensområdet för friska försökspersoner (0, 7–1, 1 μg / ml). Efter oral zinktillskott ökade dessa värden till 1, 22 ± 0, 03 μg / ml, P <0, 0001. Serumzink ökade också vid 30, 60, 90 och 120 min efter intravenös zinkadministrering; emellertid fanns det inga signifikanta skillnader mellan värdena vid varje tidpunkt före och efter oral zinktillskott (figur 3).

Zinkkoncentrationer (medelvärde ± sem) efter oral och intravenös zinkadministration. ( a ) Baskoncentrationerna ökades signifikant efter oral zinktillskott ( P <0, 0001). ( b ) Det fanns inga skillnader mellan zinkkoncentrationer före och efter oral tillskott efter 30, 60, 90 och 120 min efter intravenös administrering (cxd = P = 0, 0679; e × f = P = 0, 0570; g × h = P = 0, 0749; och ixj = P = 0, 1933).

Bild i full storlek

Median clearance-värden före oral zinktillskott var 4, 23, 5, 20 och 0, 45 ml / kg / h, beräknat med CZn-formel A, CZn-formel B respektive CZn-formel C, samma samma clearancevärden var 4, 24, 5, 93 och 0, 51 ml / kg / h efter oral zinktillskott. Det fanns signifikanta skillnader mellan resultaten från de tre clearance-beräkningarna både före och efter oral zinktillskott ( P <0, 0001). CZn-formel C gav de lägsta clearancevärdena vid båda bedömningspunkterna (figur 4).

Zink-clearance-värden som observerats före ( a ) och efter ( b ) oral zinktillskott, vilket visar en signifikant skillnad mellan de tre beräkningsformlerna. Värdena uttrycks som median, maximum och minimum. Formel A anger den systemiska clearanceberäkningen och baserades på den trapezoidala AUC. Det applicerades på intravenös data. Formel B indikerar total kroppszink-clearance och baserades på elimineringskonstanten för serumzink och fördelningsvolym som en avdelningsmodell. Formel C indikerar renal zink clearance och baserades på resultatet av urinzink, urinflödeshastighet och serumzink.

Bild i full storlek

Det fanns ett positivt samband mellan zinkavståndet före och efter oral zinkuppbyggnad (figur 5).

Korrelationsanalyser av zinkbehandling före och efter oral zinktillskott (OZnS). Alla beräkningsmetoder ( a ) CZn-formel A, ( b ) CZn-formel B och ( c ) CZn-formel C uppvisade en signifikant positiv korrelation mellan zinkclearance före och efter 3 månaders oral tillskott. ( d ) CZn-formel B uppvisade en positiv korrelation med serumzinkkoncentration (SZn) efter oral zinktillskott (OZnS). Clearancevärden uttrycks som ml / kg / h.

Bild i full storlek

De enda clearance-värdena som var positivt korrelerade med serum-zinkkoncentrationer efter oral zinktillskott var de som beräknades med CZn-formel B (figur 4). Således var CZn-formel B mer effektiv för att detektera små förändringar i kroppens zinkstatus, P <0, 0002 (figur 6). Emellertid var zink tubulär reabsorption (TRZn) nästan 100% hos alla barn, både före (99, 84 ± 0, 09%) och efter (99, 81 ± 0, 08%) oral zinktillskott.

Zink-clearance-värden före och efter 3 månaders oral zink-tillskott (OZnS). En detekterbar skillnad i zinkavstånd före och efter komplettering detekterades endast med ( b ) CZn-formel B. Det fanns inga signifikanta skillnader i clearancevärden beräknade med ( a ) CZn-formel A och ( c ) CZn-formel C. Värden uttrycks som median, maximum och minimum.

Bild i full storlek

Diskussion

Kliniska parametrar och laboratorietester är endast användbara för att upptäcka allvarliga zinkbrister. Zinkkoncentrationerna i plasma, serum, erytrocyter, blodplättar, leukocyter, hår, svett, urin och metalloenzymer har alla använts för att bedöma kroppens zinkstatus. 3 Ingen av dessa har emellertid accepterats allmänt som ett mått på kroppens zinkstatus, vilket hindrar tillförlitlig upptäckt av marginell zinkbrist. 20 Vissa rapporter i litteraturen antyder att zinkkinetik kan vara en pålitlig indikator på total zinkstatus.

