尿検査ストリップ

尿に対して行われるルーチン化学検査の中で、腎疾患の最も有力な指標となるのはタンパク質測定です。タンパク尿はしばしば初期の腎疾患と関連しており、尿タンパク検査はあらゆる身体検査の重要な部分となっています。正常な尿にはタンパク質がほとんど含まれておらず、通常は100～300  mg/L未満、または 24時間あたり100 mg未満しか排泄されません。このタンパク質は主に、糸球体で濾過された低分子量の血清タンパク質と泌尿生殖器系で産生されたタンパク質から構成されています。アルブミンは低分子量であるため、血漿中に存在する主要な血清タンパク質ですが、正常な尿中アルブミン含有量は低くなっています。これは、糸球体に存在するアルブミンの大部分が濾過されず、濾過されたアルブミンの多くが尿細管で再吸収されるためです。その他のタンパク質には、少量の血清および尿細管ミクログロブリン、腎尿細管上皮細胞によって産生されるウロモジュリン、前立腺、精液、膣分泌物由来のタンパク質が含まれます。ウロモジュリンは尿管遠位部で日常的に産生され、尿柱の基質を形成する。

タンパク質検出用の従来の試薬ストリップ検査では、指示薬のタンパク質誤差の原理を利用して、目に見える比色反応を起こします。指示薬は特定のpHレベルに応じて特定の色を呈するという一般的な考えとは異なり、培地のpHが一定であっても、タンパク質の存在下で変色する指示薬もあります。これは、タンパク質が指示薬から水素イオンを受け取るためです。アルブミンは他のタンパク質よりも水素イオンを受け取るアミノ基を多く含むため、この検査はアルブミンに対してより感度が高くなります。ストリップのタンパク質領域には、メーカーによって異なる化学物質が含まれています。マルチスティックスにはテトラブロモフェノールブルーが、ケムストリップには3',3”,5',5”-テトラクロロフェノール、3,4,5,6-テトラブロモスルホンフタレインが含まれています。どちらもpHを一定に保つための酸性緩衝液を含んでいます。pHレベルが3の場合、タンパク質が存在しない状態ではどちらの指示薬も黄色に見えます。しかし、タンパク質濃度が増加するにつれて、色はさまざまな緑色を経て、最終的に青色に変化します。測定値は、陰性、微量、1+、2+、3+、4+、または各色の変化に対応する30、100、300、2000  mg/dLの半定量値で報告されます。微量値は30 mg/dL未満とみなされます 。微量測定値の解釈は難しい場合があります。^{[ 12 ]}

試薬ストリップにおける主な誤差の原因は、酸性緩衝系を凌駕する高緩衝アルカリ性尿によって、タンパク質濃度とは無関係にpHが上昇し、色の変化が生じることです。同様に、試薬パッドを尿に長時間接触させてしまうという技術的なミスによっても緩衝液が除去される可能性があります。酸性条件下で反応が起こらない場合、偽陽性の結果が出ます。色素沈着の強い尿や、容器が第四級アンモニウム化合物、洗剤、消毒剤などで汚染されている場合も、偽陽性の結果が出ます。比重の高い検体では、微量の偽陽性の結果が出る場合があります。

尿中の血液の存在は、通常検査されるすべてのパラメーターの中で、腎臓または泌尿生殖器系の外傷性損傷と最も密接に関連しています。血尿の最も一般的な原因は、腎結石、糸球体疾患、腫瘍、腎盂腎炎、腎毒性物質への曝露、および抗凝固剤による治療です。非病理的な血尿は、激しい運動後や月経中に観察されることがあります。尿中の赤血球の正常数は、通常、高倍率視野あたり3個を超えてはいけません。^{[ 13 ]}

