Wprowadzenie systemu klasyfikacji przewlekłych chorób nerek przez K/DOQI (Kidney Outcomes Quality Initiative) (1) stało się kołem zamachowym dla badań nad epidemiologią przewlekłych chorób nerek, stanowiących poważne ryzyko powikłań sercowo-naczyniowych i śmiertelności (2). Okazało się, że w USA aż 16% ludności dotkniętych jest przewlekłą chorobą nerek (3). Również w Polsce chorobowość przewlekłych chorób nerek wydaje się dotyczyć ponad 10% ludności naszego kraju (4). Ponieważ wiele przewlekłych chorób nerek prowadzi do schyłkowej ich niewydolności, wczesne ich rozpoznanie i właściwe leczenie może mieć istotny wpływ na ich przebieg. Ponieważ niektóre przewlekłe choroby nerek są następstwem ostrego uszkodzenia miąższu nerkowego, wczesne jego rozpoznanie i prawidłowe leczenie mogą mieć istotny wpływ na dalsze losy takich chorych.

Tradycyjne markery ostrego uszkodzenia miąższu nerkowego (białkomocz, krwiomocz, bakteriomocz, wałeczkomocz, oliguria lub anuria, zmiana frakcyjnego wydalania z moczem sodu, wzrost wartości parametrów wydalniczej czynności nerek, zaburzenia gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej, parametry badań obrazowych i hematologicznych, itd.) najczęściej ulegają ekspresji klinicznej dopiero po kilku dniach po zadziałaniu czynnika uszkadzającego nerki, co może być przyczyną spóźnionej interwencji leczniczej. Toteż wciąż trwają poszukiwania nowych biomarkerów ostrego uszkodzenia nerek już w fazie „przedklinicznej”. W pracy nie zostaną omówione profile białkowe (proteomy) moczu oznaczane spektrometrią masową w diagnostyce różnych glomerulopatii (5, 6) ani też egsosomy, fetuina, Gro-a (analog chemokiny keratynocytowej) oraz anefryna-1-a (jest to enzym nabłonka szczoteczkowego) ze względu na niedostępność aparatury potrzebnej do oznaczania tych biomarkerów w większości ośrodkow nefrologicznych lub ich niedostatecznie udokumentowaną przydatność diagnostyczną (6) w ostrym uszkodzeniu nerek. W pracy uwzględniono jednak prokalcytoninę jako biomarkera ciężkich infekcji bakteryjnych przebiegających z ciężkim uszkodzeniem nerek u dzieci (7, 8).

Prokalcytonina (PKT) jest prohormonem kalcytoniny złożonym z 116 aminkwasów (9). Oznaczanie tego prohormonu znalazło zastosowanie w diagnostyce różnicowej stanów zapalnych wywołanych zakażeniami bakteryjnymi lub grzybiczymi przebiegającymi ze znacznym wzrostem jego stężenia we krwi. Podobnego wzrostu stężenia PKT nie obserwuje się w zakażeniach wirusowych oraz w stanach zapalnych innego pochodzenia (np. pochodzenia immunologicznego) (10, 11, 12, 13). Uwzględniając krótki okres półtrwania PKT wynoszący niecałą dobę (9) oznaczanie tego parametru posiada istotne implikacje lecznicze.

Dotyczy to szczególnie chorych gorączkujących, u których przyczyna podwyższonej ciepłoty ciała jest niejasna. Dotyczy to również chorych nefrologicznych z chorobami układowymi leczonych lekami immunosupresyjnymi, chorych po przeszczepieniu nerki, dializowanych chorych z przewlekłą mocznicą oraz dzieci z urosepsą. Stwierdzenie u tych chorych znacznego wzrostu stężenia PKT (normalne stężenie nie przekracza 0,5 ng/ml) przemawia za bakteryjną lub grzybiczą etiologią stanu gorączkowego, co ma istotne konsekwencje lecznicze (właściwy dobór antybiotyku u chorych ze znacznie podwyższoną prokalcytoninemią lub zwiększenie leczenia immunosupresyjnego u chorych z prawidłowym lub nieznacznie tylko podwyższonym stężeniem PKT) (9, 10, 13). Ponadto przez codzienne oznaczanie stężenia PKT łatwo ocenić skuteczność zastosowanego leczenia przeciwbakteryjnego lub przeciwgrzybiczego (9).

