CN102665536B - 借助于定量测量底物的代谢来确定生物的肝脏性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定生物，尤其是人的肝脏性能的方法，包括：服用至少一种以¹³C标记的底物，所述底物通过所述肝脏进行转换，以释放至少一种¹³C标记的代谢产物；和借助具有至少一个评估单元的至少一个测量设备在确定的时间间隔期间确定在呼出空气中的所述至少一种¹³C标记的代谢产物的含量。利用这种方法，可借助一阶微分方程描述在所述呼出空气中的至少一种¹³C标记的代谢产物的含量的所测量的初期上升，并且从所述一阶微分方程的解中确定所述¹³C标记的代谢产物的最大浓度的值A_max（DOB_max）和所述¹³C标记的代谢产物的含量的上升的时间常数tau。

Description

借助于定量测量底物的代谢来确定生物的肝脏性能的方法

技术领域

本发明涉及一种用于提供用于确定生物的肝脏性能的原始数据的方法。

背景技术

肝脏是用于生物的、特别是人体机能的非常重要的器官，因为在肝脏中以酶的方式分解例如药品的大量底物。在此，底物分解主要通过细胞色素族，特别是以P450氧酶的形式进行催化。在此，长久已知的是，不同的细胞色素代谢不同的底物。还已知的是，通过测量代谢底物的浓度能够估测肝脏的机能。

因此，在Matsumoto等的文献中(Digestive Diseases Science(消化与科学),1987,32卷,344–348页)描述了健康的和肝脏受损的病人的¹³C麦撒西丁(¹³C-Methacetin)的口服，其中¹³C麦撒西丁在肝脏中在释放¹³CO₂的情况下进行转换。因此，在此，在呼出空气中的¹³CO₂含量的确定实现关于肝脏损伤程度的结论。

Braden等(Aliment Pharmacol.Ther.,2005,21卷,179–185页)描述了在个体的呼出空气中的¹³CO₂/¹²CO₂比例的测量，所述个体之前同样口服了¹³C麦撒西丁。在此，优选在60分钟的时段中连续地进行测量，以便确定最大的酶活性。

但是，所述途径不足以应用于临床实践中，因为尤其由于¹³C麦撒西丁的口服仅仅能够推导出关于肝脏是否正常工作或者还可能在一定程度上良好工作的结论。然而，从中不能够推导出直接的治疗策略。

此外，至今在肝脏诊断中所应用的方法不是具体到个人的，而是仅仅允许关于病人群体的统计学的结论。这意味着，借助于所提及的测量能够获得在特定的测量结果中阴性诊断结果是否升高或者不升高的可能性的结论。也不能够从个体的测量中直接地推断出肝脏性能。

因此，期望的是，开发实现关于肝脏细胞组织的功能储备的预测的结论的简单测试。传统的实验室参数的灵敏度不足以可靠地评价在肝脏中以及其在患病时的变化的复杂的、生理过程。

在WO 2007/000145 A2中描述了一种实现肝功能定量确定的分析方法。该方法基于在肝脏中待代谢的底物的底物淹没(Substratanflutung)和底物的最大转化速度的确定，所述确定实现对关于病人的肝功能能力做出结论。

一种允许做出关于单独器官，尤其是肝脏的定量代谢性能的个体结论的方法能够在不同的扩展方案中具有下述特征：

1.)实时地并且高分辨力地检查在病人肝脏中的底物代谢的动力。在此能够提出，与代谢的上升相比，代谢的初始化更快速地进行，即期望的是，代谢的初始化的70％至少以2倍速度更快速地进行。

2.)直接地测量代谢，即或者代谢产物可直接进行测量，或者能够直接测量其他与代谢产物成固定比例的参量。这意味着，例如在呼吸空气研究中，优选测量每次呼吸，但是至少每分钟测量两次呼吸。因此，有鉴于可能出现的方法误差而放弃呼吸空气样本的中间存储和从呼吸空气中的部分移除。

3.)所测量的参量由于生理因素而变化不多于20％，即，生理因素的影响越小，例如通过血液在身体中进行底物的分配，代谢产物的定量确定就越精确。

4.)服用的底物的代谢过程是明确的，并且仅仅90％或者至超过90％在肝脏细胞中进行，而不在身体中的任何其他地方进行。

5.)代谢过程在其反应效率方面在人与人之间没有变化，因为这会抵消个体的定量的确定。因此，排除具有强烈的遗传变异的代谢过程。就算真的有，也应该在代谢过程的遗传变异中至少部分地知晓未转基因的代谢过程的变异强度。