血液検査ストリップで陽性反応が出た場合、ヘモグロビン尿症も示唆されることがあります。ヘモグロビン尿症は、尿路（特にアルカリ性または希釈尿）での赤血球の溶解、または血管内溶血のため、顕微鏡では検出できません。正常な状態では、ハプトグロビンとヘモグロビンの複合体の形成により糸球体濾過が妨げられますが、溶血が広範囲に及ぶとハプトグロビンの取り込み能力を超え、尿中にヘモグロビンが現れることがあります。ヘモグロビン尿症は、溶血性貧血、輸血、広範囲の火傷、ドクイトグモ（Loxosceles）の咬傷、感染症、激しい運動などが原因で起こることがあります。

血液検査用の尿検査ストリップは、ヘモグロビンの擬似ペルオキシダーゼ活性が過酸化水素と発色剤テトラメチルベンジジンとの反応を触媒し、濃い青色の酸化生成物を生成することに基づいています。^{[ 6 ] [ 13 ]} 結果として生じる色は、ヘモグロビンの量に応じて緑色から濃い青色まで変化します。^{[ 13 ]}

• ペルオキシダーゼとして作用するヘモグロビンによって触媒される
  H₂O₂ +_発色剤→ 酸化された発色剤（着色_） + _H₂O
  この反応は血液ヘモグロビンによってのみ触媒されるわけではなく、ミオグロビンなどのヘム基を持つ他のグロビンも同様の反応を触媒することができる。^{[ 13 ]}

尿中にミオグロビンが存在すると、検査ストリップの血液検査で陽性反応を示しますが、尿は赤褐色から茶色に変色した透明な状態です。ヘモグロビンの代わりにミオグロビンが存在する原因としては、外傷、圧挫症候群、長期昏睡、痙攣、進行性筋萎縮症、アルコール依存症、ヘロイン乱用、激しい運動など、筋肉損傷（横紋筋融解症）を伴う病態が挙げられます。

これらのタンパク質のヘム成分は腎尿細管に対して毒性があり、濃度が高くなると急性腎障害を引き起こす可能性がある。

ヘモグロビン尿とミオグロビン尿を鑑別するために、硫酸アンモニウム沈殿試験を用いることができます。この試験では、遠心分離した尿5mLに硫酸アンモニウム2.8gを加え、よく混ぜ、5分後に試料を濾過して再度遠心分離します。ヘモグロビンは硫酸アンモニウムとともに沈殿しますが、ミオグロビンは沈殿しません。上清を試験紙で血液の有無を分析すると、ミオグロビンが存在する場合は陽性、ヘモグロビンが存在する場合は陰性となります。

分析に使用する実験材料に強い酸化剤や過酸化物の残留物が存在する場合、検査で偽陽性が出る可能性がある。^{[ 13 ]}

正常な状態では、糸球体で除去されたグルコースのほぼすべてが近位尿細管で再吸収されます。糖尿病のように血糖値が上昇すると、尿細管のグルコース再吸収能力を超えてしまいます（この現象は腎再吸収閾値として知られています）。グルコースの場合、この閾値は160～180  mg/dLです。グルコース濃度は個人によって異なり、健康な人でも糖分の多い食事の後には一時的に尿糖が排出されることがあります。そのため、最も代表的な結果は、食事後少なくとも2時間経過してから採取した検体から得られます。

試験紙によるグルコースの検出は、グルコースオキシダーゼの酵素反応に基づいています。この酵素は、大気中の酸素によるグルコースの酸化を触媒し、グルコン酸と過酸化水素を生成します。ペルオキシダーゼによって媒介される2番目の連鎖反応は、過酸化物と発色剤（化学反応後に色を帯びる物質）との反応を触媒し、グルコース濃度を示す着色化合物を生成します。^{[ 6 ]}

• 1) グルコースオキシダーゼによって触媒される
  グルコース + O₂ → _D-グルコノ-δ-ラクトン_{+ H₂O₂}

• 2) ペルオキシダーゼによって触媒される
  H₂O₂ +_発色剤→ 酸化された発色剤（着色_） + _H₂O

この反応は、すべての酵素反応と同様にグルコースに特異的ですが、実験器具に使用される消毒剤に含まれる強力な酸化剤や過酸化物の痕跡が存在すると、偽陽性の結果が生じる可能性があります。^{[ 6 ]}

