Спосіб оцінки функціонального стану регулюючих систем водного обміну людини

Реферат: Спосіб оцінки функціонального стану регулюючих систем водного обміну людини включає вивчення основних ендогенних продуктів азотистого обміну, визначення концентраційних індексів за креатиніном та за сечовиною для сечі та сироватки крові. UA 76326 U (54) СПОСІБ ОЦІНКИ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ РЕГУЛЮЮЧИХ СИСТЕМ ВОДНОГО ОБМІНУ ЛЮДИНИ UA 76326 U UA 76326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до медицини, а саме: до неврології й інтенсивної терапії хвороб нервової системи, і може бути використана у спортивній медицині й медицині екстремальних станів. Підтримка водного гомеостазу є однією із найдревніших біологічних функцій. Водний обмін організму людини - фундаментальний біологічний процес, що визначає можливості життєзабезпечення. Регуляція водного обміну вельми надійна, багатократно дубльована та використовує різні фізіологічні механізми. Серед систем регуляції водного обміну можна виділити три основні: 1) ренін-ангіотензин-альдостеронова система (РААС); 2) антидіуретичний гормон (АДГ); 3) натрійуретичні пептиди (передсердцевий, мозковий та ендотеліальний) - (НУП). В організмі людини основне навантаження по підтриманню водного балансу несуть нирки. Результатом взаємодії всіх трьох систем регуляції є адекватний стан водно-осмотичної рівноваги в організмі людини. Відомий спосіб спостереження за функціональним станом регулюючих систем водного обміну людини з прямим визначення кожного з гормонів, що приймають участь у цій діяльності [Эндокринология по Вильямсу (нейроэндокринология) / Г. М. Кронеберг, Ш. Мелмед, К. С. Полонски, П. Р. Ларсен. - Рид Элсивер, ГЭОТАР-Медиа, 2010.-472 с.]. Альдостерон - основний гормон мінералокортикоїдного ряду надниркової залози. Визначається радіоімунологічним методом. Нормальна концентрація альдостерону в крові: в положенні лежачи - 75-150 пг/мл, в положенні стоячи - 35-300 пг/мл. У здорових людей концентрація альдостерону підвищується при дієті, бідній натрієм (в 2-5 разів), а також при вагітності. Референтний рівень АДГ у плазмі крові залежить від її осмолярності і коливається від 1,5 до 7,0 пг/л. Секреція гормону зменшується в положення лежачі, при переході у вертикальне положення його концентрація підвищується. Швидке зростання осмолярності плазми лише на 2 % призводить до посилення секреції АДГ в 4 рази, тоді як зниження осмолярності на 2 % супроводжується повною зупинкою секреції АДГ. АДГ є також своєрідним "гормоном стресу", при нудоті і психоемоційних перевантаженнях його рівень може підвищуватись у кілька сотень разів. Натрійуретичні пептиди впливають на ниркові канальці та судинну стінку, на симпатичну та парасимпатичну системи. Можливо вивчення кількох різновидів цих гормонів. Вважається, що про-АПН з N-кінцевим пептидом більш стійкий в крові, тому його дослідження найбільш доцільне для клінічних цілей. Референтні значення його концентрацій в плазмі крові становлять 143,0+16,0 пмоль/л (період напівжиття 1-2 години). Недоліком даного способу є те, що визначення функціонального стану регулюючих систем водного обміну людини за рівнями основних гормонів не завжди є оптимальним та клінічно виправданим. Рівень практично всіх гормонів цієї групи дуже чутливий до біоритмічних чинників, положення тіла та фізичних навантажень, психічного стану, стресу, дієти, прийому різних медикаментів. Як правило, ці гормони мають досить короткий період напівжиття в плазмі крові. Ефективність дії одних регуляторів водного обміну в великій мірі залежить від функціонального стану інших. Так, наприклад, тривала гіперактивація РААС призводить до гіпокаліємічному алкалозу та дистрофічним змінам епітелію ниркових канальців, які в значній мірі втрачають можливість відповідним чином реагувати на АДГ. В зв'язку з примхливістю та зайвою чутливістю методів прямого визначення гормонів, що приймають участь в регуляції водно-осмотичного стану, в цілому ряді клінічних ситуацій більш доцільним вважається використання непрямих методів індикації рівня гормонів. Найближчим аналогом є спосіб визначення співвідношення концентрацій натрій/калій у сироватці крові. Збільшення цього коефіцієнта вище 32 є достовірною ознакою тривалого підвищення рівня альдостерону - гіперальдостеронізму [Ефимов А. С Малая энциклопедия врача-эндокринолога.