W ostatnich latach pojawiły się jednak prace dowodzące, że znamienny wzrost stężenia PKT obserwowano również u niektórych chorych hemodializowanych (13, 14), z zespołem Goodpasture´a (15), z chorobą Behceta (16), z aktywną chorobą Wegnera (17) lub z chorobą Kawasaki (18). Te obserwacje sugerują, że PKT może być produkowana nie tylko przez komórki C tarczycy, ale również przez płuca i nerki (16, 17) oraz wątrobę (19, 20). Niektórzy badacze sądzą, że wzrost stężenia PKT w stanach septycznych jest wyrazem uruchomienia przez ustrój mechanizmów przeciwdziałających cytokinom prozapalnym uwalnianym przez hepatocyty pod wpływem toksyn różnych drobnoustrojów (21).

W piśmiennictwie podkreśla się wysoką wartość dyskryminacyjną PKT w różnicowaniu infekcji bakteryjnych od wirusowych, szczególnie u gorączkujących dzieci (7, 8, 22).

Oznaczanie wielkości przesączania kłębuszkowego (GFR) ma istotne znaczenie nie tylko w określaniu stadium i progesji przewlekłych chorób nerek, ale również dla ustalenia dawkowania leków wydalanych przez nerki. Dotychczas do tego celu używano klirens nerkowy endogennej kreatyniny. Przeszkodą w rutynowym oznaczaniu klirensu kreatyninowego była potrzeba dobowego zbierania moczu (co dla większości chorych jest sprawą bardzo trudną) oraz zależność stężenia kreatyniny we krwi od takich czynników: jak płeć, masa mięśniowa, wiek, rasa, stan odżywienia oraz niektóre leki (cymetydyna) (22, 23). Ponadto wykazano, że kreatynina zawarta w moczu pochodzi nie tylko z przesączu kłębuszkowego, ale wydzielana jest przez cewki proksymalne nefronów, przez co zawyżają wartość GFR. Trudności w dobowym zbieraniu moczu stały się podstawą obliczenia wartości GFR w oparciu o cztery zmienne tj.: stężenie kreatyniny, wiek, płeć i rasę (równanie MDRD – Modification of Diet in Renal Disease, (24) lub stężenie kreatyniny, wiek, masa ciała i płeć (równanie Cockcrofta i Gaulta – 25). Wnet się okazało, że wymienione dwa równania zależne są od masy tkanki tłuszczowej i najczęściej zawyżają wartość GFR u chorych ze schyłkową niewydolnością nerek (26). Ponadto wykazano, że obliczona wartość GFR oparta o kreatyninemię wykazuje zgodność ze stężeniem cystatyny C wówczas, kiedy wielkość produkcji kreatyniny jest wyższa od 800 mg/d, natomiast daje wyniki niezgodne przy niższych wartościach jej produkcji (27). Ponadto stwierdzono istotny wpływ metody oznaczania kreatyniny na obliczoną wartość GFR równaniem MDRD (28) oraz zmniejszoną przydatność tego równania dla chorych wykazujących upośledzoną czynność wydalniczą nerek (29).

Uwzględniając ww. zastrzeżenia co do przydatności stężenia kreatyniny endogennej do oznaczenia wielkości GFR oraz fakt, że rutynowe oznaczanie GFR przy użyciu inuliny (złoty standard używany od oznaczenia GFR) jest związane z istotnymi przeszkodami technicznymi (konieczność zbierania moczu i wielokrotnego pobierania krwi do oznaczenia inuliny) wciąż trwają poszukiwania lepszego niż kretyninemia wskaźnika przydatnego do ustalenia wielkości GFR. Taką substancją wydaje się być cystatyna C.

