Визначення та процеси фільтрації (хімія)

Фільтрація - це процес, що використовується для відокремлення твердих речовин від рідин або газів з використанням фільтруючого середовища, що пропускає рідину, але не тверді частинки. Термін "фільтрація" застосовується незалежно від того, чи є фільтр механічним, біологічним чи фізичним. Рідина, що пройшла крізь фільтр, називається фільтратом. Фільтруюче середовище може бути поверхневим фільтром, який являє собою тверду речовину, що уловлює тверді частинки, або глибинним фільтром, що є шаром матеріалу, який уловлює тверді частинки.

Фільтрування зазвичай є недосконалим процесом. Деяка кількість рідини залишається на вхідній стороні фільтра або проникає у матеріал, що фільтрує, а деякі дрібні тверді частинки проходять через фільтр. Як хімія та інженерна техніка, завжди є якийсь втрачений продукт, чи то рідина, що збирається, чи тверда речовина.

Приклади фільтрації

Хоча фільтрація є важливим методом поділу в лабораторії, вона також широко використовується у повсякденному житті.

• Приготування кави включає пропускання гарячої води через мелену каву та фільтр. Рідка кава – це фільтрат. Заварювання чаю практично однаково, незалежно від того, чи використовуєте ви чайний пакетик (паперовий фільтр) або чайну кульку (зазвичай з металевим фільтром).
• Нирки є прикладом біологічного фільтра. Кров фільтрується клубочками. Основні молекули реабсорбуються у кров.
• Кондиціонери та багато пилососів використовують фільтри HEPA для видалення пилу та пилку з повітря.
• У багатьох акваріумах використовуються фільтри, що містять волокна, що уловлюють тверді частинки.
• Стрічкові фільтри витягують дорогоцінні метали при видобутку корисних копалин.
• Вода у водоносному обрії відносно чиста, тому що вона фільтрується через пісок та проникну породу у землі.

Методи фільтрації

Існують різні типи фільтрації. Який метод використовується, багато в чому залежить від того, чи є тверда речовина твердим тілом (зваженим) або розчиненим у рідині.

• Загальна фільтрація: основна форма фільтрації використовує гравітацію для фільтрації суміші. Суміш виливається зверху на матеріал, що фільтрує (наприклад, фільтрувальний папір), і сила тяжіння стягує рідину вниз. Тверда речовина залишається на фільтрі, а рідина тече під нею.
• Вакуумна фільтрація: колба Бюхнера та шланг використовуються для створення вакууму для всмоктування рідини через фільтр (зазвичай за допомогою сили тяжіння). Це значно прискорює розподіл і може використовуватися для сушіння твердої речовини. У спорідненому методі використовується насос для створення різниці тисків з обох боків фільтра. Фільтри насоса не обов'язково повинні бути вертикальними, тому що гравітація не є джерелом різниці тиску з боків фільтра.
• Холодна фільтрація: Холодна фільтрація використовується для швидкого охолодження розчину, викликаючи утворення дрібних кристалів. Цей метод використовується, коли тверда речовина спочатку розчинена. Найпоширенішим методом є приміщення контейнера з розчином у лазню з льодом перед фільтрацією.
• Гаряча фільтрація: при гарячій фільтрації розчин, фільтр і вирва нагріваються, щоб звести до мінімуму утворення кристалів під час фільтрації. Безстеблові вирви зручні тим, що мають меншу площу поверхні для зростання кристалів.Цей метод використовується, коли кристали забивають воронку або перешкоджають кристалізації другого компонента суміші.

Іноді фільтруючі добавки використовуються для покращення потоку через фільтр. Прикладами фільтруючих добавок є діоксид кремнію, діатомова земля, перліт та целюлоза. Допоміжні речовини, що фільтрують, можуть бути поміщені на фільтр перед фільтрацією або змішані з рідиною. Допоміжні речовини можуть допомогти запобігти засміченню фільтра і можуть збільшити пористість коржика або подачі у фільтр.

Фільтрування проти просіювання

Спорідненим методом поділу є просіювання. Просіювання відноситься до використання однієї сітки або перфорованого шару для утримання великих частинок та пропускання дрібніших. Навпаки, при фільтрації фільтр є решіткою або має кілька шарів. Рідини йдуть каналами в середовищі, щоб пройти через фільтр.

