신장 기능 검사 - 측정법 및 임상적 의의

A. Urea(요소) 의 의의 및 측정법

혈청 요소 농도 ≈ 혈청 요소에 포함된 질소의 양 = Blood urea nitrogen, BUN

요소는 체내 단백질이 분해될 때 생성된다. 혈청 요소 농도는 생산 속도와 제거 속도에 영향을 받아 신기능 검사로서의 가치가 제한적이며 신기능 평가에 있어서 Cr이 더 유용하다. 하지만, 요소는 여전히 여러 임상적 상황에 유용한 정보 제공, 특히 투석과 같은 신대체요법의 적정성 평가에 주로 사용된다.

- 요소 생성 증가: 고단백 식이, 내인성 단백질 분해 증가, 코티졸 제제 치료 등

- 요소 제거 증가: 사구체여과율의 증가

 

표준검사법: 동위원소 희석 질량분석법, ID-MS

임상검사실: Enzymatic colorimetric method (Urease법), 340nm에서 흡광도 감소 측정 (NADH 감소, Urea 농도와 비례)

Urease

Urea + 2H2O ------------------------> 2NH4++ CO32-

GLDH

NH4+ + α-ketoglutarate + NADH  ----------------> L-glutamate + NAD+ + H2O

 

B. Creatinine(크레아티닌)의 의의 및 측정법

Creatinine은 근육의 creatine phosphate와 creatine으로부터 생성되는 113Da 크기의 내인성 물질이다. Creatinine의 전구체인 creatine은 신장, 간, 췌장 등에서 합성된다. 근육 내 유리 creatine은 매일 1~2% 가량 자발적, 비가역적으로 무수폐기물인 creatinine 형태로 전환되어 일정한 혈중 농도를 유지한다.

 

Creatinine은 임상에서 신기능 평가에 널리 사용되는 표지자이나 GFR 지표로 사용하는 데에 다음과 같은 제한점이 있다.

1.     근육량, 성별, 연령 등에 따른 영향

2.     식이성 단백 등 과잉 섭취 시 크레아티닌 생성에 영향

3.     Jaffe method로 측정할 경우, 내인성/외인성 색소원에 의한 간섭 효과

4.     근위세뇨관에서 7~10% 가량의 크레아티닌이 소변으로 분비되며, 그 양에는 개인간 차이가 있다.

1) Jaffe method

Creatinine은 alkaline solution에서 Picric acid과 반응하여 Yellow-orange complex를 형성하며, 490~500nm에서 이 복합체의 흡광도를 측정하여 Creatinine 농도를 구한다. Endpoint가 아닌 Kinetic assay 방법을 선택.

 

간섭 현상(Interference)

- Positive interference: Jaffe-like chromogen. Picric acid가 단백질, 포도당, 아스코르브산, 피루브산, 요산, 케톤체, 아세톤, cephalosporin, streptomycin 등 체내의 여러 물질과 결합하여 동일한 다홍색을 띄게 된다.

Jaffe-like chromogen에 의한 양성 간섭을 보정하는 방법으로 compensation을 시행한다. 정상 혈청에 평균적으로 존재하는 Jaffe-like chromogen의 농도를 빼는 것.

- Negative interference: Bilirubin과 같은 혈색소 분해 산물들. 알칼리 환경에서 산화되어 무색의 화합물을 형성하고 흡광도를 감소시킨다. 고빌리루빈혈증 환자에서 주의해야 한다.

Bilirubin에 의한 음성 간섭을 보정하는 방법으로 “rate blanking”을 사용한다. 빌리루빈에 의한 흡광도 감소를 미리 측정하여 보정. 본원 검사실에서는 Jaffe method + compensation, rate blanking 모두 사용.

 

2) Enzymatic immunoassay

효소법은 여러 단계의 효소반응을 통해 Cr 농도를 정량한다. Jaffe법과 달리 Jaffe-like chromogen에 의한 간섭이 적어 보다 정확한 Cr 농도 측정이 가능하나, 검사 비용이 높다.

 

3) CCr의 정의 및 임상적 의의, 측정법, 계산법

CCr = Creatinine Clearance Rate = Cr 청소율 = 단위 시간당 신장을 통해 Cr을 완전히 제거할 수 있는 혈장량

CCr은 사구체여과율의 지표로서 신기능 평가에 사용된다. 하지만 여러 가지 비신장 요인에 영향을 받고 개인내 변이가 크다. Plasma Cr, Urine Cr, V (단위시간당 소변량)을 측정하여 아래 공식에 대입해 CCr을 계산할 수 있다. 단위: mL/min

C. Uric acid의 의의 및 측정법

요산(Uric acid)은 DNA를 구성하는 퓨린 핵산의 대사산물. 고요산혈증은 요산 생성이 과다하거나 배출이 충분하지 못할 경우 발생하고, 요산이 바늘모양의 결정 형태(MSU crystal)로 조직에 침착하기도 한다. 특히 관절에 과다하게 축적되면 통풍이 발생한다.

