Не кожна зміна - патологія: що потрібно знати про biological variability 

Циркадні ритми, пульсуюча секреція гормонів і фактори, які варто враховувати при порівнянні лабораторних результатів

Клінічний випадок

Пацієнтка здає загальний аналіз крові та панель гормонів двічі - з інтервалом кілька днів. Лабораторія працює коректно, методика вимірювання не змінювалася, преаналітичних помилок не виявлено. Проте результати відрізняються, і лікар постає перед питанням: чи це відображає реальну зміну стану пацієнтки, чи є проявом природних фізіологічних коливань показника.

Відповідь на це питання не завжди очевидна. Частина лабораторних показників закономірно змінюється протягом доби навіть у абсолютно здорової людини, і в деяких випадках різниця між ранковим і вечірнім результатом може перевищувати клінічно значущу зміну, яку лікар очікує побачити після терапевтичного втручання. Це явище отримало назву biological variability (біологічна варіабельність) - і воно суттєво відрізняється від аналітичної похибки вимірювання.

Що таке біологічна варіабельність і чому її потрібно розрізняти

Загальна варіація результату лабораторного тесту складається з кількох компонентів, які прийнято розмежовувати в клінічній лабораторній медицині:

• Аналітична варіабельність (CVA) - варіація, зумовлена самим процесом вимірювання (прилад, реактиви, методика).
• Внутрішньоіндивідуальна біологічна варіабельність (CVI) - природне коливання показника в того самого пацієнта з часом, навколо його індивідуальної «точки рівноваги» (set point).
• Міжіндивідуальна (між-суб'єктна) варіабельність (CVG) - різниця у звичайних («базових») рівнях показника між різними людьми.

Для практично всіх аналітів, для яких вивчалася біологічна варіабельність, сумарна варіація повторних вимірювань перевищує аналітичну варіацію системи вимірювання - це підтверджує наявність справжньої, фізіологічно зумовленої додаткової варіабельності. Систематичні (передбачувані) коливання класифікують за частотою: ультрадіанні (менше 24 годин), циркадні (близько 24 годин) та інфрадіанні (понад 24 години, наприклад пов'язані з менструальним циклом).

Лабораторний годинник: як показники «поводяться» протягом доби

Різні лабораторні показники мають різну динаміку протягом доби - від вираженого циркадного ритму до практично стабільного профілю. Розгляньмо кілька прикладів, які найчастіше зустрічаються в клінічній практиці.

Кортизол

Кортизол - один із найяскравіших прикладів циркадного ритму в лабораторній медицині. Концентрація кортизолу зазвичай найвища у перші години після пробудження і поступово знижується протягом дня, досягаючи мінімуму у вечірні та нічні години. Окрім циркадного компонента, секреція кортизолу має виражений ультрадіанний (пульсуючий) характер: гормон виділяється дискретними імпульсами, накладеними на добову хвилю. Це означає, що результат «кортизол 8:00» і результат «кортизол 18:00» - не два вимірювання одного й того самого стабільного показника, а два зрізи різних фаз фізіологічного циклу, і час забору критично важливий для правильної інтерпретації.

Тиреотропний гормон (ТТГ)

ТТГ також демонструє чіткий циркадний ритм секреції: концентрація зазвичай найвища вночі (з піком приблизно між 20:00 і 2:00) і мінімальна в другій половині дня. За даними одного з досліджень, внутрішньоіндивідуальний коефіцієнт варіації ТТГ протягом доби сягає приблизно 31%, тоді як для периферичних тиреоїдних гормонів (Т3, Т4) він суттєво нижчий - 4–7%. Окрім циркадного компонента, ТТГ має і пульсуючу (ультрадіанну) секрецію - близько 10 імпульсів на добу. Це означає, що при порівнянні двох результатів ТТГ, особливо коли лікар оцінює невеликі відхилення, доцільно враховувати не лише дату, а й час забору зразка. Водночас важливо застерегти: не кожна різниця значень ТТГ пояснюється циркадним ритмом - на показник впливають також тривалість і якість сну, вік, гострі захворювання та медикаменти.