I denna studie var oralt zinktillskott initialt effektivt vid signifikant ökning av basala serumkoncentrationer. Liknande resultat har tidigare rapporterats av vår grupp och av andra forskare. 6, 14, 15 För att bedöma kroppens zinkstatus använde vi ett unikt kinetiskt tillvägagångssätt som kombinerar intravenös och oral zinktillskott. Alla värden erhållna från våra tre olika clearance-beräkningar var <20 ml / kg / h, vilket tyder på att det inte fanns någon marginell zinkbrist hos de barn som deltog i denna studie. Förhöjda zinknivåer har rapporterats hos barn med Crohns sjukdom, diabetes mellitus och kort statur. 5, 12, 21 Clearancevärdena som vi erhöll avslöjade interindividuella skillnader i resultaten som erhölls före och efter oral zinktillskott. De högsta clearance-värdena beräknades med användning av CZn-formel B och de lägsta clearance-värdena beräknades med användning av CZn-formel C (figur 4). Denna senare kinetiska metod kräver en perfekt njurfunktion, eftersom zinken filtreras av glomeruli, utsöndras av den proximala tubuli och absorberas av den distala tubuli. Det som överskrider njurtröskeln samlas i uppsamlingsrören. Oavsett beräkningsmetod korrelerades zinkclearance före och efter oral zinktillskott positivt (figur 5). Så vitt vi vet har ingen hittills publicerats några studier som undersöker kinetiken för zinkclearance med flera beräkningsmetoder. CZn-formel B korrelerades positivt med basal serumzinkkoncentration efter oral zinktillskott (figur 5).

Däremot har en negativ korrelation mellan serumzinkkoncentrationer och zink clearancevärden tidigare rapporterats hos barn med kort status. 12 Figur 6 visar att kinetisk formel B bättre skiljer den lilla skillnaden i serumzinkkoncentration före och efter oral tillskott än de andra kinetiska formlerna ( P <0, 0002) och det kommer att vara användbart för barn med viss patologi.

Att förstå zink clearance är avgörande för att bestämma njurfunktion och tubulär reabsorption. I vår studie var TRZn normal både före (99, 84 ± 0, 09%) och efter (99, 81 ± 0, 08%) oral zinktillskott. Med andra ord, barnen i vår studie uppvisade förändrad zinkavstånd utan någon förändring i glomerulär eller rörformig funktion. Liknande resultat har rapporterats hos både prepubertala barn och vuxna. 6, 14, 15 Zinkbrist orsakar en minskning av antalet nefroner och glomeruli, såväl som i renal blodflöde. 22 Således kan zink ha en roll i att bevara njurfunktionen. Zinkbrist kan bero på ett antal faktorer: (i) otillräckligt intag eller absorption, (ii) förlust av zink, främst genom urin och (iii) ökade dagliga behov. 2 Urinkzinkförlust inträffar endast när koncentrationerna överskrider tröskeln för tubulär reabsorption, men mekanismen är fortfarande inte väl förstått. 13 Utskillnad av zink i urin och renal zink clearance ökade efter zinkinjektion eller oral zinkbelastning hos normala individer och typ I-diabetespatienter. 14, 15 Zinc-clearance har visat sig vara effektivt för att upptäcka förändringar i zinkstatus hos patienter med Berardinelli – Seip-syndrom, vilket indikerar att dessa patienter har marginell zinkbrist. 7

Den huvudsakliga begränsningen för denna studie var dess relativt små provstorlek. Att utföra båda clearance-testen inom 3 månader hos friska barn yngre än 9 år är dock en svår uppgift. Dessutom är testet något invasivt. Ändå var graden av efterlevnad tillfredsställande, med tanke på att endast fem barn inte slutförde studien. Eftersom vårt prov inte var sannolikt behövs andra studier med en mer representativ population.

Sammanfattningsvis var alla tre godkännandeformler som vi använde lämpliga för att bedöma zinkstatus hos friska barn. Emellertid var CZn-formel B bättre i stånd att upptäcka små förändringar i kroppens zinkstatus än de andra formlerna. Dessa resultat antyder att CZn-formel B kan vara användbar för att undersöka marginell zinkbrist hos undernärda barn och hos de med diabetes mellitus eller kort statur.