-1-е изд. - К.: Медкнига, ДСГ Лтд, 2007.-360 с.]. Однак цей спосіб описує тільки одну з систем регуляції водно-осмотичного стану, що не є інформативним. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу оцінки функціонального стану регулюючих систем водного обміну людини, що забезпечить адаптацію цього обстеження до потреб клінічної практики. Ця задача вирішується за допомогою одночасного визначення концентраційних індексів за креатиніном та за сечовиною для сечі та сироватки крові, ідентифікація за їх співвідношенням активності кожної з трьох основних регулюючих систем водного обміну людини. Завдяки спостереженню за рівнем в біологічних рідинах певних речовин, які задіяні системами 1 UA 76326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 підтримання водно-осмотичного балансу при здійсненні їх специфічних функцій, а саме сечовини та креатиніну. Ці речовини постійно утворюються в організмі людини як кінцеві продукти білкового обміну та виводяться з організму. Але їх біологічна роль не обмежується лише функцією "шлаків організму". Сечовина є важливою неіонною осмотично активною речовиною, необхідною для належного функціонування організму. Креатинін знаходиться в крові в дуже малих концентраціях, порівняних з концентрацією деяких гормонів. Осмотична дія його в таких кількостях несуттєва. Функціонування РААС тісно пов'язане з гормоном альдостероном та призводить до посилення реабсорбції натрію в канальцях нирок і зростання виділення калію та водневих іонів. Крім того, іони натрію "замінюються" на іншу неіонну осмотичну активну речовину - сечовину. Це підвищує кількість реабсорбованого натрію та супроводжується активацією канальцевої екскреції сечовини, зменшенням запасів сечовини в організмі та зниженням її рівня в крові. Виділення сечовини посилюється, її концентрація в сечі зростає. Діяльність АДГ здійснюється за рахунок підтримання осмотичного градієнта між рідиною в дистальних канальцях нирок, мозковою речовиною нирок та в подальшому і з кров'ю. АДГ впливає на проникність для води стінок ниркових канальців та регулює інтенсивність реабсорбції води. При цьому заміни одних осмотично активних речовин на інші не відбувається, склад сечі не змінюється, вона тільки концентрується. Активність системи АДГ визначається саме інтенсивністю концентрування. Ступінь концентрування можна реєструвати за підвищенням концентрації в сечі певного класу речовин, що активно не екскретуються та не реабсобуються нирками, та носять назву "безпорогових". Однією з таких речовин є природний метаболіт, що утворюється в організмі людини як один з кінцевих продуктів білкового обміну креатинін. НУП є гормонами, що утворюються в передсерді серця, в мозковій речовині або в ендотелії судин у відповідь на зниження об'єму циркулюючої крові та осмотичні розлади в організмі. Вони дещо відмінні хімічно в залежності від місця утворення, але фізіологічно мають ідентичний вплив на нирки, в результаті якого посилюється екскреція натрію, зростає його концентрація в сечі. При цьому відбувається "заміна" натрію на сечовину, яка активно реабсорбується, повертається в організм для підтримання в крові її фізіологічного рівня. Концентрація сечовини в сечі відповідно зменшується. Всі три системи підтримання водно-осмотичного гомеостазу функціонують у взаємозв'язку між собою. Для належного встановлення стану регулюючих систем водного обміну людини необхідно зафіксувати факт функціонування кожного з її компонентів, а далі відповідним чином, кількісно або напівкількісно, охарактеризувати стан кожного з них. Відносну автономність має система АДГ, яка забезпечує повертання в організм води з розчиненими в ній субстанціями. АДГ відіграє велику роль в збереженні води в організмі. При відсутності АДГ із 180 л клубочкового фільтрату (первинної сечі) в канальцях нирок реабсорбується тільки близько 140 л рідини. Велика кількість рідини може бути втраченою у вигляді діурезу, який при