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用于測定至少一種酶之代謝能力的方法.pdf

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用于 測定 至少 一種 代謝 能力 方法
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摘要
申請專利號:

CN201280024565.2

申請日:

20120413

公開號:

CN103547215A

公開日:

20140129

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/097,A61B5/083 主分類號: A61B5/097,A61B5/083
申請人: 休姆迪奇有限責任公司
發明人: 卡斯滕·海涅,梅爾廷·施托克曼,湯姆·魯賓
地址: 德國柏林
優先權: 102011007310.8,61/476,113
專利代理機構: 北京集佳知識產權代理有限公司 代理人: 鄭斌;彭鯤鵬
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201280024565.2

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摘要

本發明涉及用于測定至少一種酶之代謝能力的方法。所述方法包括以下步驟:對個體呼出空氣中產物的濃度進行時間分辨測定,其中所述產物通過個體的至少一種酶對預先施用于個體之底物的代謝而產生,并且其中測定產物濃度至少直至達到所述個體呼出空氣中的最大產物濃度;使模型函數擬合所述產物濃度的測量值,所述產物濃度的測量值通過開始時間與終止時間之間產物濃度的時間分辨測定而獲得;以及基于說明所述模型函數的模型函數之參數來測定酶的代謝能力。本方法的特征在于:基于所述模型函數的至少兩個參數進行測定所述酶的代謝能力,前提是在模型函數為單指數函數的范圍內,模型函數的最大值和模型函數的時間常數不被同時選作參數,以及另一個前提是起始時間和/或終止時間不被選作參數。