Альтернативи фільтрації

Для деяких застосувань існують ефективніші методи поділу, ніж фільтрація. Наприклад, для дуже маленьких проб, в яких важливо зібрати фільтрат, матеріал, що фільтрує, може вбрати занадто багато рідини. В інших випадках занадто багато твердих частинок може потрапити до фільтруючого середовища.

Двома іншими процесами, які можна використовувати для відокремлення твердих речовин від рідин, є декантація та центрифугування. Центрифугування включає обертання зразка, внаслідок чого більш важка тверда речовина опускається на дно контейнера. При декантації рідину відкачують або зливають із твердої речовини після того, як вона випаде з розчину. Декантацію можна використовувати після центрифугування або самостійно.

Формула розрахунку СКФ з креатиніну та розшифровка результату

Насамперед, слід зазначити, що клубочкова фільтрація є процесом, у результаті якого через ниркову мембрану здійснюється фільтрування рідини з розчиненими у ній речовинами.

Швидкість клубочкової фільтрації - це кількісна характеристика процесу формування первинної урини.

На показники впливають такі фактори:

• кількість функціонуючих нефронів;
• обсяг крові, що проходить через судини органу за конкретний період;
• загальна площа капілярів, що у процесі фільтрації.

СКФ прийнято використовуватиме оцінки такого показника, як фільтраційна сумарна функція нирок. СКФ показує, який обсяг крові може бути очищений від креатиніну за хвилину.

Зниження рівня СКФ свідчить про зменшення кількості діючих нефронів. Причому швидкість зниження цього практично завжди є постійною. Для розрахунку цього показника здається аналіз крові на ШКФ.

Порівнявши отримані дані із нормальними значеннями, можна визначити здатність нирок справлятися з функцією очищення крові від продуктів розпаду.

СКФ може вимірюватися такими одиницями виміру, як кліренс інуліну. У нормі ця речовина не виділяється, не метаболізується, не реабсорбується та не виробляється у нирках. Крім того, воно може без проблем фільтруватись у клубочках.

Для аналізу кліренсу потрібна вся добова сеча. Єдиним винятком є ​​ранкова порція. Для оцінки отриманих результатів враховується кількість речовини у сечі.

У чоловіків нормальний показник дорівнює 18-21 мг/кг, у жінок – 15-18 мг/кг. Якщо в аналізі виявлено менший показник, це свідчить або про наявність захворювання нирок, або про некоректний збір сечі.

СКФ активно застосовується з метою діагностики ниркових захворювань. Так, зменшення цього може свідчити про виникнення хронічної форми ниркової недостатності.

У свою чергу підвищення швидкості фільтрації стане приводом запідозрити наявність цукрового діабету, червоного вовчака, гіпертензії та інших захворювань. Виявлення патологій свідчить про пошкодження нефронів.

Внаслідок цього деяка частина нефронів гине, що призводить до втрати корисних речовин. Крім цього, припинення функціонування частини нефронів є причиною затримки води та токсинів в організмі.

Для чого застосовують розрахунок ШКФ

У разі захворювання нефрони виходять із ладу швидше, ніж встигають утворюватися нові, отже, нирки гірше справляються зі своєю очисною функцією. Для того, щоб оцінити, наскільки цей показник відрізняється від нормальних, використовують аналіз швидкості клубочкової фільтрації або пробу Реберга-Тарєєва.

Він є одним із основних діагностичних методів, що дозволяють оцінити фільтраційну здатність нирки. З його допомогою можна обчислити обсяг клубочкового ультрафільтрату, який утворюється за певну одиницю часу.

Результати цього аналізу поєднують з показником швидкості очищення сироватки крові від продукту розпаду білка - креатиніну, і одержують оцінку фільтраційних здібностей нирок.

Швидкість клубочкової фільтрації залежить від таких факторів:

• кількості плазми, що проникає у нирки. У нормі цей 600 мл за хвилину у дорослої людини;
• тиску, при якому відбувається фільтрація;
• площі поверхні, що фільтрується.

