儿童肾小球滤过率的临床应用

高春林

1 肾功能及GFR概述

肾脏功能包括：①肾小球滤过功能，肾小管的物质重吸收和分泌功能；②内分泌功能，肾素、肾髓质素、腺苷等分泌调控血压，近端小管维生素D合成和远端小管克洛索(klotho)合成调控钙磷代谢，分泌红细胞生成素促进红细胞生成。广义上，肾功能是指以上多项功能的总和；狭义的肾功能即指肾小球滤过功能。

人类每个肾脏平均90万～100万个肾单位，GFR是指每分钟流经所有有功能的肾单位的血浆总流量（占心输出量的25%），单位为mL/min。这个定义有三层含义：①从滤过的角度是指单位时间内肾小球滤过的肾血浆流量总和；②从原尿生成的角度而言是指单位时间内通过肾小球滤过后生成超滤液的量；③从物质清除的角度是指单位时间内能清除多少mL 血浆中的某种物质如肌酐、菊粉等。由于肾脏重量与体表面积有关，医学上用统一体表面积（1.73 m2）来校正，有利于不同年龄、性别、体重和身高个体间比较。GFR 受不同生理状态的影响，具有昼夜节律，夜间降低；在妊娠、肥胖、高蛋白摄入的情况下增加，在糖尿病早期出现高滤过。受年龄影响，出生时GFR 只有20 mL/（min·1.73 m2），随着肾单位功能的不断发育成熟，婴幼儿的GFR随月龄而增加，2岁后达成人水平，2岁时51Cr-乙二胺四乙酸（EDTA）测定的GFR 为104.4±19.9 mL/（min·1.73 m2）[2]；据菊粉清除率所测的GFR，3～4岁可达111.2±18.5 mL/（min·1.73 m2）[3]，男童略高于女童（表1）；成年期后GFR随年龄增加而下降。

表1 不同年龄正常儿童51Cr-EDTA测定的GFR[2-3]（mL‧min-1‧1.73 m-2）

急慢性肾脏病是GFR 降低的主要原因，肾脏结构的损伤先于肾脏GFR 的降低，肾脏功能储备（RFR）可衡量早期肾脏损害[4]。RFR 分为肾小球储备功能（RFR-G）和肾小管储备功能（RFR-T），RFR-G 可以通过短期口服蛋白质（1.2 g/kg）或静脉注射氨基酸确定，应用蛋白质和氨基酸后GFR增加在30～70 mL/（min·1.73 m2）之间为正常，低于该范围提示肾脏受损。RGF-T 可通过肾小管分泌能力测试如酸负荷或盐负荷试验、肾小管浓缩稀释功能测定如禁水试验和加压素试验、呋塞米试验来确定，如3 mg/kg 呋塞米注射后尿量由基线的50 mL/h 增加到125 mL/h 为正常，如尿量无法增加提示RGF-T 受损。当患者无明显肾脏疾病时，RFR-G的丢失是功能性肾单位质量隐性丢失的指标。

2 GFR确定方法

根据获得GFR 方式的不同，GFR 分为测定的GFR（mGFR）和估算的GFR（eFGR）。mGFR是利用内外源性示踪剂或标志物，经血浆或尿液清除的方法计算得出；eGFR是以内源性的标志物（如肌酐或胱抑素C等）为基础的各种公式计算得出。

2.1 mGFR简述

2.1.1 菊粉清除法[5]理想的测量GFR的物质需要具有以下特征：①血浆中稳定存在；②分子量小，能在肾小球滤过，无肾外组织的排泄，无小管的重吸收和/或分泌；③不与血浆蛋白结合。菊粉是唯一完全符合这些标准且对人体无毒的物质，菊粉清除法1935年由Homer Smith首次描述，为mGFR的金标准。菊粉注入人体后，通过测定血浆和尿液中的浓度计算GFR。然而在实践中需要持续静脉输注菊粉，定时收集尿液（排尿或导尿），多次定时采血测量血清和尿中的浓度，由于菊粉供应量少价格较贵，还存在难溶解的问题，限制了其的使用。在20 世纪70年代，菊粉清除法被碘海醇和核医学同位素方法取代。

