[영양판정실험]뇨 측정 1부

  

실험 목적

건강할 때에는 정상 배뇨의 고마움을 모르고 지낸다. 그러나 우리의 배뇨 상태는 바로 건강의 바로미터가 된다. 뇨는 생체내의 대사 산물 중 과잉의 불용물을 선택해서 배설하고 생체내의 항상성을 유지하는데 중요한 역할을 하고 있다. 따라서 뇨의 조성을 조사하면 물질 대사의 상태를 알 수 있으며 또한 질병의 진단 및 영양상태 판정에 좋은 방법이 되고 있다.

뇨는 단백질의 대사산물(요소, 요산, 아미노산, creatinine, ammonia등)과 여러 가지 유기 및 무기염류, 해독물질, 미량의 비타민 등을 함유하고 있으며 이들 물질의 양과 질의 변화와 이상물질(단백질, 당, 적혈구, 세균, 케톤체, hemoglobin, bilirubin등)의 출현에 따라 신장과 요도의 질병 뿐 아니라 심장, 간, 내분비등 여러 기관의 기능과 증상을 알아낼 수 있으므로 측정 원리와 실험 방법을 익히는 것에 목적이 있다. 

 

 

실험 이론 및 원리

1. 뇨 검사의 중요성

옛날의 뇨는 머리단장용, 피부미용을 위한 욕수, 우치 예방, 목 치료, 효모, 담뱃잎 분쇄, 치즈 맛, 크림 등에 광범위하게 이용되어 왔다. 요는 신장에서 분비되어 나오는 배설물이며, 혈액에서 여과된 수용액으로 체내의 신진대사 중간 및 종산물이 내포되어 있다. 정상적인 뇨 중에는 단백질 및 질소 화합물의 대사산물, 혹은 전해질, 해독물질, 비타민, 호르몬, 효소 등이 배설된다. 병적인 경우에는 단백, 당, 케톤체 등을 비롯한 각종 대사 이상물질이 다량 배설되기도 한다. 출생전의 태아도 생성된 뇨를 양수 중에 배설하고 있다. 

뇨 검사는 이러한 물질들의 양적 변동 및 이상 성분을 검출하여 각종 질병의 진단을 하며, 간격을 두고 반복 실시하기가 쉽고, 배설 물질이기 때문에 혈액이나 그 밖의 체액보다 얻기 쉬우며, 환자에게 주는 고통이 없는 반면 이로써 얻는 결과는 대단히 큰 것이다. 또한 시간적으로 보아도 단시간 내에 결과를 얻는 경우가 많고 혈액 중에 존재하는 배설되어야 할 각종 물질이 농축되어 있어서 뇨 분석으로 조기에 진단 목적을 달성할 수 있다. 뇨 중에는 생체 대사에 의해 생긴 여러 가지 노폐물이 배설되므로 뇨 검사는 몸의 상태, 즉 건강한 상태인가 질병이 있는 상태인가에 대한 정보를 조기에 얻을 수 있기 때문에 질병을 진단하는데 가장 기초가 되는 중요한 검사이다.

 

2. 뇨의 생성

혈액으로부터 뇨가 만들어지는 과정은 단순한 여과에 의한 것이 아니라 복잡한 과정을 걸쳐 진행된다. 뇨가 만들어지는 것은 우선 피가 토리체모세피줄을 통과하면서 혈액 성분이 여과되어 나가는 것으로부터 시작된다. 토리체막은 당 펩타이드와 콜라겐 양단백질로 이루어져 있으며 기저막에는 반경 약 20Å의 작은 구멍이 있다. 그러므로 폴리펩타이드와 이것보다 분자량이 작은 유기 및 무기 화합물들은 오줌에 배설될 수 있다.

혈청 알부민은 정상에서는 없고 병적 조건에서만 나타나다. 세뇨관에서 물과 저분자물질이 한외 여과되는 과정은 에너지의 소빙벗이 진행되는 피동적과정이다. 이 한외여과로 생긴 여과약을 1차 뇨라 한다. 1차 뇨의 양은 24시간에 약 170ℓ이다. 1차 뇨에 포함되는 여러 가지 물질의 농도는 혈청에서와 비슷하나 단백질만은 기본적으로 포함되어 있지 않다. 1차 뇨는 세뇨관에 이행한다. 세뇨관의 중요한 기능은 포도당, 아미노산, 무기질 등 한외여과에 의하여 배설된 귀중한 영양물질을 가역적으로 섭취하는 것이다. 