Cystatyna C jest inhibitorem proteinaz o masie cząsteczkowej 13,3 kDa wytwarzanym przez wszystkie komórki jądrzaste. Ulega ona przesączaniu w kłębuszkach nerkowych i całkowitej resorpcji w kanalikach proksymalnych (30, 31, 32). Tak więc przy sprawnej funkcji cewek nerkowych w moczu stwierdza się tylko śladowe ilości cystatyny C. Ponieważ przesączona w nerkach cystatyna ulega całkowitej resorpcji i biodegradacji przez komórki cewkowe oznaczanie jego nerkowego klirensu jest niemożliwe. Oznaczanie tego białka w surowicy krwi jest jednak przydatne do obliczenia wskaźnika nerkowej jego ekstrakcji, zależnego zarówno od GFR, jak i od czynności cewek nerkowych. Stężenie cystatyny C jest niezależne od takich czynników jak: masa mięśniowa, płeć, wiek, stany zapalne i gorączka, (cyt. w 33) chociaż inni autorzy stwierdzili wpływ na stężenia cystatyny C takich czynników jak: wiek, płeć, masa ciała, wzrost i palenie papierosów (cyt. za 34). Wydaje się, że obliczenie GFR w oparciu o stężenie cystatyny jest lepszym markerem niż kreatyninemia czynności nerek u chorych z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, marskością wątroby lub cukrzycą (33, 35, 36), zadowalającym wskaźnikiem GFR u chorych z umiarkowaną niewydolnością nerek (33) lub równie dobrym markerem GFR jak kreatyninemia u chorych z przeszczepioną nerką (37). Takiemu twierdzeniu zaprzeczają niektórzy badacze (38). Niektórzy autorzy wyrażają wątpliwość co do przydatności oznaczania cystatyny jako markera GFR u chorych z nadciśnieniem tętniczym (39). W końcu wspomnieć należy, że duże dawki glukokortykoidów (38, 40) zwiększają produkcję cystatyny C oraz, że stan czynnościowy tarczycy (w niedoczynności tarczycy stwierdza się obniżenie, w nadczynności natomiast wzrost stężenia cystatyny C) wpływając na produkcję tego białka czyni go nieprzydatnym do oznaczania GFR (32, 40, 41, 42).

Reasumując, wydaje się, że oznaczenie stężenia cystatyny C jako markera GFR wydaje się posiadać niewielką wyższość nad dotychczas stosowanymi markerami przesączania kłębuszkowego, w tym kreatyninemii włącznie (używając równania MDDRD) (23, 41). Wyniki badań ostatnich lat sugerują, że stężenie cystatyny jest dobrym biomarkerem ryzyka śmierci, powikłań sercowo--naczyniowych i niewydolności serca z łagodną niewydolnością nerek (36) oraz czulszym wskaźnikiem GFR (jego stężenie wzrasta już przy GFR <88 ml/min/1,73 m²) cyt. za 30). Sugestie niektórych autorów by do określenia GFR połączyć wyniki uzyskne przy użyciu równania MDRD i stężenia cystatyny C (42) wydają się być nierealistyczne dla rutynowej diagnostyki nefrologicznej.

Ostra niewydolność nerek stanowi poważny problem kliniczny bowiem obciążona jest prawie 50% śmiertelnością. Jak to wykazano w ostatnich latach (patrz piśmiennictwo podane w pracy poglądowej 43) nawet niewielkie przyrosty kreatyninemii o zaledwie 0,3-0,5 mg% zwiększają ryzyko śmiertelności chorych z ONN dwu- i/lub więcej krotnie. Ten fakt sprawił, że Acute Kidney Injury International Collaborative Network (AKIN) zmieniła definicję ONN włączając do grupy ryzyka tego zespołu chorych ze wzrostem kretyninemii o zaledwie 0,3 mg%. Jak dotychczas, kreatyninemia jest najczęściej używanym parametrem dla oceny GFR charakteryzującym się jednak małą swoistością i czułością. Ponadto wzrost stężenia kreatyniny pojawia sie dopiero po 1-2 dniach po zadziałaniu czynnika nefrotoksycznego, co w istotnym stopniu może opóźnić adekwatne leczenie w odwracalnej fazie chorobowej. Wprowadzenie klasyfikacji RIFLE (Risk Injury and Failure, termed Loss in End-stage failure) opierający się na maksymalnym wzroście kreatyninemii, okazało się użytecznym systemem określania stadium choroby (43, 44), nie wniosła jednak nic istotnego do wczesnej diagnostyki ONN. Toteż diagnostyka ONN opiera się w dalszym ciągu na wywiadach, określeniu parametrów wydalniczej czynności nerek (diureza, natriureza, badania biochemiczne i mikroskopowe moczu, bakteriuria, frakcyjne wydalanie sodu z moczem, stężenie keratyniny, mocznika, fosforu nieorganicznego, kwasu moczowego i jonogramu osocza, molalność moczu i osocza, parametry gospodarki kwasowo-zasadowej), wynikach badań obrazowych nerek oraz w wybranych przypadkach, również na wyniku badania bioptycznego nerek.

