способ определения стероидного профиля при допинговом контроле спортсменов

Формула изобретения

Способ определения стероидного профиля при допинговом контроле спортсменов, включающий гидролиз анализируемой пробы мочи ферментом в присутствии буферного раствора и внутреннего стандарта, отделение гидролизата, дериватизацию его, с последующим хромато-масс-спектральным анализом пробы и регистрацией полученных результатов и определения наличия эндогенных стероидов (ЭС), отличающийся тем, что при приготовлении анализируемой пробы гидролиз образца мочи осуществляют смесью двух ферментов: -глюкуронидазы E.coli и арилсульфатазы H.pomatia в объемном соотношении от 1:1 до 1:3, а в качестве буфера используют цитратный буферный раствор, и при этом у спортсмена определяют ЭС по меньшей мере 10-15 раз с интервалом между анализами не менее 10-12 дней, по результатам анализов устанавливают минимальные и максимальные количественные значения каждого из найденных ЭС, принимают указанные значения за доверительный интервал и выстраивают стероидный профиль спортсмена как совокупность доверительных интервалов всех найденных ЭС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а точнее к клинической химии, в частности к способам определения уровня содержания эндогенных стероидов в организме, и может быть использовано, например, при допинговом контроле спортсменов и особенно при составлении биологического паспорта спортсмена.

Известен способ определения эндогенных стероидов (ЭС) методами колориметрического анализа [1].

Способ этот относится к методам качественного анализа и соответственно позволяет определить только наличие ЭС, без определения их структурных характеристик и, собственно, природы. К тому же по указанному способу возможно анализировать объекты только с очень высоким содержанием ЭС.

Известны также способы определения ЭС методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией [2-4].

Общим недостатком таких методов является трудоемкая и продолжительная во времени стадия получения летучих производных, для ЭС, что существенно усложняет ход анализа, увеличивает его продолжительность и удорожает проведение процесса.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является ГХ-МС способ определения ЭС в моче человека методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ-МС) [5].

По указанному способу в образец мочи добавляют фосфатный буферный раствор, внутренний стандарт, а также фермент ( -глюкуронидаза E.coli). Смесь перемешивают и инкубируют и после гидролиза добавляют карбонатный буферный раствор и диэтиловый эфир, далее органический слой отделяют после центрифугирования, упаривают досуха, дериватизируют и анализируют методом ГХ/МС.

Основным недостатком указанного способа является низкая степень достоверности определения ЭС (в частности, при определении стероидного профиля) и высокий порог чувствительности (например, для эпитестостерона до 10-12 нг/мл), поскольку стероиды выводятся в мочу в виде глюкуронидов и сульфатов, а анализу подвергаются только глюкурониды.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данного изобретения, является повышение степени достоверности определения ЭС, в частности при определении стероидного профиля за счет снижения порога чувствительности и расширения номенклатуры определяемых ЭС и, соответственно, определения стероидного профиля.

Поставленный технический результат достигается тем, что в процессе пробоподготовки гидролиз анализируемого образца мочи ведут смесью двух ферментов: -глюкуронидазы E.coli и арилсульфатазы H.pomatia в соотношении от 1:1 до 3:1 и в качестве буферного раствора используют цитратный буферный раствор, при этом у спортсмена определяют ЭС по меньшей мере 10-15 раз с интервалом между анализами не менее 10-12 дней, по результатам анализов устанавливают минимальные и максимальные количественные значения каждого из найденных ЭС, принимают указанные значения за доверительный интервал и выстраивают стероидный профиль спортсмена как совокупность доверительных интервалов всех найденных ЭС.

Известно, что при ГХ/МС анализе ЭС необходимо провести несколько стадий пробоподготовки, поскольку выведение ЭС в мочу происходит после фазы II метаболизма, а именно конъюгирования, во время которого образуются сложные эфиры соединений, причем стероиды выводятся в мочу в виде глюкуронидов и сульфатов. Некоторые стероиды, например, такие как андростерон, этиохоланолон, тестостерон и эпитестостерон, могут выводиться в мочу в виде сульфатов с отношением к глюкуронидам до 1:1. Другие стероиды, например дегидроэпиандростерон, андростендион, эстрон, эстриол, могут выводиться в мочу в основном в виде сульфатов. В свою очередь сульфаты представляют интерес для допинг-контроля не только из-за эндогенных ЭС, а еще и по той причине, что некоторые стероиды образуют наиболее долгоживущие метаболиты именно в сульфатной фракции и поэтому их можно обнаружить в биологической жидкости в течение, например, не 6 часов, а в течение 18 или 24 часов, что должно повысить достоверность подтверждения приема допинга спортсменом. Тем не менее в настоящее время концентрации основных эндогенных ЭС, таких как тестостерон, эпитестостерон, андростерон, этиохоланолон, дегидроэпиандростерон и др., по нормативам WADA рассчитывают, исходя из глюкуронидов соответствующих ЭС [6]. В настоящее время известно около тридцати ЭС человека, однако авторы, основываясь на своих знаниях и опыте, утверждают, что для определения достоверного стероидного профиля аналитическим путем достаточно исследовать 8-12 наиболее характерных ЭС.