이 과정에 의하여 유기체에 중요한 여러 가지 물질을 잃지 않게 된다. 이 선택적 흡수과정을 재흡수라고 한다. 세뇨관에서 진행되는 재흡수와 분비과정은 1차 뇨와 세뇨관 상피세포 사이에서 농도물매와 전가화학적물매를 극복하면 능동수송의 방법으로 진행되는 에너지 소비과정이다. 콩팥에서 진행되는 대부분의 에너지 소비는 이 과정에서 이용된다. 원위 세뇨관에서는 나트륨이온은 흡수되고 수소이온은 배설되며 일부 염류들도 흡수된다. 또 보충적으로 알칼리, 산, 일련의 색소들, 약물 등이 분비된다. 이러한 재흡수와 보충적 분비결과 1차 뇨의 일부 성분은 더 농축되고 다른 성분은 더 희석되면서 점차 2차 뇨 즉 마지막 뇨가 만들어진다. 뇨의 형성 과정은 콩팥의 토리체와 세뇨관의 기능에 의해 진행된다.

 

3. 뇨검사의 광범위성

뇨검사는 조기에 질병의 지난, 치료의 경과의 관찰 및 건강관리를 위한 목적으로 폭넓게 실시되고 있다. 병원에서 입원 및 외래 환자의 대부부은 뇨검사를 받는데 그 이유는 다음과 같다.

① 배설물로써 환자에게 주는 고통이 없으므로 혈액이나 다른 체액 보다 검체의 채취가 쉽고 동시에 많은 양을 간격을 두고 반복하여 채취할 수 있다.

② 혈액에서 유래하는 각종 성분이 농축되어 있어서 예민하게 신체의 변화를 반영하므로 여러 장기에 관련된 중요한 정보를 얻을 수 있고 질병을 조기에 발견할 수 있다.

③ 검사 방법이 간편하고 대규모의 설비를 필요로 하지 않으며 다른 임상 검사보다 비용이 적게 든다.

최근에는 더욱 간단하며 신속하고 정확하게 검사할 수 있는 요 자동분석장치 및 다항목 시험지법의 개발에 의해 단시간 내에 검사 결과를 얻을 수 있게 되어 뇨검사는 더욱 광범위하게 실시되고 있다.

당뇨병의 치료 경과를 관찰하기 위해서 실시되는 뇨 중 포도당 검사나 많은 사람들을 대상으로 약물의 복용 여부를 확인하기 위한 스크리닝 검사에도 뇨를 검체로 사용하고 있다. 또한 선천성 대사 이상 질환의 확인이나 감염식을 섭취하는 환자의 염화물을 대한 검사도 뇨를 검체로 사용하고 있다.

 

4. 뇨 검사의 가치성

정확하게 실시된 뇨검사에서 많은 정보가 얻어지고 그 검사 결과가 효과적으로 이용될 때 그 가치를 발휘할 수 있다. 뇨검사에서 좋은 검사 결과가 얻어지는 요인은 많으며 그 요인에는 뇨의 채취, 시약과 사용법, 검사자, 검사 결과의 해석 등이 포함된다. 이 중 중요한 요인의 하나는 검사자의 훈련이다. 그러나 만약 하나의 요인이라도 부족하면 다른 많은 부분까지 영향을 줄 수 있다. 예를 들면 충분히 훈련된 검사자가 유명 상표의 우수한 시약을 사용한다하더라도 뇨 검체를 잘못 처리하거나 요염된 용기에 뇨를 채취하거나 사용법이 바르게 지켜지지 않으면 생각지도 않은 결과를 얻을 수 있고 그 검사 결과를 어떤 가치도 없다. 뇨는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

① 배설물이다 : 뇨는 수분 배설의 주요한 경로이며 체내를 순환하고 있는 혈액으로부터 유래한 액체이다. 뇨에는 체내의 중간 대사산물 및 최종 대사산물이 포함되어 있으나 주로 생체에 불필요한 물질이 뇨로써 배설된다. 정상적인 경우에는 요소, 크레아티닌, 전해질, 해독 물질, 비타민, 호르몬, 효소 등이 배설되고 병적인 경우에는 당, 케톤체 및 대사 이상물질이 다량 배설되기도 한다.