權利要求書

1.用于測定至少一種酶之代謝能力的方法,其包括以下步驟:·對個體呼出空氣中產物的濃度進行時間分辨測定,其中所述產物通過所述個體的至少一種酶對預先施用于所述個體之底物的代謝而產生,并且其中對所述產物濃度的測定至少進行到達到所述個體呼出空氣中的最大產物濃度;·使模型函數擬合所述產物濃度的測量值,所述產物濃度的測量值通過開始時間與終止時間之間所述產物濃度的時間分辨測定而獲得;以及·基于說明所述模型函數的所述模型函數之參數來測定所述酶的代謝能力,其特征在于,基于所述模型函數的至少兩個參數進行測定所述酶的代謝能力,前提是如果所述模型函數為單指數函數,則模型函數的最大值和模型函數的時間常數不被同時選作參數,以及另一個前提是起始時間和/或終止時間不被選作參數。2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,所述參數選自包含以下的組:所述模型函數的最大值;所述模型函數的第i矩,其中i=1,2,3,4,...;所述模型函數的第j中心矩,其中j=1,2,3,4,...;所述模型函數的標準差;所述模型函數的時間常數;所述時間常數的重心;所述時間常數與所述重心之間的平均偏差;所述時間常數的變異;所述時間常數的分布;所述時間常數的權重;所述時間常數之分布的權重;所述時間常數之變異的權重。3.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述模型函數是一階微分方程的解函數、二階微分方程的解函數、三階微分方程的解函數、多種階的微分方程之組合的解函數或作為時間之函數的多指數函數。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,以流過的方式進行所述產物濃度的測定。5.根據權利要求4所述的方法,其特征在于,測定所述呼出空氣流經用于測定所述濃度之測量裝置的流率。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,使用測量裝置以測定所述產物濃度,所述測量儀器的呼吸阻力小于100毫巴。7.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,將所述個體的至少一次呼吸的全部呼出空氣用作呼出空氣。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,在所述個體基本處于靜息位時測定所述產物濃度。9.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,在所述個體處于臥位或坐位的位置時測定所述產物濃度,其中,與預定位置相比,所述個體的腿和/或身體上部的位置改變小于45度,特別地小于30度,尤其是小于15度。10.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述產物濃度的測定基本進行到達到所述呼出空氣中所述最大產物濃度。11.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,通過紅外吸收光譜、質譜、計算機斷層顯像和/或核磁共振波譜測定所述產物濃度。12.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述模型函數可由以下公式表示:MetPow=cal*[F(產物,t)-f(產物,t)]*g(P)*h(n)*L(n/M)*(n/M)*V(n/M),其中:MetPow?????????是指代謝能力;cal????????????是考慮了校正的常數;F(產物,t)??????是表示呼出產物之動力學的函數;f(產物,t)???是表示所述個體在施用底物之前呼出空氣中產物???????????????????天然豐度的函數;g(P)???????????是表示所述個體的產物產生速率P對所述個體活???????????????????動狀態之依賴性的函數;h(n)???????????是表示每分子底物所產生的產物分子數的函數;L(n/M)?????????是表示代謝能力依賴于所施用底物分子數n之非線???????????????????性行為的函數,其中M代表所述個體的體重;以???????????????????及V(n/M)?????????是表示因不同的底物施用過程而產生的依賴性的???????????????????函數。13.根據權利要求12所述的方法,其特征在于,g(P)=P和/或h(n)=1和/或V(n/M)=1。14.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述模型函數可由以下公式來表示:MetPow=cal*[F(CO,CO,t)-f(CO,CO,t)]*g(P)*h(n)*L(n/M)*(n/M)*V(n/M),其中:MetPow???????????是指代謝能力;cal??????????????是考慮了校正的常數;F(CO,CO,t)???是表示作為產物之呼出CO的動力學的函數?????????????????????或表示呼出CO/CO比值之動力學的函數;f(CO,CO,t)?是表示所述個體在施用底物之前呼出空氣中?????????????????????CO和CO的天然豐度的函數;g(P)??????????是表示所述個體的CO產生速率P對所述個?????????????????????體之活動狀態的依賴性的函數;h(n)?????????????是表示每分子底物所產生的CO分子數的函?????????????????????數;L(n/M)???????????是表示代謝能力依賴于所施用底物分子數n的?????????????????????非線性行為的函數,其中M代表所述個體的體?????????????????????重;以及V(n/M)???????????是表示因不同的底物施用過程而產生的依賴性?????????????????????的函數。15.根據權利要求14所述的方法,其特征在于,g(P)=P和/或h(n)=1和/或V(n/M)=1。16.C標記的美沙西汀、非那西汀、氨基吡啉、咖啡因、紅霉素和/或乙氧基香豆素,其用作在根據前述權利要求中任一項所述的方法中的底物。17.C-美沙西汀與增溶劑的水溶液,其用作在根據權利要求1至15中任一項所述的方法中的底物。18.根據權利要求17所應用的C-美沙西汀與增溶劑的水溶液,其特征在于,所述增溶劑的濃度為10至100mg/ml,所述C-美沙西汀的濃度為按重量計0.2%至0.6%。19.根據權利要求17所應用的C-美沙西汀與增溶劑的水溶液,其特征在于,所述C-美沙西汀的濃度按重量計大于3%。

說明書

說明書

本發明涉及權利要求1前序部分的用于測定至少一種酶的代謝能力的方法,以及分別根據權利要求16或17的多種13C標記的底物在該方法中的用途。

在動物和人的體內,酶對有害物質的降解有重要貢獻。存在眾多不同的酶(例如,細胞色素),它們催化地轉化底物。

由于酶或酶系統(在下文中將只提及酶,但將意指酶、酶系統二者)發揮重要功能,因此,測定其在生物體中的功能能力(functional?capacity)十分重要。現今,該測定例如通過直接在生物體外檢驗細胞培養物來進行,但缺點是酶未在其天然環境中進行檢驗。在生物體內進行檢驗一般涉及施用可被酶代謝的同位素標記的底物。該施用或應用通過外科介入(surgical?intervention)(例如直接注入心臟)或者通過其他方法(例如口服底物)來進行。

此處非外科應用幾乎總是具有這樣的缺點:底物在血中的可得性(availability)需要數分鐘。換言之,從底物S在血中的濃度開始升高直至其達到最大濃度(不考慮由代謝引起的可能的濃度降低)的時間長度需要數分鐘。

替代方法是痕量氣體的高靈敏度檢測,無需預先施用底物。但其缺點是:必須已知受試個體的確切既往病史以及引起呼吸空氣中某種氣體富集的所有原因。然而,從原則上來說,無法足夠準確地測定既往病史。