6.)最有利的是，通过肝药酶或者肝辅酶进行代谢过程，所述肝药酶或者肝辅酶均匀地在肝脏的全部肝脏细胞中出现。如果在肝脏的特定区域中出现肝药酶或者肝辅酶的堆积，那么最多能够得出对这些区域进行加权的关于肝脏性能的结论。肝药酶或者肝辅酶还不应由于其他的代谢反应而强烈地负荷，以至于这导致代谢过程的变化在大于30％的数量级中，进而导致代谢动力变化多于30％。

借助至今已知的方法，不可能实现所详述的观点。

发明内容

因此，本发明基于如下目的，即提供一种方法，所述方法允许关于肝脏的定量的代谢性能做出个体的结论。

所述目的通过根据本发明的用于提供用于确定生物的肝脏性能，尤其是人的肝脏性能的原始数据的方法来实现。

在此，根据本发明的方法包括如下步骤：；并且借助具有至少一个评估单元的测量设备确定在确定的时间间隔期间在生物的呼出空气中的¹³C标记的底物的至少一种所形成的¹³C标记的代谢产物的含量，尤其是¹³CO₂含量，其中，生物预先服用所述底物，并且所述底物通过所述肝脏进行转换，以释放至少一种¹³C标记的代谢产物。在此，在呼出空气中的尤其是¹³CO₂的所形成的¹³C标记的代谢产物的量优选与至少一种所服用的底物的量成正比。根据本发明的方法的特征在于，从现在开始，基于所测取的测量点可借助一阶微分方程描述在呼出空气中的至少一种¹³C标记的代谢产物含量的，尤其是¹³CO₂含量的所测量的初期的上升。下面，由所述一阶微分方程的解确定¹³C标记的代谢产物含量的，尤其是¹³CO₂含量的上升的时间常数tau以及最大值A_max(还称作DOB_max，其中DOB代表“delta over baseline，超基准值”)，其中方程

$y\left(t\right)=A_{\max }-A_0\exp (-\frac{t-t_0}{\mathrm{tau}})$

用作为所述一阶微分方程的解，其中y(t)为至少一种所述底物的代谢动力，A_max为所述代谢产物的所述最大浓度或者拟合函数的最大幅度，A₀为所述代谢产物的初始浓度，tau为所述时间常数，t₀为代谢的开始，并且t为测量时间。

在此，最大值A_max或者DOB_max相当于代谢动力的最大值，并且时间常数tau相当于代谢动力的上升的时间常数。本发明允许将曲线匹配(所谓的“拟合”)于¹³C含量的根据时间的变化的实际测量值，其中所述曲线为一阶微分方程的解并且具有至少两个值，即最大值A_max和时间常数τ(tau)。特别地，微分方程的解为指数函数，所述指数函数近似地描述在呼出空气中的至少一种¹³C标记的代谢产物含量的初期的上升。其值A_max和tau为表明上升的初期表现的特征参量。因此，本发明通过确定所测量的初期上升的两个参数允许特别精细地并且高分辨力地分析肝脏的临床图片。特别地，参数tau和最大值A_max的评估也允许进行这种精细的评估。因此，本发明提供给医生改进的用于诊断的原始数据。

待代谢的底物被运输到肝脏细胞中。微分方程能够通过下述公式来描述，其中借助所述微分方程描述底物被运输到达肝脏细胞，

$\frac{d}{\mathrm{dt}}X=f(X,Y,Z,..)+C\frac{{\∂}^2}{\∂z^2}X$

或者以三次元描述

$\frac{d}{\mathrm{dt}}X=f(X,Y,Z,..)+\mathrm{C\ΔX}$

其中X为待代谢的底物的浓度并且C为扩散系数。

扩散系数C在一级近似中假设为是与位置无关的。因为在代谢动力的评估中不能够执行位置特定的分辨，或者不能够在全部位置上求平均值，所以位置相关性简化到表观扩散系数C_ave并且得出下述公式：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}X=f(X,Y,Z,..)-C_{\mathrm{ave}}X$