② 생성물이다 : 체내의 대사에 의해 신장 네프론의 구조에 의해서 생성되어진 것으로 평형 관계에 의해 과잉 생산된 것, 조직세포의 붕괴물, 분비물 등 매우 많은 성분이 포함되어 있으므로 생체 내의 대사를 잘 반영한다.

③ 정보원이다 : 신장이나 요로계 질환에서는 신기능 장애, 국소의 조직, 세포의 변화가 요의 성분을 직접적으로 변화시키므로 뇨 중 정상성분의 양적 변화나 이상성분의 출현에 의해서 신장, 요로계 질환뿐만 아니라 다른 장기의 이상도 알 수 있다. 그러므로 뇨검사는 각종 질환의 진단에 매우 유용한 생체 정보를 얻을 수 있기 때문에 임상적으로 가치 있는 대표적인 비침습 검사이다.

④ 리듬 메이커이다 : 수분을 너무 많이 섭취하면 야간에 배뇨하며 아침이면 누구든지 배뇨감이 있어 잠을 개는 개는 일이 많고 이로써 하루의 생활리듬이 시작된다.

 

5. 질병과 관련된 뇨의 변화

질병과 동반되어 뇨의 조성에 변화가 일어나는 것에는 다음과 같은 것을 예로 들 수 있다.

① 어떤 질환에서는 뇨의 색깔에 변화가 일어난다 : 빌리루빈이 포함되어 있으면 황색을 보이며 심한 황달이나 간질환이 의심된다. 용혈을 동반하는 질환은 뇨중에 혈색소가 배설되거나 우러빌리노겐 농도가 증가한다. 뇨중에 다량의 혈액이 포함된 뇨를 혈뇨라고 하나 혈액의 양이 적어 뿌연 혼탁을 나타낼 때도 분명한 혈뇨로 시장, 뇨로의 염증이나 종양, 결석 등이 의심된다.

② 질병이 있으면 뇨량이 증가되거나 감소된다 : 진성 당뇨병이나 뇨붕증에서는 뇨량이 비정상적으로 증가하나 극히 예후가 나쁠 시에는 부전에서는 뇨생상의 정지, 즉 무뇨가 된다.

③ 뇨의 냄새도 질병을 찾아내는데 유용하다 : 대사 이상에 의한 유전성 질환의 대부분은 뇨에서 이상 성분을 검출하는 것에 의해 확인 할 수 있다. 페닐케톤뇨증은 지능장애를 초래하는 정신 박약증 어린이의 뇨에서 특이한 냄새가 난다. 또한 방광이나 뇨로 감염증에서는 요소가 세균에 의해 분해되어 암모니아가 생성되기 때문에 뇨에서는 암모니아 냄새가 난다.

④ 정상뇨에서는 볼 수 없는 이상성분이 배설된다 : 단백뇨, 혈뇨는 시장 질환의 예민한 지표가 되며 당뇨는 당뇨병을 알 수 있다.

⑤ 뇨 중에 점액이 존재한다 : 요로계의 암을 의심할 수 있다.

6. 뇨 검사의 원리

1) 채뇨

검사 목적에 따라 수시뇨, 시간별 채뇨 및 12시간이나 24시간 뇨를 필요로 한다. 뇨중의 성분으로는 단백대사 산물인 요소(10~35g), 요산(0.3~0.7g), 크레아틴(15~28㎎), 아미노산(150~600㎎), 및 암모니아 등이며 기타 NaCl(5~20g), 인산염(0.5~2.2g), 황산염(0.36~1.44g) 및 Na, K 등의 무기질 등 총고형성분이 하루에 50~75g 정도 배출된다. 이상의 정상성분 이외에도 이상물질이 검출된다. 이를 위한 검사를 정확히 하는 것은 진단, 치료 및 예후 판정에 큰 도움을 준다. 