本發明的根本目的是提供方法,通過所述方法可以高度精確地、時間分辨地(time-resolved)測定酶的代謝能力。此外,還應提供適合于該方法的底物。

用具有權利要求1之特征的方法實現了該目的。這種用于測定至少一種酶之代謝能力的方法包括下文中闡明的步驟:

首先,進行個體呼出的空氣中產物之濃度的時間分辨測定。此處,該產物是由預先施用于個體的底物經個體的至少一種酶代謝而產生的。通常,整個酶系統都參與相應底物的代謝。測定產物濃度至少直至達到個體所呼出空氣中最大產物濃度。

隨后,用模型函數擬合所測量的產物濃度值,這些值是通過起始時間至結束時間之間的產物濃度的時間分辨測定而獲得的。換言之,用數學函數擬合所獲得的經驗測量值,該數學函數可用方程式說明。

最后,基于說明模型函數的模型函數參數來測定酶的代謝能力。為此,基本上可以使用模型函數的多種參數。

所要求保護之方法的特別之處在于:酶代謝能力的測定是基于模型函數的至少兩個參數進行的。然而,這些參數不可以同時為該模型函數的最大值和該模型函數的時間常數,特別是當該模型函數為單指數函數時也是如此。此外,不可以選擇模型函數的起始時間t0和/或結束時間tm作為參數。

當滿足這些基本條件之后,可以分析多種底物的不同進程中的代謝動力學,并且因此可以分析多種產物之產生的動力學,從而最終能夠測定酶或酶系統的代謝能力。模型函數的所選參數允許直接得出關于酶之代謝能力的結論。酶的代謝能力可用作就特定身體機能而言地定量測定個體之健康狀態的基礎。這可以在所述過程的后續步驟中進行,這些后續步驟并非所要求保護之方法的一部分。由于酶存在于身體的多種器官或隔室(compartment)內,所以本方法適合作為多種后續檢驗的基礎。優選地,本方法可成為分析肝狀況(例如,表征為肝功能能力或肝中的微循環)的基礎。

為了獲得所測定的酶代謝能力之可靠且重要的數據,十分有利的是確保底物在個體血中的快速可得性。口服底物一般不適合這個目的。

將血中底物濃度(無代謝)的時間依賴(temporal?dependency)表示為函數S(t)。為了給出血中底物的可得性或釋放之更為準確的定義,此處定義釋放期(releaseperiod)FZ。設Cmax為血中的預期最大底物濃度(無代謝),t0為血中底物濃度升高至Cmax的4%至6%時所處的時刻,tm為血中底物濃度升高至Cmax的40%至60%(特別地血中底物濃度大于Cmax的40%、大于Cmax的50%或大于Cmax的60%)時所處的時刻,那么釋放期FZ由tm與t0之間的時間差給出(FZ=tm-t0)。換言之,釋放期為血中底物濃度(基于這樣的假設:該濃度稍大于Cmax的0%,但仍然處于Cmax的個位數百分比范圍內)達到升高10倍、特別地12倍、特別地15倍以及尤其是20倍所需的時間長度。

底物的標準經口施用的釋放期通常為大于5分鐘,并且隨著時間進展而在個體間差異很大。因此,以長釋放期施用導致歪曲的結果(distorted?result),因為這些測量結果使函數S(t)變得復雜,因未知的函數而變得“模糊(blurred)”。

從現有技術已知,長釋放期和在隨后測定酶代謝能力時所伴隨的缺點可通過個體的代謝裝置的靶向誘導來避免,即通過非外科施用底物來檢驗。就靶向誘導而言,底物的劑量是預定的,因此在隨后的闡明步驟中可以估算關于底物劑量的代謝裝置的反應。優選地,單獨將氣體作為產物來檢驗,氣體的濃度通過因施用底物而引起的代謝裝置之誘導來改變。由底物引起的代謝裝置之誘導以及在其之后迅速速代謝應答是所要求保護之方法的后續應用的關鍵點。