 

표준검사법: 동위원소 희석 질량분석법, ID-MS

임상검사실: Enzymatic colorimetric method (Uricase method)

uricase

Uric acid + 2H2O + O2 ----------------->Allantoin + CO2 + H2O2

              peroxidase

2H2O2 + H + TOOS + aminoantipyrine ------------> quinone-diimine dye + 4H2O

(TOOS = N-ethyl-N-(2-hydroxy-3-sulfopropyl)-3-methylaniline)

 

1) 고요산혈증 및 통풍의 진단 및 치료법

혈장 요산 농도가 남자에서 7.0 mg/dL, 여자에서 6.0 mg/dL 이상인 경우 고요산혈증으로 정의

통풍의 정의: 관절의 윤활액이나 주위 조직을 뽑아내어, 현미경을 통해 백혈구가 탐식하고 있는 바늘 모양의 요산결정을 확인하면 확진이 가능하다. 윤활액을 얻기 어려운 경우에는 임상적으로 급성 단관절염, 고요산혈증, 콜히친 치료에 대한 극적인 반응 등 세 가지를 만족하면 통풍으로 진단할 수 있다.

혈중 요산 농도를 낮추는 약물로는 요산 생성 억제제로 xanthine oxidase inhibitor (allopurinol, febuxostat), 요산 배설촉진제로 probenecid 가 있다. 단, 급성 통풍 발작에는 상기 약물을 사용해선 안되고, Colchicine, NSAID, Steroid을 쓴다.

 

D. GFR(사구체여과율)을 평가하기 위하여 사용하는 표지물질 및 측정방법

< GFR 계산/측정 방법 >

- Gold standard: 지속적으로 이눌린 주입한 후 이눌린의 urine clearance를 측정하는 것. 이눌린은 식물에서 생산되는 복합다당류이며, 사구체에서 자유롭게 여과되고, 분비/재흡수/생산/대사되지 않아 이상적인 GFR 표지자 조건을 만족.

- Silver standard: 체내로 이눌린 1회 대량 주입 후 혈장 청소율 측정 or 이눌린 이외의 외인성 물질을 사용한 GFR 측정

- Bronze standard: Cr 혹은 Cystatin-C를 이용한 GFR 계산

- Uncertain clinical use at present: CCr

1) Cr based eGFR 및 cystatin–C based eGFR 의의와 계산법

Cr based eGFR: 성인은 CKD-EPI equation, 소아는 IDMS-traceable Schwartz equation 사용.

* 성인(18세 이상) CKD-EPI equation – 성별, 나이

Female ≤ 0.7

 : GFR(mL/min/1.73m^2) = 144 x (serum  Cr/0.7)^-0.329 x (0.993)^(Age)[ x 1.159 if black]

Female > 0.7

 : GFR(mL/min/1.73m^2) = 144 x (serum  Cr/0.7)^-1.209 x (0.993)^(Age)[ x 1.159 if black]

male ≤ 0.9  

 : GFR(mL/min/1.73m^2) = 141 x (serum  Cr/0.9)^-0.411 x (0.993)^(Age)[ x 1.159 if black]

male > 0.9

: GFR(mL/min/1.73m^2) = 141 x (serum  Cr/0.9)^-1.209 x (0.993)^(Age)[ x 1.159 if black]

 

* 18세 미만의 소아 IDMS-traceable SCHWARTZ equation – K, 키

: GFR(mL/min/1.73m^2) = K x Height(cm) / Serum Cr

K factor :  Low-birth-weight infants < 2year - 0.33 (재태기간 35주 미만)

            Full term infants < 2year - 0.45 (Low birth를 제외한 정상 만삭아)

            Children 2 ≤ ~ < 13year - 0.55

            Females 13 ≤ ~ < 18year  - 0.55

            males 13 ≤ ~ < 18year  - 0.7            

                                 

Cystatin-C based eGFR: 아래 계산식을 이용한다.

Cf) Cystatin-C의 측정: specific anti-Cystatin-C Ab 시약으로 agglutination 시켜 이로 인한 빛의 투과도 감소를 측정하는 면역비탁법(Immuinoturbidimetry)을 사용한다. Cystatin C는 creatinine과 달리 muscle mass, inflammatory disease, sex, age, diet등에 영향을 받지 않으며, analytical interference가 거의 없으므로 creatinine보다 신기능을 더 정확하고 신속하게 반영한다.

 

H. 소변의 단백량 검사법 및 단백뇨의 임상적 의의

1) Total protein, Urine

혈총 총 단백 농도는 Biuret법으로 측정하나, 소변 총 단백은 Lowry법, 혼탁도측정법, 색소결합법 등이 사용된다. 본원 검사실은 Benzethonium chloride가 protein과 반응하여 생기는 turbidity 변화를 512nm에서 측정하는 면역비탁법 사용.

단백뇨(Proteinuria)는 성인 기준, 300mg/day 이상의 단백이 소변으로 배설되는 것으로 정의한다.  Urine protein 참고치는 40~150mg/day. Urine PCR(Protein-creatinine ratio) 참고치는 0~30ug/mg Cr.

