摘要
生物标志物提供在活的有机体内需要对囊性纤维化(CF)肺疾病的基本要素进行定量分析。我们进行了一项研究,以确定一个小的放射性亲水分子(铟-111 (In-)DTPA)在CF气道中的吸收是否会增加。DTPA清除率以前曾被用于评估上皮通透性,也可能有助于定量液体吸收。
DTPA的吸收清除率使用一种新型气溶胶技术在10 CF和11名对照受试者定量。受试者吸入含有不可吸收的锝-99m硫胶体(TC-SC)的颗粒和有In-DTPA的气溶胶。从肺TC-SC间隙专门粘膜纤毛,而在-DTPA被吸收和粘液纤毛清除清除。在In-DTPA和TC-SC清除率估计在,DTPA吸收之间的差异。
囊肿性纤维化和非囊肿性纤维化肺的中心和周围区域的Tc-SC(粘液纤毛)清除率相似。两肺区dtpa总清除率均升高。CF中以气道为主的中央肺区肺内dtpa清除的吸收成分增加(42%·h)-1与32%·H-1,p = 0.03).
CF气道对in - dtpa的吸收增加。需要进一步的研究来了解体液吸收、炎症等可能影响上皮通透性和DTPA吸收的相关机制。
囊性纤维化(CF)肺疾病的研究需要新的生物标志物1。Conventional end-points, such as rate of decline in forced expiratory volume in 1 s (FEV1),需要延长的试验和大样本以证明治疗功效。鉴于少数CF患者,初步疗效研究是成本过高,突出快速结果的措施,如生物标志物的需要。理想情况下,这样的生物标志物将提供一个定量的窗口CF病理生理学的最基本的环节,允许之前,大规模的临床试验疗法的开发和评估。CF肺病的基本缺陷发生在将CF跨膜传导调节和上皮钠通道功能障碍被认为是创建跨越上皮导致过多的液体吸收的离子梯度气道2-7。这会导致呼吸道表面液体层脱水,粘液纤毛清除缺陷,增加感染和炎症的倾向。
气溶胶为基础的方法已被发展来测量肺粘液纤毛清除,并用于证明吸入渗透疗法的疗效8-10。我们开发了一种气溶胶技术来测量黏液纤毛清除和亲水小分子(DTPA)在整个、中心和周围肺区域的吸收清除。
我们假设DTPA的吸收间隙将发生在基于几个潜在的缴费机制CF气道率增加。促炎性细胞因子已被证明能增加气道紧密连接渗透性,潜在地导致与炎症增加DTPA吸收率11。上皮损伤和剥蚀已显示直接增加DTPA吸收12。最后,跨越引起渗透梯度上皮散装液体焊剂已经显示出改变DTPA吸收速率13。据推测,这发生通过影响DTPA的可在对细胞旁吸收上皮表面的量的溶剂拖曳机构。体积添加后的液体吸收过多已得到很好的描述体外CF气道模型14,15并可能有助于增加气溶胶体积后CF气道中DTPA的吸收率。气道中DTPA吸收的测量可能有助于检测渗透疗法或通道调节疗法成功治疗后液体吸收的急性变化。如果纵向应用相同的生物标志物,可能有助于量化抗炎治疗或愈合上皮的上皮通透性降低。
材料和方法
In this pilot study, we compared measurements of mucociliary clearance and DTPA absorptive clearance in whole, central and peripheral lung zones of 10 CF subjects and 11 healthy controls using a dual isotope technique.
气溶胶交付
主题were enrolled in two sequential groups (n = 11: six controls, five CF; n = 10: five controls, five CF). Both groups inhaled the test aerosols, which contained technetium-99m sulfur colloid (Tc-SC) and Indium-111 (In-)DTPA in normal saline from a Whisper-Jet nebuliser (Vital Signs Colorado, Inc., Englewood, CO, USA) driven by 8 L·min-1氧。Group 1 inhaled for 8 min without delivery controls. Group 2 inhaled for 4 min using visual feedback to control inhalation flow rate (0.5 L·s-1)和声音反馈,从而保证了一套呼吸模式。这种变化在递送技术是为了提高-受试者给药间的均匀性。呼吸模式意图提供中枢和外周肺给药。主题气溶胶在分娩过程中就座。在气溶胶传递更多细节包括在方法的补充,如网上补充材料的一部分提供。
成像和图像分析
主题were imaged continuously for 60 min after aerosol delivery while lying recumbent. Independent windows (based on photon energy level) were used to depict the clearance of Tc-99m and In-111. Counts from the clearance images were corrected for decay time, background and isotope spillover, and fit to single exponential curves. These curves were evaluated at 60 min and those values reported. (Details are included in the online supplementary material.) As In-DTPA can be cleared from the lung by both absorption and mucociliary clearance mechanisms, the absorptive clearance rate was defined as the difference between 60-min clearance rates of In-DTPA and Tc-SC.