ケトン体という用語は、実際には脂肪酸代謝の中間生成物であるアセトン、アセト酢酸、β-ヒドロキシ酪酸の3つを指します。これらの物質はすべて完全に代謝され、エネルギー、二酸化炭素、水を生成するため、尿中に高濃度のケトン体が検出されることは通常ありません。しかし、炭水化物代謝の障害は代謝の不均衡を引き起こし、生体内の脂肪蓄積の代謝副産物としてケトン体が出現する可能性があります。

脂肪代謝の増加は、飢餓や吸収不良、炭水化物を代謝できない状態（例えば糖尿病の場合）、あるいは頻繁な嘔吐による損失などが原因で起こり得る。

尿中ケトン体のコントロールは、1型糖尿病の管理とモニタリングにおいて特に有用である。ケトン尿はインスリン欠乏を示し、インスリン投与量の調整が必要であることを示唆する。血中ケトン体濃度の上昇は、水分・電解質バランスの崩れ、脱水症状を引き起こし、適切に対処しないとアシドーシス、そして最終的には糖尿病性昏睡に至る。

尿中には3種類のケトン化合物が異なる割合で存在するが、アセトンとβ-ヒドロキシ酪酸はどちらもアセト酢酸から生成されるため、これらの割合は異なるサンプル間でも比較的一定である。その割合は、β-ヒドロキシ酪酸が78%、アセト酢酸が20%、アセトンが2%である。

尿検査ストリップで使用される検査は、ニトロプルシドナトリウム（ニトロフェリシアン化ナトリウム）の反応に基づいています。この反応では、アルカリ性媒体中のアセト酢酸がニトロプルシドナトリウムと反応して、マゼンタ色の錯体を生成します。^{[ 6 ] [ 14 ]}

• Na ₂ [Fe(CN) ₅ NO] + CH ₃ COCH ₂ COOH + 2Na(OH) → Na ₄ [Fe(CN) ₅ -N=CHCOCH ₂ COOH] _{(マゼンタ)} + H ₂ O
• ニトロプルシドナトリウム + アセト酢酸 + アルカリ性媒体 → ピンクマゼンタ錯体 + 水

この検査ではβ-ヒドロキシ酪酸は測定されず、グリシンを反応系に加えた場合、アセトンに対する感度は弱い。しかし、これらの化合物はアセト酢酸から誘導されるため、その存在は想定でき、別途検査を行う必要はない。メルカプトエタンスルホン酸ナトリウム（メスナ）、カプトプリル、L-ドーパなど、スルフィドリル基を含む薬剤は、通常とは異なる発色を示すことがある。揮発や細菌による分解のため、適切に保管されていない検体では偽陰性となる可能性がある。

ビリルビンは、ヘモグロビン分解の副産物である高色素性化合物です。肝臓と脾臓に存在する単核食細胞系が古い赤血球を循環系から除去した後に放出されるヘモグロビンは、鉄、プロトポルフィリン、タンパク質といった構成要素に分解されます。この食細胞系の細胞はプロトポルフィリンを非抱合型ビリルビンに変換し、非抱合型ビリルビンはタンパク質、特にアルブミンと結合した状態で循環系を通過します。腎臓はこのビリルビンをタンパク質と結合しているため濾過できませんが、肝臓でグルクロン酸と抱合されて水溶性の抱合型ビリルビンになります。この抱合型ビリルビンは通常尿中には現れず、胆汁として腸から直接排泄されます。腸内細菌はビリルビンをウロビリノーゲンに還元し、ウロビリノーゲンは後に酸化されて、ステルコビリンとして糞便とともに排泄されるか、ウロビリンとして尿中に排泄される。

抱合型ビリルビンは、胆管閉塞や腎臓の機能障害によって正常な分解サイクルが変化すると尿中に出現する。これにより、肝炎や肝硬変などで見られるように、抱合型ビリルビンが血流中に漏出する。