При реализации заявляемого изобретения в качестве аппаратурного оформления процесса может быть использован, например, хроматограф Agilent 6890, соединенный с масс-селективным детектором Agilent 5973N с электронной ионизацией (70 эВ), колонка Restek Rxi - 1ms (длина 12 м, внутренний диаметр 0,20 мм, толщина неподвижной фазы 0,33 мкм).

Температурная программа может быть установлена со следующими параметрами: подъем от 188°C до 232°C со скоростью 2°C/мин, далее от 232°C до 300°C по 12°C/мин, изотерма 5,33 мин при объеме вводимой пробы 2 мкл в режиме деления потока (1:20), температура инжектора - 280°С. Газ-носитель - гелий (0,6 мл/мин). Температура источника ионов - 230°С, температура переходной линии - 290°С, квадруполя - 150°С, скорость сканирования - 1,69 циклов/сек, диапазон масс в режиме полного сканирования - 50-600 а.е.м.

В качестве реагентов и материалов могут быть использованы, например, N-метил-N-(триметилсилил)-трифторацетамид (МСТФА), -глюкуронидаза из H.pomatia, арилсульфатаза из H.pomatia и ацетат натрия (Sigma-Aldrich, США); стандартные образцы тестостерона, эпитестостерона, андростерона, этиохоланолона, дегидроандротестостерона, андростендиона, эстрона, эстриола, 11 -гидроксиандростерона, 11 -гидроксиэтиохолоналона и дегидроэпиандростерона (Steraloids, Newport, США); метанол, соляная кислота и уксусная кислота (Merck, ФРГ); дигидрофосфат калия, гидрофосфат натрия и йодид аммония (Riedel-de-Haën, ФРГ); карбонат калия, гидрокарбонат калия и сульфат натрия (ХимМед, РФ); диэтиловый эфир (МедХимПром, РФ); 1,4-дитио-DL-триэтол (ДТТ), имидазол (Fluka, Швейцария); цитрат калия (Alfa Aesar, США); внутренний стандарт - метилтестостерон, D4-андростерон-глюкуронид и D5-этиохоланолон (LGC Standards, Великобритания); деионизированная вода (MilliQ, ФРГ).

Разумеется, могут быть использованы оборудование, материалы и реактивы других производителей, с тем, однако, условием, что по качественным характеристикам они будут обеспечивать воспроизводимость результатов исследования в объеме заявляемых патентных притязаний.

В качестве вспомогательного оборудования могут быть использованы: автоматический шейкер фирмы Glas-Col^® , США - для ЖЖЭ; центрифуга марки Rotina 46R фирмы Hettich (ФРГ) для получения контрастной поверхности раздела между органической и водной фазами;- упариватель фирмы Barnstead Inc. (США), совмещенный с генератором азота марки Mistral-4 фирмы Schmidlin-DBS AG (Чехия) для упаривания органического экстракта. В качестве экстрагента для ЖЖЭ может быть использован метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). В качестве регуляторов рН могут быть использованы гидрокарбонат натрия и карбонат калия.

Изобретение может быть осуществлено следующим образом.

Готовят образцы мочи, добавляют в них буферный раствор, внутренний стандарт (метилтестостерон, для конечной концентрации 500 нг/мл мочи), точные количества фермента или смеси ферментов. Смесь далее перемешивают и инкубируют при повышенной температуре в течение 1,0-1,5 час. По окончании гидролиза в смесь добавляют карбонатный буферный раствор (рН 10,4) и диэтиловый эфир, встряхивают в течение 3-10 мин, центрифугируют, отделяют органический слой и упаривают его досуха и дериватизируют раствором МСТФА/NH₄I/ДТТ при нагревании в течение 20-40 минут, дериватизат переносят в виалу и анализируют методом ГХ/МС. Снимают и регистрируют хроматографические и масс-спектрометрические характеристики веществ-эталонов, а также всех растворов и проб (детектируют не менее трех характеристических ионов каждого эталонного вещества, определяют время удержания, молекулярную массу, прекурсор-ионы, характеристичные ионы, нижний предел обнаружения) и полученные результаты вводят в программное обеспечение, например ChemStation фирмы Agillent, США.