在一個實施方案中,所解釋的代謝裝置之靶向誘導是本方法的一部分,其在產物濃度的時間分辨測定步驟之前進行。

底物的施用和釋放(其取決于施用的種類和方式)最好以這樣的方式進行:釋放期(并且因此血中底物的可得性)小于60秒,特別地小于50秒,特別地小于40秒,特別地小于30秒,特別地小于20秒,尤其是小于10秒。

因此,底物最好以能使個體血中底物的釋放時間在上述時間以內的劑型施用。這樣的短釋放期基本上可以通過多種施用或應用形式來實現。此處提供幾種方法(不作為限制性的闡明):a)吸入含有底物的氣霧劑;b)經皮膚施用,例如用高效納米載體;c)口服通過能量吸收而釋放的可切換(特別是可活化)底物。經口施用后,所述底物(其處于束縛態,不可降解)可因此通過施用能量(特別是光)而在一秒內完全釋放。這樣的處于束縛態的底物在技術術語中也被稱為籠鎖化合物(caged?compound)。使用這樣的籠鎖化合物允許相應可代謝底物的超迅速且選擇性的釋放,所述釋放可在任意時間誘導。

血中底物的迅速可得性保證了待檢驗代謝能力之酶的底物的迅速可得性。

當底物存在于血中并且位于酶處時,其可被酶代謝。從而產生一種或更多種產物(在下文中僅將其稱為單個產物)。代謝步驟必須十分迅速,最好是在10秒內、特別地在5秒內、特別地在1秒內、特別地在0.1秒內、特別地在0.01秒內、特別地在0.001秒內完成。這在底物可得性的時間標度上保證了幾乎是瞬時的代謝。在底物代謝期間形成的產物P溶解在血中并經肺呼出,使得其之后可以在由個體呼出的空氣中被檢測到。即使僅提及一種產物,從而也還包括這樣的本方法的實施方案,其中不是檢測到單個產物,而是檢測到多種產物。

可使用多種擬合函數的不同參數來說明酶的代謝能力。合適的參數之實例是來自包括以下之組的參數:模型函數的最大值、模型函數的第i矩(moment)(其中i=1、2、3、4...)、模型函數的第j中心矩(其中j=1、2、3、4...)、模型函數的標準差、模型函數的時間常數、時間常數的重心、時間常數與重心之間的平均偏差、時間常數的變異(variation)、時間常數的分布、時間常數的權重、時間常數之分布的權重、時間常數之變異的權重。

模型函數的矩在例如Bronstein和Semendjajew的Handbook?of?mathematics(665至668頁,第25版,1991)中闡明。在該參考文獻中,還能找到許多可以在本發明范圍內單獨使用或彼此組合使用的其他模型函數和模型參數。

十分適合說明模型函數的兩個參數的實例是呼吸空氣中產物P的最大濃度或量Pmax和模型函數的從t0到tm的第一矩(first?moment)。第一矩M1定義為:其中i=1,其中,對t0與tm之間所有測量點k求和。此處,tk是第k個測量點的時間,pk是在時間tk時呼吸空氣中產物P之濃度的測量值。

十分適合說明模型函數的兩個參數的另外的實例是呼吸空氣中產物P的最大濃度或量Pmax和模型函數的從t0到tm的第二中心矩。第二中心矩MZ2定義為:其中i=2。第二中心矩是第一矩的方差,并給出所檢驗代謝的上升函數的分布寬度。

可以是其他參數組合,其根據所檢驗的酶給出關于酶之代謝能力的直接信息,所述其他參數例如Pmax、M1和MZ2、以及高階矩、高階中心距或其他參數(特別是上文中提到的其他參數)。

模型函數可基本上具有一個或多個時間常數。例如,在使用多個函數之組合作為模型函數的情況下,該模型函數具有多個時間常數。多個時間常數的存在是可以選擇以下作為參數之事實的先決條件:例如,時間常數的重心、時間常數與重心的偏差、時間常數的變異、時間常數的分布、時間常數的權重、時間常數之分布的權重或時間常數之變異的權重。

優選地,模型函數(或擬合函數)是一階微分方程的解函數(solution?function)、二階微分方程的解函數、三階微分方程的解函數、多種階之微分方程的組合的解函數或作為時間之函數的多指數函數。當使用多種階之微分方程的組合時,解函數還可以包括零階微分方程的貢獻。

