呋塞米应激实验——你都知道吗？

呋塞米应激实验——你都知道吗？
呋塞米应激实验：当前的使用和未来的潜力
河北医科大学第四医院重症医学科朱桂军编译
摘要
袢利尿剂是全球使用最广泛的药物之一，常用于急性肾损伤(AKI)相关并发症的管理，即容量超负荷和电解质管理。

袢利尿剂的使用对预防或治疗危重AKI患者肺水肿至关重要。

袢利尿剂的自然反应是基于其独特的肾脏药理学。

我们的综述文章总结了呋塞米在完整肾单位的药理学，并讨论了AKI的存在可能如何改变这种反应。

我们讨论了关于呋塞米最新临床应用的越来越多的文献，这是挑战试验，也就是呋塞米应激试验，它强调了呋塞米在过去几年里的新作用。

该试验有助于识别AKI进展风险较高和需要肾脏替代治疗的AKI患者。

应激试验还可以预测AKI患者是否需要停止连续性肾脏替代治疗。

基于本综述提供的证据，我们提出了呋塞米在AKI中的潜在研究。

前言
急性肾损伤(AKI)是一种常见且严重的并发症，与多种不良结局相关，包括死亡、需要肾脏替代治疗(RRT)、住院时间延长、慢性肾脏病和医疗费用增加。

即使是轻度的肾损伤也会通过慢性肾脏病(CKD)和心血管疾病的进展影响短期和长期的发病率和死亡率。

目前AKI缺乏特异性治疗方法，支持治疗是其主要治疗手段。

因此，预防至关重要，这依赖于在进入重症监护病房(ICU)早期识别AKI的高危人群。

成功的AKI危险分层对于识别有AKI进展风险(AKI进展至更高分期或需要RRT)的患者至关重要，这不仅是为了在治疗研究中尽量减少纳入轻度AKI
病例，而且也是为了让患者做好准备，以应对RRT的不利需求，或避免未来使用肾毒性药物(如钙调神经磷酸酶抑制剂或静脉造影剂)。

风险预测评分和模型、功能和损伤生物标志物、动态eGFR、实时GFR和肾心绞痛指数已被开发，以帮助临床医生在管理AKI患者时做出决策。

尽管其他医学领域在疾病风险预测和转归方面取得了显著进展，但大多数AKI风险分层方法在当今时代很少用于预测AKI的严重程度或RRT 启动的最佳时机。

然而，自从发现第一个袢利尿剂，利尿酸和后来的呋塞米以来，这些药物自20世纪50年代以来，作为肾小管功能的临床评估，就被世界各地的医生(主要是在ICU)用于评估肾脏对呋塞米激发反应或缺乏反应。

在这种情况下，呋塞米被用于制定AKI进展的分诊决策。

近年来，随着对早期AKI患者使用呋塞米进行标准化评估，为肾小管功能提供了一种新的动态功能检测方法。

在这篇综述中，我们简要概述了袢利尿剂的药理学以及AKI的存在如何改变这种反应。

我们回顾了近年来关于袢利尿剂如何用于早期AKI危险分层评估的文献。

我们讨论了呋塞米应激试验在AKI进展风险预测中的作用，检查了其与AKI生物标志物的关系，以及在RRT启动和停止中的作用。

最后，我们对该检测在AKI患者中的未来潜在应用进行了综述。

图1 Henle环上升粗段的12跨膜域Na-K-2Cl (NKCC)转运体示意图。

袢利尿剂与氯结合位点(跨膜结构域11和12的一部分)结合，随后抑制NKCC-2转运蛋白结构域2、4和7转运Na、K和/或Cl。

呋塞米药理学
袢利尿剂是最常用的处方药之一，在2014年美国处方最多的药物中排名第15位。

呋塞米(4-氯- n -(2-呋喃基-甲基)-5-磺胺基-邻氨基苯甲酸)是一种化学合成而非自然产生的强作用利钠药物(图1)。

呋塞米通过抑制位于Na-K-2Cl协同转运蛋白(NKCC-2)跨膜结构域11和12中的氯结合域发挥作用，NKCC-2表达于Henle环的粗升支(包括致密斑)，从而抑制钠的重吸收。