Szczególnie ważne ze względow leczniczych jest wczesne rozpoznanie ONN pochodzenia przednerkowego i różnicowanie tej postaci ONN od wywołanej ostrą martwicą cewek nerkowych (ATN).

Mając na uwadze ograniczoną wartość diagnostyczną kreatyninemii we wczesnych stadiach ONN, uzasadnione są poszukiwania biomarkerów uszkodzenia nerek we krwi i moczu, których stężenie ulega zmianie już w „przedklinicznym” stadium choroby. Do takich markerów wydają się należeć: interleukina-18, lipokalina związana kowalencyjnie z żelatynazą neutrofilów (neutrophil gelatinase – associated lipocalin NGAL), cząsteczka-1 uszkodzenia nerek (KIM-1 – Kidney injury molecule-1) oraz cystyna C moczu. Do biomarkerów ostrego uszkodzenia nerek zalicza się również m.in.: białko wiążące kwasy tłuszczowe (FABP), izoformę 3 wymieniacza Na⁺/H⁺ (NHE-3), endotelinę 1, N-acetyloglukozaminidazę (NAG) białko wiążące dezaminazę adenozyny, aminopeptydazę alaninową i leucynową, beta-galaktozydazę, S-transferazę a-glutationową i p-glutationową, g- glutamylotransferazę fosfatazę zadadową, dehydrogenazę mleczanową, endopeptydazę obojetną, a-1-mikroglobulinę, b-2-mikroglobulinę, białko wiążące retinol, białko komórek Clara, lizozym i wiele innych (30, 44, 45, 46). Mając na uwadze ramy niniejszego opracowania i aspekty lecznicze omówione zostaną tylko niektóre biomarkery ostrego uszkodzenia nerek.

Lipokalina związana z żelatynazą neutrofilów (neutrophil-gelatinase associated lipocalin – NGAL). NGAL jest białkiem złożonym ze 178 aminokwasów, wydzielanym do moczu przez komórki grubego odcinka ramienia występującego pętli Henlego i cewki zbiorcze. Białko to określane jest również jako lipokalina-2 lub syderokalina (44). Uważa się, że NGAL uczestniczy w reakcji chelatowania kompleksów żelazowych zwiększających wzrost bakterii oraz w procesie recyrkulacji kompleksów żelazowych drogą endocytozy, przez co działa ochraniająco na cewki nerkowe narażone na niedokrwienie (47). Wydalanie NGAL z moczem w stanach fizjologicznych wynosi 15,5±15,3 mg/g kreatyniny (48). Wzrasta ono do kilkuset mg/g kreatyniny w stanach ostrego uszkodzenia nerek spowodowanego niedokrwieniem (49), szczególnie po zabiegach kardiochirurgicznych (50) lub transplantacji nerek (51, 52), po podaniu dużych dawek środków kontrastowych (53) lub innych substancji nefrotoksycznych (54, 55). Nie obserwowano istotnych wzrostów wydalania NGAL u chorych po koronografii (48). Wzrost wydalania z moczem NGAL stwierdza się już po zaledwie kilku godzinach po zadziałaniu czynnika nefrotoksycznego (45, 50). Na podstawie dostępnego piśmiennictwa należy sądzić, że NGAL jest czułym i wczesnym wskaźnikiem ostrego uszkodzenia nerek pozwalającym na odróżnienie ostrej przednerkowej niewydolności nerek od wywołanej martwicą cewek nerkowych lub przewlekłą chorobą nerek (44, 53). Ponadto duże wydalanie NGAL z moczem jest niekorzystnym predyktorem przebiegu ostrego uszkodzenia nerek (46, 52, 53).

Il-18 jest prozapalną cytokiną uwalnianą do moczu przez nabłonek cewek proksymalnych po zadziałaniu czynnika nefrotoksycznego. Stężenie>100 pg/mg wydalanej z moczem kreatyniny jest dobrym predyktorem rozwoju ostrego uszkodzenia nerek i śmiertelności u chorych z zespołem ostrej niewydolności oddechowej (56) oraz predyktorem opóźnionego podjęcia funkcji przez przeszczepioną nerkę (52). Stężenie Il-18 w moczu stwierdza się już w pierwszychgodzinach po zabiegu sercowo-naczyniowym u dzieci (57). Wydaje się, że oznaczanie Il-8 w moczu pozwala na rozpoznanie bardzo wczesnej fazy uszkodzenia nerek spowodowanych niedokrwieniem lub nefrotoksynami cewkowymi i pozwala wykluczyć azotemię przednerkową, przewlekłą chorobę nerek i zakażenie dróg moczowych (58). Ponadto jest predyktorem ciężkości ostrego uszkodzenia nerek i prawdopodobieństwa wystąpienia zgonu (57).