為了能夠尤其簡單地測量呼出空氣并且同時達到高測量準確性從而顯著改進所得測量值的信息價值,產物濃度的測定最好以流過(flow?-through)的方式進行。

通過根據比爾-朗伯定律(Beer-Lambertlaw)的吸收測量方法(具有測量細胞的已知消光系數(extinction?coefficient)和已知的路徑長度),可以即刻獲得所檢驗物質的濃度。優選地,此外還測定流經用于測定濃度之測量裝置的呼出空氣的流率。然后,可以由流經測量裝置之產物的濃度和體積來計算所檢驗產物的量。流經測量裝置的體積通過將體積流量與觀察到該體積流量的時間相乘獲得。此處,測量儀器的呼吸阻力(breathing?resistance)優選小于100毫巴,特別地小于80毫巴,特別地小于70毫巴,尤其是小于60毫巴。這通過例如不具有閥和風門片(air?flap)的開放結構來實現。

產物在血中的增加成比例地反映在呼吸空氣中。作為時間的函數測量呼吸空氣中產物的量或濃度。在一個實施方案中,將呼出空氣全部(完全)引導通過測量儀器,通過這種方式檢測產物。也就是說,在該實施方案中,將個體至少一次呼吸的全部呼出空氣用作呼出空氣。因此,該呼吸空氣中產物的濃度可以以尤其有利的方式測定,同時使測量誤差最小化而不使用插值法(interpolation)。

在另一個實施方案中,將一次或多次呼吸(約2至20次呼吸,特別地3至15次呼吸,特別地4至10次呼吸,特別地5至8次呼吸)的呼出空氣完全混合在一起,然后,將該混合物的一部分被引導通過測量儀器,通過這種方法檢測產物。

為了獲得重復性尤其好的數據,在測定呼吸中的產物濃度時,受試個體應最好處于穩定狀態。對于人和動物,這可例如通過不讓生物體在測定呼出空氣的產物濃度期間進行劇烈的運動來保證。例如,臥位狀態的個體將腿從水平位抬起45度,可以改變呼吸空氣中產物濃度的測量值。由于血的儲存功能及其在生物體中的分布,行走、跑步或站立的動作導致呼出空氣中產物濃度值改變。因此,最好在個體基本處于靜息位時測定產物濃度。靜息位可以是臥位或坐位的位置。與預定位置相比,有利的是個體的腿和/或上身部分的位置改變小于45度,特別地小于30度,尤其小于15度。在個體臥位的位置中,該預定的位置是例如個體的基本水平位置。

優選地,只分析產物濃度的上升(即代謝動力學)直至最大值。該最大值對應于個體呼出空氣中產物濃度的最大值。該上升優選地消耗小于40分鐘,特別地小于20分鐘,尤其小于10分鐘。上升所消耗的時間越長,身體本身的過程變得越可能影響結果,由此所得測量數據的總體準確度降低。

本發明所要求保護的方法由NMR譜和/或CT輔助進行,與通過紅外光譜和/或質譜進行稍有不同。NMR譜和CT是成像測量方法,可以例如以如下方式使用:

a)通過NMR譜和CT檢驗目的空間區域。另外,分析呼吸空氣中的產物。兩種測量的比較提供新的信息;

b)通過NMR譜和CT檢驗目的空間區域,同時另外分析呼出空氣中的產物。兩種測量按時間順序的比較提供新的信息。此處,NMR譜和CT可以空間分辨的方式追蹤產物濃度的升高和降低。同位素標記的底物或具有高電子密度的底物的使用在此使得能夠以尤其有利的方式使用NMR譜和CT。

為了能與其他個體進行比較,優選地對受試個體的體重進行歸一化。特別地,這樣的歸一化可通過用所得指示代謝能力的值除以個體的體重來進行。如果將體重已經考慮進用于獲得指示代謝能力的相應值的模型函數中,那么體重在整個方法期間被考慮兩次。例如,可構想,指示代謝能力的值具有kg2存在于分母中的單位。這可能是連續兩次除以個體體重(或者一次除以個體體重的平方)的結果。

