Analiza kału dostarcza wielu ważnych informacji o stanie zdrowia pacjenta. Aktualnie diagnostyka dysponuje szerokim wachlarzem badań, które pozwalają na wykrywanie chorób przewodu pokarmowego, stanów zapalnych jelit, a nawet zmian nowotworowych.
Badanie kału jest jedną z podstawowych analiz wykonywanych w chorobach przewodu pokarmowego. Na podstawie analizy kału można wnioskować o zdolności jelit do wchłaniania pokarmu, o czynności wydzielniczej trzustki, a także o istniejącym krwawieniu w przewodzie pokarmowym. W pracy przedstawiono wybrane metody diagnostyczne stosowane w laboratoriach w Polsce:
– badanie makroskopowe i mikroskopowe kału;
– markery zapalne;
– badanie mikrobiologiczne kału;
– badanie parazytologiczne kału;
– wykrywanie toksyn Clostridium difficile.
Bristolska skala uformowania stolca (skala BSF, ang. Bristol Stool Form Scale), stworzona przez Heatona i Lewisa na Uniwersytecie w Bristolu (opublikowana w 1997 r.), to naukowa klasyfikacja dzieląca ludzki kał na siedem grup według kryteriów kształtu i konsystencji (tab. 1). Kształt i konsystencja stolca zależą od czasu, przez jaki przebywa w jelicie grubym – typ pierwszy zalega w jelicie najdłużej, typ siódmy – najkrócej [10]. Klasyfikacja ta używana jest do oceny pasażu jelitowego [21].
Prawidłowy stolec ma konsystencję półmiękką, bez niestrawionych resztek pokarmu, najczęściej koloru brązowego. Żółć, przechodząc przez jelito, zmienia swój kolor z zielonego na żółty, a następnie pod wpływem flory bakteryjnej przewodu pokarmowego – na brązowy, skąd bierze się prawidłowy kolor stolca. Kolor i konsystencja stolca podlegają ocenie podczas badania diagnostycznego. Stolec jasny, żółtawy świadczy o utrudnieniu wydalania do światła przewodu pokarmowego żółci, co może być spowodowane różnymi czynnikami, np.: zaburzeniem wchłaniania tłuszczów, objawy takie towarzyszą celiakii lub mukowiscydozie. Stolec ciemny, smolisty może być wynikiem krwawienia w przewodzie pokarmowym, którego źródło znajduje się w przełyku, żołądku lub dwunastnicy. Z kolei zhemolizowana krew nadaje mu kolor smolistoczarny. Luźny, zielonkawy stolec na ogół oznacza infekcję układu pokarmowego. Zielonkawe zabarwienie stolca może być również spowodowane przyspieszeniem przejścia treści pokarmowej przez jelito. Taka sytuacja może zaistnieć podczas stosowania środków przeczyszczających. Wyraźna zmiana zabarwienia stolca nie zawsze musi oznaczać problemy zdrowotne. Czasami jest to wyłącznie skutek stosowanej diety i/lub przyjmowanych leków. Stany nietypowe, takie jak biegunka lub zaparcie, definiowane są w następujący sposób. Biegunka to stan, w którym pacjent oddaje stolce o nadmiernie luźnej konsystencji (płynne lub półpłynne) w zwiększonej ilości, o łącznej dobowej masie przekraczającej 200 g. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) definiuje biegunkę jako oddanie trzech lub więcej luźnych lub wodnistych stolców na dzień bądź oddanie choć jednego stolca zawierającego śluz, krew lub ropę [8, 16, 18, 19]. Zaparcie oznacza zbyt małą częstotliwość wypróżnień lub stolce twarde, oddawane z wysiłkiem, często z towarzyszącym uczuciem niepełnego wypróżnienia. Zaparcie ciężkie oznacza mniej niż dwa wypróżnienia w miesiącu [9, 11].
Niezwykle istotnym czynnikiem, wpływającym zasadniczo na jakość każdego badania, niezależnie od rodzaju materiału diagnostycznego, jest prawidłowa ilość materiału dostarczona do laboratorium w celu wykonania danego badania:
– do badań wirusologicznych, bakteriologicznych i mykologicznych należy oddać próbkę kału wielkości orzecha laskowego (badanie na posiew);
– do badań parazytologicznych również wystarczająca jest wielkość próbki odpowiadającej rozmiarom orzecha włoskiego, tylko do metody sedymentacji prawidłowo pobiera się pół pojemnika lub ¾ pojemnika do kału;
– jeżeli kał jest płynny, wielkość próbki powinna wynosić 2-3 ml.
