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核磁共振分析之间的EBC歧视哮喘和慢性阻塞性肺病,这可能帮助医生鉴别诊断http://ow.ly/cNGI30hWYAE
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哮喘和慢性阻塞性肺疾病(COPD)是异构疾病病理负担和医疗成本高(1- - - - - -3]。在门诊的临床实践中,准确的鉴别诊断通常是非常困难的,尤其是在成人吸烟者,需要特定的肺功能测试(4,5]。核磁共振(NMR)的代谢组学以来呼出的气息凝结(EBC)歧视成人慢性阻塞性肺病(6- - - - - -8)或哮喘(9从健康受试者),我们假设,它也能够区分哮喘和慢性阻塞性肺病患者不同的清规戒律。
Maugeri伦理委员会批准后,我们招募了前瞻性的新诊断哮喘患者(n = 31)和慢性阻塞性肺病(n = 44)根据当前全球倡议哮喘和慢性阻塞性肺疾病的全球倡议的指导方针。哮喘患者6和9名慢性阻塞性肺病患者被排除在外,因为相关的并发症,可能会影响分析(九冠状动脉和心脏瓣膜病的存在,五为糖尿病的存在,一个用于甲状腺功能减退)。此外,EBC样本来自五个哮喘和三个COPD受试者技术不适合核磁共振分析。最后20哮喘和32 COPD受试者用于构建统计模型的引用(表1)。因为没有先天的分析是可能的,我们只能评估样本容量的充分性后验,估计样本量17±3哮喘和COPD患者23±3。第二个群体也报名参加了一个外部盲目验证由13 20哮喘和慢性阻塞性肺病患者。
EBC收集是实现TURBO-DECCS冷凝器(救护直升机,Pilastrello,意大利)报道10]。核磁共振光谱被记录在27°C在随机顺序排列的600 - mhz力量Avance-III光谱仪(力量BioSpin GmbH, Rheinstetten,德国)配备了冷冻器使用标准的实验。代谢物被诉诸二维实验确定。天,天,技术可重复性和检出限进行了评估报告(7,9]。
质子核磁共振光谱自动数据减少到390积分段(“桶”),每个0.02 ppm,使用力量AMIX 3.6软件包。无监督主成分分析(PCA)首次应用。然而,更好地识别聚类中,我们使用正交投影判别分析潜在的结构(OPLS-DA),获得的模型显示,改进的预测和解释能力,在排列测试(n = 300)没有显示overfit。质量评估模型通过拟合优度(R2)和goodness-of-prediction (Q2)参数11]。使用相应的正常化的水桶代谢物量化了。代谢物统计学意义由参数决定(t)或非参数(曼−惠特尼紫外线测试)测试结果显示正常测试来评估每个分布执行(夏皮罗−Wilk, Kolgomorov−斯米尔诺夫检验)。假定值< 0.05被认为是具有统计学意义。
EBC类都是均匀的,主成分分析没有检测到任何相关小组报告的临床特点表1。OPLS-DA分析EBC概要文件有区别的哮喘和慢性阻塞性肺病的回归(95%,p < 0.0013;图1一个(R)和高质量的参数2= 0.86,问2= 0.86)。慢性阻塞性肺病患者,与哮喘患者相比,显示增加乙醇(意味着±sd25.56±4.57μM与12.15±3.12μM;p = 0.0119)和甲醇(10.67±2.99μM与5.01±2.02μM;p = 0.049),并显著降低甲酸(2.63±0.97μM与6.97±1.12μM;p = 0.009)和丙酮/乙偶姻(5.84±1.49μM与12.53±3.01μM;p = 0.0004)。曲线下的面积(AUC)接受者操作特征(ROC)曲线模型的值为0.99图1一个。