오래된 뇨는 세균에 의하여 요소가 분해되어 암모니아가 형성되고 뇨가 알칼리성으로 되어 세포성분이 파괴되므로 채뇨 후 곧 검사해야 된다. 어떤 성분은 광선에 의해 산화되어 검출을 어렵게 한다. 뿐만 아니라 채취시 혼입된 이물질이나 잘못 채뇨되어 감사 결과를 애매하거나 다른 결과를 내는 경우가 있다. 수시뇨는 검사 목적에 따라 정확한 용기에 올바른 방법으로 채뇨한다. 

12시간이나 24시간 채뇨는 처음 시작 시간에 완전 배뇨하여 버리고 그 후부터 끝나는 시간까지의 뇨는 용기에 받는다. 어느 것에도 만족한 방부제는 없기 때문에 신선뇨는 곧 검사하는 것이 가장 좋다. 오랫동안 받는 뇨는 그동안 분해되거나 세포가 파괴는 것을 방지하기 위하여 적당한 방부제를 넣고 받으며, 세균검사, 기생충검사를 제외하고는 가능하면 냉장고에 보관하며 채뇨하는 것이 좋다. 다음은 검사 종목에 따른 선택적 방부제이다.

① 단백 : toluene 적당량

② 요소 : 빙초산 10㎖

③ Ammonaia : 1N HCl 10㎖

④ Creatinine : 냉동 또는 toluene

⑤ Bilirubin : ascorbic acid 100㎎/㎗

⑥ Cystine : chloroform

⑦ Hydroxyproline : 농염산 10㎖

⑧ Catecholamine : 염산이나 황산 10㎖

2) 뇨의 색깔

정상시 혈액 성분의 농도는 극히 좁은 변동의 폭을 보이나 뇨 성분의 농도는 매우 폭넓은 변동을 보이므로 일정한 조성을 가질 수 없다. 따라서 요 검체를 관찰할 때 색깔은 물론 기카 외관이 다르게 보여도 반드시 이상한 것은 아니다. 보통 요 외관의 이상은 색깔, 혼탁의 정도, 점조성의 이상을 말하며 이러한 것으로부터 신체의 이상을 의심할 수 있다. 정상뇨의 색깔은 주로 담즙 대사에 의해 생기는 색소로 이것은 세뇨관에서 생성되는 우로크롬에 의한다. 정상인의 우로크롬 1일 배설량은 거의 일정하므로 뇨 색깔의 농도는 음식물 중에 포함되어 있는 색소, 과도한 운동, 발한 등에 의한 농축 정도에 의해 여러 가지 색깔로 변화된다. 특히 어떤 종류의 치료약제나 그 대사산물, 비타민제의 복용은 착색뇨의 원인이 되며 병적 상태에 의해서도 변화되는 일이 있다. 

뇨 색깔의 강도는 비중과 거의 평행하게 변화하며 뇨의 농축 및 희석과 직접 관계가 있다. 즉 뇨 비중이 감소하거나 증가하면 무색-엷은 황색-진한 황갈색까지 변화한다. 뇨색깔은 뇨의 양이나 용해물질에 의해 다르며 동일한 개인에서도 뇨량이 증가하면 희석되어 무색에 가깝고 뇨량이 감소하면 농축되어 갈색이 진해진다. 그러나 뇨량은 적은데도 뇨 색깔이 엷은 경우는 신기능 부전이 의심된다. 뇨의 육안적 검사가 중요한 것은 착색뇨나 진한 색깔의 뇨는 시험지의 정색 반응을 간섭하고, 검사성적을 혼란스럽게 하는 원인이 되기 때문이다. 

