Vorlesung zum Praktikum Klinische Chemie
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Vorlesung zum Praktikum Klinische Chemie (6. Kurstag) Kohlenhydratstoffwechsel - Glucose - HbA1c - Metabolisches Syndrom - Lactat Schilddrüsenhormon TSH G. Schumann, Institut f. Klinische Chemie, MHH Lernziele Glukose als wichtigster Metabolit des Kohlenhydratstoffwechsels Hexokinase-Reaktion Welche Untersuchungsmaterialien vorzugsweise für Glukosemessungen, internationale Empfehlung; warum Serum weniger gut geeignet? Hyperglykämie, Hypoglykämie Oraler Glukosetoleranztest (oGTT) Metabolisches Syndrom Point of Care (POCT) Tests bzw. patientennahe Analytik Beurteilung von Messwerten unter Berücksichtigung der analytischen Zuverlässigkeit (besser Ungenauigkeit); Beispiel: Hypoglykämie bei Neugeborenen Hämoglobin A1c (HbA1c) Coma, Differentialdiagnose (diabetisches, hyperosmolares) Laktat (Serum, Plasma, Liquor); L-Laktat / D-Laktat Schilddrüsenfunktion: TSH Kohlenhydratstoffwechsel Das wichtigste Monosaccharid für den Menschen Glucose, C6H12O6 Mr = 180,2 1 Mol Glucose (= 180 g) liefert 720 kcal (1 Liter Cola enthält 110 g Zucker) Glucose verteilt sich im intrazellulären und extrazellulären Wasser in einem hypothetischen Glucose-Raum = Verteilungsvolumen Zusammensetzung des Verteilungsraums für Glucose: extrazelluläres Volumen uneingeschränkt intrazelluläres Volumen (1) → Leber intrazelluläres Volumen (2) → Erythrozyten 25 % - 30 % des Körpergew. Glucose-Pool: insgesamt 0,11 mol = 110 mmol (= ca. 20 g) Erwachsener, 70 kg Kgw: Glucosekonz. im Blut: 21 Liter Verteilungsvolumen (Glucose) 5,2 mmol/l (95 mg/dl) Hexokinase-Reaktion Phosphorylierung zu Glc-6-P ist für die Aufnahme der Glucose in die Zellen und für die Speicherung als Glykogen notwendig. Glucose-Bestimmung mittels Hexokinase-Rkt. Hexokinase* D-Gluc + ATP D-Gluc-6-P + ADP Glucose-6-P-dehydrogenase D-Gluc-6-P + NADP Gluconat-6-P + NADPH UV-Photometrie (336 nm) *) Die Hexokinase-Reaktion ist nicht spezifisch. Auch D-Fructose, D-Mannose und D-Glucosamin werden 6-P-phosphoryliert. Hyperglykämie (Entscheidungsgrenzen) > 7 mmol/l nüchtern > 10 mmol/l postprandial Erkennung Kranker mittels positivem Testergebnis (höhere diagn. Sensitivität als Nüchternglucosekonz.) Hypoglykämie < 2,8 mmol/l < 2,5 mmol/l und (Entscheidungsgrenze) < 2,0 mmol/l (Neugeborene) Referenzintervalle ? Bestimmung der Glucosekonzentration Die Bestimmung der Glucosekonzentration wird beeinflusst durch: ¾ die Eigenschaft des Probenmaterials ¾ die Präanalytik („alles was zwischen Blutentnahme und Analyse passiert“) Internationale Empfehlungen: Die gemessene Glucosekonzentration als Plasma-Glucosekonzentration angeben, egal in welchem System (z.B. Vollblut) die Bestimmung erfolgt. Untersuchungsmaterial für die Glucosemessung Kennbuchstabe Systembezeichnung C Kapillarblut P Plasma (S) B Serum Blut arteriell ∆ ≈ 0,5 mmol venös