2.1.2 核医学同位素法 利用同位素标记示踪剂注射后，双肾的浓聚程度占注射剂量的百分比（total renal uptake）与GFR呈线性相关，计算获得相应的GFR。51Cr-EDTA、99mTc-二乙烯三胺五乙酸（DTPA）、碘海醇、125I-碘钛酸盐是较常用的物质。51Cr-EDTA法由于有肾小管的重吸收，部分低估GFR；99mTc-DTPA也有部分蛋白质结合，低估GFR，其优势为可了解分肾功能、排泄和引流情况，可评估肾后性梗阻及肾血管性高血压等情况（表2）。近年来，新型荧光素标记的物质如MB 102 注射后可经皮实时采集荧光信号评价GFR，尚在毒理实验等阶段。

表2 mGFR测定方法及特点

2.1.3 非放射性同位素法 碘苯六醇或碘海醇，其优点为非放射性物质，但有部分肾小管重吸收和由蛋白质结合，可造成低估GFR，碘过敏者禁用。

其三，研究所一些细节无不体现对传统尊重的优良所风，在大楼二层的走廊悬挂研究所历任所长的大幅照片，并配有生卒年和简历；在图书馆里设有专架陈列研究所资深研究员赠书，并标上赠书者姓名和照片，真是值得我们研究机构学习和访效啊！

2.1.4 肌酐清除率（CCr）通过留取24小时尿液测定血肌酐和尿肌酐浓度，计算CCr。由于年幼儿童留尿困难，肾小管可分泌肌酐10%～15%，肾功能不全的情形下肾小管肌酐代偿分泌可达50%，存在一定程度高估GFR，临床较少应用。

2.2 eGFR简述

由于mGFR 不适用于每个患者评估，人们长期以来致力于内源性生物标志物的探索。肌酐和胱抑素C为最常用的内源性生物标志物，另外包括β痕量蛋白（BTP）、α2-微球旦白（α2-mG）等。

肌酐为体内肌肉中肌酸降解的产物，主要来源于肌肉或动物蛋白的摄入，机体每天以相对稳定的速度生成，可自由通过肾小球，还存在消化道排出和肾小管分泌部分（10%～20%）。肌酐受性别、年龄、种族和肌肉量的影响（表3），出生时新生儿血肌酐值代表母体的肌酐水平，后渐降至正常，儿童期随年龄增加肌酐水平逐渐升高。血肌酐在衡量肾功能方面需要注意三点：①肌酐的绝对值水平不能用于CKD 分期，仅用于急性肾损伤（AKI），此时利用血肌酐的基线值和与改变后的血肌酐来衡量其严重程度；②血肌酐的不同方程计算适用于eGFR评估；③肌酐测定方法为国际统一的酶法，不建议苦味酸比色法。目前认为，肌酐是肾功能较差的生物标志物，存在以下缺点：①血清肌酐、基于肌酐的eGFR对肾功能的微小变化敏感性较差，存在盲区，不能识别早期肾脏功能变化，50%的肾小球滤过受损(CKD 3b期)后，血清肌酐浓度才升高；②儿童年龄不同肌酐正常值范围不同，受肌肉量和肥胖程度影响较大，营养不良、CKD、肌少症等情况下肌酐不能反映体内GFR[6]；③存在分布平衡时间，肌酐血浓度和肾小球滤过功能缓解之间存在时间差，此时的血肌酐和eGFR只能代表肾功能改变的趋势或方向；④改善全球肾脏病预后组织（KDIGO）2012 指南推荐成人的初始GFR 评估采用基于肌酐的eGFR 方程，但基于肌酐的eGFR不适合指导药物剂量。