在一個實施方案中,模型函數可以以下式表示:

MetPow=cal*[F(產物,t)-f(產物,t)nat]*g(P)*h(n)*L(n/M)*(n/M2)*V(n/M),

其中:

MetPow?????????是指代謝能力;

cal????????????是考慮了校正的常數;

F(產物,t)??????是表示呼出產物動力學的函數;

f(產物,t)nat???是表示在底物施用之前個體呼出空氣中產物天然??????????????????????豐度的函數;

g(P)???????????是表示個體的產物生產速率P對個體活動狀態?????????????????????(activitystatus)之依賴性的函數;

h(n)???????????是表示每分子底物所產生的產物分子數的函數;

L(n/M)?????????是表示代謝能力依賴于所施用底物分子數n之非線??????????????????????性行為的函數,其中M代表個體的體重;以及

V(n/M)?????????是表示因不同的底物施用過程而產生的依賴性的??????????????????????函數。

示例模型函數的所有這些單個的函數和常數將在下文中就特定實施方案進行更詳細的解釋,所述特定實施方案關于13CO2作為13C標記底物的代謝產物。這些解釋不應被釋義為限制上述MetPow的通式,而是將幫助更好地理解該模型函數的各參數。

所要求保護的方法的一個優選實例是,通過測量13C標記底物的代謝動力學測定酶的代謝能力,以此測定器官(例如,肝)的代謝功能。可能的底物是13C-美沙西汀(methacetin),其在肝細胞中被酶CYP4501A2代謝為13CO2和對乙酰氨基酚(paracetamol)。其他底物(例如13C-咖啡因)也適用于相應的測定。

產生13CO2的代謝動力學提供關于肝或其他器官之代謝功能的信息。遺憾的是,人體內13CO2的天然豐度為總CO2的約1.1%。因此,必須區分體內的天然豐度和由底物在肝中的代謝產生的額外的13CO2。其他具有不同代謝產物的底物可能不會受到這些限制。測定體內13CO2天然豐度的常用方式是在施用底物之前測量13CO2與12CO2的比值。根據測量過程,通過函數f(13CO2,12CO2)nat來計算天然豐度。該函數的兩個可能的實例如下:

f(13CO2,12CO2)nat=k1*13CO2/12CO2*0.011,

其具有常數k1;

或者

f(13CO2,12CO2)nat=k2*(k3*13CO2-12CO2)/(13CO2-12CO2),

其具有常數k2和k3。

還可能是其他函數。特別地,如果體內13CO2的天然豐度跨越了一定時長來測定,或者被表示為不同時間點的不同測量結果的平均值,則需要考慮時間依賴。那么,這個函數應寫為f(13CO2,12CO2,t)nat。如果不存在時間依賴,則f(13CO2,12CO2,t)nat等于f(13CO2,12CO2)nat。

使用函數F(13CO2,12CO2,t)以由呼出13CO2的動力學或者由呼出13CO2/12CO2之比值的動力學來測定代謝功能。函數F的最簡單形式是在tmax時間取動力學的最大值。另一個選擇是使用動力學的第一矩或第二矩,或者使用以下的組合:直至最大值處的曲線下面積、直至最大值一半處的曲線下面積以及這些時間點之間的時長。其他組合也可使用上述函數。

在一個實施方案中,描述肝代謝力MetPow(等同于所選酶的代謝能力)的總函數通過下式給出:

MetPow=cal*[F(13CO2,12CO2,t)-f(13CO2,12CO2,t)nat]*g(PCO2)*h(n)*L(n/M)*(n/M2)*V(n/M)

在該式中,常數cal考慮了校正,特別是由于實驗校準以及由于醫學應用的校正。

PCO2表示依賴于呼吸個體的活動狀態(靜息或運動)的總CO2產生速率,其決定了呼出空氣中天然12CO2和13CO2的值。因此,在這里總CO2產生速率通過函數g(PCO2)來描述。在靜息個體的最簡單的情況下,函數為g(PCO2)=k4*PCO2,其中k4=1。

