Plasmaproteine
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Plasmaproteine Definition • Präsenz im Plasma • Primäre Funktion im Plasma, weniger in einem Zielorgan • Synthese in der Leber oder im RES • Abgabe in das Interstitium und Blut • Höchste Konzentration im Blutplasma • Definierte Halbwertszeit • Können einen genetischen Polymorphismus besitzen Plasmaproteine Funktionell und strukturell sehr heterogen Transportproteine Immunglobuline Enzyme Anti-Enzyme (Proteinaseinhibitoren) Proteohormone Proteine mit noch unbekannten Funktionen Veränderungen der Plasmaproteine Hypoproteinämie allgemeine Erniedrigung der Plasmaproteinkonzentration unter 66 g/l Hyperproteinämie allgemeine Erhöhung der Plasmaproteinkonzentration über 83 g/l Defektpathoproteinämie bezeichnet das Fehlen oder die hochgradige Verminderung eines spezifischen Proteins, z.B. Alpha-1-Antitrypsin, Albumin, Coeruloplasmin oder bestimmter Immunglobuline. Sie können entweder genetisch bedingt oder erworben sein. Veränderungen der Plasmaproteine Defektpathoproteinämie Bei mehr als 30 Plasmaproteinen sind hereditäre Mangelzustände bekannt, die meist mit einer klinischen Symptomatik verbunden sind. Diese genetischen Defektzustände können beruhen auf der fehlenden Synthese eines Proteins infolge hochgradiger Verminderung oder Abwesenheit funktioneller mRNA, z.B. bei kongenitaler Analbuminämie der Synthese strukturanomaler Proteine, die zu einer defekten Ausschleusung des Proteins führt, z.B. bei hereditärem Alpha-1-Antitrypsinmangel der Synthese und Sekretion strukturvarianter Proteine mit mehr oder weniger vollständigem Verlust der normalen Funktion, z.B. bei hereditärer Dysfibrinogenämie Veränderungen der Plasmaproteine Dysproteinämie bezeichnet relative Verschiebungen des Plasmaproteinprofils, die nicht notwendigerweise mit Hyper- oder Hypoproteinämie einhergehen müssen. Sie treten relativ häufig im Verlauf akuter oder chronischer Entzündungen , Verbrennungen, Lebererkrankungen, Nierenerkrankungen, Tumoren, Proteinverlustsyndromen und bei Mangelernährung auf. Die akut entzündungsbedingten Dysproteinämien werden als Akut-Phase Reaktion zusammengefaßt und sind bedingt durch Synthesesteigerung spezifischer Proteine. Eine weitere Ursache sind Störungen im Stoffwechsel der Immunglobuline. Akut-Phase Reaktion systemische und lokale Reaktionen des Organismus im Rahmen einer akuten oder chronischen Entzündung um • Schäden vor Ort zu begrenzen • restlichen Organismus auf eine Ausweitung vorzubereiten • die Reparation einzuleiten Klinisch zeigen sich lokale und systemische Entzündungszeichen Systemische Reaktionen werden durch Zytokine (IL-1, IL6-, TNF-α) initiiert • Änderung der Syntheserate verschiedener Proteine in der Leber (Akut-Phase Proteine) • Erhöhung der Körpertemperatur • Steigerung der Myelopoese • Einbezeihung des Immunsystems Akut-Phase Proteine Plasmaproteine, deren Konzentration durch ein entzündliches Geschehen um mehr als 25% zunimmt gesteigerte Synthese und Sekretion durch die Leber setzt 6-12 h nach Beginn der Entzündungsreaktion ein und erreicht nach 24-36 h ein Maximum Parallel dazu nimmt Synthese von Albumin und Transferrin ab Funktionen • Mediatoren, z.B. Aktivierung des alternativen Weges des Komplement Systems durch Komplexe, die CRP mit Liganden bildet • Inhibitoren, beim Entzündungsgeschehen