Stable Isotope Approaches to the Understanding of Potassium Homeostasis

稳定同位素方法了解钾稳态

基本信息

  • 批准号:
    10431555
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 26.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-03-15 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Potassium (K+) homeostasis is critical for normal cardiovascular and neuromuscular function, and disturbances in K+ homeostasis (e.g., hyperkalemia) can lead to life-threatening cardiovascular events. Extracellular K+ homeostasis is maintained by renal and extrarenal mechanisms. The kidneys have a remarkable capacity to regulate K+ excretion to match K+ intake, playing the major role in maintaining chronic K+ balance. In addition, extrarenal tissues (mainly skeletal muscle, the major K+ store) provide K+ buffering capacity by shifting K+ between the extracellular and intracellular fluids. Furthermore, gut sensing of dietary K+ appears to generate signals for regulating renal K+ excretion and extrarenal K+ shift. Thus, extracellular K+ homeostasis involves multiple organs and tissues, their adaptation to dietary K+ intake, and crosstalk among them. Despite marked progress in this field in recent decades, many critical issues concerning K+ homeostatic mechanisms remain unresolved due to a lack of appropriate methodology. A main limitation in studies of extracellular K+ homeostasis is an inability to quantify K+ fluxes in vivo. Although previous studies quantified K+ fluxes using 86Rb, a radioactive tracer for K+, radioactivity exposure and short half-life of 86Rb have limited its use to in vitro studies. Stable isotopes of a wide range of elements have been used to quantify fluxes of various substrates or blood constituents in vivo. However, in spite of the existence of two stable isotopes of K+ in nature (39K, 93.3% and 41K, 6.7%), this approach has not been applied to the study of K+ homeostasis in vivo due to analytical limitations. Dr. John Higgins, a geochemist at Princeton University, developed analytical methods for determining the ratio of stable K+ isotopes (41K/39K) in natural samples using inductively coupled plasma mass spectrometry. This state-of-the-art technology provides the opportunity to determine K+ fluxes in vivo using stable isotopes (i.e., without using radioactive tracers). The objective of the current proposal is to develop and validate this new approach for estimating whole-body K+ fluxes in vivo and extend it to assess K+ transport activities in individual tissues. If successfully developed, these new cutting-edge approaches will open new doors to answering important questions and filling gaps in K+ homeostatic mechanisms in vivo. These stable isotope approaches will be highly innovative, as they allow whole-body and in vitro K+ flux analyses that were infeasible with any conventional approaches, including those with 86Rb.
项目摘要 钾(K+)稳态对于正常的心血管和神经肌肉功能至关重要,并且 K+稳态(例如高钾血症)的扰动会导致威胁生命的心血管事件。 细胞外K+稳态通过肾脏和外部机制维持。肾脏有一个了不起的 调节K+排泄以匹配K+摄入量的能力,在维持慢性K+平衡方面发挥了主要作用。在 另外,外部组织(主要是骨骼肌,主要的K+商店)通过移动提供K+缓冲能力 k+在细胞外和细胞内流体之间。此外,饮食K+的肠道感知似乎会产生 调节肾脏K+排泄和肾外K+移位的信号。因此,细胞外K+稳态涉及 多个器官和组织,它们适应饮食K+摄入量以及其中的串扰。尽管有标记 近几十年来,该领域的进展,有关K+稳态机制的许多关键问题仍然存在 由于缺乏适当的方法,未解决。细胞外K+稳态研究的主要局限性 是无法在体内量化K+通量的一种。尽管以前的研究使用86RB量化了K+通量,但一种放射性 K+的示踪剂,放射性暴露和86RB的半衰期限制了其在体外研究中的用途。稳定的 多种元素的同位素已用于量化各种基材或血液的通量 体内成分。然而,尽管存在两个稳定的同位素在本质上(39K,93.3%和41K) 6.7%),由于分析局限性,这种方法尚未应用于体内K+稳态的研究。 普林斯顿大学的地球化学家约翰·希金斯(John Higgins)博士开发了用于确定比率的分析方法 使用电感耦合等离子体质谱法中天然样品中稳定的K+同位素(41K/39K)的体形。这 最先进的技术提供了使用稳定同位素在体内确定K+通量的机会(即 不使用放射性示踪剂)。当前建议的目的是开发和验证这一新的 在体内估算全身K+通量的方法,并将其扩展以评估个体中的K+运输活动 组织。如果成功开发,这些新的尖端方法将为回答打开新的门 重要的问题和体内K+稳态机制中的空白。这些稳定的同位素方法 将是高度创新的,因为它们允许全身和体外K+通量分析,而这些分析与任何有关 传统方法,包括具有86RB的方法。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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