函數h(n)描述將在肝中被代謝為13CO2的那部分分子。底物分子數n以mol的形式給出。其可根據底物在x與0之間變化,x為大于0的數字。高度功能性底物的x值接近或大于1。x=3的底物意味著每分子底物將通過代謝產生3分子13CO2。

函數V(n/M)描述了由于底物的多種施用過程而產生的依賴性。例如,經口施用和靜脈內施用導致不同的代謝過程和時間常數。通過函數V(n/M)來校正這些差異。

由于代謝底物的分子數隨底物分子數的增加而增加,因此所測量的動力學信號值隨底物分子數的增加而增加。對于肝代謝,有用的是每平方體重M2施用特定量的分子。這考慮了肝能力隨平方體重的增加而增加。因此,肝代謝力與n/M2成比例。

最后,由于體內的分布過程、在肝細胞的細胞膜處的擴散和轉運過程,所測定的肝代謝力“MetPow”非線性地依賴于所施用的底物分子數n。函數L(n/M)描述該功能性。函數L(n/M)具有一些示出線性依賴的區域,但是隨著施用劑量增加,其越來越偏離線性依賴。

在一個實施方案中,g(P)是P(或者如果產物是CO2,則g(PCO2)相應地是PCO2),和/或V(n/M)為1,和/或h(n)為1。

在表示另一個優選的實施方案的最簡單的情況下,當g(PCO2)=PCO2,V(n/M)=1且h(n)=1時,肝代謝力通過下式計算:

MetPow=cal*[F(13CO2,12CO2,t)-f(13CO2,12CO2,t)nat]*PCO2*(n/M2)*L(n/M)。

在一個實施方案中,F(13CO2,12CO2,t)的計算方式可能與f(13CO2,12CO2)nat相同,例如,通過根據上述兩個等式中的一個。

通過劑量(n/M)的變異和函數L(n/M)的插值法,可使用肝代謝力MetPow來測定可能的最大肝能力。在任何情況下,都可將代謝力視為等同于所選酶的代謝能力。盡管此處選擇肝代謝力為示例性實例,但上述所有解釋也可轉而用于通常的器官代謝力,以及用于測定酶的代謝能力而無需進一步推導器官的功能或代謝力。

可單獨使用或者彼此間以任意組合使用多種高靈敏度和時間分辨的測量方法來測定產物濃度,所述測量方法例如紅外吸收光譜法、質譜法、核磁共振波譜法(NMR波譜法)或計算機斷層顯像(computer?tomography,CT)(例如以CT容量分析的形式)。通過這樣的組合,各測量方法的各自的優點可以彼此組合,從而以這種方式能夠補充或更準確地描述酶的代謝能力。

合適的底物一方面可以被受試個體的酶代謝,并且其代謝物可容易地被檢測,這樣的底物是:13C標記的美沙西汀、13C標記的非那西汀、13C標記的氨基比林、13C標記的咖啡因、13C標記的紅霉素和/或13C標記的乙氧基香豆素。這些底物(單獨或組合)在根據上述解釋的方法中的用途也是本發明的主題。

此處,優選的劑量為約0.1mg至10mg/千克個體體重,特別地0.5mg至9mg/千克個體體重,特別地1mg至8mg/千克個體體重,特別地2mg至7mg/千克個體體重,特別地3mg至6mg/千克個體體重,并且尤其是4mg至5mg/千克個體體重。

在本方法的范圍內,優選地測定呼出空氣中13C標記的代謝產物的絕對含量,特別是13CO2含量。此處,測量呼出空氣中13C標記產物的含量(特別是13CO2含量)可以既實時又連續地進行。在測量裝置中連續測定呼出空氣中13C標記的代謝產物濃度(特別是13CO2濃度)導致更多數據點的檢測,由此隨后由所檢測的數據點計算具有更高分辨率和更高精密度的測量曲線。

遺憾的是,許多適于通過測定個體呼出空氣中產物的濃度而直接檢測代謝動力學的底物難以溶解。當這些底物經口施用并且隨后通過光誘導在血中活化(籠鎖化合物)時,這就不是缺點了。部分的替代施用形式依賴于這些底物可溶解于例如水溶液或略有揮發性的溶液中的事實。出于該目的,可采用納米載體,其可被特定地模塑并因此包含能足量地吸收底物的區域。納米載體的開發提供了深遠的可能性,并且可在紅外光譜、質譜、CT和/或NMR譜中用于呼吸分析。