freigesetzt Proteasen werden gehemmt • Abräumung, z.B. bindet Haptoglobin freies Hämoglobin und entfernt dieses vom Entzündungsherd • Reparation • Regulation des Entzündungsgeschehens Akut-Phase Proteine • Konzentrationsanstieg steht im Verhältnis zur Aktivität des akut entzündlichen Geschehens • bei chronischen Entzündungen fällt der Anstieg oft schwächer aus als es dem Schweregrad der Erkrankung entspricht • maligne Erkrankungen verursachen ebenfalls einen Anstieg • als Marker der Akut-Phase Reaktion eignen sich nur das C-reaktive Protein und das Serumamyloid A-Protein Protein Konz. (mg/dl) Anstieg CRP SAA Fibrinogen α1-Antitrypsin Haptoglobin Coeruloplasmin < 0.5 < 3.0 200-450 200-400 100-300 15-60 10-1000x 10-1000x 2-4x 2-4x 2-4x <2x Reaktionszeit (Std.) 6-10 6-10 24-48 24-48 24-48 48-72 Akut-Phase Proteine: C-reaktives Protein Hintergrund • Synthese in der Leber • HWZ des Anstiegs: 6 h, Max. nach 50 h, HWZ des Abfalls 3 h • Wirkungen: Komplementaktivierung, Beschleunigung der Phagozytose, Hemmung der Thrombozytenaggregation, Stimulation der T-Lymphozyten • Eine erhöhte Konzentration von CRP im Serum ist ein wichtiger Indikator der akut-entzündlichen Reaktion • Bei akut entzündlichen Erkrankungen korreliert die Höhe des CRP Anstiegs mit der Entzündungsaktivität • CRP Erhöhung eilt der klinischen Symptomatik oft voraus • Auch ohne klinische Symptomatik muß ein erhöhter CRP-Wert immer abgeklärt werden • Normale CRP-Werte schließen eine akut-entzündliche Erkrankung aus, sprechen aber nicht gegen lokale Entzündungen, leichte Virusinfektionen, chronische Infektionen C-reaktives Protein Wirkungen Komplementaktivierung, Beschleunigung der Phagozytose, Hemmung der Thrombozytenaggregation, Stimulation der T-Lymphozyten Bewertung • Eine erhöhte Konzentration von CRP im Serum ist ein wichtiger Indikator der akut-entzündlichen Reaktion • Bei akut entzündlichen Erkrankungen korreliert die Höhe des CRP Anstiegs mit der Entzündungsaktivität • CRP Erhöhung eilt der klinischen Symptomatik oft voraus • Auch ohne klinische Symptomatik muß ein erhöhter CRP-Wert immer abgeklärt werden • Normale CRP-Werte schließen eine akut-entzündliche Erkrankung aus, sprechen aber nicht gegen lokale Entzündungen, leichte Virusinfektionen, chronische Infektionen und Autoimmunerkrankungen Akut-Phase Proteine: C-reaktives Protein Indikationen • Screening entzündlicher Zustände • Postoperativ zur Erfassung chirurgischer und infektiöser Komplikationen • Rasche Infekterfassung in der Intensivmedizin, Neonatalogie, bei der Knochenmarktransplantation • Zur Unterscheidung zwischen viralem und bakteriellem Fieber • Zur Kontrolle der Responsivität einer Antibiotikatherapie • Zur raschen Suche einer optimalen antiinflammatorischen Therapie und zur Festlegung der minimalen effektiven Dosis des eingesetzten Medikaments • In der Geburtshilfe bei vorzeitigem Blasensprung: Infekt ja oder nein Bestimmungsmethoden • Immunnephelometrie, Immunturbodimetrie C-reaktives Protein Bewertung Normbereich: <0.5 mg/dl Werte unter 1 mg/dl sind ohne Krankheitswert Bei akuten Krankheitsgeschehen sind Konzentrationen von 1-5 mg/dl repräsentativ für: • leichte bis mäßig entzündliche Prozesse bzw. geringer Ausdehnung, z.B. Bronchitis, Zystits, lok. bakterielle Infektionen • schwere virale Erkrankungen • Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises CRP-Werte >5 mg/dl sprechen für eine hohe und/oder ausgedehnte Entzündungsaktivität und werden gefunden bei: • bakteriellen Infektionskrankheiten wie Pneumonie, Pyelonephritis • Traumata wie Verbrennungen und schwere operative Eingriffe • metastasierenden Tumoren • aktiver rheumatoider Arthritis C-reaktives Protein Bewertung • Während des akuten Krankheitsverlaufs ist die Kontrolle des CRP-Wertes ein empfindlicher Indikator der Krankheitsaktivität • Zu- oder Abnahme der Entzündungsreaktion wird mit einer Verzögerung von 24 h durch Anstieg oder Abfall angezeigt • Akut-entzündliche Erkrankungen reagieren auf Therapie innerhalb von 3 Tagen mit Abfall zuvor erhöhter CRP-Werte • Persistierend hohe oder steigende Werte sollten zu Therapieänderung führen • Auch Therapie chronisch entzündlicher Erkrankungen kann teilweise mit dem CRP-Wert gesteuert werden • Persistierend hohe CRP-Werte bei bakt. Infektionen, Herzinfarkt, oder malignen Tumoren weisen auf eine schlechte Prognose hin Methoden der Proteinanalyse Orientierende Untersuchungen globaler Aussagewert und entsprechend geringe diagnostische Spezifität bei jedoch relativ geringem methodischem Aufwand Spezifische Untersuchengen differenzierter Aussagewert und entsprechend hoher diagnostischer Spezifität bei vergleichsweise hohem methodischem und finanziellem Aufwand. Hochspezifische Untersuchungen vorwiegend theoretisch-wissenschaftlichem Aussagewert bei sehr anspruchsvollem instrumentellem Aufwand Gesamt-Eiweiß Indikationen Erhöhte Blutsenkungsreaktion Proteinurie, Polyurie, Ödeme, chron. Nierenerkrankung chronische Lebererkrankung chronische Durchfälle maligner Tumor, Lymphome Infektanfälligkeit, Knochenschmerz prä- und postoperativ schweres Trauma, Schockzustand, Verbrennungen Schwangerschaft Unterernährung Serumproteinbestimmung Biuret Methode Im alkalischen Milieu reagieren die N-Atome der Peptidbindungen mit Cu2+ und bilden einen rot- bis blauvioletten Komplex, der bei 540 nm spektralphotometrisch gemessen werden kann. Bei der Messung keine Interferenzen mit niedermolekularen Peptiden, da deren Extinktionsmaximum <540 nm. Protein + OH- Cu2+ Normbereich: Protein-Cu(II)-Komplex 66 - 83 g/l Nachweisgrenze: 0.1 g/l Störungen durch Bilirubin, Hämoglobin, Lipide Veränderungen der Gesamtproteinkonzentration Hypoproteinämien Hyperproteinämien Nephrotisches Syndrom Malassimilationssyndrom Exsudative Enteropathie Exsudative Dermatosen Mangelernährung/Kachexie massive Blutungen toxische Leberschädigungen Defektpathoproteinämien Agammaglobulinämie Analbuminämie hypervolämische Zustände Plasmozytom Makroglobulinämie kompensierte Leberzirrhose chronisch-entzündliche Prozesse Kollagenosen Tuberkulose rheumatoide Arthritis Dehydratationszustände Polyurie Diarrhoe Emesis Eiweißelektrophorese • Wanderung von geladenen Teilchen im elektrischen Feld • Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Relation der verschiedenen Proteinfraktionen in Körperflüssigkeiten • Wanderungsgeschwindigkeit eines Teilchens ist abhängig von seiner Ladung, Größe und Form und den Versuchsbedingungen • Wanderungsgeschwindigkeit ist direkt proportional der angelegten Spannung und der Ladung und umgekehrt proportional dem Radius der Teilchen • Trennung der Serumproteine im elektrischen Feld ist eine Differenzierung auf