胱抑素C 由有核细胞以稳定速率产生，血浓度稳定且不随饮食、肌肉质量或年龄的变化而变化，可在肾小球中自由过滤，99%滤过的胱抑素C 被近端小管细胞重新吸收和降解，在儿童期和老年人群应用具有优越性，不足之处在于其受炎症、甲状腺功能、糖皮质激素影响（表3）。NICE 指南建议儿童使用胱抑素C为基础的eGFR[6]。血清胱抑制素C浓度达到稳态的速度是肌酐的3倍，这使其成为AKI诊断的可能生物标志物。一项对急性肾小管坏死的研究发现胱抑素C和β2微球蛋白具有最高的诊断准确性[7]，另一项针对约1500例儿童和成人心脏手术后的研究发现胱抑素C 与AKI 无关联[8]。由于证据不一致，目前胱抑素C 还未被验证为AKI 的诊断生物标志物。KDIGO 2012建议在临床决策中，如需要更精确评估，应使用胱抑素C为基础的eGFR。

表3 肌酐/胱抑素C的影响因素

自从1976 年Schwartz 等[9]利用肌酐和身高值推出的eGFR公式以来，欧美各国已有众多的估算公式，由于受不同种族、不同年龄等的限制，儿童方面的应用无公认的公式，多采用Schwartz2009/2012[10]肌酐公式，而胱抑素C 和肌酐联合胱抑素C 等的公式（表4）由于计算复杂，限制了其临床应用，也缺乏进一步有效性的验证。

文献回顾发现，儿童eGFR方程开发与应用需要考虑以下问题：①年龄，儿童由于体格生长迅速，各个年龄段需要不同年龄段的方程，如CKD-EPI方程为成人专用，为克服年龄差异，FAS公式适用于全年龄段；②由于肌酐和胱抑素C的体内代谢特点，特殊人群分别采用肌酐或者胱抑素C 为基础方程；③疾病状态可影响公式应用的准确性，基于健康人群和CKD人群推导出的方程不能互相换用，会导致相应的低估或高估；④不同人种，如欧洲人和亚洲人，代谢特征和人口学特征存在差别，不能完全套用。

2.2.1 基于肌酐的方程 1976年Schwartz等[9]开发的方程采用k×身高/肌酐的模式，影响深远，成为较多公式开发的基础，但该公式肌酐测定的方法为Jaffe比色法，存在20%误差（干扰显色法的物质存在），准确性较差，1987年的初始方程（original）针对不同年龄段的儿童有不同的k值，曾被我国采用，但肌酐测定法为比色法；Schwartz 2009 年的CKiD研究推出了以碘己醇为参考标准的公式，成为一直沿用至今的公式，由于推导人群为CKD 的儿童患者，限制其适用性[1～16 岁，GFR 在15～75 mL/（min·1.73 m2）]。2012 年的Schwartz-2012 肌酐公式和法国队列Lyon公式在欧洲人群中适用性较好，尽管未显著提高其准确性P30(81.1%)。值得注意的是2011 年的FAS 公式，针对全年龄段，克服了不同年龄尤其是16～18 岁的过渡期青年，用儿童公式和成人CKD-EPI公式结果完全不一致的问题，利用年龄别的肌酐和身高别的肌酐作为标准Q 值，使得准确性达到93%～94%[11]。2018 年FMR 18 方程[12]分别建立男性和女性的肌酐生长曲线，将儿童时期的肌酐水平调整到相应的成人水平，克服了年龄的问题，P30达74%～90%，提高了精确性和准确性。2020年欧洲肾脏功能联盟推出了EKFC 方程，P30达到81%[13]。2020 年Pierce 等[14]利用CKiD 研究数据，开发并内部验证了CKiDU 25 两种胱抑素C 和肌酐方程，用于25岁以下人群，具有年龄依赖性的k值呈非单调变化，降低了平均偏差，尤其是在幼儿和青年成年人中，P30准确性在儿科和成人大于85%。以上方程开发的人群为欧美的儿童和/或成人，在中国人群中缺乏大样本的验证。

2.2.2 基于胱抑素C 的方程 由于肌酐不适合特殊人群如低龄儿童、糖尿病、肌少症等的eGFR，胱抑素C 则具有稳定性，不受年龄和肌肉情况影响。其中Schwartz 2012[15]的胱抑素C 方程达到了较高的P30（70%～90%），成为较好的选择；另外，Filler2003[16]和Hari等[17]公式也具有较好的准确性，P30达90%～92%。但由于开发数据集大多为CKD人群，以上公式存在适用性受限，如GFR在15～75 mL之间，普通人群不适用。2014年CAPA（CAPA，高加索，亚洲，儿童和成人组）公式仅包含2个变量，即胱抑素C浓度和年龄[18]，克服了不同人种和性别的限制，尤其亚洲儿童人群的加入为中国儿童应用提供了可能（表4）。

