Strukturparameter-Inferenz-Ansatz
Englisch: structure parameter inference approach, SPINA
Definition
Beim Strukturparameter-Inferenz-Ansatz, kurz SPINA, handelt es sich um ein Verfahren zur in-vivo-Berechnung von Strukturparametern endokriner Regelkreise aus gemessenen Konzentrationen von Hormonen oder Metaboliten. Die Methodik leitet sich von mathematischen Modellen der Wirkungsgefüge auf Grundlage einer biokybernetischen Theorie her.
Hintergrund
Die mittels SPINA rekonstruierten Strukturparameter können als berechnete Biomarker für die Diagnostik endokriner Funktionsstörungen, die Prognoseabschätzung der Betroffenen und die Endotypisierung von Krankheitsbildern verwendet werden. Einen ähnlichen Ansatz und ein vergleichbares Einsatzgebiet hat das Homeostasis Model Assessment.
Funktionsprinzip
Im Prinzip werden die für die kybernetische Beschreibung des Systems verwendeten Gleichungen nicht nach den Verhaltensparametern (also den Hormonspiegeln), sondern nach den Strukturparametern aufgelöst.
Voraussetzungen
Für valide Ergebnisse müssen gewisse Voraussetzungen erfüllt sein:
- Das System muss sich in einem definierten Gleichgewicht befinden
- Es darf keine Hormonsubstitution auf der Ebene des untersuchten Organs erfolgen.
- Parameter, die als zusätzliche Konstanten in die Berechnung eingehen (z. B. Proteinbindungsterme) sollten nicht stark von der Norm abweichen.
Klinischer Nutzen
Studien zeigen, dass die mittels SPINA berechneten Strukturparameter eine höhere diagnostische Leistung und eine höhere Reliabilität aufweisen als einfach gemessene und univariabel interpretierte Konzentrationen von Hormonen und Metaboliten.[1] Dies gilt sowohl für die Schilddrüsenfunktion[2][3] als auch für die Insulin-Glukose-Homöostase.[4][5]
Beispiele
- SPINA Thyr
- SPINA Carb
- SPINA-GBeta (Sekretionsleistung der pankreatischen Betazellen)
- SPINA-GR ("receptor gain" als Maß für die Insulinsensitivität)
- SPINA-DI (statischer Dispositionsindex, Kreisverstärkung des Insulin-Glukose-Regelkreises)
Web-Links
Einzelnachweise
- ↑ DiStefano J 3rd, Dietrich JW, Alon U. Editorial: Mechanistic, machine learning and hybrid models of the 'other' endocrine regulatory systems in health and disease, volume II. Front Endocrinol (Lausanne). 2026 Mar 3;17:1806508. doi: 10.3389/fendo.2026.1806508. PMID: 41852474; PMCID: PMC12992052.
- ↑ Dietrich JW, Landgrafe-Mende G, Wiora E, Chatzitomaris A, Klein HH, Midgley JE, Hoermann R. Calculated Parameters of Thyroid Homeostasis: Emerging Tools for Differential Diagnosis and Clinical Research. Front Endocrinol (Lausanne). 2016 Jun 9;7:57. doi: 10.3389/fendo.2016.00057. PMID: 27375554; PMCID: PMC4899439.
- ↑ Giannakopoulos A, Efthymiadou A, Kritikou D, Chrysis D. Usefulness of SPINA model in evaluation of the thyroid function in euthyroid pediatric patients children with subclinical hypothyroidism. Front Endocrinol (Lausanne). 2025 Mar 31;16:1365354. doi: 10.3389/fendo.2025.1365354. PMID: 40230485; PMCID: PMC11994427.
- ↑ Dietrich JW, Dasgupta R, Anoop S, Jebasingh F, Kurian ME, Inbakumari M, Boehm BO, Thomas N. SPINA Carb: a simple mathematical model supporting fast in-vivo estimation of insulin sensitivity and beta cell function. Sci Rep. 2022 Oct 21;12(1):17659. doi: 10.1038/s41598-022-22531-3. PMID: 36271244; PMCID: PMC9587026.
- ↑ Dietrich JW, Abood A, Dasgupta R, Anoop S, Jebasingh FK, Spurgeon R, Thomas N, Boehm BO. A novel simple disposition index (SPINA-DI) from fasting insulin and glucose concentration as a robust measure of carbohydrate homeostasis. J Diabetes. 2024 Sep;16(9):e13525. doi: 10.1111/1753-0407.13525. Epub 2024 Jan 2. PMID: 38169110; PMCID: PMC11418405.
Weiterführende Literatur
- Dietrich et al. SPINA-THYR: A Novel Systems Theoretic Approach to Determine the Secretion Capacity of the Thyroid Gland, Biomedical Cybernetics, 1999
- Dietrich, J. W. Der Hypophysen-Schilddrüsen-Regelkreis. Entwicklung und klinische Anwendung eines nichtlinearen Modells. Berlin, Logos-Verlag, 2002
- Rosolowska-Huszcz et al. Influence of low protein diet on nonthyroidal illness syndrome in chronic renal failure. Endocrine, 2005
- Dietrich et al. The AQUA-FONTIS Study: Protocol of a multidisciplinary, cross-sectional and prospective longitudinal study for developing standardized diagnostics and classification of non-thyroidal illness syndrome, BMC Endocrine Disorders, 2008
- Dietrich et al. Calculated Parameters of Thyroid Homeostasis: Emerging Tools for Differential Diagnosis and Clinical Research, Front Endocrinol (Lausanne), 2016
- Dietrich et al. SPINA Carb: a simple mathematical model supporting fast in-vivo estimation of insulin sensitivity and beta cell function, Scientific Reports, 2022
- Dietrich et al. A novel simple disposition index (SPINA-DI) from fasting insulin and glucose concentration as a robust measure of carbohydrate homeostasis. J Diabetes. 2024.