重要的是，酶的代谢步骤相对于扩散动力快速地进行，即至少快一倍。因此，代谢例如通过细胞色素CYP P450 1A2在亚毫秒范围内平均地发生。

由于底物代谢，底物被肝脏所吸收，由此降低底物浓度X并且保持在细胞内部和细胞外部之间的浓度梯度，直到底物完全地分解。

在更长时间标度上的因子通过函数f(X，Y，Z，……)给出。在代谢动力开始时，所述影响因子必须小于代谢动力的20％，因此具有一阶DGL的微分方程(DGL)能够根据下述公式来描述：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}X=-C_{\mathrm{ave}}X$

所述微分方程的解对应于方程

X(t)＝X₀exp(-t/C_ave)，

其中，C_ave是转换的时间常数tau，并且X是所服用底物的浓度。

时间点t＝0从动力的匹配或者代谢的初始化得出。如果证实了例如¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物，那么代谢产物A的浓度上升与所服用的底物X的减少成正比。由此，从底物的指数下降的变化中根据下述公式得出代谢产物的指数上升的变化

y(t)＝A_max-A.exp(-t/tau)，

其中A_max是拟合函数的最大幅度并且因此代表代谢产物的最大浓度或者量，并且tau是转换的时间常数。因此，存在描述上升的指数曲线。

因此，在优选的实施形式中，一阶微分方程的解相应于下述公式

$y\left(t\right)=A_{\max }-A_0\exp (-\frac{t-t_0}{\mathrm{tau}})$

其中y(t)代表至少一种底物的代谢动力，t代表测量时间，t₀代表代谢的开始，tau代表转换的时间常数并且A_max代表拟合函数的最大幅度或者代谢产物的最大浓度，并且A₀代表代谢产物的初始浓度。因此，可从上面的公式中确定A_max和时间常数tau。

因此，所述指数函数优选匹配于在呼出空气中的至少一种¹³C标记的代谢产物含量的初期的上升的测量值。然后，从匹配中推导出最大值A_max和时间常数tau。

在此，为了确定生物的定量的肝脏性能而有意义的是，值A_max与参与代谢的肝脏细胞的数量成正比，并且时间常数tau给出关于要代谢的成分到肝脏酶或肝脏辅酶的可接近性的信息。

在本发明的一种实施形式中，借助一阶微分方程描述在呼出空气中的尤其是¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物直到尤其是¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物的最大值的70％的值的上升，优选直到尤其是¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物的最大值的上升。

从现在开始，在本发明的尤其优选的扩展方案中可行的是，通过下述公式由值A_max或者DOB_max确定在肝脏中的至少一种底物的转换最大值，

$\mathrm{LiMAx}=\frac{{\mathrm{DOB}}_{\max }{R}_{\mathrm{PBD}}\mathrm{PM}}{\mathrm{BW}}$

其中R_PBD相当于数值0.011237(国际碳同位素标准的¹³CO₂/¹²CO₂比值)，P相当于CO₂产生率，M相当于所服用的底物的摩尔质量并且BM相当于人的体重。

在此，在用于确定肝脏性能的根据本发明的方法的应用中需要注意的是，在大的时间常数tau中，代谢过程或者代谢动力的可直接读取的最大值可能会偏离从一阶微分方程中确定的最大值A_max或者DOB_max。这可能基于，在代谢率缓慢上升的情况下，其他因子的影响上升，例如在身体中底物的分布的影响上升。由于所述原因，期望的是，快速地引起代谢的初始化，这例如能够通过要代谢的底物的静脉内服用来进行。底物的静脉内服用保证了底物在肝脏中的快速提供和底物代谢的与此相关的急速初始化。静脉内服用还允许在肝脏细胞和血液之间提供足够高的、实现启动代谢动力并且使底物达到最大转化速度的底物梯度。

还优选的是，要代谢的底物具有结构单元，所述结构单元相应于在图1中示出的结构。特别地，应该使用允许借助于烷氧基R1，尤其是甲氧基的脱烷基化反应释放¹³CO₂的化合物作为¹³C标记的底物。通常，所使用的底物能够为大的或者小的分子，所述分子或者具有或者由碳原子或者由碳同位素组成的六元环以及具有烷氧基，其中通过存在于肝脏中的P450细胞色素首先羟化烷氧基，接下来解离¹³CO₂。此外，适合的底物的实例为¹³C标记的麦撒西丁、非那西汀、氨基比林、咖啡因、红霉素和/或乙氧基香豆素。在此，还能够设想，能够由例如氮或者硫的其他原子代替碳原子。还能够设想，所使用的底物基于具有五元环的化合物，所述化合物至少以烷氧基R1来取代。显然的是，在此还能够通过例如氮或者硫的其他的原子来取代五元环的一个或两个碳原子。显然同样可行的是，所使用的底物具有不同的取代基。因此，在图1中示出的其余部分R2、R3、R4、R5和R6能够选自卤素、烷基、羧基、醚基或硅烷基。显然地，所列举的可能的取代基不是最终的，而是能够扩展至对于本领域技术人员而言熟悉的取代基上。

