Bubrezi su vitalni organi u ljudskom tijelu koji imaju ključnu ulogu u održavanju ravnoteže tekućine i elektrolita, filtriranju krvi, uklanjanju otpadnih produkata metabolizma poput uree, kreatinina i mokraćne kiseline, kao i regulaciji različitih biokemijskih procesa. Funkcionalna jedinica bubrega je nefron koji se sastoji od glomerula koji je filtrirajuća jedinica bubrega, proksimalnih i distalnih tubula i sabirnog kanala (Slika 1). Procjena bubrežne funkcije važna je u liječenju bubrežnih bolesnika, kao i u drugim stanjima koja mogu utjecati na bubrežnu funkciju.
Slika 1. Prikaz nefrona kao funkcionalne jedinice bubrega u poveznici s izlučivanjem kreatinina i uree. GFR – engl. glomerular filtration rate (brzina glomerularne filtracije). BioRender.com
Testovi za procjenu bubrežne funkcije korisni su u utvrđivanju prisutnosti bubrežne bolesti, praćenju odgovora na liječenje i određivanju progresije bubrežne bolesti, a uključuju različite laboratorijske pretrage urina i krvi. Postojeći dijagnostički kriteriji za kroničnu bubrežnu bolest temelje se na procijeni brzine glomerularne filtracije (GFR) izračunate temeljem vrijednosti kreatinina u krvi, čime se definira stupanj težine bolesti, a uzimaju u obzir i dodatne markere bubrežnog oštećenja, poput izlučivanje albumina mokraći (1,2). GFR se odnosi na količinu krvi koja se filtrira kroz bubrežne glomerule u jedinici vremena (mL/min) te pokazuje koliko dobro bubrezi filtriraju krv i uklanjaju otpadne produkte i suvišne tvari iz nje te time ima veliku važnost kod dijagnosticiranja i praćenja bolesti bubrega. Niska GFR može ukazivati na smanjenje bubrežne funkcije, dok normalna ili visoka GFR obično ukazuju na njihovu dobru funkciju.
Kreatinin i urea su dva otpadna produkta metabolizma proteina koji se stvaraju u tijelu i izlučuju putem bubrega u mokraću te su važni pokazatelji bubrežne funkcije. Određivanje razine kreatinina i uree u krvi može pružiti uvid u bubrežnu funkciju te ukazivati na učinkovitost izlučivanja otpadnih produkata, odnosno na GFR. Osim bubrežne funkcije, visoke razine kreatinina i uree u krvi također mogu ukazivati na druge zdravstvene probleme i poremećaje pa je važno interpretirati rezultate u kontekstu kliničke slike pacijenta.
Kreatinin je najčešće korišteni endogeni marker za procjenu glomerularne funkcije. Stvara se u mišićima kao nusproizvod metabolizma kreatina, koji se kontinuirano razgrađuje kako bi se oslobodila energija nužna za mišićnu kontrakciju. U procesu mišićnog metabolizma, kao krajnji proizvod katabolizma visokoenergetskog spoja kreatin fosfata, nastaje kreatinin koji se iz mišićnih stanica oslobađa u krvotok te je prisutan u svim tjelesnim tekućinama i sekretima (Slika 2). Bubrežni glomeruli ga slobodno filtriraju, a pritom ga tubularne stanice ne resorbiraju pa je kreatinin izlučen urinom po minuti jednak količini kreatinina filtriranog u Bowmanov /urinarni prostor (Slika 1). Sav kreatinin koji se proizvede u mišićima, bubrezi eliminiraju urinom pa je stoga upravo serumski kreatinin najbolja mjera glomerularne funkcije. Koncentracija kreatinina u krvi je pretežito stabilna, uz diskretne dnevne varijacije vrijednosti: od nešto nižih ujutro do viših navečer. Njegova vrijednost se blago povećava nakon obroka, posebno nakon unosa mesa u prehrani jer je mala količina kreatinina prisutna u mesu. Dnevna proizvodnja kreatina i kreatinina ovisi o mišićnoj masi pa tako žene u pravilu izlučuju manje kreatinina od muškaraca zbog manje mišićne mase.
Kreatinin je specifičniji i osjetljiviji parametar bubrežne funkcije i bubrežne bolesti od uree u krvi. U slučaju smanjene glomerularne filtracije, razina kreatinina u krvi će se povećati, a slijedi i njegov porast u urinu. Ovaj porast obično ukazuje na zatajenje bubrega (iako uzrok može biti i veliko oštećenje mišića) pa se serumski kreatinin koristi za otkrivanje bubrežne bolesti ili daljnja ispitivanja patologije urinarnog sedimenta, hipertenzije ili razjašnjenja nespecifičnih simptoma kao što je umor. Koristi se i za praćenje bubrežne funkcije nakon transplantacije te za praćenje učinka nefrotoksičnih lijekova poput gentamicina ili antitumorskih lijekova, kao i za prilagodbu doze lijekova koji se izlučuju putem bubrega. Kreatinin u serumu kao marker bubrežne funkcije često je nepouzdan kod osoba sa smanjenom mišićnom masom, kao što su starije osobe, osobe s amputacijama i osobe s mišićnom distrofijom.