Сироваткове залізо

Дані щодо добової динаміки сироваткового заліза в літературі неоднозначні. Класичні дослідження описують більш високі рівні заліза у ранкові та денні години з поступовим зниженням у ночі, а внутрішньоденна варіація сироваткового заліза може становити до 25–30%. Водночас пізніші, більш масштабні популяційні дослідження показують, що рівень заліза залишається відносно стабільним протягом більшої частини денних годин (з 8:00 до 15:00), а закономірна різниця між ранковими і вечірніми зразками спостерігається не в усіх пацієнтів. Це важливий приклад для клінічної практики: результат «залізо, понеділок 08:00» і «залізо, п'ятниця 15:00» не можна автоматично інтерпретувати як реальну зміну обміну заліза без урахування контексту забору (натще/після їжі, тривалість голодування, час доби). Саме тому для оцінки запасів заліза в організмі використовують не ізольований показник сироваткового заліза, а комплекс маркерів (феритин, трансферин, насичення трансферину заліза), оскільки феритин має суттєво меншу добову варіабельність.

Глюкоза

Глюкоза цікава не так як «циркадний маркер» у класичному розумінні, а як приклад того, наскільки динамічно змінюється метаболічний стан пацієнта протягом доби. На результат впливають час після останнього приймання їжі, фізична активність, якість сну, стрес і активність контррегуляторних гормонів. Тому одне значення глюкози без інформації про умови забору (натще чи не натще, час доби, супутні фактори) є неповною клінічною інформацією і не може розглядатися як самодостатній показник без контексту.

Пульсуюча секреція гормонів

Секреція низки гормонів має не плавний, а хвилеподібний, епізодичний характер: лютеїнізуючий гормон (ЛГ), фолікулостимулюючий гормон (ФСГ), гормон росту (ГР) та інсулін виділяються дискретними імпульсами (пульсами), частота і амплітуда яких регулюються окремо. Наприклад, пульсуюча секреція ЛГ визначається імпульсним викидом гонадотропін-рилізинг гормону (ГнРГ) з гіпоталамуса, а секреція інсуліну демонструє ультрадіанні коливання з періодичністю приблизно 75–115 хвилин навіть у стані спокою. Пролактин і тестостерон значною мірою залежать від сну: рівень пролактину зростає невдовзі після настання сну незалежно від часу доби, з піком у середині періоду сну, а тестостерон у чоловіків демонструє чіткий добовий ритм із максимумом у ранкові години та мінімумом у пізній вечір, що переважно зумовлено циклом сон-бадьорість. Це дає підстави для важливої метафори: одна проба крові - це лише один кадр із відео фізіологічного процесу, а не повна картина його динаміки.

Практична таблиця: що враховувати при повторному дослідженні

Нижче наведено узагальнення показників з вираженою фізіологічною варіабельністю та практичних застережень щодо їх повторної оцінки.

Слід наголосити: наведені показники не варто трактувати як абсолютне правило «здавати аналізи виключно вранці». Значення часу забору залежить від конкретного клінічного питання та рекомендацій до конкретного тесту, і надмірна стандартизація без клінічного контексту може бути невиправданою.

Reference Change Value: як відрізнити реальну зміну від «шуму»

У клінічній лабораторній медицині для формалізованої оцінки того, чи є різниця між двома послідовними результатами клінічно значущою, застосовується концепція Reference Change Value (RCV, референтна величина зміни). RCV розраховується на основі аналітичної варіабельності (CVA) та внутрішньоіндивідуальної біологічної варіабельності (CVI) за формулою RCV = 2^0.5 × Z × (CVA² + CVI²)^0.5, де Z відповідає обраному рівню статистичної значущості (зазвичай 1.96 для p<0.05).