Przygotowanie pacjenta przed pobraniem materiału powinno być dostosowane do danego badania [8, 16]. I tak, w przypadku, gdy kał jest przesyłany do badania na tzw. zawartość krwi utajonej (ang. Fecal Occult Blood Test, FOBT), pacjent uprzednio powinien przez 3 dni stosować dietę bezmięsną, wykluczając potrawy zawierające krew (np. kaszanka) oraz jarzyny zielone. Ponadto, w tym czasie pacjent nie powinien przyjmować leków doustnych, takich jak: aspiryna czy witamina C [20, 25].
Badanie ogólne kału składa się z oceny makroskopowej i mikroskopowej [12].
W badaniu makroskopowym określa się:
– konsystencję kału (wodnisty, luźny, uformowany) i zapach;
– obecność śluzu, ropy, niestrawionych resztek pokarmowych;
– obecność krwinek, komórek nabłonkowych;
– postaci dorosłych pasożytów, jaj lub fragmentów pasożytów.
Podczas wykonywania badań mikroskopowych sporządza się preparaty:
– w soli fizjologicznej;
– podbarwiane płynem Lugola;
– po zagęszczeniu metodą sedymentacji i równolegle metodą flotacji;
– trwale barwione (np.: hematoksylina, trichrom, Ziehl-Neelsen).
Prawidłowe pH kału mieści się w zakresie 7,0-7,5 (określa się je przy użyciu paska testowego). O zaburzeniach trawienia i wchłaniania węglowodanów może świadczyć niskie pH kału, poniżej 6.
Test na krew utajoną jest nieinwazyjnym badaniem, które wykrywa obecność, niewidocznej gołym okiem, krwi w stolcu. Wynik dodatni na obecność krwi utajonej w kale może się pojawić u pacjentów z łagodnymi i złośliwymi nowotworami przewodu pokarmowego, wrzodami, stanami zapalnymi jelit, wadami rozwojowymi tętniczo-żylnymi, chorobą uchyłkową i krwawieniami do dróg żółciowych. Wyróżnia się trzy metody badania kału na krew utajoną (tab. 2): gFOBT (Guaiac Fecal Occult Blood Test) – metoda gwajakolowa, metoda immunochemiczna (iFOBT, Immunochemical Fecal Occult Blood Test), metoda immunochromatograficzna (FOB) i test porfirynowy. W metodach immunohistochemicznych stosuje się przeciwciała monoklonalne przeciwko części globiny ludzkiej hemoglobiny. iFOBT jest równie czuła jak metoda gwajakolowa, ale nie występują w niej interferencje spowodowane przez czerwone mięso lub środki utleniające pochodzenia roślinnego. Przy użyciu metod immunochemicznych utajone krwawienie z górnego odcinka przewodu pokarmowego może zostać niewykryte, ponieważ globina zostaje już strawiona, zanim znajdzie się w stolcu. Z kolei test porfirynowy daje wynik ilościowy obecności hemoglobiny w kale. Zasada metody oparta jest na przekształceniu hemu do protoporfiryny, której fluorescencja jest porównywana z materiałem wzorcowym (intensywność fluorescencji jest proporcjonalna do zawartości hemoglobiny).
Do czynników zakłócających otrzymywanie prawidłowych wyników na krew utajoną zalicza się:
• intensywny wysiłek fizyczny;
• krwawienie dziąseł w wyniku zabiegów stomatologicznych;
• spożywanie czerwonego mięsa nawet do 3 dni przed wykonaniem badania (nie dotyczy metody FOB);
• spożywanie bogatych w peroksydazę pokarmów, takich jak: rzepa, karczochy, grzyby, rzodkiewka, chrzan, brokuły, kiełki fasoli, kalafior, pomarańcze, banany oraz winogrona;
• leki, które mogą powodować krwawienie z przewodu pokarmowego, m.in. antykoagulanty, kolchicyna, kwas acetylosalicylowy i inne niesteroidowe leki przeciw zapaleniu, preparaty żelaza (duże dawki) i steroidy;
• leki, które mogą powodować fałszywie pozytywne wyniki badania, obejmują: kolchicynę, leki utleniające (np. bromki, jod, kwas borowy) oraz pochodne rauwolfii i żelazo;
• witamina C może powodować fałszywie ujemne wyniki badania.
Biorąc pod uwagę powyższe zmienne, pacjent przed przystąpieniem do badania powinien:
• być poinformowany o procedurze wykonania badania przez lekarza lub personel laboratoryjny;
• właściwie pobrać próbkę kału (nie zanieczyścić moczem) do pojemnika, natomiast badanie jest wykonywane w laboratorium z wykorzystaniem testów kasetkowych FOB.