模型的相关性评估使用一个单独的队列(13 20哮喘和慢性阻塞性肺病患者,表1),盲目地进行测试。投影在上面的统计模型的生成图1 b。OPLS-DA分类显示强势回归(95%,p < 0.0011),高质量的参数(R2= 0.89,问2= 0.87),因此从训练集获得确认模型是有效的。它正确地确定12 13哮喘患者(92.3%的准确率)和19 20 COPD受试者(95.0%的准确性,5.0%的假阳性结果),显示灵敏度(真阳性)的92.3%,和95.0%的特异性(真阴性率)。阳性预测值(概率疾病存在当测试是积极的)是92.3%,和阴性预测值(概率疾病不存在时,测试是负的)为95.0%。不同的代谢物被证实在慢性阻塞性肺病乙醇(26.31±5.01μM增加与11.38±3.98μM;p = 0.0101)和甲醇(11.43±3.34μM与4.82±1.79μM;p = 0.039),减少了甲酸(2.97±0.69 M与7.45±1.99μM;p = 0.003)和丙酮/乙偶姻(6.04±1.89μM与14.11±3.87μM;p = 0.0009)。中华民国的AUC的总模型图1 b是0.96。
甲醇和甲醛代谢,这显示了促炎作用在细胞和动物模型。有趣的是,在肺癌患者甲醇浓度增加,特别是慢性阻塞性肺病的特点是肺癌的风险增加(12]。哮喘,相反,提供了一个较弱的不吸烟者患肺癌的风险,并显示高水平的甲酸。这可能是相关的在体外抗增殖影响肺癌细胞系甲酸(13),相反,减少肺癌患者的痰14]。
低丙酮EBC中可观察到稳定的慢性阻塞性肺病患者相比,健康不吸烟和前吸烟者科目与正常肺功能(7];相反,增加水平在稳定的慢性阻塞性肺病患者的呼出的气息比起不吸烟和吸烟对象与正常肺功能(15]。这些对比结果可能只是反映了不同的取样技术。乙醇及其代谢产物参与了COPD的发病和进展16]。此外,乙醇的主要代谢物,乙醛,可能导致肺癌的风险增加在慢性阻塞性肺病12]。
乙偶姻的来源在我们的哮喘或慢性阻塞性肺病患者是未知的。它可能是乙醛的解毒过程的产物(17),但也可能是细菌致病性和非致病性细菌产生的产品(18]。
这是第一个报告表明,NMR代谢剖析EBC可以用来区分哮喘患者COPD患者,甚至在吸烟的成年人,在优秀的协议使用一个电子鼻子(19)或尿液代谢组学(20.]。此外,EBC代谢表型(metabotype)区分哮喘和慢性阻塞性肺病比,例如,一组痰液细胞因子(21]。这一事实,在我们的验证组,模型正确地认为吸烟和不吸烟的哮喘患者“哮喘区”(图1 b),意味着吸烟不是主要因素的代谢组学分化,哮喘和慢性阻塞性肺病。此外,由于临床预期,更多过敏性哮喘组的受试者存在。然而,变化的可能性的NMR分析哮喘EBC可能只是一个指纹识别特异反应性被排除在外,因为没有一个相关的子群的发现模型。
潜在的力量我们的研究是验证队列的使用,由于外部验证是唯一的歧视性的证据表明,计算模型可以临床有价值,不管报道预测指标。此外,一些对数据的质量控制措施。对EBC收集我们最小化外部影响,污染,和良好的天,天,观察和技术重复性。此外,没有观察到人口结构参数的影响。所有患者的特征根据当前国际指南,和团体之间的差异对年龄和肺功能参数反映这些预期从哮喘和慢性阻塞性肺病的临床特点。
然而,我们的研究也提出了一些限制。首先,尽管使用的样本数量大于表明通过逆向分析,样本容量相对较小。然而,我们能够区分COPD和哮喘,代谢组学模式识别的细微差别。
第二,我们的群不是代表整个光谱的哮喘和慢性阻塞性肺病患者在临床实践中观察到。我们需要调查老年患者,那些吸烟的历史和更严重的哮喘。同样,特定药物的潜在影响(糖皮质激素、茶碱、antileukotrienes、氧、抗氧化剂和抗生素)的辨别能力,这种方法也应该评估。metabotype势变化控制哮喘和慢性阻塞性肺病,症状,哮喘和慢性阻塞性肺病急性加重时不同的划分同样应该考虑。
第三,未来的研究应该包括吸烟者等其它对照组与正常支气管扩张患者肺功能和不同的目的。我们也认识到,一个生物流体,随着EBC,可能不能代表代谢途径的复杂性参与这些疾病的发病机理(22]。
所有这些原因,我们目前正在进行比较研究在多个生物体液的代谢轮廓(血清、尿液EBC和唾液)从一个更大的人口获得COPD和哮喘患者,并将上述对照组。尽管描述的局限性,我们已经表明,NMR分析EBC歧视哮喘和慢性阻塞性肺病患者具有高度的敏感性和特异性,这可能有助于临床医生减少不正确的诊断。
脚注
利益冲突:没有宣布。
- 收到了2017年7月29日。
- 接受2017年12月28日。
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