¹³C标记的底物优选以在0.1至10mg/kg体重之间的浓度服用。在此，要代谢的底物的浓度应该选择成，使得代谢动力在线性区域中远离饱和状态。如果底物浓度超过特定值，那么不再可借助于一阶微分方程描述在呼出空气中的¹³C标记的代谢产物含量的上升，尤其是¹³CO₂的上升。因此，在使用麦撒西丁作为要代谢的底物的情况下，所服用的量不应该在10mg/kg体重之上。

在当前方法的范围中，确定在呼出空气中的¹³C标记的代谢底物的绝对含量，尤其是¹³CO₂的含量。在此，应该既实时地又连续地进行在呼出空气中的¹³C标记的代谢产物含量的测量，尤其是¹³CO₂的含量的测量。在测量设备中连续地确定在呼出空气中的尤其是¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物的浓度导致测取更多数据点，由此，伴随有由所测取的数据点的形成的测量曲线的更高的分辨力和精度。最大值A_max或者DOB_max和时间常数tau的可靠的确定应该基于至少五个测量点，优选至少七个测量点。

在尤其优选的实施形式中，当前方法与其他的分析方法结合，尤其与CT(计算机断层扫描)容量分析法结合。这实现关于病人的健康状态和有针对性的手术计划的全面的结论，例如在出现肿瘤的情况下。

在另一实施形式中，本方法与其他的分析方法组合，尤其是磁共振成像法(MRT)。在此，要代谢的¹³C标记的底物借助形成图像的MRT在肝脏中定位。通过本方法确定代谢动力并且能够与时间分辨的MRT相比较。两种方法的组合允许，尤其在肝脏中检查各种酶的代谢的空间的和时间的分辨力。通常，MRT的时间分辨过慢导致不能跟踪代谢动力。然而，如果将图像的数据与当前方法的代谢动力同步，那么能够实现更好地图示代谢，例如通过在不同的时间点对MRT数据加权。

附加地，在一种变形形式中，将要代谢的¹³C标记底物选择成，使得其由酶或者辅酶在肝脏中代谢，所述酶或者辅酶不均匀地分布在整个肝脏中，而是在特殊的区域中增强地出现。由此，能够确定在肝脏中的各个区域的代谢性能。

为了确定用于均匀分布在肝脏中的酶或者辅酶的这种过程的空间上的图示和代谢动力，需要确保的是，底物能够非常快速地并且有效地到达肝脏细胞中并且在那里无干扰地借助于MRT来检测，而同时借助本方法来测量代谢动力。

为此的实施例是¹³C标记的麦撒西丁，通过增溶剂丙二醇能够以足够高的浓度溶解在水溶液中。丙二醇的浓度为10至1mg/ml，由此，能够获得麦撒西丁浓度从0.2％至0.6％的麦撒西丁溶液。¹³C标记的底物(麦撒西丁)和在水溶液中的增溶剂丙二醇允许¹³C标记的麦撒西丁的几乎无本底的MRT测量。¹³C的天然的同位素比能够对MRT测量产生非常负面的影响。在肝脏细胞中的麦撒西丁的、增溶剂的和其余有机底物的所有碳原子能够提供促使强烈干扰的本底信号。通过专门地选择在麦撒西丁中(即甲氧基)在经由醚基连接的甲基上的¹³C标记，将在麦撒西丁的¹³C标记的碳的同位素位移与增溶剂的和氨基酸的碳原子的MRT信号区分开，进而与在肝脏细胞中的大多数其他有机底物区分开。¹³C标记的其他部位没有显示出这种优点，并且因此阻碍了有益的MRT测量。MRT图像的对比度能够通过巧妙地选择脉冲而利用耦合效应(例如NOE(核欧沃豪斯效应)、DEPT(无畸变极化转移增强)等)来提高。