尿中ビリルビンの検出は肝疾患の早期兆候であり、その存在または非存在は臨床的黄疸の原因を特定するために使用できる。

赤血球の破壊が加速することによって生じる黄疸では、血清中のビリルビン濃度が高いのは非抱合型であるため、腎臓がそれを排泄できないことから、ビリルビン尿は生じない。

検査ストリップは、ビリルビンを検出するためにジアゾ化反応を利用します。ビリルビンは酸性媒体中でジアゾニウム塩（2,4-ジクロロアニリンまたは2,6-ジクロロベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレート）と結合して、ピンクから紫まで変化する色のアゾ染料を生成します。 ^{[ 6 ]}

• 酸性媒体中
  ビリルビングルクロニド + ジアゾニウム塩 → アゾ染料（紫色）

偽陽性反応は、尿中の異常な色素（例えば、黄橙色のフェナゾピリジン代謝物、インジカン、および薬剤ロジン（エトドラク）の代謝物）が原因である可能性があります。また、ビリルビンは光感受性があり、光にさらされると光酸化されてビリベルジンになるか、グルクロン酸抱合体の加水分解が起こり、反応性の低い遊離ビリルビンが生成されるため、保存状態の悪い検体によって偽陰性となる可能性もあります。^{[ 6 ]}

腸内細菌は、胆管から腸に排泄された抱合型ビリルビンをウロビリノーゲンとステルコビリノーゲンに変換します。ウロビリノーゲンの一部は腸で再吸収され、血液に乗って肝臓に運ばれ、そこで排泄されます。再循環したウロビリノーゲンのごく一部は腎臓で濾過され、尿中に現れます（ 尿1dLあたり1mg未満）。ステルコビリノーゲンは再吸収されず、腸内に残ります。^{[ 15 ] [ 16 ]}

肝機能の悪化は、再循環したウロビリノーゲンを処理する能力を低下させる。^{[ 15 ]}血液中に残った過剰分は腎臓で濾過され、尿中に現れる。溶血性疾患が発生すると、血液中に存在する非抱合型ビリルビンの量が増加し、抱合型ビリルビンの肝臓からの排泄が増加し、その結果、ウロビリノーゲンの量が増加し、再吸収、再循環、および腎臓からの排泄が増加する。^{[ 15 ] [ 16 ]}

試験紙で起こる反応は製造元によって異なりますが、実際には最もよく使われる反応は 2 つあります。一部の製造元は、ウロビリノーゲンが p-ジメチルアミノベンズアルデヒド (エーリッヒ試薬) と反応して薄いピンクから濃いピンクまで変化する色を生成するエーリッヒ反応 (1) を使用しています。他の製造元は、4-メトキシベンゼン-ジアゾニウム-テトラフルオロボレートを使用して白色からピンクまで変化する色を生成するジアゾカップリング反応 (2) を使用しています。後者の反応の方が特異性が高いです。^{[ 17 ]}

• （１）マルチスティックス上での反応（酸性媒体中）
  ウロビリノーゲン + p-ジメチルアミノベンズアルデヒド → 赤色色素

• （２）ケムストリップ上での反応（酸性媒体中）
  ウロビリノーゲン + 4-メトキシベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレート → 赤色アゾ染料

マルチスティックス試験紙のエーリッヒ反応には、ポルホビリノーゲン、インジカン、パラアミノサリチル酸、スルホンアミド、メチルドパ、プロカイン、クロルプロマジンなど、多くの物質が干渉します。反応の感度は温度とともに上昇するため、検査は室温で行う必要があります。保存状態の悪いサンプルでは、​​ウロビリノーゲンが光酸化されて反応しないウロビリンになるため、偽陰性の結果が出る可能性があります。保存剤として使用されるホルムアルデヒドは、両方の反応で偽陰性を引き起こします。^{[ 16 ]}