Для лучшего понимания изобретение может быть проиллюстрировано, но не исчерпано следующими примерами его конкретного осуществления.

Пример 1

Готовят стандартные растворы аналитов (1 мг/мл), в частности тестостерона, эпитестостерона, андростерона, этиохоланолона, дегидроандротестостерона, андростендиона, эстрона, эстриола, 11 -гидроксиандростерона, 11 -гидроксиэтиохолоналона и дегидроэпиандростерона. Рабочие растворы готовят растворением точной навески ЭС - эталонов в метаноле. Далее получают рабочие растворы разбавлением стандартных растворов до содержания 10 мкг/мл. Стандартные растворы каждого из ЭС (1 мг/мл) готовят растворением точной навески в точном объеме метанола. К 3 мл мочи (из приготовленных ранее образцов) добавляют 1 мл буферного раствора, 30 мкл внутреннего стандарта (МТ, для конечной концентрации 500 нг/мл мочи), точные количества смеси ферментов. Смесь перемешивают и инкубируют при 55°С 1 час 10 минут. После гидролиза добавляют 1 мл карбонатного буферного раствора (рН 10,4) и 5 мл диэтилового эфира. Встряхивают в течение пяти минут, центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин; органический слой отделяют, упаривают досуха при 70°C в течение 40 минут и проводят дериватизацию - 50 мкл раствора МСТФА/NH₄ I/ДТТ (1000:3:2) при нагревании до 70°С в течение 30 минут, раствор переносят в виалу и анализируют далее методом ГХ/МС (параметры аналитической процедуры приведены выше).

Содержание отдельных ЭС в пробах мочи определяют в том же порядке и при тех же параметрах, что и в стандартных растворах, с тем исключением, что гидролиз указанных образцов ведут в следующем порядке (см. Таблицу 1).

Таблица 1

Образец мочи	Фермент	Буфер	Найденные ЭС (нг/мл)
1	E.coli + helix pomatia	цитратный	тестостерон, эпитестостерон, андростерон, этиохоланолон, дегидроандротестостерон, андростендион, эстрон, эстриол, 11 -гидроксиандростерон, 11 -гидроксиэтиохолоналон
1а	E.coli	фосфатный	тестостерон, эпитестостерон, андростерон, этиохоланолон, дегидроандротестостерон, 11 -гидроксиандростерон, 11 -гидроксиэтиохолоналон
2	E.coli + helix pomatia	цитратный	тестостерон, эпитестостерон, андростерон, этиохоланолон, дегидроандротестостерон, андростендион, эстрон, эстриол, 11 -гидроксиандростерон, 11 -гидроксиэтиохолоналон
3	E.coli + helix pomatia	цитратный	тестостерон, эпитестостерон, андростерон, этиохоланолон, дегидроандротестостерон, андростендион, эстрон, эстриол, 11 -гидроксиандростерон, 11 -гидроксиэтиохолоналон
3а	E.coli	фосфатный	тестостерон, эпитестостерон, андростерон, этиохоланолон, эстрон, 11 -гидроксиандростерон, 11 -гидроксиэтиохолоналон

Из представленных в Таблице 1 результатов становится очевидным, что использование для гидролиза смеси ферментов E.coli + helix pomatia в цитратном буфере позволяет расширить номенклатуру определяемых ЭС, а также существенно понизить порог определения указанных соединений. В частности, это видно из сопоставления полученных результатов в Таблице 2 (количество определенных в пробе ЭС - нг/мл).

Таблица 2

ЭС	Образец мочи 1	Образец мочи 1а	Образец мочи 2	Образец мочи 3	Образец мочи 3а	Примеч.
Тестостерон	35	20	52	110	93
Эпитестостерон	51	40	36	42	40
Андростерон	1280	850	7320	10850	5120
Этиохоланолон	970	550	5600	7400	4500
Дегидроандротестостерон	120	15	74	12	0
Андростендион	24	0	8	22	0
Эстрон	17	2	21	11	1
Эстриол	12	0	5	10	0
11 -Гидроксиандростерон	400	300	870	610	560
11 -Гидроксиэтиохолоналон	250	213	405	540	470

Пример 2 (сравнительный)

Для сравнения проводят анализы образцов мочи, подвергнутых гидролизу при различных сочетаниях ферментов и буферов (см. Таблицу 3).

Таблица 3

1	Фермент E.coli	Буфер фосфатный	По WADA
2	Смесь ферментов E.coli+helix pomatia	Буфер цитратный	По заявляемому изобретению
3	Фермент E.coli	Буфер цитратный	Для сравнения
4	Фермент helix pomatia	Буфер фосфатный	Для сравнения
5	Фермент helix pomatia	Буфер цитратный	Для сравнения

Результаты анализов для исследованной серии ЭС представлены на рис.1-5.