特别地，在肝脏性能极差的情况下，两种方法的组合提供显著的协同效应。附加地，组合实现在肝脏中的微循环的空间分辨力。

借助于当前方法确定的值A_max和tau能够用于多种应用。在此，尤其重要地使用下面的应用和使用领域：确定肝脏性能、跟踪术后肝脏再生、计划尤其在损伤的肝脏上的手术、确定所移植的肝脏的功能、估计尤其是重症监护患者的脓毒症、确定由在药物审批中的药物引起的肝脏损伤、跟踪肝脏的长期损伤、确定由于转基因的食物引起的肝脏损伤、在化学工业中的工作安全性的领域中、在职业病方面、肝癌预防检查、监控肝脏疾病、调节药物的剂量、证实在动物中的肝脏损伤、在环境医学方面以及在肝功能的常规检查方面。

附图说明

下面，应该结合下面的实施例在参考附图的情况下阐述本发明，而这些阐述对于本发明的保护范围不起限制性的作用。其示出：

图1示出用于执行方法的适当的底物的示意图；

图2示出根据本发明的测量方法的流程的示意图；

图3示出根据在测量时间上所测量的DOB值的斜率(Anstiegskinetik)的图形视图；

图4a示出在肝脏性能正常情况下的斜率的图形视图；

图4b示出在肝硬化情况下的斜率的图形视图；

图4c示出在肝脏严重损坏情况下的斜率的图形视图；

图4d示出在肝脏坏死情况下的斜率的图形视图；

图5示出在肝脏性能正常的情况下、肝脏性能受限制的情况下和肝脏坏死情况下的关于时间的转换最大值LiMAx的图形视图；

图6示出将服用的底物运输到肝脏中的示意图；

图7示出用于确定最大值A和时间常数tau的值的斜率的图形视图；

图8示出要代谢的底物的下降和在血液中的代谢产物的浓度的上升的图形视图。

具体实施方式

在当前方法的优选实施形式中，根据如在图2中示出的图解进行人的肝脏性能的确定。在所述测量流程中，通过要代谢的底物，尤其是¹³C麦撒西丁1结合生理盐溶液1a的静脉服用来启动代谢。

通过静脉底物服用，确保评估所需的快速的底物淹没和底物代谢的急速初始化。在此，由在肝脏中的底物的酶转换引起的底物代谢初始化比呼吸节律更快。

在图6中示意地表示出将服用的底物运输到肝脏中和底物以及在那里发生的转换或者分解。例如¹³C麦撒西丁的所服用的底物(双阴影线圆)以特殊的运输常数运输到肝脏细胞中，然而在那里通过尤其是P450加氧酶的相应的酶(单阴影线六边形)例如借助于脱烷作用以特定的反应常数进行转换，并且例如扑热息痛的已脱烷的产物(单阴影线圆)以特殊的运输常数以及例如¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物(单断面线圆)以特殊的运输常数从肝脏细胞中运输到血液中。

除了尤其通过P450加氧酶进行的底物的酶的活化，还能够设想借助于光照或者其他的快速过程进行底物的释放或者活化。例如¹³CO₂的所释放的代谢产物经由血液运输到肺中并且在那里呼出。呼出空气优选经由呼吸面罩和连接管道连续地导入到测量设备2中并且借助于计算机3进行评估(Stockmann等，Annals of Surgery，2009，250：119-125)。此外，在WO 2007/107366A1中描述了可用于当前方法的测量设备。

由于所使用的特殊的测量设备而可行的是，实时地在每次呼吸中跟踪底物的代谢。这在图3中表明。图3的图形示出在呼出空气中的呈DOB值形式的¹³CO₂浓度的上升，其中所述上升相当于一阶微分方程。在此，1DOB表示¹³CO₂与¹²CO₂的比值的高于自然比例的千分之一的变化。如之前所描述，从所述上升能够推导出A_max或者DOB_max和时间常数tau。在¹³CO₂上升达到最大值之后，发生¹³CO₂浓度的下降，这归因于在身体中的其他有助于测量信号衰减的动力过程。