Причини зміни швидкості клубочкової фільтрації

Швидкість клубочкової фільтрації залежить від таких факторів:

• швидкості кровотоку у нирках. Цей показник говорить про обсяг плазми, що протікає за певний час через нефрони та фільтрується в клубочках нирок. Про нормальне здоров'я нирок свідчить результат на рівні 600 мл/хв. Показник нижче цього значення може свідчити про наявність патологічних процесів;
• рівня кров'яного тиску у нирках. Якщо в посудині тиск буде вище, ніж у виносить, то цей факт стане свідченням відсутності будь-яких захворювань;
• числа функціонуючих нефронів. Зменшення кількості функціонуючих нефронів означає наявність патологічних процесів, які можуть впливати на структуру клітин нирки. Таке відхилення від норми є причиною зменшення поверхні фільтрації, розміри якої впливають на норму клубочкової фільтрації нирок.
• медикаментозних препаратів, що впливають на показник креатиніну. Прийом таких медикаментів, як цефалоспорини може підвищити рівень креатиніну, внаслідок чого збільшиться СКФ.

Як визначити ШКФ

Швидкість клубочкової фільтрації, як правило, визначається за допомогою обчислень, що враховують співвідношення креатиніну в сечі та крові.

Розрахувати швидкість клубочкової фільтрації можна за спеціальними формулами. Для цього найчастіше використовуються калькулятори чи комп'ютерні програми. Зважаючи на такі можливості, розрахунок СКФ не створює особливих проблем.

Щоб визначити швидкість клубочкової фільтрації, часто використовується проба Кокрофта-Голда. При здачі даного аналізу пацієнт повинен випити 1,5-2 склянки води чи чаю на голодний желудок. За рахунок цього активізується вироблення сечі.

Через 20 хвилин хворому необхідно повністю випорожнити сечовий міхур.Протягом наступної години хворому можна буде перебувати у стані спокою. Далі здійснюється перший забір усієї сечі. При цьому необхідно відзначити час огорожі.

Забір наступної порції сечі визначення СКФ здійснюється ще за годину. Між процедурами хворий має здати аналіз крові. За отриманими даними визначається, чи падає кліренс креатину.

Визначити швидкість клубочкової фільтрації нирок можна також за допомогою формули MDRD. На практиці використовується 2 версії цієї формули – повна та скорочена.

У першому випадку щодо обчислень знадобляться дані біохімічних досліджень. Скорочена формула передбачає застосування лише даних за статтю, віком, расою і рівнем креатиніну в сироватці.

Визначення швидкості клубочкової фільтрації дає можливість зробити висновки щодо функціонування нирок та стадії ниркової недостатності. Саме цей показник є основою для складання прогнозу перебігу хвороби. З його основі здійснюється розробка схем лікування.

Деякі особливості аналізу ШКФ

Через що креатинін випускається м'язами, то зовнішні або внутрішні умови, які впливають на м'язи, також вплинуть на ШКФ. Людям із захворюваннями м'язів, ожирінням , з ампутацією кінцівок, або з паралічем потрібні альтернативні способи визначення швидкості клубочкової фільтрації Також більш точний аналіз потрібен і для молодих людей (молодше 18 років) та вагітних жінок, оскільки у них відбувається зміни у м'язовій масі, що може призвести до недооцінки ШКФ. [Р]

Для вирішення цієї проблеми були розроблені нові формули, що пов'язують ШКФ з іншим маркером функції нирок – цистатином С. На відміну від креатиніну, цистатин С можна знайти практично у всіх тканинах нашого тіла.Багато досліджень показали, що рівень цистатину С у крові – більш точний показник роботи нирокніж рівень креатиніну. Крім того, деякі формули включають цистатин С і креатинін, і це найточніший на сьогоднішній день аналіз швидкості клубочкової фільтрації. [р, р, р, р]

Нарешті, є спеціальні рівняння до розрахунку СКФ в дітей віком, які враховують зростання дитини. [Р]

Формули розрахунку СКФ за креатиніном

Розробка методів оцінки швидкості клубочкової фільтрації проводиться ще із середини ХХ століття. В ідеалі вони мають бути доступними фінансово та нетрудомісткими (щоб максимально швидко отримати результат). Самостійне застосування формул для лікаря та хворого дуже незручно, оскільки займає багато часу та можливі помилки у розрахунках (людський фактор). Куди легший шлях – скористатися нормограмою чи нефрологічною лінійкою.