抑制钠重吸收会在肾髓质中产生浓度梯度，这是更远端水重吸收的主要驱动因素。

为了在呋塞米作用下发生突然的尿钠排泄，在呋塞米与NKCC-2协同转运蛋白结合之前必须发生相当数量的尿钠排泄。

呋塞米口服后吸收迅速，峰值浓度在0.5 ~ 2 h内，
而静脉给药在几分钟内。

利钠作用的持续时间理论上是口服给药后6小时(持续6小时)和单剂静脉给药后2小时，但这些时间可以有很大的变化。

食物和水肿(如肾病综合征或心力衰竭)减缓吸收。

袢利尿剂是带负电荷的有机阴离子，脂溶性差，使其与血清白蛋白高度结合(>95%)，因此限制其在肾小球的过滤并降低生物利用度(呋塞米约50%)。

为了进入肾小管周围区域，袢利尿剂分泌穿过近端肾小管，必须通过与升支细胞基底外侧膜上的有机阴离子转运蛋白OAT1和OAT3结合。

这些有机酸分泌位点对袢利尿剂有强亲和力，并将利尿剂从白蛋白中释放出来。

OAT 2也表达于基底外侧膜，但对袢利尿剂的亲和力较低。

极度低白蛋白血症状态会干扰利尿剂向近端肾小管的输送，并影响药物疗效。

在管腔侧，多药耐药相关蛋白4 (Mrp-4)似乎介导了至少一部分进入管腔液的分泌。

OAT1、OAT3和Mrp-4基因敲除小鼠对袢利尿剂具有抵抗性。

尿毒症毒素、代谢性酸中毒、低钾血症、非甾体抗炎药和头孢菌素均可干扰OAT1和OAT3介导的袢利尿剂向作用部位的转运。

一旦袢利尿剂被分泌到肾小管液中，它就会到达Henle袢的粗升支NKCC-2活性部位。

呋塞米的肾小管浓度决定其利钠作用，尿呋塞米浓度已被用作肾小管浓度的替代指标。

一旦到达NKCC-2位点，速尿就会结合在氯离子结合位点(跨膜结构域11和12的一部分)内的易位离子腔内，导致NKCC-2转运体的阻塞和随后的抑制(图1)。

Na-K-2Cl在细胞质囊泡内的表达也很明显，表明有一个转运体库，可插入细胞膜，这一过程可被血管加压素和PGE2修饰。

呋塞米给药后至少有一半的剂量无改变地排泄到尿中，这一过程在肾衰竭时延长(呋塞米的半衰期增加)，而另一半则在肾内与葡萄糖醛酸结合。

急性肾损伤危重患者呋塞米的药理学
对于重症AKI患者的呋塞米临床药代动力学/药效学(PK/PD)特征了解甚少，许多数据来自慢性肾脏病患者。

表1总结了呋塞米在AKI 患者中的生物作用，尤其是在晚期AKI和少尿患者中。

有几个因素可以解释这些差异。

首先，危重患者常表现为中度至重度低白蛋白血症。

在低白蛋白血症状态下，呋塞米蛋白结合率显著降低，从而降低肾小
管分泌和呋塞米的临床疗效。

静脉输注白蛋白和呋塞米可以在输注白蛋白后增加长达6小时的尿量，但它的用途是有争议的，因为它的效果是短暂的，可能是昂贵的。

其次，急性肾小管损伤常导致上皮极性丧失，伴随Na/K ATP酶从基底外侧膜重新分布到顶端膜。

这损害了跨肾小管的钠梯度，损害了有机酸的二次主动转运，包括尿中呋塞米的排泄，损害了尿对呋塞米的反应，产生呋塞米抵抗。

第三，少尿性AKI患者呋塞米药效学发生改变，限制了尿中呋塞米的排泄，因此导致潜在有害的血浆呋塞米水平。

第四，理论上，尿毒症有机酸和中重度代谢性酸中毒可能与呋塞米在OAT1/OAT3转运位点竞争，从而限制呋塞米的分泌和活性。

第五，急性肾损伤患者尿液中OAT1/ OAT3转运体显著增加，重度急性肾损伤患者尿液中OAT4排泄增加。

AKI患者尿液中OAT4转运体的存在可能提示肾小管损伤和破坏的严重程度，并影响呋塞米向肾小囊腔的分泌。

最后，危重AKI患者可能会接受外源性血管加压素或其类似物，它们可以增加NKCC2转运蛋白的表达，并通过CAMP依赖机制促进该转运蛋白在Henle和致密斑袢升支粗段的插入。

净效果是增加了钠和水的潴留。

这些机制可能加重水肿性AKI患者的水排泄缺陷。

基于上述药理学特性，呋塞米是评估AKI患者肾小管完整性的理想功能工具，也被用于评估早期开始透析、预测接受死亡供体肾移植患者的移植肾功能延迟恢复和肾脏恢复，如表2所示。