Aby zwiększyć dokładność testu, należy pobrać wiele próbek w różnych dniach. Przy uzyskiwaniu próbki kału przez badanie per rectum powinna być zachowana delikatność. Traumatyczny przebieg badania może doprowadzić do wyniku fałszywie dodatniego, szczególnie u pacjentów z wcześniejszymi chorobami odbytnicy, takimi jak hemoroidy. Pomimo poprawy przydatności diagnostycznej testu iFOBT, głównym jego ograniczeniem pozostaje fakt, że wiele zmian nowotworowych nie krwawi w ogóle bądź krwawi jedynie okresowo. Metoda ta nie powinna być stosowana do badań przesiewowych w kierunku raka jelita grubego u pacjentów z nieswoistych zapaleń jelit (ang. Inflammatory Bowel Disease, IBD), jako że fałszywych wyników dodatnich można się spodziewać aż w 90% przypadków [17, 22].
Namnażające się komórki nowotworowe wydzielają dimerowy izoenzym kinazy pirogronianowej, nazwany kinazą pirogronianową M2 guza (M2-PK). Istnieją wiarygodne dowody kliniczne potwierdzające możliwość zastosowania markera M2-PK w diagnozowaniu różnych typów nowotworów złośliwych przewodu pokarmowego, jak również nowotworów płuc, nerek, czerniaka i innych guzów litych. Oznaczanie zawartości markera M2-PK w kale oraz osoczu może być uznawane za parametr z powodzeniem stosowany w przesiewowych badaniach w kierunku raka jelita grubego (czułość na poziomie od 68,8 do 91,0%, swoistość rzędu 71,9-100%) i uznaje się, że jest to lepsze badanie niż oznaczanie krwi utajonej w stolcu [6]. Podwyższony poziom znacznika nowotworowego M2-PK w kale stanowi wiarygodną informację o niepożądanych zmianach w jelicie grubym takich jak: przewlekły stan zapalny, polipy, gruczolaki i wspomniane wyżej zmiany nowotworowe. Dodatni wynik testu jest bezwzględnym wskazaniem do przeprowadzenia kolonoskopii [6, 7, 23, 24].
Oznaczanie alfa-1 antytrypsyny (alfa 1-AT) w kale stosuje się w celu rozpoznania zaburzeń w funkcjonowaniu śluzówki jelita. Podwyższone wartości alfa 1-AT w kale stwierdza się u dzieci z alergią na białko mleka krowiego. Jedyne ograniczenia oznaczania alfa-1 antytrypsyny dotyczy noworodków poniżej 1. tygodnia życia ze względu na znaczne ilości tego białka w smółce [1, 22]. Socha i współautorzy [26] opisali wyniki badań, którymi objęto dzieci w wieku między 2 a 15 lat, z jelitową ucieczką białka o różnej etiopatogenezie (ang. Protein-Losing Enteropathy, PLE). U pacjentów tych poziom alfa 1-AT w kale znacznie przekraczał normę, osiągając wartości trzycyfrowe. PLE jest zespołem objawów chorobowych związanych z obfitą utratą białek osocza krwi do światła jelita. Jest wprawdzie rzadko występującym objawem, lecz może świadczyć o różnych chorobach przewodu pokarmowego, jak również chorób ogólnoustrojowych. Do chorób mających związek z PLE zalicza się m.in.: wrodzony zespół naczyniakowatości limfatycznej, nieswoiste zapalenie jelit (choroba Leśniowskiego-Crohna), celiakię, alergie pokarmowe, zakażenia pasożytami, zakażenia wirusowe i in. Dokładny mechanizm PLE nie jest poznany. Dotychczas wiadomo, że bezpośrednią przyczyną jest przeciekanie chłonki do światła jelita cienkiego, co objawia się obrzękami o różnej lokalizacji [26].
Przydatnym markerem czynności zewnątrzwydzielniczej trzustki jest elastaza 1 (E1), czyli enzym proteolityczny, który nie ulega rozkładowi w czasie pasażu treści pokarmowej przez jelito cienkie i grube. Oznaczanie poziomu E1 ma zastosowanie w przewlekłych stanach zapalnych lub niewydolności trzustki, gdzie obserwuje się zmniejszone stężenie E1. Może być także ważnym badaniem profilaktycznym u pacjentów podwyższonego ryzyka, np. z cukrzycą. Stężenie E1 w kale może mieć zastosowanie w określaniu stopnia zdrowienia pacjentów z przewlekłym zapaleniem trzustki leczonych chirurgicznie. Poziom tego enzymu koreluje także z masą ciała, otóż wykazano, że u osób z otyłością stwierdza się niższe stężenie elastazy-1 w kale niż u osób z prawidłową masą ciała. Przewlekłe zaburzenia wchłaniania wynikające z niewydolności trzustki skutkują zaburzeniami trawienia oraz związanym z tym niedoborem witamin, składników mineralnych oraz pierwiastków śladowych. Ze względu na zmniejszone wchłanianie wapnia wskazaniem do przeprowadzenia badania są pacjenci obarczeni ryzykiem osteoporozy [5, 10, 12, 22].