Koncentracija kreatinina određuje se putem nekoliko metoda koje uključuju kemijsku i enzimatsku metodu, Jaffeovu reakciju koja uključuje stvaranje alkalnog pikrata, metode tekućinske kromatografije visoke razlučivosti (HPLC) te masene spektrometrije. Točnost rezultata mjerenja kreatinina može varirati ovisno o metodi koja se koristi, laboratorijskim protokolima i kvaliteti instrumenata. Također, važno je uzeti u obzir da se dobiveni rezultati mogu razlikovati ovisno o faktorima poput dobi, spola, tjelesne mase i drugih čimbenika (3).
Slika 2. Metabolizam kreatinina i ciklus uree.BioRender.com
Iako mjerenje kreatinina u krvi igra ključnu ulogu u procjeni bubrežne funkcije, kao i općeg zdravlja tijela, postoje određeni nedostaci i ograničenja ove metode. Jedan od nedostataka je smanjena specifičnost ove metode, budući da se razina kreatinina može povećati u stanjima kao što su akutno zatajenje srca, sepsa, hipovolemija, opstrukcija urinarnog sustava te neki oblici akutne bubrežne bolesti kada dinamička promjena u GFR nije adekvatno prikazana u vrijednosti serumskog kreatinina. Nadalje, iako je kreatinin koristan pokazatelj bubrežne funkcije, on ne pruža informacije o specifičnim oštećenjima bubrega ili uzrocima povećane razine kreatinina. Stoga su za precizniju dijagnozu obično potrebne dodatne analize, uključujući analizu urinarnog sedimenta i drugih laboratorijskih parametara (4). Kreatinin nije u potpunosti idealan marker filtracije, jer ga luče i tubularne stanice u lumen tubula, i to posebno ako je bubrežna funkcija oštećena. Također, neki lijekovi (kao što su cimetidin ili trimetoprim) imaju učinak smanjenja tubularne sekrecije kreatinina, što dovodi do povećanja serumskog kreatinina i smanjenja izmjerenog klirensa kreatinina. Paradoksalno, kada se ti lijekovi koriste, dobiva se točnije mjerenje GFR jer se izbjegava pogreška mjerenja nastala fiziološkom tubularnom sekrecijom kreatinina (5). Ako usporedimo odnos GFR i serumskog kreatinina možemo uočiti da je kreatinin dobar marker kod izraženijeg sniženja GFR, jer visoka razina kreatinina obično sugerira ozbiljnije oštećenje bubrega. Ipak, od manje je koristi kada je bubrežna funkcija u velikoj mjeri očuvana, no važno je napomenuti da kreatinin nije jedini faktor koji se koristi za procjenu bubrežne funkcije. Liječnici također uzimaju u obzir druge parametre krvi i urina, simptome pacijenta i druge relevantne informacije kako bi dobili cjelovitu sliku bubrežnog zdravlja (6).
Klirens kreatinina pruža točniju procjenu i može se izračunati iz serumskog kreatinina ili točnije iz rezultata prikupljanja 24-satnog urina ili po mogućnosti tijekom točno određenog razdoblja od 5 do 8 sati, budući da su prikupljanja 24 satnog urina poprilično nepouzdana. Zatim se klirens kreatinina izračunava pomoću jednadžbe te korigira za površinu tijela. Nepravilno ili nepotpuno prikupljanje urina jedan je od glavnih problema koji utječu na točnost ovog testa; stoga je vremenski određeno prikupljanje prednost. Nadalje, zbog mogućeg izlučivanja iz tubula, kreatinin povećava GFR za oko 10 do 20%.