Cząsteczka-1 uszkodzenia nerek (KIM-1 – kidney injury molecule-1). KIM-1 jest glikoproteiną przezbłonową normalnie prawie niewykrywalną w nerkach. Ulega ona ekspresji w komórkach cewek proksymalnych po zadziałaniu takich czynników jak niedokrwienie lub nefrotoksyny (59, 60). Po uszkodzeniu cewek ektodomena tego białka ulega proteolitycznemu odłączeniu i wydaleniu z moczem, gdzie można ją oznaczyć metodą immunologiczną (61). Stwierdzono znaczny wzrost wydalania KIM-1 z moczem juz kilka godzin po wykonaniu zabiegów kardiochirurgicznych (46, 59, 60). Ponadto wykazano, że wysokie stężenia KIM-1 w moczu przemawiają za złym rokowaniem u chorych z ostrą niewydolnościa nerek (62, 63, 64). Wzrost wydalania KIM-1 z moczem jest bardziej swoisty dla niedokrwiennego uszkodzenia nerek i praktycznie niezależny od występowania rodzaju przewlekłej choroby nerek lub zakażenia dróg moczowych (45, 46).

Cystatynę wymienia się zwykle również wśród biomarkerów ostrego uszkodzenia nerek, chociaż nie jest on markerem uszkodzenia nerek lecz wskaźnikiem wielkości spadku GFR (patrz wyżej 63, 64).

Mnogość biomarkerów uszkodzenia miąższu nerkowego dowodzi ich ograniczonej wartości diagnostycznej. Ta ostatnia uwarunkowana jest wieloma czynnikami, takimi, jak: rodzaj i wielkość dawki czynnika nefrotoksycznego, skład komórek ulegających uszkodzeniu, stan czynnościowy nerek przed zadziałaniem czynnika uszkadzającego, jak również stan czynnościowy układu krążenia i oddechowego oraz wątroby po zadziałaniu czynnika uszkadzającego nerki. Wiadomo bowiem, że wiele czynników uszkadzających nerki równocześnie uszkadza inne narządy oraz, że uszkodzone nerki mają ujemny wpływ na czynność innych narządów, w tym szczególnie na układ sercowo-naczyniowy i wątrobę. Toteż znalezienie uniwersalnego biomarkera uszkodzenia miąższu nerkowego wydaje się być nierealne, uwzględniając zróżnicowaną strukturę, funkcje i skład biochemiczny układu naczyniowego i tkanki śródmiąższowej nerek, kłębuszków nerkowych oraz poszczególnych odcinków cewek nerkowych (63, 64, 64). Toteż coraz bardziej popierana jest koncepcja stworzenia paneli diagnostycznych przydatnych w diagnostyce chorób naczyń nerkowych (65), tkanki śródmiąższowej i cewek nerkowych (6).

W przedstawionej pracy ograniczono się do krótkiej charakterystyki nowych lub od niedawna stosowanych biomarkerów używanych w diagnostyce, głównie ostrego uszkodzenia nerek, które wydaje się, znajdą swoje miejsce w odpowiednich panelach diagnostycznych, szczególnie ostrej niewydolności nerek. Znacznie uboższe są postępy w znalezieniu nowych biomarkerów przewlekłych chorób nerek, wśród których znajdują się niektóre omawiane wyżej markery ostrego uszkodzenia nerek (cystatyna, NGAL), jak również takie związki jak homocysteina, asymetryczna dimetyloarginina (ADMA) oraz wątrobowe białko wiążące kwasy tłuszczowe (45, 66). Pomimo postępów w zakresie diagnostyki ostrych i przewlekłych uszkodzeń nerek, większość tradycyjnych biomarkerów tych stanów chorobowych, w tym szczególnie kreatyninemia, na razie nie straciły nic na swojej wartości diagnostycznej.