Doniesienia naukowe wykazują istotną rolę, jaką w diagnostyce nieswoistego zapalenia jelit (IBD) mogą odgrywać parametry biochemiczne stanu zapalnego. Kalprotektyna zaliczana jest do białek ostrej fazy, występuje głównie w neutrofilach, ale również w monocytach i makrofagach, skąd uwalniana jest w stanach zapalnych. Oznaczana w kale, wydaje się obiecującym markerem zapalnym, wykrywanym w celu szybkiej diagnozy nieswoistych zapaleń jelit u pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna lub wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Trafna i szybka diagnoza IBD ma szczególne znaczenie u dzieci, ze względu na wpływ choroby na wzrost i dojrzewanie płciowe. Co więcej, zespół jelita drażliwego jest drugą co do częstości, po przeziębieniu, przyczyną nieobecności w pracy. Wzrost stężenia tego białka w kale może świadczyć o IBD, jednak należy mieć na uwadze, że nie jest to marker specyficzny, gdyż jej stężenie także wzrasta np. w nowotworach jelita grubego, ostrym zapaleniu trzustki, marskości wątroby, zapaleniu płuc, po znacznym wysiłku i w trakcie przyjmowania niesteroidowych leków przeciwzapalnych. Z drugiej strony, niski poziom kalprotektyny pomaga uniknąć niepotrzebnych badań endoskopowych. Pomimo tego, wiele wskazuje na to, że ocena poziomu kalprotektyny w kale ma wysoką wartość diagnostyczną i zostanie wprowadzona do diagnostyki laboratoryjnej jako nowy marker. Zanim to się stanie, potrzebne są dalsze standaryzacje dostępnych testów oraz wytyczne dotyczące punktów odcięcia (cut-off point) dla wyników pozytywnych i negatywnych [5, 13, 19].
Laktoferyna jest glikoproteiną wytwarzaną przez aktywowane neutrofile. Detekcja laktoferyny w próbce kału służy jako marker zastępczy do wykrywania białych krwinek w procesie zapalnym w przewodzie pokarmowym. Leukocyty, jako niestabilne składniki organizmu, mogą być niewykryte powszechnie stosowanymi metodami mikroskopowymi. Test na obecność laktoferyny pozwala rozpoznawać komórki zapalne w kale bez używania mikroskopu. Wykrywanie laktoferyny w kale pozwala na różnicowanie zapalnych i niezapalnych zaburzeń jelitowych u pacjentów z biegunką. Zazwyczaj test ten jest pomocnym narzędziem diagnostycznym w identyfikacji pacjentów z czynnymi zmianami zapalnymi jelit (np. chorobą Crohna lub wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego) oraz w celu wskazania chorych z aktywnym zespołem jelita drażliwego. Laktoferyna jest również obecna u pacjentów z bakteryjnym zapaleniem jelit (np. Salmonella, Shigella, Campylobacter jejuni i Clostridium difficile). Biegunki wywołane przez wirusy i większość pasożytów nie wiążą się z podwyższonym stężeniem laktoferyny. Laktoferyna może być jakościowo wykrywana z zastosowaniem dwóch różnych metod: (1) aglutynacji lateksowej (najczęściej) i (2) testu immunoenzymatycznego z użyciem mikrostudzienek. Pierwszą metodę wykorzystuje się przede wszystkim w ocenie pacjentów z rozpoznaniem zakaźnego bakteryjnego zapalenia żołądka i jelit, podczas gdy druga metoda została opracowana pierwotnie jako pomoc diagnostyczna, dla różnicowania czynnej choroby zapalnej jelit i aktywnego niezapalnego zespołu jelita drażliwego. Aby uzyskać prawidłowy wynik badania, próbka kału nie powinna być zanieczyszczona moczem, a także powinna być dostarczona do laboratorium jak najszybciej. W niektórych przypadkach można zastosować specjalne dla kału media transportowe za środkami konserwującymi. Ponadto karmienie piersią może wpływać na wyniki u niemowląt [4, 19, 22].