Top of Form
Urea ili dušik uree u krvi (engl. blood urea nitrogen - BUN) je spoj koji nastaje u jetri kao krajnji proizvod metabolizma proteina i aminokiselina, a povišene vrijednosti uree ukazuju na oštećenje bubrežne funkcije. Urea nastaje iz ugljikovog dioksida (CO2) i amonijaka (NH3) dobivenih deaminacijom aminokiselina u ciklusu uree (Slika 2). Urea je topiva u vodi pa se oko 85% uree eliminira putem bubrega, dok se ostatak izlučuje putem gastrointestinalnog (GI) trakta i kože. Urea se u crijevima razgrađuje do amonijevih iona pomoću crijevnih bakterija. Povećanje koncentracije uree tijekom CKD vodi do promjena u crijevnoj flori koje mogu povećati proizvodnju toksina porijeklom iz crijeva koji mijenjaju crijevnu epitelnu barijeru. Ove promjene mogu dovesti do ubrzanja procesa oštećenja bubrega (7). Serumska urea se može koristiti za procjenu bubrežne funkcije, ali ona je vrlo promjenjiv, manje precizan marker podložan pogreškama. Za razliku od kreatinina, koncentracija uree u glomerularnom filtratu ista je kao u plazmi. Naime, iako se urea filtrira u mokraću, tijelo će u normalnim uvjetima oko 40 do 50% dio filtrirane uree resorbirati u proksimalnim tubulima pasivnom povratnom difuzijom i upotrijebiti.
Razina uree u serumu povećava se u stanjima u kojima se bubrežni klirens smanjuje (kod akutnog i kroničnog zatajenja/oštećenja bubrega). Mjerenje dušika iz uree daje procjenu omjera izlučivanja i proizvodnje uree. U normalnim uvjetima, vrijednost klirensa ureje je oko 60 % u skladu s GFR. Na niskoj razini, kada je količina urina <2 mL/min, vrijednosti su vrlo neprecizne, čak i uz primjenu formula za korekciju. Valja napomenuti i to da je urea izravno povezana s metaboličkom funkcijom jetre i funkcijom izlučivanja bubrega pa će pacijenti s teškom primarnom bolešću jetre imati snižene vrijednosti uree u krvi. Kod kombinirane bolesti jetre i bubrega, kao primjerice kod hepatorenalnog sindroma, urea može biti uredna zbog loše funkcije jetre koja rezultira smanjenim stvaranjem uree. Urea se također može povećati u drugim stanjima koja nisu povezana s bubrežnim bolestima, kao što su krvarenje iz gornjeg dijela probavnog sustava, dehidracija, katabolička stanja, uzimanje oralnih kortikosteroida te dijete bogate proteinima. Do snižavanja vrijednosti uree može dovesti gladovanje, dijeta s malo proteina i teške bolesti jetre.
Dugo vremena se urea smatrala biološki inertnom molekulom s nedovoljno jasnom ulogom u bubrežnoj bolesti. Ipak, novija istraživanja ukazuju da sama urea izaziva molekularne promjene povezane s inzulinskom rezistencijom, stvaranjem slobodnih radikala, apoptozom i poremećajem zaštitne crijevne barijere. Također, u opservacijskim kliničkim studijama pokazano je da urea i njeni spojevi dovode do bioloških promjena poput postranslacijskih modifikacija proteina uključenih u aterogenezu i kardiovaskularne incidente te ukupni morbiditet i smrtnost (8). Omjer uree i kreatinina (engl. urea-creatinine ratio - UCR) smatra se vrijednim u kliničkoj praksi. Kod zatajenja bubrega, urea u serumu, kao i razina kreatinina obično rastu proporcionalno s progresivnim padom bubrežne funkcije. Viša razina omjera uree i kreatinina povezana je s višim stopama bolničke smrtnost, ponovljenim prijemom u bolnicu unutar 30 dana i dužim boravkom u bolnici. Povišeni omjer uree i kreatinina povezan je s lošim kliničkim ishodom u bolesnika s CKD, no potrebna su daljnja istraživanja u cilju razumijevanja patofizioloških osnova te pojave (9).