Grund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften, es kann daher nicht auf chemische Einheitlichkeit geschlossen werden • Albuminfraktion stellt eine homogene Substanz dar, andere Fraktionen entstehen durch Überlagerung verschiedener Proteine mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften Immunologische Bestimmungsmethoden • Sie beruhen auf der reversiblen Bindung von Antigen und Antikörpern zum Immunkomplex Ag + Ak Ag-Ak (Immunkomplex) • Zu bestimmendes Protein stellt das Antigen dar, der Antikörper ist monospezifisch gegen dieses Protein gerichtet • In Abhängigkeit vom Konzentrationsverhältnis der Reaktionspartner bilden sich Immunkomplexe unterschiedlicher Größe aus • Große Immunkomplexe präzipitieren, kleine Immunkomplexe verbleiben in Lösung • Zugabe einer definierten Antikörpermenge im Reaktionsansatz ist Voraussetzung zur quantitativen Bestimmung einer unbekannten Antigen-(Plasmaprotein-)Konzentration Immunfixationselektrophorese • Elektrophoretische Trennung von Proteinen in einem Trägermedium (Agarosegel) • Immunpräzipitation in situ, d.h. das Gel wird mit monospezifischen Antikörpern gegen IgG, IgA, IgM sowie gegen Kappa- und Lambda-Leichtketten überschichtet und inkubiert • Auswaschen von ungebundenen Antikörpern und Proteinen • Färbung der Immunpräzipitate durch Proteinfarbstoffe • Immunglobuline werden so einzelnen sichtbar gemacht • Jede Klasse hat >10 Mil. Idiotypen die in der IF ein breites, homogenes Präzipitationsband ergeben • Bei monoklonalen Gammopathien wird ein einzelner Idiotyp vermehrt gebildet, es entsteht ein schmales Präzipitationsband Immunpräzipitation in Gel Immunfixationselektrophorese Indikation Nachweis und Identifikation von monoklonalen Gammopathien Identifikation Klassifikation Typisierung Schwere Kette (H-Kette) Leichte Kette (L-Kette) Immunglobulinaufbau variabler Teil L-Kette 2 Typen: κ, λ konstanter Teil H-Kette bestimmt die Ig-Klasse IgG - γ IgE - ε IgA - α IgD - δ IgM - µ Einteilung der monoklonalen Gammopathien nach ihrem Aufbau komplette Immunglobuline (2 H- und 2 L-Ketten) Multiples Myelom IgA, IgG, IgD, IgE (Plasmozytom, M. Kahler) M. Waldenström selten IgM Myelom inkomplette Immunglobuline Bence-Jones-Paraproteinämie Schwerkettenkrankheit IgM, häufig mit Kältagglutininen verbunden nur freie Leichtketten diese werden zu Beginn der Krankheit immer im Urin nachgewiesen nur schwere Ketten Immunpräzipitation in freier Lösung Immunnephelometrie und Immunturbidimetrie · Konzentration des Antigens ist dem Meßsignal bei Antikörperüberschuß proportional · In Lösung befindliche Antigen-Antikörperkomplexe streuen und absorbieren Licht · Turbidimetrie erfaßt die Trübungsänderung des Ansatzes durch Immunkomplexbildung absorptionsphotometrisch bei 340 nm · Nephelometrie erfaßt die durch Immunkomplexe bedingte Lichtstreuung · Signalverstärkung durch Latexpartikel ist möglich · Konzentrationsbestimmung erfolgt über Standardkurve Immunreaktionen mit markierten Reaktionspartnern Markierte Reaktionspartner werden als Tracer bezeichnet Zur Markierung stehen verschiedene Substanzen zur Verfügung • Radioimmunoassay (RIA) Radionuklide, z.B. 125Jod • Enzymimmunoassay (EIA) Enzyme, z.B. Meerrettichperoxidase, alkalische Phosphatase • Fluoreszenzimmunoassay (FIA) Fluorogene Substanzen, z.B. Fluorescin- und Tetramethylrhodamin-isothiocyanat • Lumineszenzimmunoassay Luminogene Substanzen, z.B. Acridiniumester Kompetitiver Immunoassay Reaktion zwischen Antikörper und Antigen. Im Ansatz ist sowohl natives zu messendes Antigen als auch hinzugefügtes markiertes Antigen (Tracer). Der Antikörper liegt im Unterschuß vor. In einem zweiten Schritt wird nicht gebundenes Antigen ausgewaschen und anschleißend das Signal gemessen. Hier ist das Signal inversproportional zur Antigenkonzentration in der Probe Nichtkompetitiver Immunoassay a) In einem ersten Schritt reagiert ein Überschuß von Antikörpern mit dem Antigen in der Probe b) In einem zweiten Schritt reagieren markierte Antikörpermoleküle mit vom ersten Antikörper schon gebundenem Antigen. Überschüssige markierte Antikörper werden ausgewaschen. Das Signal ist direkt proportional zur Antigenkonzentration in der Probe. Ergebnisinterpretation • Es wird die Konzentration von Substanzen bestimmt, nicht die biologische Wirksamkeit • Die Ergebnisse sind stark von der Spezifität der verwendeten Antikörper abhängig • Es können Kreuzreaktionen, d.h. Bindung von Antigenen mit ähnlichen derterminanten Gruppen, auftreten • Metabolite im Untersuchungsmaterial, die gemeinsame Teilstrukturen mit der zu bestimmenden Substanz zeigen, können das Ergebnis ebenfalls verfälschen • Auswertung über Standardlösungen führt bei unterschiedlichen Reagenzien bzw. Methoden zu mangelhafter Vergleichbarkeit der Daten, daher immer laborspezifische Normwerte beachten Hormone • Botenstoffe die in endokrinen Drüsen produziert werden • Transport über die Blutbahn zu den Zielzellen • Entfalten ihre Wirkung über spezifische Rezeptoren • Im Gegensatz zum nervalen Informationsfluß beeinflußen sie Funktionen deren Regelung langsam (Min.-Std.) erfolgt • Zu übermittelnde Nachricht ist in der molekularen Struktur chemisch verschlüsselt • Peptidhormone; Rezeptoren an Plasmamembran • Steroidhormone; intrazelluläre Rezeptoren • Niedermolekulare Hormone; Rezeptoren am Zellkern Schilddrüsenhormone Wirkung • Kohlenhydratstoffwechsel durch Beschleunigung der intestinalen Resorption, Steigerung der Glukoneogenese, verstärkter Kohlenhydratabbau • Fettstoffwechsel durch Steigerung der Fettmobilisierung, vermehrter Abbau von Speicherfetten • Eiweißstoffwechsel, in pysiologischen Mengen anabol, bei erhöhten Spiegeln katabol, wichtig für normales Wachstum und ZNS Reifung • Mineralstoffwechsel durch Aktivierung der Osteoblasten und Osteoklasten Schilddrüsenhormone Hypothalamisch-hypophysäre Steuerung Schilddrüsenhormone Klassifikation der Schilddrüsenkrankheiten Funktionsstörungen der Schilddrüse die durch verschiedene Schilddrüsenerkrankungen verursacht sein können • Hypothyreose • Hyperthyreose Schilddrüsenkrankheiten die nicht unbedingt mit einer Funktionsstörung einhergehen müssen, bzw. zu unterschiedlichen Funktionsstörungen führen können • Struma • Schilddrüsenentzündungen • Schilddrüsentumoren Schilddrüsenhormone Hyperthyreose Hypothyreose Autoimmunthyreopathie • Morbus Basedow • Thyreoiditis Hashimoto Neugeborenenhypothyreose angeborene, irreversibel bei • Schilddrüsenaplasie • Schilddrüsendysplasie • peripherer Hormonresistenz intrauterin erworben, reversibel • Jodmangel Andere Entzündungen • Thyreoiditis de Quervain • Strahlenthyreoiditis Funktionelle Autonomie • disseminiert • unifokal (autonomes Adenom) • multifokal