表2 呋塞米挑战实验汇总图2用呋塞米应激试验检测早期AKI患者肾小管完整性。

为了实现快速呋塞米利尿反应，必须达到四个组成部分。

1. 呋塞米进入血液，然后必须与白蛋白结合。

2. 近端肾小管通过hOAT系统从基底外侧膜分泌到管腔。

3.将溶解在肾小球滤液中的呋塞米转运到TAL并与Na- K-2Cl顶端转运体结合。

4. 结果是利尿。

呋塞米检测早期AKI肾小管完整性：呋塞米负荷试验的标准化
由于呋塞米未经过过滤，因此其功能完全依赖于肾小管功能，因此在预测肾小管完整性方面，呋塞米可能比其他袢利尿剂(如托塞米和布美他尼)更理想(图2)。

在这种情况下，呋塞米诱导的尿量可作为AKI 严重程度的标志物。

Baek等于1973年在21例接受非标准化剂量静
脉呋塞米治疗的患者中首次描述了这种评估AKI患者肾小管功能完整性的方法。

21例患者中有15例对呋塞米反应不佳，表现为尿量、尿渗透压和游离水清除率无变化，随后发展为急性肾功能衰竭。

这种方法在2013年被标准化，并被称为呋塞米应激测试(FST)。

在这项研究中，FST在77名受试者的初步队列(回顾性(n=22)和前瞻性(n=54)患者的混合)中进行研究，其中有早期1期或2期急性肾损伤(AKIN阶段1定义为6小时少尿(<0.5 mL/kg/h)或0.3 mg/dL血清肌酐增加或高于基线血清肌酐增加150-200%，或AKIN II期(少尿12小时(<0.5mL/kg/h)或血清肌酐较基线升高200-300%)预测进展至AKIN III期(需要RRT或sCr升高至基线的3倍或尿量少于0.3mL/kg/h)。

患者接受一次性静脉注射呋塞米(1.0mg/kg用于先前未使用袢利尿剂患者，1.5mg/kg用于既往有袢利尿剂暴露的患者)。

这项初步研究表明，呋塞米挑战后的2小时尿量能够预测进展至AKI3期，和作为次要终点的住院死亡率，死亡或进展。

呋塞米给药后2小时内反应尿量小于200 mL提供了受试者工作曲线下面积(AUC)(标准误[SE])为0.87(0.05)，对进展至AKIN 3期的敏感性和特异性分别为87%和84%。

更重要的是，FST在危重患者中是可行、安全且耐受性良好。

自这项初步研究发表以来，已经对这一临界值进行了几次回顾性验证(如下所述)，最近发表了多中心前瞻性研究。

这项多中心研究于2014年1月至2017年8月从美国和加拿大5个学术中心的ICU招募患者，共纳入92例患者。

与初步研究相比，前瞻性研究中AKIN I期患者的比例显著较高。

与非进展者相比，进展者的APACHEII评分较高(22.1[1.71] vs 18.9 [1.03]，p=0.10)，基线eGFR较低(56.8[4.79] vs 67.9 [3.66]，p=0.14)，基线sCr较高(1.27[0.08] vs 1.22 [0.06]，p=0.34)，但均未达到统计学显著性。

多中心研究发现，FST在前2小时的尿量临界值为200 mL时，其敏感性为73.9%，特异性为89.9%。

入组困难，低血压发生率为9.8%，几乎是初步性研究中提示FST不应用于低血容量患者的两倍。

在多中心研究中未记录到危及生命的严重事件。

呋塞米反应性预测儿童心脏手术后AKI
在过去的2年中，已经发表了3项回顾性研究，在儿童心脏手术
后患者队列中验证了呋塞米的反应性。

Penk等在一项研究中回顾性评估了来自4家医疗机构的166例患儿(中位年龄6.3个月)，AKI发生率为54/166(33%)。

记录术后首次使用呋塞米后每小时的尿量。

使用呋塞米后较低的尿量与随后的AKI独立相关。

发生AKI的患者的2小时和6小时尿量显著较低：2小时尿量为2.9 (0.9-6.5)vs 5.0 (2.5-9.0) mL/kg/h, p=0.004，6小时尿量为2.4 (1.2-4.0)vs 4.0 (2.3-5.9) mL/kg/h, p=0.001。