Якщо зміна перевищує RCV, вона з меншою ймовірністю пояснюється лише аналітичною та внутрішньоіндивідуальною біологічною варіабельністю. Однак клінічну значущість цієї зміни необхідно оцінювати з урахуванням клінічного контексту. Якщо різниця менша за RCV - вона може бути наслідком звичайної аналітичної та біологічної варіабельності, а не реальної зміни стану пацієнта. Важливо, що через ультрадіанний (пульсуючий) характер секреції багатьох гормонів RCV не рекомендується застосовувати для оцінки значущості різниці між результатами, отриманими у різний час доби без урахування цього фактору. Дані з бази EFLM Biological Variation Database демонструють значну варіативність RCV для різних аналітів: наприклад, для натрію допустима межа коливання становить близько ±2%, тоді як для фосфату - понад ±16-20%.

Висновки

• Лабораторний результат не існує «поза часом» - щоб правильно оцінити динаміку показника, важливо знати не лише що виміряли, а й коли, за яких умов і порівняно з чим.
• Один результат - це точка; серія результатів, отриманих у зіставних умовах (час доби, натще/не натще, фаза циклу), формує клінічно інтерпретовану динаміку 
• Показники з вираженим циркадним ритмом (кортизол, ТТГ) варто, за можливості, порівнювати в зіставний час доби, особливо при оцінці невеликих змін 
• Для показників з неоднозначною або помірною добовою варіацією (залізо) доцільніше орієнтуватися на комплекс маркерів і клінічний контекст, а не на ізольоване значення 
• Не кожна зміна лабораторного показника означає зміну клінічного стану пацієнта - саме тому інтерпретація результату є не менш важливою, ніж саме вимірювання 
• Два здорові пацієнти можуть мати різні звичайні рівні одного аналіту, і обидва залишатися здоровими. Тому оцінка результату лише відносно популяційного референтного інтервалу не завжди показує, наскільки результат відхилився від індивідуального базового рівня.

Лабораторія не просто видає цифру, вона допомагає лікарю і пацієнту правильно її прочитати - є ключовим принципом сучасної доказової лабораторної діагностики, орієнтованої на клінічно значущу інтерпретацію результату, а не лише на його формальне значення.

Список літератури

1. Vreeburg S.A., et al. Genetic and environmental influences on individual differences in cortisol level and circadian rhythm in middle childhood. // PMC3377812, 2012.
2. Skene D.J., et al. Tick-Tock Consider the Clock: The Influence of Circadian and External Cycles on Time of Day Variation in the Human Metabolome — A Review. // PMC8161100, 2021.
3. Circadian and ultradian rhythms: Clinical implications. // Journal of Internal Medicine, 2024 (onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/joim.13795).
4. Young M.E., et al. Addressing the Reproducibility Crisis in Science. // PMC11551866, 2024.
5. Coskun A., et al. Physiological Rhythms and Biological Variation of Biomolecules. // International Journal of Molecular Sciences, 24(7):6275, 2023.
6. Circadian and 30 minutes variations in serum TSH and thyroid hormones in normal subjects. // (PubMed ID 716774).
7. Diurnal fluctuations in thyroid hormones — the Bispebjerg study. // Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation, 2026.
8. Influence of diurnal variation and fasting on serum iron concentrations in a community-based population. // PubMed 28947322.
9. Iron-Binding Capacity. // StatPearls, NCBI Bookshelf, NIH, 2024.
10. Fraser C.G., Westgard J. Biologic Variation Outline of the Talk. // EFLM/Zagreb-Westgard presentation (eflm.eu).
11. Harmonization initiatives in the generation, reporting and application of biological variation data. // Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, EFLM WG-BV, 2018.
12. Copinschi G., Challet E. Circadian Rhythms and Sleep in Aging: Impact on the 24-hour Hormonal Profiles. // HAL, hal-04728232.
13. Morgan D., Tsai S.C. Sleep and the Endocrine System. // Clinics in Chest Medicine / Endocrinology reference chapter.