借助所描述的代谢动力可行的是，通过存在于肝脏中的酶跟踪所服用的底物的直接的和间接的代谢。那么，优选服用的底物麦撒西丁经由酶CYP1A2脱甲基。从现在开始可行的是，通过评估所服用的麦撒西丁的斜率和从中导出的参数A_max直接地确定肝脏性能，所述斜率相应于一阶微分方程。在此，最大值A_max实现关于健康的肝脏细胞数量的结论和因此可供新陈代谢使用的肝脏体积，而呈时间常数tau形式的上升实现了关于底物到肝脏细胞中的进入速度的结论。因此，特别地，时间常数tau实现关于肝脏是否能够吸收底物的结论。

图7根据实例示出基于下述曲线的重要参数的确定，所述曲线示出在服用¹³C标记的麦撒西丁之后在呼吸空气中的¹³CO₂上升，对此请参见图3的阐述。基于所测量的最大值A为22.01DOB的所测取的数据点(曲线A)，执行与一阶微分方程(曲线B)的如上所描述的解的匹配(拟合)。从根据下述微分方程的解中

$y\left(t\right)=A_{\max }-A_0\exp (-\frac{t-t_0}{\mathrm{tau}})$

进行以22.09DOB和针对2.42分钟转换的时间常数tau的拟合函数的幅度A_max的确定。在此，2.42分钟的小的时间常数表示良好的肝脏渗透性，而基于测量点的曲线的缓慢上升表示在超过5分钟的范围内的时间常数，并且由此表示肝脏组织的硬化和与此相关联的变差的肝脏渗透性。

除了或者附加于确定在呼出空气中例如¹³CO₂的¹³C标记的代谢产物的含量以用于估测肝脏性能，还能够设想的是，跟踪在血液中的脱烷烃产物的浓度下降并且从相应的斜率推导出时间常数tau。

这种方法变形形式在图8中示出。所服用的例如¹³C麦撒西丁的¹³C标记的底物的和例如扑热息痛的在肝脏中形成的脱烷基产物的浓度变化借助于例如HPLC(高效液相色谱法)的适当的分析方法来跟踪。¹³C麦撒西丁的浓度由于代谢而下降(以20μg/ml的¹³C麦撒西丁的初始浓度开始的指数下降的曲线)，而相反地，扑热息痛的浓度上升(在图8中的下部的曲线)。初始的浓度变化也能够在此借助一阶微分方程来描述。借助于用于一阶微分方程的所描述的解能够推导出相应的时间常数，其中扑热息痛的初始急速浓度上升的时间常数τ1为1.3分钟，而由在血液中的其他的分布所决定的、接下来缓慢的浓度上升的时间常数τ2为16分钟。

当前的用于确定肝脏性能的方法还能够用于多种应用。

因此，该方法允许估测病人的普通健康状态，尤其估测病人的肝脏性能。在图4a-d中作为时间函数绘制出代谢上升。在此，针对不同的临床图片得出具有不同的最大值A和不同的时间常数τ的不同的斜率。如所描述的，数值A允许确定直接与肝脏性能成正比的最大转换LiMAx。图4a示出具有504μg/h/kg的最大转换LiMAx的正常的肝脏性能，而在图4b-4d中示出不同的临床图片。在肝脏硬化的情况下，所服用的底物的代谢受到限制，使得最大转换LiMAx仅还达到307μg/h/kg的值。在直至肝脏坏死的其他的肝脏损坏中，所服用的底物的最大转换相应地下降到144μg/h/kg(图4c)或者55μg/h/kg(图4d)的值。

本方法同样实现肝脏再生的预测或者跟踪，并且检测例如肝脏切除之后的术后肝脏状态。因此，借助于当前方法可能的是，在肝脏手术之后的几分钟内或者甚至在手术期间已检测了肝脏是否能够工作或者能够以何种程度工作。

在图5中示出在肝脏手术之后的肝脏性能。因此，最大的转换LiMAx在健康的正常的肝脏、虚弱的肝脏或者严重受损的肝脏之间显著不同。在手术之后，直到肝脏再生通常要持续几天。如果最大的转换LiMAx进而肝脏性能在手术之后已经非常低，那么能够预测，病人的肝脏变得不健康并且病人死亡的可能性很高。然而，可通过本方法来对这种关键情况进行快速识别，使得所涉及的病人替选地能够通过肝脏移植来进行治疗并且由此得到救助。