2.2.3 肌酐联合胱抑素C 方程 由于单用肌酐或者胱抑素C，尽管提高了在特定疾病群体或地域人群的敏感性和特异性，还是具有局限性。研究者又开发了含有肌酐联合胱抑素C 的方程，期望有更好的敏感性和特异性。Schwartz-2012[15]推出了5 变量方程（包括身高、BUN、SCr、肌酐、性别），引入多个变量也增加了系统误差的可能性[19]，准确性在81.9%～93.1%，但实际应用由于计算复杂，不利于推广，该公式在一般人群中并未比肌酐为主的方程更有优势。Schwartz-公式开发数据集为CKD患者，普通人群不适用（表4）。

表4 关于Schwartz公式

Björk 等[20]对2218 例2～17 岁儿童，对于mGFR<75 mL 肌酐为主的方程Schwartz 2012、Schwartz-Lyon，胱抑素为主的方程Schwartz 2012、Berg、CAPA，肌酐联合胱抑素C方程进行验证，结果发现准确性均能达到80%以上，对于mGFR>75 mL，肌酐联合胱抑素C 方程FAS、Schwartz 2012 均能达到90%以上，说明欧美等人群比较适用，这与这些公式开发的人群及CKD等有关。

以上CAPA 方程的建立基于瑞典和荷兰、日本儿童的数据，Counahan Barratt方程的建立基于英国儿童的数据，FAS 方程的建立基于高加索和北非人群的数据。EKFC方程仅用于白人个体，因此不能代表美国人口的多样性，尤其是CKD高风险相关的种族/民族个体。亚洲人，如中国人，肌肉量比欧美人少，不同种族之间存在肾功能差异，因此国内儿童使用其他种族的GFR估计方程是有偏差的。

Uemura 等[21]通过日本135 例1 个月至18 岁的儿童CKD 患者的菊粉清除率和标准化血清胱抑素C 水平，以确定日本儿童和青少年血清中基于胱抑素C 的eGFR，推导出胱抑素C 为主的公式，P30为84%，例数较少、需要进一步验证为其缺陷。

3 国内使用现状

文献复习发现，Schwartz 方程有多个改进版本（表4），国内儿科界对估算公式的应用存在两个问题：①Schwartz 肌酐公式1987版应用较多，但是未明白应用条件，1987版肌酐测定方法为比色法而不是酶法，导致结果不准确；②国内儿童GFR 的研究缺乏多中心大样本的研究以导出适用于中国儿童的方程，亦缺乏国外方程的中国验证，缺乏针对健康儿童的GFR正常值范围。各种同位素方法测量后的数值在各个研究间存在一定的差异，由于样本量少，仅具有参考价值。

2010 年王芳等[22]研究30 例1～16 岁CKD，比较了肌酐清除率、Filler 胱抑素C 法、Schwartz 肌酐公式的应用情况，CKD 1期和CKD 2～5期Filler公式准确性分别为85%、69%，Schwartz 1976 公式77%、44%，肌酐清除率法 38%、69%，由于病例数少，肌酐测定方法为比色法，参考价值较低。Du等[23]2015年对100例1～17岁CKD单中心的数据进行分析，并验证公式应用情况，结果发现Counahan-Barratt 公式 和 Schwartz 肌酐1987 版在GFR<90 mL/（min·1.73 m2）准确性最好，缺点为单中心，病例数较少。2017年有报道87例儿童肾损害的儿童，验证了4种方程，以Schwartz 2009肌酐床旁方程，结果发现Filler胱抑素C方程和CKiD 5变量方程准确性最好（63%～74%），认为1987初始Schwartz方程不适合中国儿童[24]。2022 年Tang 等[25]研究了751例3～18 岁中国CKD 儿童，并推导出该人群中GFR的两种估计方程，P30为73.6%、76%，并验证其他常用方程，发现CKiD 67.2%、Schwartz 胱抑素C 70.4%、CAPA 61.2%、Filler 61.6%、FAS 52.4%、Uemura胱抑素C 59.6%，这是我国首次针对CKD儿童的大样本量公式开发，尽管存在来自于单中心、计算复杂的限制，其有效性还有待进一步验证。从准确性看，以上公式在我国CKD儿童中准确性均较低，未超过80%，亟需开发我国多中心儿童方便适用的公式。