未来的前瞻性研究需要验证FST对心脏手术后AKI的预测价值。

FST与AKI生物标志物的性能比较
FST与肾损伤生物标志物预测AKI进展的性能进行了比较。

在Matsuura等人的研究中，回顾性分析了95例AKIN I期和II期患者，比较了FST和血浆NGAL的预后特征来预测严重AKIN III期。

与血浆NGAL (AUC 0.80, 95% CI 0.67 ~ 0.88)相比，呋塞米的反应性是进展至AKIN III期更好的预测因子(AUC 0.87, 95% CI 0.73 ~ 0.94)，具有更好的操作特性。

在Chawla等人2013年进行的初步FST研究中，FST后的2小时尿量在预测进展至3期AKI方面显著优于检测的每一个尿生物标志物(IGFBP7/TIMP2和尿NGAL) (p<0.05)。

此外，在AKI 生物标志物水平升高的患者中，FST的性能增强。

FST和肾脏恢复的预测
在从AKI恢复的危重患者中，呋塞米反应性已被用于预测肾脏恢复和停止RRT。

在一项研究中，71名危重患者在停止CRRT后4小时内测量尿量，并在24小时后连续静脉注射呋塞米0.5 mg/kg/h或安慰剂后再次测量尿量。

71例患者中有18例在最初的4小时内显示肾功能立即恢复，定义为测定的尿肌酐清除率为>30mL/min，并且不需要进一步的CRRT。

25例患者接受呋塞米治疗，24 h后再次留取4 h 尿液，也显示在住院期间肾脏最终恢复的患者的尿量(654 (333-1155)ml)显著高于那些没有恢复的患者(48 (15-207)ml, p=0.007)，AUROC为0.84。

与35例安慰剂治疗的患者相比，36例呋塞米治疗的患者尿量显著增加(中位数为247ml/h。

(四分位间距[interquartile range, IQR] 774ml/h) vs 117ml/h。

(IQR 158ml/h。

),p=0.003)。

ICU出院时，呋塞米组25例患者和安慰剂组27例患者显示肾功能恢
复(p=0.46)。

这项恢复工作以及来自心力衰竭患者(独立于AKI状态)的数据表明，呋塞米反应性是临床上有用的不良患者结局的生物标志物。

在成人中，FST预测AKI严重程度和AKI恢复的性能非常一致，ROC AUCs通常大于0.85(表2)。

因此，这种安全、廉价的功能检查适用于所有AKI分期，并且距离研究结果的时间短至2小时。

FST对肾移植受者移植肾功能延迟恢复的预测价值
FST已用于预测器官捐献肾移植(DDKT)后移植肾功能延迟恢复(DGF)。

在回顾性研究中，200例肾移植患者在吻合肾血管后，术中单次静脉注射100mg呋塞米的尿反应可预测术后2和6h需要RRT。

DGF患者对术中呋塞米的排尿反应显著降低(FST后2小时73 mL vs 250 mL, p=0.001)。

此外，FST后6小时尿量500 mL的AUC为0.86，灵敏度和特异度分别为85%和76%。

在一项对59例接受DDKT的患者进行的小型前瞻性研究中，以移植肾再灌注3小时后使用呋塞米1.5 mg/kg的尿量预测DGF(移植肾再灌注1周内需要透析)，并与尿NGAL的预后特征进行比较。