Smatra se da se određivanjem kreatinina u serumu točnije procjenjuje bubrežna funkcija, no razina uree se povećava nešto ranije kod bubrežne bolesti. Pregledom literature pokazalo se da su albuminurija, serumski kreatinin i GFR identificirani kao glavni mogući prediktori rizika progresije bubrežne bolesti kod bolesnika s dijabetesom tipa 2. Ovi markeri su pokazali određena predviđanja prateći ishode bubrežne bolesti, a malobrojne publikacije koje su zajedno procjenjivale navedene markere pronašle su dodatnu prediktivnu vrijednost za progresiju bubrežne bolesti, što nije vidljivo niti za jedan pojedinačno izdvojeni marker (10). U posljednje vrijeme sve više se pristupa testovima za dijagnostiku bubrežnih bolesti koji se mogu izvoditi izvan laboratorija: uz bolesničku postelju, u ambulanti te drugim ne-laboratorijskim uvjetima. Njih nazivamo Point Of Care (POC) testiranjima za prepoznavanje bolesti i redovito praćenje zdravstvene zaštite. U tu svrhu se koriste moderni prijenosni elektrokemijski (bio)senzori. Ovi senzori koriste biološke receptore kao što su enzimi ili sintetičke osjetljive materijale koji pružaju osjetljivo sučelje za interakcije specifične za kreatinin. Karakteristike različitih receptora i elektrokemijskih uređaja se još uvijek testiraju, no oni imaju potencijalnu biomedicinsku primjenu u rasponu od rane dijagnoze POC CKD i drugih bolesti povezanih s bubrezima za rutinsko praćenje kreatinina kod starijih i rizičnih osoba. Prije uvođenja POC testiranja neophodno je evaluirati potrebu i svrhu uvođenja ovih testova kao zamjene za rutinski laboratorijski rad (11). Sustavne pregledne analize i meta analize pokazale su mogućnost da slina posluži kao alternativa krvi u određivanju uremičnog stanja u odraslih bolesnika s CKD. Na temelju dobivenih rezultata pokazano je da je razina kreatinina u slini preciznija od uree, dok se oboje čine prikladnim za praćenje CKD pacijenata u trećoj, četvrtoj ili petoj fazi bolesti. Prednost prikupljanja sline u odnosu na serum je što je to jednostavniji, ugodniji, sigurniji te jeftiniji postupak kolekcije uzorka (12). Novija istraživanja predstavljaju nove senzorske pristupe - sustav temeljen na „deep learning“ principu za automatizirano otkrivanje kroničnih bolesti bubrega praćenjem razine uree u uzorku sline. (13).
Iako su kreatinin i urea dobri markeri u procjeni bubrežne bolesti sve se više radi na otkrivanju novih markera koji se mogu objektivno mjeriti i analizirati, koristiti za sigurniju procjenu patološkog procesa ili farmakološkog odgovara na terapijske intervencije.
Članak je napisala prof.dr.sc. Lovorka Grgurević
Literatura:
1. Kidney Disease: Improving Global Outcomes CKD Work Group. KDIGO 2012 Clinical Practice Guideline for the Evaluation and Management of Chronic Kidney Disease. Kidney Int Suppl 2012; 3: S1-S150.
2. Nankivell BJ: Creatinine clearance and the assessment of renal function. Aust Prescr 2001;24:15–7
3. Astor BC, Hallan SI, Miller ER (3rd), Yeung E, Coresh J. Glomerular filtration rate, albuminuria, and risk of cardiovascular and all-cause mortality in the U.S. population. American Journal of Epidemiology.2008;167(10):1226–1234.)
4. Daniel Patschan, Stefan Erfurt, Stefanie Oess, Martin Lauxmann, Susann Patschan, Oliver Ritter, Meike Hoffmeister; Biomarker-Based Prediction of Survival and Recovery of Kidney Function in Acute Kidney Injury. Kidney Blood Press Res20 December 2023; 48 (1): 124–134.
5. Nankivell BJ. Creatinine clearance and the assessment of renal function. Aust Prescr 2001;24:15-7.
6. Luft, FC. Biomarkers and predicting acute kidney injury. Acta Physiol. 2020; 231:e13479.
7. Hobby GP, Karaduta O, Dusio GF, Singh M, Zybailov BL, Arthur JM. Chronic kidney disease and the gut microbiome. Am J Physiol Renal Physiol. 2019 Jun 1;316(6):F1211-F1217.Am J
8. Norris, K.C., Smoyer, K.E., Rolland, C. et al.Albuminuria, serum creatinine, and estimated glomerular filtration rate as predictors of cardio-renal outcomes in patients with type 2 diabetes mellitus and kidney disease: a systematic literature review. BMC Nephrol 19, 36 (2018).
9. Brookes, E.M., Power, D.A. Elevated serum urea-to-creatinine ratio is associated with adverse inpatient clinical outcomes in non-end stage chronic kidney disease. Sci Rep12, 20827 (2022).
10. Vanholder R, Gryp T, Glorieux G. Urea and chronic kidney disease: the comeback of the century? (in uraemia research). Nephrol Dial Transplant. 2018 Jan 1;33(1):4-12.
11. Saddique Z, Faheem M, Habib A, UlHasan I, Mujahid A, Afzal A. Electrochemical Creatinine (Bio)Sensors for Point-of-Care Diagnosis of Renal Malfunction and Chronic Kidney Disorders. Diagnostics. 2023; 13(10):1737.
12. Rodrigues, R.P.C.B., de Andrade Vieira, W., Siqueira, W.L. et al.Saliva as an alternative to blood in the determination of uremic state in adult patients with chronic kidney disease: a systematic review and meta-analysis. Clin Oral Invest 24, 2203–2217 (2020).
13. N. Bhaskar and S. Manikandan, "A Deep-Learning-Based System for Automated Sensing of Chronic Kidney Disease," in IEEE Sensors Letters, vol. 3, no. 10, pp. 1-4, Oct. 2019.