이러한 뇨검체는 검사 결과를 그대로 보고하지 말고, 보고 용지에 그 검체에 대한 구체적인 언급을 해야한다. 뇨단백 정성 시험지를 농축된 착색뇨로 검사하면 대개 판정이 불가능하다. 또한 리보플라빈, 플리빈 등을 포함한 녹색 형광뇨는 위양성 판정을 할 가능성이 높다. 뇨단백 시험지의 색깔은 호아색-황녹색-녹색-청색으로 변하기 때문에 녹색 형광시험지에 착색되어 혼합된 색깔을 관독하게 하므로 육안적이나 기계적 판정을 부정확하게 한다. 뇨색깔을 간단하게 판정하는 방법은 아직 없으나 뇨 용기에 적절한 광선을 투과시켜 백색 종이를 배경으로 육안적으로 관찰한다. 뇨색깔의 보고를 객관적으로 하기 위해서는 적색, 황색, 녹색 및 갈색 등 색깔에 대한 용어를 정해야 한다.

뇨의 색깔	원인	질환
무색	희석뇨, 즉 뇨량이 많고 비중이 낮은 경우	이뇨제 복용시, 요붕증, 당뇨병
적색, 갈색, 혼탁한 갈색	혈액이 섞이면 그 양에 따라 적색-갈색을 띄며, 용혈시 차츰 흑갈색으로 변한다.	뇨로 출혈, 신장염, 신우염, 뇨로계약성종양
황색, 녹색, 황갈색	간이나 담도질환으로 인해 담즙이 새벌된 경우 황색을 띄며 흔들면 황색의 거품이 생긴다.	고열성 질환의 농축뇨, 수술후 탈수증
유백색	하부림프관 폐쇄를 일으키는 질환에 유미가 섞이면 쌀뜨물 같은 소변을 보게 된다.	림프액 혼입, 뇨로 감염으로 인해 지방, 농 및 세균이 많이 섞인 경우
녹황색 형광	비타민 B12등의 복용

3) 뇨의 청탁도(배설 직후의 신선뇨는 대부분 맑고 투명하며 혼탁이 없으나 때로는 혼탁되어 있는 것도 있다. 뇨의 혼탁은 방광에서 형성되며 일반적으로 다음과 같은 변화에 의해 형성된다.)

① pH 변화

② 온도의 변화

③ 뇨 중 용해물질의 과포화도

④ 용해도의 감소

그러므로 뇨가 혼탁되는 것만으로 병적 성분이 포함되어 있다고는 할 수 없다. 뇨 중 염류가 형성되어 혼탁된다. 또한 편운은 뇨를 방치하면 방광이나 요도에서 분비된 점액이 구름 모양으로 혼탁하고 여기에 백혈구, 편평 상피세포 등이 혼입된 것으로 특히 여성의 뇨에서 많이 보인다. 정상인 경우에는 염류가 석출하여 혼탁되나 병적인 경우에는 뇨 중에 페포 등 여러 가지 이상성분이 포함되어 있기 때문에 배뇨 직후부터 혼탁된다. 

뇨 정성검사는 원칙적으로 이러한 혼탁을 제거하고 나서 실시하지 않으면 판정을 잘못 할 수 있으므로 주의해야 한다. 투명한 용기의 뇨검체는 잘 혼합한 후 광선이 있는 곳에서 육안으로 관찰한다. 혼탁도에 관한 결과 보고는 애매함 및 주관적 표현을 하지 않도록 하기 위해 혼탁도에 관한 용어를 정해야 한다. 혼탁도는 투명, 뿌염, 흐림, 혼탁의 용어가 있다. 유형 성분이나 세포 등의 출현에 의한 것으로 적혈구, 백혈구, 상피세포, 원주, 점액, 지방, 세균 등에 의한 혼탁을 볼 수 있다. 임균성 요도염에서는 적혈구, 백혈구, 전액 등이 실 모양으로 보인다.

7. 생화학적 지표의 평가

1) 참고치 : 생화학적 평가를 위한 참고치를 설정하기 위해서는 병력조사를 통하여 건강한 사람만을 대상으로 해야 한다.