本方法同样实现了在手术前进行手术结果的预测进而适当地计划手术。因此，例如在肝脏手术之前结合CT容量分析法不仅能够确定例如肿瘤组织的受损组织，而且还能够确定总体上必须要移除的组织。这是必要的，因为在肿瘤治疗中必须移除围绕肿瘤的尽可能多的组织，以便最小化肿瘤扩散的风险。然而，如果在此移除过多的肝脏体积，则存在病人死亡的可能性。要移除的肝脏体积的大小取决于所保留的肝脏体积的肝脏性能。因此，通过准确地确定现存肝脏体积的肝脏性能，能够最精确地计划手术，使得病人具有最佳的存活机会和康复机会。

这根据下面的实例来进行解释。如果肿瘤容积例如为153ml，那么有意义的是，总体上移除大约599ml的肝脏体积。因此，在1450ml的总肝脏体积中保留698ml的剩余体积，这确保了病人的存活。在手术前，所服用的¹³C麦撒西丁最大转换LiMAx为307μg/h/kg。698ml的所追求的剩余体积相应于165μg/h/kg的最大转换LiMAx。因此，在手术期间已经能够借助本方法连续地确定转换，使得确保达到698ml的对于生存必要的剩余体积。在当前情况下，在手术后，肝脏的剩余体积为625ml并且具有169μg/h/kg的最大转换。通过将健康的肝脏体积与LiMAx值直接比较，能够通过三分律确定要切除的肝脏体积以便达到目标LiMAx值。

本发明还实现移植的肝脏的功能或者术后无功能(PNS)的确定。在肝脏移植之后，存在大约5％的移植的肝脏例如由于不充足的血液循环而不工作的情况。到目前为止，这在若干天之后才能够识别。相反地，借助本方法可在几分钟之后就已识别肝脏的功能失效，因为时间常数τ给出关于服用到肝脏中的底物的可接近性的信息。相应地，能够立即治疗病人并且例如进行新的移植。

借助于本方法进行在肝脏移植之后的手术成功的测量和其他治疗步骤的计划是可能的。因此，能够在肝脏移植之后直接地并且立即借助当前的测量方法确定肝脏的性能，并且个体地优化病人的其他的治疗。

此外，本方法实现对于重症病人的脓毒症危险的估测。已知的是，在重症监护学中，脓毒症致死的危险非常高。从现在起，借助当前的测量方法可能的是，直接在送至医院时并且在治疗期间确定肝脏受损或者肝脏细胞的正常功能。

肝脏受损的确定尤其在药品和药物审批时也是重要的。因此，本方法的最重要的应用领域为用于检测由在药品审批过程中的药品和药物引起的肝脏受损的方法的使用。在药物审批的范畴中，必须在毒理检验中示出待审批通过的药物不损害肝脏。通常，从一系列不同的动物试验中得出可靠的风险估测。然而，在人体中经常出现不期望的副作用，所述副作用在动物试验范畴中仅能够困难地证实。相反地，借助本方法能够准确地并且定量地测取对于动物和人的毒性作用。基于本方法，允许可靠地、定量地确定肝脏性能，从现在起可更快速地并且更精确地实现药物剂量的研究。

长期受损还可能与通过例如避孕药的药物所引起的肝脏变更相结合地借助于当前方法来进行跟踪。在有规律服用例如避孕药的药物的情况下，可能会出现肝脏的变化，所述变化首先影响肝脏细胞的可接近性并且稍后导致肝脏性能的下降。肝脏的这些变化能够通过上升时间τ和最大值A来证实，其中经由所述上升时间能够确定底物到肝脏细胞中的进入速度，其中所述最大值实现关于健康肝脏细胞的数量的结论。因此，借助当前的测量方法进行的有规律的测试实现所述肝脏变化的显示。医生能够基于所测取的数据执行药物服用的变化，使得不发生其他的肝脏变化。

现今仅能够困难地检测转基因的物质和食物对于尤其是人的生物的影响。这尤其由以下引起，即有害的生物制品通常低于检测界限或者刚好处于检测界限处，或者至今完全不知道其有害性。本方法实现由转基因的食品引起的肝脏损害的明确的检测。

同样，借助本方法能够跟踪在化学工业或者制药工业中的化学药品的影响。这实现了在工作场所的人类健康的可靠的检验。

本方法的其他应用领域在于：用于估测健康风险的职业病学领域、在肝癌预防中、在例如肝炎的肝脏疾病监控中、在动物中的肝脏损伤的检测中例如马由于千里光(Jacobkreuzkraut)引起的肝脏损伤、中毒以及在用于寻找在土壤、食物中和/或饮用水中的损害肝脏的物质的环境医学中。