W warunkach fizjologicznych w kale znajduje się wiele bakterii i grzybów. Najbardziej powszechnymi mikroorganizmami są: Enterococcus spp., Escherichia coli, Proteus spp., Pseudomonas spp., Staphylococcus aureus, Candida albicans, Bacterioides i Clostridium. Jelita stanowią naturalne miejsce bytowania bakterii jelitowych. Czasami jednak prawidłowa flora bakteryjna może się stać patogenna, jeżeli nastąpi niekontrolowany wzrost bakterii na skutek stosowania antybiotyków (np. Clostridium difficile), immunosupresji czy nadmiernego używania preparatów przeczyszczających (tab. 3) [2, 3]. Chorobotwórcze szczepy bakterii, które mogą być przyczyną infekcji jelit, to Salmonella spp., Shigella spp., Campylobacter spp., Yersinia spp., Helicobacter pylori, patogenne E. coli, Clostridium spp. i Staphylococcus. Pasożyty mogą także kolonizować przewód pokarmowy. Często występującymi pasożytami są: Ascaris lumbricoides (glista ludzka), Taenia spp. (tasiemiec), Strongyloides (węgorek) i Giardia (pierwotniak) (fot. 1). Identyfikacja któregokolwiek z tych organizmów w stolcu sugeruje etiologię pasożytniczą przyczyniającą się do wytworzenia stanu zapalnego jelit. Zakażenia bakteryjne, wirusowe i pasożytnicze jelit charakteryzują się występowaniem ostrej biegunki, nadmiernych wzdęć i dyskomfortu w obrębie jamy brzusznej. W grupie ryzyka zakażeń znajdują się pacjenci, którzy spożywali wodę nieznanego pochodzenia, byli poddawani długotrwałej antybiotykoterapii lub podróżowali poza granice kraju. Uzyskanie prawidłowego wyniku w tego typu badaniach zależy w dużym stopniu od odpowiedniego pobrania materiału do oznaczeń. Błędy powstałe na etapie przedanalitycznym mogą uniemożliwić wykrycie drobnoustrojów odpowiedzialnych za wywołane zakażenie i w konsekwencji prowadzić do podjęcia niewłaściwego leczenia. Istotne znaczenie ma także czas od pobrania do rozpoczęcia badania, warunki przechowywania i transportu próbki. Kolejną charakterystyczną cechą tych badań jest dłuższy czas ich trwania – w przeciwieństwie do badań biochemicznych na wynik analizy należy poczekać nawet kilka dni [8, 12, 15].
Choroby związane z Clostridium difficile (ang. Clostridium Difficile Associated Disease, CDAD) zwykle atakują jelito (rzekomobłoniaste zapalenie jelita grubego) i pojawiają się u pacjentów z obniżoną odpornością lub przyjmujących antybiotyki o szerokim spektrum działania (np. klindamycynę, ampicylinę, cefalosporyny) . Ciężkość choroby może wahać się od łagodnej biegunki do poważnych schorzeń, takich jak rzekomobłoniaste zapalenie jelita grubego czy perforacja jelit. Kał do badania nie może być pobierany z toalety, a wypróżnienie powinno być wykonane do czystego pojemnika. Próbka kału może być także pobrana przez proktoskopię (badanie inwazyjne). Jeśli próbka kału nie może zostać poddana badaniu natychmiast, dopuszczalne jest przechowanie jej w lodówce [14, 15, 18].
Bakterie z rodzaju Clostridium mogą wytwarzać dwa typy toksyny (A i B), które powodują obumieranie nabłonka okrężnicy. Wykrycie toksyn C. difficile w badaniach laboratoryjnych opiera się na ocenie cytotoksyczności w kulturach komórkowych. Specyficzność reakcji jest określana przez neutralizację toksyn antysurowicą skierowaną na toksyny w kale. Ocena cytotoksyczności i wydanie wyniku noże trwać do 48 godzin. Szybszą i tańszą metodę identyfikacji toksyn A i B w kale stanowi test immunoenzymatyczny (ang. Enzyme Immunoassay, EIA). Ponadto reakcja PCR służy do szybkiego jakościowego wykrywania genów toksyn B (tcdB) C. difficile w warunkach in vitro w ludzkich płynach lub próbce kału. Szybka diagnoza pozwala niezwłocznie wdrożyć odpowiednie leczenie u pacjentów z CDAD. Dzięki temu można też szybciej odizolować chorych od otoczenia, aby zmniejszyć ryzyko rozprzestrzeniania się ogniska zapalenia i epidemii [2, 3, 22].