Malignome Exogene Hormonzufuhr Postnatal erworben primär mit und ohne Struma • entzündlich • postoperativ • nach Strahlenbehandlung • Medikamentös sekundär • hypothalamisch-hypophysär Schilddrüsenhormone Thyreoidea-stimulierendes Hormon (TSH) Sekretion von TSH reagiert empfindlich auf Mangel oder Überschuß der Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3) Daher ein Parameter der die Hormonwirkung im Gewebe wiederspiegelt Indikationen • Basisbestimmung zum Ausschluß einer Funktionsstörung • Nachweis einer hyper- oder hypothyreoten Stoffwechsellage • Kontrolle einer Suppressions- oder Substitutionstherapie • Screening zum Ausschluß einer primären konnatalen Hypothyreose Bestimmungsmethoden Immunoassays Referenzbereich Säuglinge Kinder und Erwachsene < 20 mU/l 0.3 - 3.5 mU/l Schilddrüsenhormone - TSH - Schilddrüsenhormone - TRH-TEST TRH-Test Stimulationstest mit Thyreotropin-Releasing Hormon bei V.a. Störungen des Regelkreises Hypophyse-Schilddrüse Indikationen TSH-Konzentrationen im Graubereich (0.1 - 0.3 mU/l oder 3.5 - 10.0 mU/l) zur Differentialdiagnose sekundärer Hypothyreosen Testdurchführung Blutabnahmezur Bestimmung des basalen TSH-Wertes, anschließend intravenöse Gabe von 200 µg (400 µg) TRH, nach 30 min. Blutabnahme zur Bestimmung des stimulierten TSH-Wertes Referenzbereich Anstieg des TSH-Wertes um 2.0 - 25.0 mU/l Schilddrüsenhormone - TRH-TEST - Schilddrüsenhormone - Periphere Hormone Thyroxin und Trijodthyronin • Im Serum meßbares T3 und T4 ist größtenteils an Transportproteine gebunden (TT3, TT4) und damit Stoffwechsel-inaktiv • Kleiner Teil liegt als freie Stoffwechsel-aktive Form (FT3, FT4) vor • Gesamtkonzentrationen von T3 und T4 geben Sekretionsverhalten und Metabolisierung nur dann korrekt wieder, wenn die Bindungskapazität der Transportproteine nicht aufgrund extrathyreoidaler Ursachen verändert ist • Besser ist Bestimmung der freien Hormone, FT3 und FT4 Indikationen • Nachweis und Ausmaß der Funktionsstörung • Verlaufskontrolle bei bekannter Funktionsstörung • Verlaufskontrolle bei thyreosuppressiver oder thyreostatischer Therapie Bestimmungsmethoden Immunoassays Schilddrüsenhormone - Thyroxin T4 - Schilddrüsenhormone - Trijodthyronin T3 - Schilddrüsenantikörper Zeigen das Vorliegen eines intrathyreoidalen Autoimmunprozesses an • Mikrosomale Antikörper (MAK) • Thyreoglobulin Antikörper (TAK) • TSH-Rezeptor Antikörper (TRAK) Indikationen Abgrenzung der Autoimmhyperthyreose von der Autonomie Einteilung der Thyreoiditis Verlaufskontrolle der Thyreoiditis Bewertung Erhöhte MAK und TAK Antikörper finden sich bei Hashimoto Thyreoiditis Erhöhte TRAK Werte sind typisch für den M. Basedow Schilddrüse Stufendiagnostik bei Verdacht auf Funktionsstörung Anamnese und körperlicher Befund Verdacht auf Funktionsstörung TSH basal Normwert Grenzwert erniedrigt erhöht TRH-Stimulation Funktionsstörung weitestgehend ausgeschlossen regelrechte TSH-Antwort Selten weitere Diagnostik Pathologischer TRH-Test FT3, FT4 MAK, TAK, TRAK Sonographie, Szintigraphie Feinnadelpunktion Typische Befundmuster in der Schilddrüsendiagnostik Stoffwechselsituation Freies T3 Freies T4 TSHBasalwert TSH-Anstieg im TRH-Test Euthyreose primäre Hypothyreose sekundäre Hypothyreose primäre Hyperthyreose Hormonsubstitutionstherapie n n- n n n überschießend fehlt nn- n- fehlt n- n - fehlt