PW, (SW), BW Plasma-, (Serum-), Blut-Wasser L Liquor U Urin Wo und wie wird Glucose gemessen? Krankenhauslaboratorium S, P, C, B, U, L Krankenbett C Notaufnahme, Intensivstation C, B Praxis des niedergelassenen Arztes S, P, C, U Selbstkontrolle diabet. Patienten C Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) Der “Goldstandard” in der Diagnostik des Diabetes mellitus und der gestörten Glucosetoleranz Indikationen: Gestörte Nüchternglucosekonzentration 100 – 125 mg/dl (5,6 – 5,9 mmol/l) Personen ≥ 45 Jahre und BMI* ≥ 25 kg/m2 Personen ≥ 45 Jahre, trotz BMI* ≤ 25 kg/m2 weil zusätzliche Risikofaktoren vorhanden sind *) BMI = Body mass index (1) Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) Was sind zusätzliche Risikofaktoren? • Verwandte ersten Grades mit Typ 2-Diabetes • Arterielle Hypertonie • Dyslipidämie • Koronare Herzerkrankung • Anamnestisch Gestations-Diabetes Schwangerschaft: • Screening auf gestörte Glucosetoleranz in der 24. – 28. Schwangerschaftswoche (SSW) • Frühscreening von Schwangeren mit Risikofaktoren Glucosurie mit normaler nüchtern und postprandialer Glucosekonzentration (2) Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) (3) Testablauf – Vorbereitung des Patienten • Mindestens 10-16 h Nahrungs- und Alkoholkarenz • Mindestens 3 Tage lang übliche Essensgewohnheiten (≥ 150 g Kohlenhydrate pro Tag) • Mindestens drei Tage vor dem Test störende Medikamente (s. Liste) absetzen, sofern das ohne Gefahr möglich ist. • Testdurchführung im Sitzen oder liegend (und ohne Muskelanstrengung) • Während der Testphase nicht rauchen • Mindestens dreitägiger Abstand zur Menstruation Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) Einflussgrößen der Glucosetoleranz • • • • • • • • • • Hyperlipoproteinämie, Leberzirrhose, metabolische Azidose (Urämie), lange Bettlägerichkeit, Hyperthyreose, Schwangerschaft, Kaliummangel, hochgradige Herzinsuffizienz, Hungerzustand, Stresseinwirkung (Herzinfarkt, Operation, sonstige Traumata). (4) Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) Einflussgrößen der Glucosetoleranz Arzneimitteltherapien: • Saluretika (Thiazide!), • Corticosteroide, • Hormonelle Kontrazeptiva, • Lanxantien, • Nikotinsäure, • Nitrazepam, • Phenothiazine, • Phenazetin, • Schilddrüsenhormone, • Nicht-steroidale Antiphlogistica (5) Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) (6) Testdurchführung 1. Testbeginn 8-9 Uhr 2. kapilläre oder venöse Blutentnahme zur Bestimmung der Nüchternglucose 3a. 75 g wasserfreie (!) Glucose in 250 – 300 ml Wasser (oder 82,5 g Glucosemonohydrat) (oder hydrolisierte Stärke in entspr. Menge) 3b. Kinder: 1,75 g Glucose pro kg Kgw ( jedoch ≤ 75 g) 4. Blutentnahme nach 120 min Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) (7) Screening-oGTT auf Gestations-Diabetes 50 g Glucose in 200 ml Wasser innerhalb von 5 min langsam trinken. Blutentnahme nach 60 min, wobei