氙-133平衡的图像被用来定义肺轮廓。只有右肺被用来避免从胃的干扰。使用后的图像。全肺区域用肺形轮廓限定,而中央的清除率的矩形区域内的测得的二分之一的高度和含有全肺概要的矩形的一半的宽度。周边区是整个和中央肺区域之间的差异。
我们估计,与气溶胶释放和氙吸入相关的辐射暴露约为68毫雷姆(0.68毫希沃特),即有效剂量当量。
统计方法
锝-SC,在-DTPA总和In-DTPA吸收间隙的测量是通过在CF区和非参数使用(曼 - 惠特尼)试验对照组相比。进行了一系列独立的线性回归比较气雾剂剂量,并与清除率分布的测量,以确定是否在气雾剂递送技术或正常受试者给药间变化的差异可能影响研究结果。在每个区域中各同位素的沉积计数包含在与中央/周边剂量比率都在-DTPA与Tc-SC(C / P IN和C / P TC)沿着该分析。
结果
学科特点
测试组1和2合并进行初步分析。二级学科(一个CF,一个控制)被确定为与全肺的Tc-SC清除率超过两个明显的异常值SDs以上的平均的组中:分别为25%和32%,与平均±SDof 10±7% in the CF group and 9±9% in the control group (n = 21). These outliers were excluded from further analyses. Subject data are presented in table 1⇓(n = 19). The CF subjects exhibited well-maintained pulmonary function, as summarised in table 2⇓与有关用药史等可能相关的临床信息。The ratios of central/peripheral aerosol deposition are also included in table 1⇓。No significant differences in these ratios were observed when comparing CF and control subjects (c/p Tc: p = 0.62, c/p In: p = 0.41; Mann–Whitney). Values of c/p In were slightly increased compared with c/p Tc in 15 out of 19 subjects (p = 0.004, Wilcoxon signed-rank test).
CF的整个区和中心区吸收清除率均升高
The absorptive component of In-DTPA clearance, defined as the In-DTPA clearance rate minus the Tc-SC clearance rate, was significantly increased in CF in whole and central zones, as shown in table 3⇑和figure 3⇓。There was a trend towards increased absorptive clearance in the peripheral zones in CF, but the difference was not statistically significant (p = 0.14).
异常值的影响
纳入这两个异常值并不影响以前报告的任何趋势,但确实降低了总体统计显著性。纳入离群值时(n = 21),均值±SD全肺dtpa清除率为55±14%·h-1在CF与45±8%·h-1in controls (p = 0.09). Mean central lung In-DTPA clearance was 55±16%·h-1在CF与44·h±10%-1对照组(p = 0.07),平均周围肺内dtpa清除率为55±13%·h-1在CF与46±9%·H-1in controls (p = 0.08). The mean whole lung absorptive clearance rate was 45±15%·h-1在CF与36±8%·h-1in controls (p = 0.09). Mean central lung absorptive clearance was 39±15%·h-1在CF与30±9%·h-1in controls (p = 0.07), and the mean peripheral lung absorptive clearance rate was 47±15%·h-1在CF与40±8%·H-1in controls (p = 0.23).
线性回归模型来确定计量变异的影响
使用线性回归来确定由气溶胶释放技术引起的沉积剂量差异或正常受试者之间的差异是否可能影响清除的测量。Tc-SC清除率与任何剂量变量之间无显著相关性。c/p剂量比不能预测indtpa或Tc-SC清除率。in - dtpa的沉积剂量显著预测了各区域的吸收清除率和整个区域及周边区域的总in - dtpa清除率。吸收清除率与indtpa剂量呈负相关,高剂量每小时清除率较慢。与采用线性回归模型的对照组相比,CF组的中央肺吸收间隙显著增加,该模型包括了沉积在dtpa中的剂量的影响(p = 0.05)。
讨论
粘液纤毛清除功能起着肺部提供沉积的颗粒和病原体的快速机械间隙的重要宿主防御的作用。在目前的研究中,在CF受试者检测黏液纤毛清除率没有赤字。唐纳森等。9显示24小时内CF清除率下降,而60分钟内未检测到。两项研究均包括肺功能完好的CF组。这些研究表明,在更健康的CF受试者组中,粘液纤毛清除的基线缺陷可能无法检测到,至少60分钟的测量无法检测到。
相反,在-DTPA清除率显著在CF中的所有肺野增加。It was notably rapid, with 56% of deposited material being cleared within 1 h in CF and 44% in the controls. This clearance includes both mucociliary and absorptive components which can be differentiated through our technique. Absorption was the dominant component, comprising 86% of total whole lung clearance in CF and 84% in controls. Absorptive clearance was significantly increased in the airway-dominated central lung zones in CF and also in the whole lung zones.