нецукровому діабеті може досягати кілька десятків літрів за добу. За рахунок фізіологічної діяльності АДГ зберігається до 38-40 л води. Ефективність концентрування сечі нирками може бути кількісно оцінена співвідношенням концентрації креатиніну в сечі та в сироватці крові, Cr сечі / Crкров і . Ця величина носить назву концентраційного індексу за креатиніном, Kкреатинін . За відомою формулою Реберга може бути оцінена ефективність реабсорбції води: Kкреатинін  1 R , Kкреатинін де R - коефіцієнт реабсорбції води Реберга. Між концентраційним індексом за креатиніном, коефіцієнтом реабсорбції води Реберга та величиною добового діурезу існує певна фізіологічна взаємозалежність. Ці дані представлені у таблиці. 2 UA 76326 U Таблиця Взаємозалежність параметрів функціонування системи АДГ та величини добового діурезу Коефіцієнт реабсорбції води Реберга 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Концентраційний індекс за креатиніном 14,285 16,666 20 25 33,333 50 100 Орієнтовний добовий діурез, л 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 В нормі реабсорбується 96-97 % води, що відповідає добовому діурезу 1,2-1,6 л та інтервалу значень концентраційного індексу за креатиніном від 25 до 35. Таким чином, значення концентраційного індексу, менші ніж 25, слід вважати ознакою зниження функції АДГ, а вище за 35 - проявом підвищення активності цієї системи. Дві інші системи, РААС та НУП, повертають в організм насамперед речовини з високої осмотичною активністю, а збереження води відбувається вже "попутньо" за рахунок дії осмотичних факторів. Обидві вони використовують сечовину як "замінну" речовину при здійснення процесів екскреції та реабсорбції в канальцях нирок. Існує певна протилежна направленість впливів РААС та системи НУП, реципрокність у їх функціонуванні. Концентраційний індекс за сечовиною Kсечов може бути визначений як співвідношення концентрацій цієї речовини в сечі та сироватці крові - Ur сечі  Urкров і . Цей концентраційний індекс є результатом взаємодії всіх систем регуляції водного обміну. Концентраційний індекс за сечовиною за певних умов може слугувати індикатором активності РААС та НУП, але для ідентифікації кожної з цих двох систем окремо необхідні додаткові дані. Методика оцінки стану регулюючих систем водного обміну людини реалізується наступним чином. Як ми вважаємо, завдання ідентифікації активності кожної з систем регуляції водного обміну людини може бути вирішено шляхом порівняння концентраційного індексу за сечовиною з аналогічним параметром для креатиніну. При цьому може бути з'ясовано, в яку сторону і за рахунок якої функціональної системи сформована відмінність від рівномірної концентрації всіх речовин у сечі. Переважання концентраційного індексу за сечовиною за абсолютною величиною над концентраційним індексом за креатиніном свідчить про активну діяльність РААС, для якої характерна саме активна екскреція сечовини. Для діяльності НУП характерним є повернення в організм сечовини навіть за рахунок виділення еквімолекулярних кількостей вельми важливого для осмотичних процесів натрію; це супроводжується зниженням рівня концентраційного індексу за сечовиною менше аналогічного показника для креатиніну. Таким чином, при сумісному використанні концентраційних індексів за креатиніном та сечовиною активність РААС та НУП може бути надійно ідентифікована. У наочному вигляді це може бути пояснено на відповідній графічній схемі (фіг. 1). На кресленні представлені для порівняння два варіанти співвідношень концентраційних індексів за креатиніном та за сечовиною. Для зручності в обох варіантах значення концентраційних індексів за креатиніном вибрані однаковими. Інтервал "А" на схемі, рівний значенню концентраційного індексу за креатиніном, відображає ступінь активності АДГ. Креатинін не секретується і не реабсорбується в нирках людини, тому його концентрування відбувається тільки за рахунок дії механізмів, пов'язаних з АДГ. У варіанті 1 значення концентраційного індексу за сечовиною більше, ніж таке для креатиніну. Це означає, що накопичення сечовини в сечі йшло не тільки за рахунок рівномірного концентрування під впливом АДГ, але ще