vorausgegangene Mahlzeit und Tageszeit nicht bedeutsam sind. Diagnostischer-oGTT auf Gestationsdiabetes Durchführung so wie der oGTT für alle Erwachsenen, jedoch drei Blutentnahmen: 0 min, 60 min, 120 min Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) (8) Störungen • Insbesondere der 2 h-Wert zeigt eine größere Variationsbreite (In Untersuchungen mit wiederholter oGTT bei denselben Patienten nachgewiesen) • Unterschiede in der Geschwindigkeit des Trinkens • Nicht zeitgerechte Blutentnahme. Glucosekonzentration in Abhängigkeit vom Untersuchungsmaterial Physiologische Komponenten Analytische Komponenten: Eiweißfällung, Kalibrierung, Probenverdünnung Oraler Glucosetoleranz-Test (-oGTT) (9) Vollbluthämolysat Blutentnahme Venös Plasma Kapillär Venös Kapillär Diabetes Mellitus Nüchternwert 2 h-Wert ≥ 110 ≥ 180 ( 6,1) (10,0) ≥ 110 ≥ 200 ( 6,1) (11,1) ≥ 126 ≥ 200 ( 7,0) (11,1) ≥ 126 ≥ 220 ( 7,0) (12,2) Gestörte Glucosetoleranz 2 h-Wert 2 h-Wert 120 - 180 140 - 200 140 - 200 160 - 220 (6,7 - 10,0) (7,8 - 11,0) (7,8 - 11,0) (8,9 - 12,1) Normalbefund Nüchternwert 2 h-Wert < 100 < 120 Angaben in mg/dl und (mmol/l) (5,6) (6,7) < 100 < 140 (5,6) (7,8) < 110 < 140 (6,1) (7,8) < 110 < 160 (6,1) (8,9) WHO-Empfehlung nur für venöses Plasma (andere Werte kalkuliert) Oraler Glucosetoleranztest www.mh-hannover.de ↓ Institute A-Z ↓ Klin. Chemie ↓ Diagnostik ↓ Blaues Heft: Informationen für Einsender (pdf) ↓ Seite 31,32 Praktikumstag 3 und Praktikumstag 6 im Intranet www.mh-hannover.de/schumann.html Glucose-Bestimmung mit der Glucose-dehydrogenase-Reaktion Glucose-dehydrogenase β-D-Gluc + NAD D-Gluconat + NADH UV-Photometrie (336 nm) Zusatz von Mutarotase, um die α-isomere Form der Glucose schnell in die β-Form zu überführen. ---------------------------------------------------------------------------------------- Sowohl Gluc-DH-Methode als auch die Hexokinase/Gluc-6-PDH-Methode sind sehr wenig störanfällig (sind spezifisch). Metabolisches Syndrom (Metabolisch-vaskuläres Syndrom) Multifaktorielles polygenes Syndrom (Das Ausmaß der Manifestation hängt sehr wesentlich von Umweltfaktoren ab.) Eine Vielzahl von Störungen im Stoffwechsel und viele klinische Manifestationen Gemeinsam: Insulinresistenz und eine Gruppe von gleichzeitig vorkommenden vaskulären Faktoren Metabolisches Syndrom (Metabolisch-vaskuläres Syndrom) • Essentielle Hypertonie (> 140/90 mm Hg) • Zunehmend verminderte Glucosetoleranz • Dys- und Hyperlipidämie (Cholest.: >250 mg/dl; HDL-Cholest.: <35 mg/dl; Triglyceride: >200 mg/dl) • Familiäre Belastung (Diab. mell. Typ II, Hypertonie, Herzinfarkt) • Androide Fettverteilung und Übergewicht • Harnsäurekonzentration im Serum ⇑: (> 480 µmol/l) • Gamma-GT ⇑ • Fibrinogen ⇑: • Albuminurie: (> 300 mg/dl) (> 20 mg/24h oder > 20 mg/g Kreatinin ) Metabolisches Syndrom (Metabolisch-vaskuläres Syndrom) Gestörte Glucose-Aufnahme und –Verstoffwechselung Atherogene