2) Albumin, Urine

혈청 알부민은 색소결합법(BCG, BCP dye)으로 측정하나, 소변 알부민 농도는 면역비탁법을 사용한다. 본원 검사실도 마찬가지로 Anti-albumin Ab가 albumin에 결합해 응집 후 비탁법으로 측정.

미세알부민뇨(Microalbuminuria)는 성인 기준, 30~300mg/day 의 albumin이 소변으로 배설되는 것으로 정의한다. Urine albumin 참고치는 <30mg/day. Urine ACR(Albumin-creatinine ratio) 참고치는 <30.0ug/mg Cr.

미세단백뇨 검사는 특히 당뇨병 환자들에 있어서 신장 손상의 진행 상태를 점검하는 중요한 검사이다.

3) 세뇨관성 단백뇨 표지자, NAG(N-acetyl Glucosaminidase)

저분자량 단백은 사구체에서 여과된 후 근위세뇨관에서 재흡수 및 대사된다. 소변에 저분자량 단백이 검출된다는 것은 재흡수 저하 및 신세뇨관 손상을 의미. 세뇨관 손상이 있을 경우, N-acetyl-beta-D-Glucosaminidase(NAG)라는 고분자량 효소가 손상된 세뇨관 세포에서 분비되어 소변으로 배출됨. 근위세뇨관 세포의 lysozyme에 주로 분포, 분자량 15kD.

 

측정원리: Colorimetry, MPT에 의한 흡광도 증가속도를 340nm에서 측정.

임상적 의의:

① 신장의 선별검사

② 각종 신장질환, 당뇨병 고혈압 등의 신장애의 진단과 경과의 지표

③ 신독성 약물 사용 시 신장 check

④ 신장 이식에 거부반응의 진단 등

↑: 선천성세뇨관질환, 악성고열증, 골수종신, myoglobin 뇨증, hemoglobin 뇨증, 세뇨관간질신염, 신증후군, 당뇨병 등

↓: 신장실질세포 감소 및 소멸을 일으키는 질환 : 만성신부전, 급성신부전, 급성세뇨관 괴사 등

 

4) 급성 신손상이 표지자, NGAL

Neutrophil gelatinase-associated lipocalin(NGAL)은 중성구나 신장 세뇨관의 상피와 결합되어 있는 25kDa 당단백으로, 여러가지 원인으로 급성 신손상(Acute Kidney Injury, AKI)이 있게 되면 급속하게 증가되는 생물학적 표지자 이다. 현재는 주로 신장 기능 이상을 조기에 진단하고 신장이식 환자의 예후를 판단하는 물질로 활용되고 있다.

전통적인 급성 신손상의 진단법에는 혈청 Creatinine과 Urine volume을 기준으로 하였으나 Creatinine의 경우 신손상의 구조적 마커가 아닌 기능적 마커로 신손상 후 24-72시간까지 증가하지 않을 수도 있어 조기에 신장 손상을 확인하기에는 한계가 있었다.

반면 NGAL의 경우 신손상의 구조적인 마커로서 신손상이 시작되는 subclinical damage phase에서 증가하여 AKI의 조기 진단과 시술의 기회를 제공할 수 있다.

급성 신손상의 진행 단계

그 외 현재 거론되고 있는 AKI 바이오 마커로 혈장에서는 NGAL과 Cystatin-C가 있고 요는 NGAL, IL-18, KIM-1등이 거론되고 있으며 이들은 순차적으로 발현되기 때문에 AKI의 발병시점이나 지속기간을 추정할 수 있다.

급성 신손상의 표지자

Reference)

진단검사의학 제6판

1) Xin C, Yulong X, Yu C, Changchun C, Feng Z, Xinwei M (2008) Urine neutrophil gelatinase-associated lipocalin and interleukin-18 predict acute kidney injury after cardiac surgery. Renal Fail 30:904-913.

2)Tuladhar SM, Püntmann VO, Soni M, Punjabi PP, Bogle RG (2009) Rapid detection of acute kidney injury by plasma and urinary neutrophil gelatinase-associated lipocalin after cardiopulmonary bypass. J CardiovascPharmacol 53:261-266.

3) Bangert K, Heslet L, Ghiglione M, Uttenthal LO (2006) NGAL is significantly increased in urine and plasma in acute renal failure. Intensive Care Med 32 (Suppl1):S10.

4) Bolignano D, Donato V, Coppolino G, Campo S, Buemi A, Lacquaniti A, Buemi M(2008) Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) as a marker of kidney damage. Am J Kidney Dis 52:595-605.

5) Hollmen ME, Kyllönen LE, Inkinen KA, Lalla ML, Salmela KT (2011) Urine neutrophil gelatinase-associated lipocalin is a marker of graft recovery after kidney transplantation. Kidney Int 79:89-98. hemistry and molecular diagnostics. 4th ed. 2006