如果既不想依靠籠鎖化合物也不想依賴納米載體,則推薦使用增溶劑(例如丙二醇)以達到底物的更佳溶解度。因此,13C-美沙西汀和增溶劑(特別是丙二醇)的水溶液在根據上文解釋的方法中的用途也是本發明的主題。

此處,增溶劑(特別是丙二醇)的濃度優選地為10至100mg/ml,特別地20至80mg/ml,特別地30至70mg/ml,尤其是40至60mg/ml,并且13C-美沙西汀的濃度優選地為以重量計0.2%至0.6%,特別地以重量計0.3%至0.5%,或者以重量計約0.4%。

在一個替代實施方案中,甚至使用更高濃度的13C-美沙西汀,即以重量計大于3%,特別地以重量計大于4%,特別地以重量計大于5%的濃度。此處增溶劑的濃度可以在前述范圍內。

將借助于示例性實施方案的圖來進一步解釋所要求保護的本發明的其他優點和細節。

圖1示出測量期間代謝產物濃度的動力學的圖示;以及

圖2示出根據一個實施方案測定的肝代謝力的非線性圖示。

圖1示出作為時間之函數的個體呼出空氣中所測量產物濃度的圖示。作為底物,13C標記的美沙西汀以2mg/千克個體體重的劑量施用于個體,其中釋放期小于60秒。在個體的體內,13C標記的美沙西汀在肝中代謝為對乙酰氨基酚和13C標記的CO2。后者作為個體呼出空氣中的產物而被檢測。

圖1的圖表以增量相對于基線的值(delta-over-baseline-value,DOB值)的形式示出呼出空氣中13CO2濃度的升高。此處,1DOB是指13CO2/12CO2比值相對于天然比值之千分之一的變化。如圖1所示,所獲得的測量值隨后被擬合為合適的模型函數。這未在圖1中示出。現在可從該模型函數(具有同樣熟悉的函數方程)推導出說明所述函數的不同參數。從這些參數可得出關于所檢驗酶系統的代謝能力的結論。

圖1中示出了美沙西汀代謝最大值的時間點(tmax,約6.5分鐘處)和美沙西汀代謝半數最大值(half-maximum)的時間點(t1/2,約1.5分鐘處)。

由于美沙西汀幾乎只在肝中以特定代謝動力學進行代謝,所以可以直接地且即刻地通過存在于肝中的酶追蹤所施用底物的代謝。以這種方式,所施用的美沙西汀在肝中被酶CYP4501A2脫甲基。現在可能通過解釋所施用的美沙西汀的上升動力學及其所推導的參數來直接測定肝功能。在這里,例如,呼出空氣中的最大產物濃度值Pmax允許對健康的肝細胞數和因此可用于代謝的肝體積做出描述;而以模型函數之時間常數形式的上升(擬合測量值)允許對底物進入肝細胞的進入速度做出描述。因此,模型函數的時間常數允許對肝能否完全吸收底物做出描述。從時間常數的分散情況可得出關于肝細胞之底物易感性的細胞間差異的結論。

圖2示出通過美沙西汀代謝測定的肝代謝力的非線性。以不同劑量施用美沙西汀后,對于觀察到的不同的美沙西汀代謝,代謝力根據上文所述的式來測定。特別地,施用1mg13C標記的美沙西汀/千克體重、2mg/kg、4mg/kg以及8mg/kg。

1mg13C標記的美沙西汀/千克體重M以及2mg/kg示出在測量信號中的線性依賴性。將施用提高至4mg/kg示出與線性行為的10%偏離,而8mg/kg的施用示出與線性行為的大于20%的偏離。

該非線性由函數L(n/M)來表示,其中n表示底物分子(即美沙西汀分子)數,M表示體重(kg)。該函數L(n/M)通過在單個測量點之間的插值曲線構成圖2所示擬合曲線的一部分。如果假設代謝力對底物劑量具有線性依賴且不考慮非線性影響,則直線表示假想的插值曲線。

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