Для розрахунку підходять різні медичні калькулятори. Їх можна встановити на телефон лікаря/пацієнта або визначити СКФ он-лайн протягом кількох секунд. Достатньо просто ввести необхідні дані.

У дорослих

Найбільшого поширення набули формули розрахунки СКФ по креатиніну сироватки крові та ще кількох допоміжних даних (наприклад, сечовина, вага, ріст). До речі, найточніші результати визначають за кліренсом інуліну. Креатинін не всмоктується назад (через низьку молекулярну масу). Тобто, та його кількість, яка профільтрувалася, виходить із сечею безповоротно.

Розрахунок СКФ з креатиніну проводять за допомогою таких формул:

1. CKD-EPI: СКФ = 141 × хв (СКр)α × макс (СКр) -1,209 × 0,993 Вік
   • СКр - креатинін крові в мг/дл;
   • α: -0,329 (Ж) та -0,411 (М);
   • жінкам необхідно наприкінці помножити одержаний результат на 1,018.
2. MDRD: СКФ = 170 х (СКр)-0,999 х вік-0,176 х 0,762 (тільки для Ж) х залишковий азот сечовини (ммоль/л)-0,17 х рівень альбуміну сироватки (г/л)0,318.
3. Кокрофта-Голта: СКФ = ((140 - вік) х масу тіла в кг): СКР (мкмоль/л):
   • Кінцевий результат чоловіки множать на 1,23, а жінки – на 1,05.

Важливо знати! Щоб перевести концентрацію креатиніну крові з ммоль/л мг/дл., необхідно помножити це значення на 0,0113.

Можна використовувати спрощену формулу, де СКФ = 186 х (СКр мг/дл)-1,154 х (вік)-0,203 х 0,742 (для Ж). Приклад розрахунку для жінки 25 років:

186 х 1-1,154 х 25-0,203 х 0,742 = 71,8 (мл/хв)

У дітей

У педіатричній практиці визначення швидкості клубочкової фільтрації доцільно проводити з урахуванням площі тіла, оскільки діти розвиваються нерівномірно. Використовують такі формули:

1. Шварця: СКФ (мл/хв/1,73м2) = (зріст см х К) : СКр мг/дл, де К – це коефіцієнт 0,55 для дівчаток, 0,70 для хлопчиків.
2. Кунаха-Барра: СКФ = (зріст см х 0,43) : СКр в мг/дл.
3. Leger: СКФ (мл/хв) = ((55,5 х масу тіла в кг) + (0,147 х рост2 см)) : СКр в мг/дл.

Важливо знати! Незважаючи на те, що вони дуже схожі, різниця в коефіцієнтах пов'язана із методикою визначення креатиніну у сироватці крові. Клінічні випробування довели, що формули розрахунку для дорослих є малопридатними для оцінки СКФ у дітей.

Розшифровка результату

Для правильної інтерпретації набутого значення необхідно знати норму. У наступній таблиці наведено показники для дорослих та дітей:

СКФ дозволяє визначити та прогнозувати розвиток хронічної ниркової недостатності (ХНН). Вона має такі стадії:

При гострому нирковому ушкодженні в даний час здійснюють аналіз хвилинного діурезу та креатиніну крові без визначення ШКФ (але далеко не скрізь по СНД). Діагностика конкретного захворювання нирок здійснюється лише після комплексного аналізу всіх клінічних даних: анамнез, скарги, об'єктивні симптоми та інші лабораторно-інструментальні дослідження.

Норма та відхилення

Показник швидкості клубочкової фільтрації в нормі дорівнює:

У дітей норма безпосередньо залежить від віку:

• 2-8 днів – 39-60 мл/хв;
• 4-28 днів - 47-68 мл/хв;
• 1-3 місяці – 58-86 мл/хв;
• 3-6 місяців - 77-114 мл/хв;
• 6-12 місяців - 103-157 мл/хв;
• від 1 року – 127-165 мл/хв.