Konstellation auf Grund einer pathophysiologischen Resistenz der Gewebe (Skelettmuskulatur!) für die Insulin-stimulierte Aufnahme und Verstoffwechselung von Glucose: Insulinresistenz Î Hyperinsulinämie Î Diabetes mell. (Typ II) (als Endstadium der Insulinresistenz) Entstehung des Metabolischen Syndroms Aus „Basiswissen Labordiagnostik“ von Roche Diagnostics Metabolisches Syndrom (Metabolisch-vaskuläres Syndrom) Am häufigsten in Kombination sind: n zentrale Adipositas o gestörte Glucosetoleranz oder Typ 2-Diabetes p Dyslipoproteinämie q Hypertonie („Tödliches Quartett“) POCT Point of Care Testing (Patientennahe Analytik) Kosten des POCT sind deutlich höher als Analysen im medizinischen Zentrallaboratorium. Die Harmonisierung von POCT-Analysen mit den Resultaten aus konventioneller Analytik ist nicht immer gewährleistet. Fast alle Glucometer sind auf Blut-Glucose kalibriert, obwohl nicht im Blut gemessen wird. POCT: Vergleichsmessungen mit verschiedenen Glucometern Deviation Ascensia Elite versus Hemocue 10 POCT zur 8 M 90 M 6 Verlaufsbeurteilung - zur (%) 4 2 2 4 6 8 Glucose-Hemocue mmol/l y=x Regression line (Passing/Bablok) 10 Ratio Glucose-Ascensia Elite mmol/l Scatter Plot Diagnose - Nein Ja POCT: Vergleichsmessungen mit verschiedenen Glucometern Deviation from the regession line [%] Reflotron versus Hemocue Deviation 10 20 10 0 -10 -20 8 2 6 4 6 8 10 Glucose-Hemocue mmol/l Mean 90. Percentil Median Ratio y/x (%) 4 (%) 175 2 150 125 2 4 6 8 Glucose-Hemocue mmol/l 10 Ratio Glucose-Reflotron mmol/l 30 100 75 50 y=x Regression line (Passing/Bablok) 2 4 6 8 Glucose-Hemocue mmol/l 10 Bereiche der Messergebnisse jeder Messserie 10 Kleinster Wert - Größter Wert Glucose - Bereich mmol/l 12 8 6 4 2 0 10 20 30 40 Messserie Nr. (sortiert) Wichtige Entscheidungsgrenzen Hypoglykämie < 2,8 mmol/l < 2,5 mmol/l und (Entscheidungsgrenze) < 2,0 mmol/l (Neugeborene) Welche Auswirkung hat mangelnde Genauigkeit der Gucosebestimmung? Bei welcher gemessenen Konzentration kann man sicher sein (95 % Wahrscheinlichkeit), dass die wahre Glucosekonzentration nicht unter 2 mmol/l liegt? 2,06 mmol/l Decision limit CV 1.0 % CV 2.5 % CV 5.0 % Warning 2,16 mmol/l 2,35 mmol/l 2,0 2,2 Glucose 2,4 mmol/l 2,6 2,8 Hämoglobin A1c und andere HbA1-Derivate HbA1c: (Kurze) Intervalle mit Hyperglykämie können bis zu ca. 100 - 120 Tagen rückverfolgt werden. Glykierte Hämoglobine (HbA1 und HbA1c) Standardisierung und Entscheidungsgrenzen: HbA1: <8% HbA1c: < 6,5 % Häufigkeit der Bestimmung von HbA1c: Erst eine Differenz > 1 % zwischen zwei Messungen ist klinisch relevant. Deshalb mindestens 2 Wochen Abstand zwischen den Messungen. Empfehlung: Im Intervall von 4-6 Wochen HbA1c messen. Messgrößen und Parameter zur Diabeteskontrolle: (Beurteilung der Diabeteskontrolle mit unterschiedlichen Zeitspannen und Messgrößen) 5 - 15 min Blut-Glucose 5 – 6 Stdn. Urin-Glucose 24 Stdn. Sammelurin-Glucose 