додатково відбувалося активне виділення цієї речовини (екскреція). За такі процеси відповідає гормон альдостерон. Цей стан є фізіологічним та вельми типовим. Інтервал "В" на схемі чисельно рівний різниці значень концентраційних індексів за сечовиною та за креатиніном, при умові, що перший з них більше другого. Цей інтервал відображає внесок РААС, а конкретно його кінцевої ланки - альдостерону, у підтримання водно-осмотичної рівноваги в організмі. Діаграми варіанта 1 ілюструють ситуацію, коли активно проявляють свій внесок в регуляцію водно-осмотичного стану дві з трьох основних регулюючих систем - АДГ та РААС. 3 UA 76326 U 5 10 15 20 25 У варіанті 2 на фіг. 1 значення концентраційного індексу за сечовиною менше, ніж таке для креатиніну. Такий стан відображає своєрідну перебудову системи регуляції водно-осмотичного стану. Це означає, що в ниркових канальцях йшло поглинання сечовини з повертанням її в кров в обмін на виділення з організму іонів натрію. Фізіологічно за такі процеси відповідають НУП. Інтервал "С" на схемі, рівний різниці значень концентраційних індексів за креатиніном та за сечовиною, відображає внесок системи НУП в регуляцію водно-осмотичного стану організму людини. Співвідношення між рівнями активності регулюючих систем водного обміну людини визначаються станом організму та можуть бути суттєво різними. Типові варіанти відображені на схемі, представленій на фіг. 2. Три строки схеми відповідають різним рівням активності АДГ. До верхньої включені випадки зниженої активності АДГ - концентраційний індекс за креатиніном менший 25, до середньої спостереження з нормальним рівнем активності цієї функціональної системи (концентраційний індекс за креатиніном у межах 26-35), до нижньої - випадки підвищеної активності АДГ концентраційний індекс за креатиніном вище 36. Таким чином, оцінка активності РААС та НУП проводиться на фоні поділеної на три ступені активності АДГ. Три колонки схеми на фіг. 2 поділяються за ознакою співвідношення між концентраційними індексами за креатиніном та за сечовиною. Для першої колонки зліва на фіг. 2 характерне переважання чисельного значення концентраційного індексу за сечовиною над концентраційним індексом за креатиніном. Як вказувалося вище, це відображає активне функціонування РААС. Одночасне використання двох концентраційних індексів дає можливість досить повно описати рівень активності РААС. Мірою цієї активності може слугувати кількість активно виділеної (екскретованої) сечовини, що може бути розраховано за відомою формулою: SC  (K сечов. / Kкреатинін  1)x100 %. У формулі використані такі позначення: SC - канальцева секреція сечовини (екскреція) у відсотках за відповідний проміжок часу, наприклад, за добу. Kсечов. - концентраційний індекс за сечовиною; K креатинін - концентраційний індекс за креатиніном. Повинна виконуватися умова Kсечов. > K креатинін . 30 35 40 45 50 У другій колонці на схемі представлені випадки, коли концентраційні індекси за креатиніном та за сечовиною рівні за значенням. Секреції або реабсорбції сечовини не відбувається. Це свідчить про наявність тільки активності АДГ. Більш - менш тривалі періоди функціонування організму з саме таким станом регулюючих систем водного обміну не є великою рідкістю. За значеннями концентраційних індексів активність АДГ поділена на три рівні - знижений, нормальний (фізіологічний) та підвищений. Третя колонка на схемі фіг. 2 представляє спостереження, коли концентраційні індекси за сечовиною за чисельним значенням менші, ніж такі за креатиніном. Це відбувається при проявах активності НУП, коли йде реабсорбція необхідної для діяльності організму сечовини, а взамін виділяються іони натрію. За співвідношенням концентраційних індексів по відомій формулі можна розрахувати кількість активно поглинутої (реабсорбованої) сечовини: RC  (1  K сечов. / Kкреатинін )x100 %. У формулі використані такі позначення: RC - канальцева реабсорбція сечовини у відсотках за відповідний проміжок часу; Kсечов концентраційний індекс за сечовиною; Kкреатинін. концентраційний індекс за креатиніном. При використанні формули повинна виконуватися умова Kсечов.  