2) 한계점 : 일반적으로 한계점은 영양결핍이 관찰되는 임상적 진단이나 기능검사를 통하여 설정한다. 영양결핍으로 인한 행동적 기능 이상은 관찰되지 않으므로 문헌에서 보고하고 있는 신체증후나 생화학적, 신체적 기능의 변화와 관련하여 한계점을 설정한다. 한계점은 주로 3영역으로 나타내는데 ‘위험도 높음’은 영양결핍 증상이 이미 존재하는 상태이고 ‘중간정도의 위험도’는 결핍상태가 진전중인 것을 의미하며, ‘위험도 낮음’은 결핍상태로 진전될 가능성이 낮은 상태를 의미한다. 또 한계점은 영양결핍과 관련된 임상적 증세의 발현이나 혈액 또는 뇨중의 영양소나 대사물질의 비정상적 수준에 의하여 결정된다.

3) 냄새 : 정상뇨의 고유한 냄새 즉, 지린내는 뇨 속의 미량 성분인 휘발성 유기산에 기인하다. 한편 섭취한 음식물이나 약물에 따라 특유한 냄새가 나는 경우도 있다. 뇨를 방치하면 세균에 의한 분해로 암모니아가 발생한다. 그러나 신선한 뇨에서 암모니아 냄새가 난다는 것은 방광에 염증이 있음을 시사한다. 또 부패성 냄새는 화농의 분해로 생긴 NH3와 H2S에 기인하는 것으로 요도에 화농성 염증이 있거나 방광에 종양이 있기 때문일 것이다. 아세톤의 특유한 냄새는 케톤체에 기인한다.

뇨중 creatine 측정 (Folin-Wu법)

크레아틴(C4H902N3)은 대부분 근육 중에 주로 크레아틴 인산의 형태(근육의 저장 에너지)로 존재하며 그것의 탈수물인 크레아티닌(C4H70N3)은 전 조직의 수분 중에 함유되어 있다.

※ 크레아티닌 : 정상 뇨중에 배설되며 성인은 1~2g이다. 그 증감은 음식 섭취와 관계없이 근육의 발달과 운동에 관계된다. 남자가 여자보다 많다. 운동 후에는 증가 하고 기아, 진행성 간 distrophia, 중증의 신기능 부전에서는 감소한다.

크레아티닌 계수(creatinine index) = 24시간의 배설량/체중(Kg)

남자: 20-26 ㎎/㎏ 여자: 14-22㎎/㎏

크레아티닌-신장지수(Creatinine-Height Index : CHI)

CHI(%)=24시간 creatinine 배설량/신장에 부합되는 24시간 기준 creatinine 배설량 × 100

90-100% : 정상, 85-90% : 가벼운 결핍, 70-85% : 중등도 결핍, < 70% : 심한결핍

※ 정량법은 Jaffe 반응을 이용한 Folin-Wu 법으로 측정한다.

Creatinine은 alkali성 용액 중에서 picric acid와 반응하여 등황색의 creatinine picrate로 되므로 (Jaffe반응) 비색법을 이용하여 측정한다.

8. 뇨중 요소 측정 (Urea nitrogen)

요소의 정량은 간의 단백질 중간대사 기능, 신장 기능 등의 진단에 이용할 수 있다.

① 건강 성인의 평균 요소 배설량은 보통 혼합식의 경우 24시간에 15-30g이다.

② 요소가 증가하는 경우는 동물성 식품을 많이 먹을 때, 단백질 이화 작용이 항진될 때(열병 질환, 기아, 빈혈), salicylic acid제나 quinine, caffeine 등의 약품을 복용할 때이다.

③ 요소가 감소하는 경우는 간질환 장애가 있을 경우(간염 등), 그리고 신장 기능 부전 때(당뇨병인 경우)이다.

④ 뇨중 요소 N : 총 N의 비 (robin's coefficient)는 정상뇨에서 85 : 100내외이다.

요소 N = 요소량 × 28/60

뇨중 총 N의 배설과 요소의 배설과는 평행 관계가 있으나 간기능 장애에서는 요소의 합성 기능이 저하하고 또한 당뇨병에서 acidosis가 된 경우에는 NH3가 증가하므로 요소 N : 총 N의 비가 저하된다.

⑤ 요소 정량법에는 urease법, xanthydrol법, diacetylmonoxime법 등이 있다.

[Engineering/공학실험] - [영양판정실험]뇨 측정 2부