本方法的尤其优选的应用领域是药品的调整。因为肝脏代谢所有所服用的药物中的多种，所以在肝脏性能高的情况下相应地代谢大部分药物，而在肝脏性能差的情况下代谢较少部分的药物。然而，这对于病人而言意味着，根据肝脏性能，在身体的中的药物的剂量大小不等，并且因此也能够发挥不同的有效性。因此，应该将药物的最佳效用匹配于肝脏性能。在此，他克莫司、克服在器官移植中的排斥反应的免疫抑制剂的服用已作为实例得到证实。他克莫司的用量的精确调整是重要的，因为过高用量的他克莫司是有毒的并且过少用量是无效用的。从现在起，在准确知晓肝脏性能的情况下可精确地调整用量并且优化药物的效果。

本方法由于其简单性和快速性同样能够由家庭医生用于肝脏检查，以便使肝脏性能作为健康状态的一部分得以查询。

Claims (20)

1.用于提供用于确定生物的肝脏性能的原始数据的方法，包括

-借助具有至少一个评估单元的至少一个测量设备在确定的时间间隔期间确定在生物的呼出空气中的¹³C标记的底物的至少一种¹³C标记的代谢产物的含量，其中，生物预先服用所述底物，并且所述底物通过所述肝脏进行转换，以释放至少一种¹³C标记的代谢产物，

其特征在于，

借助一阶微分方程描述在所述呼出空气中的所述至少一种¹³C标记的代谢产物的所述含量的所测量的初期的上升，并且从所述一阶微分方程的解中确定所述¹³C标记的代谢产物的最大浓度的值A_max和所述¹³C标记的代谢产物的所述含量的所述上升的时间常数tau，

其中，方程

$y\left(t\right)=A_{\max }-A_0\exp (-\frac{t-t_0}{\mathrm{tau}})$

用作为所述一阶微分方程的解，其中y(t)为至少一种所述底物的代谢动力，A_max为所述代谢产物的所述最大浓度或者拟合函数的最大幅度，A₀为所述代谢产物的初始浓度，tau为所述时间常数，t₀为代谢的开始，并且t为测量时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物是人。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述呼出空气中的所述至少一种¹³C标记的代谢产物是¹³CO₂。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助一阶微分方程描述在所述呼出空气中的所述¹³C标记的代谢产物的直至所述¹³C标记的代谢产物的最大值的70％的值的¹³CO₂上升。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助一阶微分方程描述在所述呼出空气中的所述¹³C标记的代谢产物的直至所述¹³C标记的代谢产物的最大值的¹³CO₂上升。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所形成的所述¹³C标记的代谢产物的量与至少一种所服用的所述底物的量成正比。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述¹³C标记的代谢产物是¹³CO₂。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所谓的指数函数匹配于在所述呼出空气中的所述至少一种¹³C标记的代谢产物所述含量的所述初期的上升的测量值，并且从所述匹配中确定所述值A_max和所述时间常数tau。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过下述公式从所述值A_max中确定在所述肝脏中的至少一种所述底物的最大的转换

$\mathrm{LiMAx}=\frac{A_{\max }{R}_{\mathrm{PBD}}\mathrm{PM}}{\mathrm{BW}},$

其中R_PBD作为¹³CO₂/¹²CO₂比值的国际碳同位素标准相当于值0.011237，P相当于CO₂产生率，M相当于所服用的所述底物的摩尔质量，并且BW相当于人的体重。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，下述底物用作¹³C标记的底物，借助于烷氧基的脱烷基化反应从所述底物中释放¹³CO₂。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述烷氧基是甲氧基。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，¹³C标记的麦撒西丁、非那西汀、氨基比林、咖啡因、红霉素和/或乙氧基香豆素用作为底物。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定在所述呼出空气中的所述¹³C标记的代谢产物的绝对含量。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述¹³C标记的代谢产物是¹³CO₂。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，实时地进行所形成的所述¹³C标记的代谢产物的确定。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述¹³C标记的代谢产物是¹³CO₂。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，连续地在所述测量设备中确定在所述呼出空气中的所形成的所述¹³C标记的代谢产物的含量。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述¹³C标记的代谢产物是¹³CO₂。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法与其他的分析方法组合。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述其他的分析方法是CT容量分析法或者磁共振成像法。