Kкреатинін. Приклад 1. У пацієнта рівень сечовини в крові становить 7,4 ммоль/л, у сечі - 259 ммоль/л. Рівень креатиніну крові становить 0,088 ммоль/л, концентрація у сечі - 2,2 ммоль/л. Діурез за добу склав 1,54 л. Потрібно оцінити стан регулюючих систем водного обміну цієї людини. Розраховуємо концентраційний індекси за креатиніном: Kкреатинін  Cr сечі. / Crкров і, де позначення також відповідають зазначеним віще у тексті. Kкреатинін  2,2ммоль / л : 0,088ммоль / л  25. 55 Концентраційний індекс за креатиніном відносно невисокий та відповідає значенню індексу Реберга для реабсорбції води 0,96 (див. табл. 1). Розраховуємо концентраційний індекси за сечовино: K сечов.  Ur сечі. / Uкров і, де позначення відповідають зазначеним вище. Kсечов.  259ммоль / л : 7,4ммоль / л  35. 4 UA 76326 U 5 10 15 20 25 30 35 Концентраційний індекс за сечовиною у даному випадку суттєво вище, ніж за креатиніном. Це свідчить про наявність в нирках процесу канальцевої секреції з виведенням з організму сечовини, що є своєрідною позначкою активності РААС. Канальцеву секрецію сечовини можна розрахувати за наведеною вище формулою: SC = (35/25-1) х 100 % = 40 %. Таким чином, канальцева секреція сечовини становить 40 % від загального виведення цієї речовини. За добу хворий виділив 259 ммоль/л х 1,54 л = 399 ммоль сечовини. З них близько 399 ммоль х 0,4=160 ммоль виведено за рахунок діяльності РААС. Це відповідає рівню помірної активності цієї функціональної системи регуляції водного обміну. Тобто, у даного пацієнта одночасно проявляють активність дві функціональні системи з трьох, що регулюють водний обмін води - система АДГ та РААС. Рівень активності кожної з них не виходить за межі нормальних фізіологічних значень і відповідає помірній активності кожної з цих систем. Дана оцінка відповідає діаграмі № 1 на фіг. 2. В разі необхідності, отримані при використанні запропонованої нами методики оцінки стану регулюючих систем водного обміну людини дані, можуть бути підтверджені та розширені шляхом додаткового біохімічного дослідження біологічних рідин Ця можливість базується на тому, що функціонування систем регуляції водного обміну супроводжується закономірними проявами з боку сироватки крові та сечі. Так гіперактивність системи АДГ проявляється підвищенням осмолярності плазми крові, зменшенням рівня добового діурезу, концентруванням сечі та збільшенням її питомої ваги, що може бути виявлено при лабораторному обстеженні. Підвищена активність РААС, окрім формування характерних співвідношень концентраційних індексів, супроводжується характерними змінами у складі сечі (підвищення концентрації та добового виведення сечовини, іонів калію, зменшення виведення іонів натрію, підвищення кислотності сечі, що титрується) Також відбувається зниження рівня сечовини у крові (до нижньої границі норми, а інколи і нижче її). Підвищення рівня активності НУП супроводжується зниженням концентрації у сечі та зменшенням добового виділення сечовини, іонів калію, іонів водню (зменшенням кислотності сечі, що титрується). Відбувається помітне збільшення рівня іонів натрію у сечі. Крім того, спостерігаються близькі до нормальних цифри рівня сечовини у сироватці крові або навіть їх помірне підвищення. Використання запропонованого нами способу оцінки стану регулюючих систем водного обміну дає опис їх особливостей в сукупності та взаємозв'язку, що принципово важливо для ефективного застосування в ряді клінічних ситуацій. Якщо ж врахувати, що регуляція водноосмотичного стану організму людини інтегрується на рівні гіпоталамічних структур головного мозку, то ця інформація певним чином відображає і функціональний стан цієї важливої зони мозку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб оцінки функціонального стану регулюючих систем водного обміну людини, що включає вивчення основних ендогенних продуктів азотистого обміну, який відрізняється тим, що одночасно визначають концентраційні індекси за креатиніном та за сечовиною для сечі та сироватки крові, та за їх співвідношенням ідентифікують активність кожної з трьох основних регулюючих систем водного обміну людини. 5 UA 76326 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6