全肺DTPA吸收曾被用作肺泡上皮通透性的测量指标16-19。在CF气道中,与感染和炎症相关的上皮损伤和紧密连接通透性增加可能会增加基线通透性11,12。DTPA是一种小的亲水分子,它很可能停留在水溶液中,并与气道中的流体通量平行移动。在活的有机体内动物数据支持DTPA是流体通量标记的观点。当分别用低渗或高渗液体(生理盐水或甘露醇)清洗气道腔时,分离气管对DTPA的吸收加速或减慢13。许多研究已经在CF气道表现出过度的气道表面液体的吸收14,15,并且与相关联的气雾剂的液体的吸收过多可为在CF患者注意到DTPA吸收的增加速率的机制。
从我们的临床试验研究的数据不允许我们区分液体吸收效果与与上皮通透性相关联的效果。在呼吸道DTPA吸收的测量可以是用于检测在液体吸收两者立即改变有用的,因为可能会渗透或通道调节疗法,并在上皮通透性较长期的变化处理后发现为可能后抗炎中找到治疗或愈合上皮。长期影响将在逻辑上需要纵向的测量。这两个申请的需要与响应于已知的治疗的下一个逻辑步骤的存在的评估进一步研究。
在气溶胶沉积图案的差异已被证明影响粘液纤毛清除的测量8。在本研究中,使用了两种不同的气溶胶递送技术(包括在如在线补充材料的一部分提供的方法的细节)。在任何研究剂量可变性的一定量的可以预期的,并且与肺部疾病和对照,比较的对象时真正的剂量匹配更不可能。在给药的差异可以通过一系列的考虑每个肺区各同位素的放射性计数变量被准确地描绘的,和这些剂量在中央的比与外围区域。使用线性回归模型为我们提供了确定和校正在气溶胶沉积的差异的装置,最终使我们能够通过不同的技术接收所述气溶胶受试者基团结合。这些回归模型表现出了重要的反比关系沉积之间的In-DTPA剂量和吸收率。更高剂量的沉积的In-DTPA的导致在所有区域中每小时吸收清除率成比例地更慢百分比,令人惊讶地指示用于甚至跨越肺外周的大表面积DTPA传输容量有限。校正计量的影响后,在中央型肺癌吸收间隙显著增加在CF受试者仍然指出。
我们的技术的一个限制是我们无法真正偏析肺泡和气道区。从中央区的结果无疑是肺泡组织覆盖呼吸道的影响。然而,中枢和外周区域的比较是仍然用于证明气道的相对影响是有用的。在我们的分析中使用的中枢和外周区的比较表明预期的效果。粘液纤毛清除功能的中心区是高2-3倍,而吸收间隙在周边区域显著上升,使一些迹象表明,我们的指定区域在解剖学上是不同的。另一项研究限制是它从该分析基于全肺粘液纤毛清除测量该均> 2除去2个异常值的存在 SD高于这个组的平均值。我们相信技术相关的问题(即误计数食道物质)一定产生了错误的结果,虽然这不能完全确定,这些异常值可能表明在更大的人群中会发现更高水平的变异。
本研究证实了CF气道的一种基本生理差异,这种差异在宏观上易于测量,在肺功能维持良好的受试者中表现明显,可能与CF肺病的基本缺陷有关。气道上皮通透性增加可能是CF患者吸收率增加的原因之一。液体过度吸收也可能在很大程度上起作用。我们相信我们的气溶胶技术可以进一步发展成为一种生物标志物,以独立地量化这两种机制中的任何一种,从而在现有指标之前提供治疗效果的指示。重要的是,这些研究可以在低至最小的辐射照射下进行,使多次测量和在儿科人群中应用成为可能。
支持声明
本研究由NIH K25HL081533和P30DK072506以及囊性纤维化基金会研究发展项目资助。
临床试验
本研究是在ClinicalTrials.gov的注册临床试验(NCT00248755和NCT00541190)。
利益声明
无declared.None声明。
致谢
笔者想感谢D.罗兰兹他的手稿的认真审阅。
脚注
这篇文章有补充材料可从www.www.qdcxjkg.com
- 收到了2009年4月8日。
- 公认2009年8月17日。
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