4 其他生物标志物

2002 年一项对加拿大225 例0～17 岁儿童研究显示，BTP 在检测儿童轻度GFR 降低方面优于血清肌酐和胱抑素C 的替代品，但并不优于Schwartz GFR 估计，与肌酐相比，BTP 提高了30%的诊断敏感性，但并不比胱抑素C 或Schwartz GFR估计更敏感[26]。2015年Witzel等[27]对755例2～17岁儿童和青少年进行了99mTc-DTPA，测定了GFR、身高、体重、血清肌酐和BTP，推导出首个BTP 方程，P30达80.2%（女）～88.6%（男），由于公式复杂，BTP的测量成本较高，而且各实验室之间的BTP测量技术缺乏国际标准化。这些因素可能会限制BTP作为肾功能指标的实用性。

2019年Freed等[28]通过高效液相色谱（HPLC）-串联质谱分析方法对2424 名受试者进行代谢组合（乙酰苏氨酸、苯乙酰谷氨酰胺、假尿嘧啶和色氨酸）检测，并比较了肌酐、胱抑素C及多种标志物联合的估算公式，发现eGFRmet方程P30达90.0%，其他分别为eGFR肌酐(86.9%)、eGFR胱抑素C(88.0%)、eGFR肌酐联合胱抑素C(91.3%)，而结合代谢产物、肌酐、胱抑素C和人口统计的方程(93.0%)，提示系统误差在标志物增加后减少。

5 其他应用

对儿童肿瘤治疗时的肾功能监测可防止化疗药导致的肾损害。Dodgshun等[29]建议，胱抑素为主的Schwarz 方程在估算方面优于其他肌酐为基础的方程，如果eGFR>100 mL可不进行mGFR，对于特殊人群，如儿童、肌少症或肥胖儿童、肝病、糖尿病、老年人等，建议使用胱抑素C 作为监测指标；如果为药物毒性的监测或者新药研发[30]，需要同时监测肌酐和胱抑素C；普通人群监测肌酐，若eGFR 在40～59 mL之间（肌酐存在GFR估算的盲区），需要进一步计算胱抑素C为基础的eGFR。

另外，孤立肾、肾发育不良等儿童亦有评价GFR 的需求，临床实践中需要先评估，必要时再测定GFR。Grapin 等[31]研究了7～22岁孤立肾患者的GFR，发现Schwartz 肌酐方程具有最小的偏差，早期肾功能变化的识别需要mGFR。

活体肾捐赠者在捐肾前需要进行终末期肾脏病风险评估，其中捐前GFR 是一个重要的决定因素。KDIGO 2012 推荐使用排除标准为<60 mL/（min·1.73 m2），接收标准为90 mL/（min·1.73 m2），在60～90 mL/（min·1.73 m2）之间应根据人口和健康状况与移植计划可接受的风险阈值进行个体化评估，需要测定GFR[32]。由于eGFR 存在低估或高估的缺点，会导致由于低估风险而不恰当地接受较年轻的候选人，以及排除了肾功能实际上与年龄相符的较年长的候选人，实际应用中需要充分考虑这些不足。

6 结语

综上，GFR 在临床及科研中具有广泛的应用，测定方法适用于需要精确评估肾功能的情况，如CAKUT、药物剂量调整、捐肾者风险评估等，eGFR的一线应用更加符合日常需求，国内迫切需要统一的符合临床需求的公式，不仅仅用于可靠的日常评估，各种临床研究的终点事件设定，对于研究结论的可靠性也非常重要。未来智能小程序的应用可提高复杂公式的临床适用性。