亜硝酸塩検査は、硝酸塩還元細菌によって引き起こされる可能性のある無症状感染の迅速なスクリーニング方法です。尿路感染症を最も一般的に引き起こすグラム陰性細菌種（大腸菌、エンテロバクター、クレブシエラ、シトロバクター、プロテウス）の一部は、尿中に存在する硝酸塩を亜硝酸塩に還元する酵素を持っています。^{[ 18 ]}この検査は腸内細菌による感染の可能性を迅速にスクリーニングしますが、診断ツールとしての尿検査や顕微鏡検査、およびその後のモニタリングに取って代わるものではありません。硝酸塩を還元しない他の多くの微生物（グラム陽性細菌や酵母）も尿路感染症を引き起こす可能性があるためです。^{[ 19 ] [ 20 ]}

反応性ストリップは、亜硝酸塩が酸性媒体中で芳香族アミン（パラアルサニル酸またはスルファニルアミド）と反応してジアゾニウム塩を形成し、それがテトラヒドロベンゾキノリンと反応してピンク色のアゾ染料を生成するグリース反応を利用して亜硝酸塩を検出します。^{[ 6 ] [ 20 ]}

• 1) 酸性媒体中
  パラアルサニル酸またはスルファニルアミド + NO ⁻ ₂ → ジアゾニウム塩

• 2) 酸性媒体中
  ジアゾニウム塩 + テトラヒドロベンゾキノリン → ピンク色のアゾ染料

亜硝酸塩検査は特に信頼性が高くなく、臨床症状がある場合でも陰性となることは珍しくないため、検査結果を決定的なものとみなすべきではありません。硝酸塩を還元しない微生物が存在する場合、陰性となることがあります。亜硝酸塩還元細菌は、検出可能な量を生成するのに十分な時間（朝一番の尿、または少なくとも4時間の尿保持）硝酸塩と接触し続ける必要があります。多数の細菌が反応して亜硝酸塩を窒素に還元すると、偽陰性の結果が生じます。抗生物質の使用は細菌の代謝を阻害し、細菌が存在していても陰性の結果を引き起こします。さらに、アスコルビン酸などの一部の物質はグリース反応と競合し、実際よりも低い値を示します。^{[ 6 ] [ 20 ]}

尿サンプルでは、​​高倍率視野（40倍）あたり最大3個（まれに5個）の白血球が見られるのが普通で、女性の場合は膣の汚染により結果がやや高くなります。数が多い場合は尿路感染症を示します。尿検査ストリップの白血球検査では、単球および顆粒球（好中球、好酸球、好塩基球）の​​アズール顆粒に存在する白血球エステラーゼを検出します。細菌、リンパ球、および泌尿生殖器系の上皮細胞にはエステラーゼは含まれていません。^{[ 21 ]}好中球顆粒球は、尿路感染症に最もよく関連する白血球です。白血球エステラーゼの陽性検査は通常、細菌の存在を示し、亜硝酸塩検査も陽性です（ただし、常にそうとは限りません）。トリコモナス、クラミジア、酵母による感染症は、細菌尿を伴わない白血球尿を引き起こします。腎組織の炎症（間質性腎炎）は、特に好酸球が優位な中毒性間質性腎炎において、白血球尿を引き起こす可能性があります。^{[ 21 ]}

白血球エステラーゼ検査はあくまで参考情報であり、顕微鏡検査や尿培養検査に取って代わるものではないため、診断の唯一の根拠として用いるべきではない。^{[ 19 ]}

尿検査ストリップの反応は、白血球エステラーゼがインドールカルボン酸エステルの加水分解を触媒する作用に基づいています。遊離したインドキシルはジアゾニウム塩と結合して紫色のアゾール色素を生成します。^{[ 21 ]}

• 1) 白血球エステラーゼによって触媒される反応
  インドールカルボン酸エステル → インドキシル + 酸

• 2) 酸性媒体中
  インドキシル + ジアゾニウム塩 → 紫色のアゾール染料

エステラーゼ反応には約2分かかります。強力な酸化剤やホルムアルデヒドが存在すると、偽陽性となることがあります。偽陰性の結果は、タンパク質（500  mg/dL以上）、グルコース（3 g/dL以上）、シュウ酸、アスコルビン酸の濃度の上昇と関連しています。比重の高い尿は白血球の収縮を引き起こし、エステラーゼの遊離を妨げる可能性があります。^{[ 22 ]}