Из представленных иллюстративных материалов вытекает, что при использовании в качестве гидролизующей среды смеси ферментов (E.coli+helix pomatia) в цитратном буфере нижний предел обнаружения исследованных ЭС по сравнению с известным (единица, или 100%) понижается по меньшей мере до 0,8-0,35 (т.е. в 1,2-1,65 раза).

Пример 3

Готовят образец мочи, добавляют в него буферный раствор, внутренний стандарт (МТ, для конечной концентрации 500 нг/мл мочи), точные количества фермента или смеси ферментов. Смесь далее перемешивают и инкубируют при повышенной температуре в течение 1,0 -1,5 час и далее процедуру проводят как в Примере 1, включая технику и условия проведения ГХ/МС анализа за исключением того, что образец мочи разделяют на пять аликвот и каждую аликвоту подвергают гидролизу при следующих условиях (Таблица 4).

Таблица 4

Аликвота	Фермент E.coli (мл)	Helix pomatia (мл)	Примечание
1	1,0	0,7
2	1,0	1,0
3	1,0	2,0
4	1,0	3,0
5	1,0	3,5

Результаты определения ЭС, в частности этиохолоналона, приведены на рис 6.

Из рис.6 следует, что оптимальное соотношение объемов используемых ферментов составляет 1:2 - 1:3. Выход соотношения за заявленные пределы снижает ожидаемый результат определения ЭС.

Пример 4 (Определение стероидного профиля)

Определяют стероидный профиль добровольца (биатлонист, мужчина, 23 года). Всего взято 17 анализов с интервалом между анализами 10-15 дней. Особо следует отметить, что спортсмен за весь период наблюдения (220 дней) не принимал допинга и не использовал трансфузию крови. Доверительный интервал значений каждого конкретного ЭС устанавливают как разность между минимальным и максимальным значениями содержания указанного ЭС во времени (в данном случае в течение времени наблюдения - 220 дней и по данным 17 анализов). На рис.7-10 представлены стероидные профили спортсмена по дегидроэпиандростерону, эпитестостерону, тестостерону и эстриолу соответственно. По остальным исследуемым ЭС стероидные профили представлены в Таблице 5. Для определения стероидного профиля выбраны по два минимальных и максимальных значения из общего числа 17 значений.

Таблица 5

№ № п/п	Стероид	Миним. знач., нг/мл	Максим. знач., нг/мл	Доверительный интервал
1	андростерон	4700; 4680	8500; 8350	4680 - 8500
2	этиохоланолон	3750; 3800	7700; 7500	3750 - 7700
3	андростендион	6,5; 6,3	25,0; 26,5	6,3 - 26,5
4	эстрон	12,5; 12,0	28,5; 28,0	12,0 - 28,5
5	11 -гидроксиандростерон	670; 680	1190; 1095	670 - 1190
6	11 -гидроксиэтиохолоналон	580; 600	945; 946	580 - 946

Пример 5 (контрольный)

Определяют стероидный профиль добровольца (мужчина, 25 лет). Всего взято 6 анализов с интервалом между анализами 10 дней. Особо следует отметить, что доброволец за весь период наблюдения (60 дней) не принимал допинга и не использовал трансфузию крови. Доверительный интервал значений каждого конкретного ЭС устанавливают как в Примере 4. На 61-й день наблюдения с согласия добровольца ему дали принять капсулу 50 мг тестостерона андеканоата (Андриол) и капсулу ДГЭА 50 мг. Контрольный анализ мочи проводят через 8 часов после приема. На рис.11 и 12 представлены стероидные профили испытуемого по тестостерону и ДГЭА. Следует отметить, что в данном примере одновременно определяют стероидный профиль ЭС по методике, описанной в прототипе (гидролиз Е. coli в фосфатном буфере), при этом нижний предел значения профиля по тестостерону составил 32 нг/мл, а ДГЭА был обнаружен только после приема препарата.

Как видно из описания и приведенных примеров осуществления способа и сравнительных и контрольных примеров, заявляемое изобретение обеспечивает снижение порога чувствительности определения ЭС, расширение номенклатуры определяемых соединений при одновременном повышении достоверности определения стероидного профиля.

Источники информации

1. RU 2190853 C2, G01N 33/74, 2002 г.

2. Хим. фарм. журнал, 1988, т.22, с.622.

3. RU 2313086 C2, G01N 30/72, 2007.

4. J. Anal. toxicol., 2005, v. 29, № 4, p.217.

5. WADA Technical Document - TD2004EAAS - прототип.

6. Wada Prohibited List, Version 5.0, 2010.