Відхилення від нормальних значень ШКФ пояснюється безліччю факторів.

Зокрема, зниження клубочкової фільтрації може виникнути внаслідок таких причин:

• серцевої недостатності;
• недостатність гормонів щитовидки;
• рясного блювання або діареї;
• проблем у роботі печінки;
• злоякісної пухлини передміхурової залози;

Стійке падіння цього показника при хронічній формі хвороби нирок є свідченням яскраво вираженої ХНН. Якщо показник СКФ впаде до 5 мл/хв, це свідчить про таку проблему, як розвиток термінальної стадії ниркової недостатності.

Розшифровка даних проведених досліджень дозволяє отримати такі результати:

• достовірний. Пацієнт має знижений показник ШКФ, проте він перевищений у пацієнтів, які мають ниркову функцію в нормі;
• недостовірний. Такі результати спостерігаються у пацієнтів із нестабільним рівнем сироваткового креатиніну;
• сумнівний.Цей результат характерний для пацієнтів із граничними значеннями таких характеристик, як вік, а також маса та об'єм тіла.

Нормальні значення для чоловіків та жінок

На підсумковий результат впливає секреція речовини канальцевою системою нирок, а отже кліренс креатиніну може бути вражаюче більший за реальну величину СКФ, особливо у пацієнтів з хронічною патологією. Неправильний збір призводить до помилкового відхилення.

Підвищення ШКФ

Посилення фільтраційної здатності в довгостроковій перспективі загрожує виснаженням функціональних резервів, тобто орган просто «вичерпається». Надалі нирка просто втратить можливість підвищити ШКФ у відповідь пошкодження (стимул).

Це відбувається при наступних захворюваннях:

• гломерулонефрит із нефротичним синдромом;
• рання стадія гіпертонічної хвороби;
• фокальний гіаліноз;
• сегментарний склероз;
• цукровий діабет;
• системний червоний вовчак;
• інтенсивне фізичне навантаження;
• прийом цефалоспоринів (антибіотики)

Найбільш ранньою ознакою гіперфільтрації є мікроальбумінурія (поява білка у сечі). «Золотим стандартом» діагностики ниркового ушкодження визнано біопсію з подальшим морфологічним дослідженням.

Зниження ШКФ

У клінічній практиці найчастіше зустрічають саме випадки погіршення фільтраційної здатності нирок, що може бути обумовлено такими причинами:

• пієлонефрит;
• кровотечі (травми, оперативні втручання);
• зневоднення (профузна блювота, діарея, нецукровий діабет, надниркова недостатність, опіки);
• шок будь-якої етіології;
• васкуліти;
• сепсис, анафілаксія;
• прийом лікарських препаратів (діуретики, інгібітори ангіотензиперетворюючого ферменту,);
• злоякісна гіпертензія;
• нефрити;
• сечокам'яна хвороба;
• синдром тривалого стискання;
• пухлини;
• гіпофункція щитовидної залози;
• декомпенсована серцева чи печінкова недостатність.

Що таке кліренс креатиніну та як його розрахувати

Кліренс креатиніну є показником, який визначає обсяг очищеної крові за 60 секунд під час фільтрації нирок.

За наявності ряду патологій або специфічних станів необхідно здійснювати оцінку функції нирок, що фільтрують.

Для цієї мети застосовуються непрямі методи, що полягають у вимірі кліренсу креатиніну. Аналіз результатів допоможе призначити терапію підтримки працездатності виводять органів.

Значення ШКФ для діагностики захворювань

Швидкість клубочкової фільтрації – це характеристика, від якої залежить стан здоров'я. Цей показник характеризує функцію фільтрації нирок. Крім того, він може говорити про можливий розвиток різноманітних захворювань.

Лікар може зробити такий висновок у разі відхилення результатів аналізу загальноприйнятої норми. Методи діагностики, що використовуються в сучасній медицині, дозволяють максимально точно визначити ШКФ у нирках.

За рахунок цього фахівець може поставити пацієнту точний діагноз та призначити діаліз або інші процедури, які дозволяють усунути наявні проблеми.