4 h尿量< 350 mL预测DGF的AUC为0.939 (CI 0.882 ~ 0.996)，敏感度为87.5%，特异度为82.9%，准确度为82.5%。

FST预测DGF的AUC为0.733(0.586 ~ 0.880)，优于尿NGAL。

这些数据表明，FST可作为临床预测工具，不仅适用于普通内科/外科患者，也适用于肾移植患者。

FST的拆析
FST有效地检查肾单位，重点关注肾小管功能和临床读数，即一段时间内(通常为2小时)的尿量。

当FST被拆析时，可将其细分为4个部分(图2)。

迄今为止，FST已被作为一种综合测试进行测试：给予呋塞米，然后评估尿量。

然而，袢利尿剂治疗后的尿钠(而非尿量)可能也是AKI的一个同样重要的预后征象，但尚未确定。

在急性失代偿性心力衰竭患者中，尿钠测定比尿量更能预测6个月死亡率，这一方法现已得到欧洲心脏学会心肾工作组的支持。

此外，尿钠和尿呋塞米的测定可能增加预后信息。

另外，尿呋塞米的测定，最容易的方法是评估呋塞米排出量(FEM)的百分比[分泌的呋塞米量除以使用呋塞米的量再乘以100]，可以告知临床医生近端肾小管的分泌能力。

在大多数患者
中，人们会期望尿量和FEM强相关，但在并非如此的情况下，这可能提示近端或远端损伤，或反之，这取决于不一致的性质。

类似地，了解尿钠，特别是当FST导致利尿不良时，可能会提供信息。

如果尿钠浓度低而FEM值高，则提示有足够的肾血流量维持完整的双向肾小管功能，但提示循环容量不足，如血容量不足、心力衰竭和心肾综合征伴中心静脉压升高。

而尿钠升高和FEM降低则更提示肾小管损伤(表3)。

使用尿钠浓度和FEM来提高FST的诊断能力是理论上的，需要验证。

建议使用尿钠和FEM是如何扩大该试验效用的一个建议框架。

FST在慢性肾脏病评估中的未来潜力
CKD是全球范围内严重的公共健康危害，通常通过测定平均肾小球滤过率(eGFR)和蛋白尿水平来进行风险评估和预后预测。

这两种工具都有显著的局限性，因为eGFR方程需要标准化的肌酐测定，并且在较高的GFR水平时可能有较高的偏倚。

蛋白尿是一个很好的风险预测指标，但许多CKD患者并没有明显的蛋白尿。

在CKD中，肾纤维化的发生被认为是肾脏疾病进展的最强有力的危险因素之一，独立于CKD病因，因为它代表了损伤的最终共同途径。

总的来说，肾小管和间质占肾脏质量的75%以上，因此了解纤维化程度至关重要。

其主要局限性是目前只能通过肾活检来评估肾纤维化，这将是有创的常规系列评估。

然而，我们假设，由于肾小管占肾脏质量的大部分，并且肾脏体积缩小与CKD恶化相关，因此肾小管萎缩和纤维化是纤维化途径的一部分，代表着肾小管功能的丧失。

因此，肾小管功能和储备指标可能是CKD纤维化的稳健指标。

一些评估肾小管功能的工具，如稀释量、浓度和尿酸化，以及钠和尿素排泄分数(FENA和FEBUN)，均未在临床广泛应用。

我们推测FST可能是评估肾小管功能和储备的有用工具，并可能作为一种无创性评估肾纤维化的工具。

我们提出了2小时呋塞米排泄量(FEM2)的概念。

与肺功能测试中的用力呼出量(FEV1)相似，健康人可以在1秒内呼出肺中的大部分空气。

而肺疾病患者常表现为FEV1降低。

同样，一个拥有完整功能肾单位的健康人应该能够迅速将呋塞米排出到尿液中。

然而，当出现肾小管功能障碍，如肾小管-间质纤维化
时，纤维化的肾脏将不能有效地将呋塞米从血浆中移动到肾小管腔内。

这种类型的功能检测可能是无创性评估肾小管功能的基础。

总之，我们假设与肾功能正常的健康患者相比，在纤维化和CKD 增加的患者中，FEM2会逐步降低(表3)。

此外，我们预计纤维化水平和FEM2与eGFR相关，但提供了独特的预后信息。

需要进一步研究来验证这些概念，并可能需要与接受过肾活检的患者进行相关性分析。

FST在危重型COVID-19患者AKI评估中的应用
在此强调FST在危重型COVID-19合并AKI患者中的应用需谨慎。

COVID-19患者的AKI发病呈双峰性，即入院时即发生AKI的患者和住院期间发生AKI的患者。

COVID-19患者在入院时发生AKI时，由于发热、急性病毒性疾病前驱期、胃肠道紊乱和经口摄入不足，患者通常会出现低血容量。

因此，应建议在血容量不足的患者中避免FST，以确保避免低血压。

只有在AKI的液体复苏阶段结束后，才应考虑FST。

这可以等容量方式发生，并具有匹配的尿量和水化方案。

FST进一步潜力
FST值得进一步研究的其他方面包括评估除呋塞米以外的其他袢利尿剂(如托拉塞米、布美他尼)，特别是考虑到这些袢利尿剂在急性心力衰竭中的应用越来越多。

此外，FST在早期AKI以外的AKI后期的应用值得进一步研究。

重度AKI患者经常接受大剂量静脉呋塞米来预防或治疗少尿。

这一信息常用于预测患者对呋塞米的“反应”或“无反应”，以及后续是否需要RRT。

与早期AKI相比，FST在晚期3期AKI中的应用可能具有临床意义，应在晚期3期AKI中规范使用FST 以避免延迟确定性治疗或RRT。

总之，在三大洲的多个队列和研究者中，FST已被证明可以安全有效地预测AKI的严重程度，其总体性能是一致的。

此外，FST在预测DGF等AKI亚型的严重程度和预后方面具有一定的价值。

FST在CKD的诊断中也有一定的作用。