Механізм підвищення креатиніну

Креатинін утворюється у м'язах людини. Він є кінцевим продуктом обміну білків. Нормально функціонуючі нирки виводять його з організму повністю у кількості 1-2 г на добу. Зміст креатиніну в крові у людей різний, а показники змінюються залежно від статі, віку людини, її м'язової маси, дієти, інших факторів, не пов'язаних із станом сечовивідної системи.

Але значне підвищення креатиніну завжди говорить про ниркову патологію. Механізм порушення простий: коли на тлі тієї чи іншої ниркової гинуть нефрони, нирки не перестають справлятися із фільтрацією сечі.

Які захворювання можна діагностувати

Аналіз проби Реберга-Тарєєва використовується при підозрі різні патології видільної системи. Якщо ця цифра менша за норму, це означає масову загибель нефронів. Цей процес може говорити про гостру та хронічну ниркову недостатність.

Так як СКФ може знижуватися не тільки при пошкодженні структурних одиниць нирки, але й при сторонніх факторах, таке явище спостерігається також при гіпотонії, серцевій недостатності, тривалій блювоті та діареї, гіпотиреозі, нецукровому діабеті, а також утрудненні відтоку сечі через пухлину або запалення у сечовивідних шляхах.

Підвищення СКФ спостерігається при ідіопатичному гострому та хронічному гломерунефриті, цукровому діабеті, артеріальній гіпертензії, деяких аутоімунних захворюваннях.

У нормі значення ШКФ є постійними, в діапазоні 80-120 мл/хв., і лише з віком цей показник може зменшуватися з природних причин. Якщо ці цифри зменшуються до 60 мл/хв, це свідчить про ниркову недостатність.

Висновки

Обов'язковим розрахунок кліренсу креатиніну та швидкості клубочкової фільтрації є для вагітних жінок та людей з важкими формами імунодефіциту, а також уроджених аномаліях розвитку. Якщо ви випадково помітили зміни в аналізах (профілактичний огляд), рекомендується отримати консультацію терапевта, який направить вас до необхідного фахівця вужчого профілю (нефролог, уролог, ендокринолог).

Нормалізація показників можлива усунення причинного захворювання.Хронічне пошкодження найчастіше вимагає довічного лікування та модифікації способу життя, тому необхідно намагатися не допустити прогресування, вчасно звернувшись за кваліфікованою медичною допомогою.

Часті запитання

Яка формула використовується для розрахунку СКФ з креатиніну?

Для розрахунку ШКФ (швидкості клубочкової фільтрації) по креатиніну використовується формула MDRD (Modification of Diet in Renal Disease), яка враховує рівень креатиніну в сироватці крові, вік, стать та расу пацієнта.

Як розшифровується результат СКФ щодо креатиніну?

Результат СКФ по креатиніну вказує на працездатність нирок і дозволяє оцінити рівень їх функціональної активності. Зазвичай результат виражається в мілілітрах за хвилину і може бути класифікований як нормальний (більше 90 мл/хв), знижений (менше 60 мл/хв) або критично низький (менше 15 мл/хв).

Які фактори можуть вплинути на результат СКФ з креатиніну?

Результат СКФ по креатиніну може бути спотворений у разі порушення обміну креатиніну в організмі, прийому певних факторів, таких як вік, стать, раса, маса тіла та рівень фізичної активності. Результат може бути спотворений за наявності інших захворювань, таких як ожиріння, серцева недостатність або діабет.

Корисні поради

РАДА №1

При розрахунку СКФ за креатиніном використовуйте формулу Cockcroft-Gault, яка враховує вік, стать та вагу пацієнта. Це дозволить отримати точніший результат.

РАДА №2

При розшифровці результату СКФ за креатиніном зверніть увагу на такі значення:
– СКФ понад 90 мл/хв/1,73 м² – нормальна функція нирок;
– СКФ 60-89 мл/хв/1,73 м² – легкий ступінь зниження функції нирок;
– СКФ 30-59 мл/хв/1,73 м² – помірний ступінь зниження функції нирок;
– СКФ 15-29 мл/хв/1,73 м² – тяжкий ступінь зниження функції нирок;
– ШКФ менше 15 мл/хв/1,73 м² – стадія термінальної ниркової недостатності.