2 – 3 Wochen 6 – 8 Wochen 1 – 2 Jahre 5 – 8 Jahre Fruktosamin HbA1c Haare und Nägel glykiert Niere, Netzhaut Diabetisches Coma Differentialdiagnose zur Beurteilung ob Ketoazidose oder Hyperosmolalität das Coma ausgelöst haben. Diabetische Ketoazidose: Gleichgewicht der KH-regulierenden Hormone gestört. (Insulin ⇒ ⇐ Glucagon, Katecholamine, Wachstumshormon und Cortisol) (Stoffwechselstörung vorwiegend bei Diab. mell. Typ I) Hyperglykämisches, hyperosmolares (nichtketotisches) Syndrom: Dehydratation mit normaler Anionenlücke (= S-Na - S-Cl - S-HCO3-) (Referenzintervall: 8 - 16 mmol/l) (Stoffwechselentgleisung vorwiegend bei Diab. mell. Typ II) Differentialdiagnose Koma Messgröße Ketoazidotisches Koma Hyperosmolares Koma Lactatazidose Glucose im Blut > 22 mmol/l In der Regel höher als bei Ketoazidose < 7,8 mmol/l Glucosurie ++ ++ + bis NEGATIV pH <7,35 7,35 – 7,45 < 7,25 Basenabweichung starkes Defizit unauffällig starkes Defizit Bicarbonat erniedrigt unauffällig erniedrigt pCO2 < 35 mmHg 35 – 45 mmHg < 35 mmHg Ketone im Serum +++ Ø bis (+) Ø Ketonurie +++ Ø Ø Osmolalität bis ca. 350 mosm/kg In der Regel höher als bei Ketoazidose (> 350 mosm/kg bis ca. 310 mosm/kg Lactat im Blut leicht bis mäßig erhöht normal oder leicht erhöht stark erhöht, > 10 mmol/l Diabetisches Coma Gesteigerte Lipolyse Diabetisches Coma Gesteigerte Glykogenolyse und verminderte Glucoseverwertung Diabetisches Coma Gesteigerte Proteolyse L- Lactat im Serum Lactat ist das Endprodukt des anaeroben Glucosemetabolismus. Die Lactatkonzentration im Blut/Plasma ist erhöht bei - inadequat hohem Anfall - oder bei gestörter Verwertung Bestimmungsverfahren Ö Enzymatisch (im S/P), optischer Test mit Extinktionszunahme Ö Im Blut mit ionenselektiver Elektrode Referenzintervall: 0,6 -2,4 mmol/l [Die präanalytische Phase muss kurz sein, oder die Glykolyse muss durch Additive bei Blutentnahme (z.B. Natriumfluorid) blockiert werden] L- Lactat im Serum Indikation Prognose und Verlaufsbeurteilung bei Kreislaufschock und Vergiftungen. Erkennen von Gewebshypoxien bei einem arteriellen pO2, der noch im Referenzbereich liegt. Klärung unklarer metabolischer Azidosen, besonders bei erhöhter Anionenlücke und komatösen Patienten. Diagnose akuter intestinaler Gefäßverschlüsse. Erkennung fetaler Notsituationen während der Geburt. Diagnose kongenitaler Lactatazidosen. L- Lactat im Serum Einteilung der Lactatazidosen Erworbene Formen, Typ A: Gewebshypoxie - Verminderte Gewebedurchblutung (bei vermindertem Gefäßtonus oder erhöhter Gefäßpermeabilität, Linksherzversagen, vermindertem Herzminutenvolumen) - Reduzierte arterielle O2-Sättigung (bei Pulsschwäche, Hypoxämie, CO-Vergiftung, bei starker, lebensbedrohender Anämie) Erworbene Formen, Typ B: keine Gewebshypoxie - Sepsis, Infektionen (z.B. Malaria, Cholera) - Niereninsuffizienz, schwere Leberfunktionseinschränkung Krebserkrankungen, diabetische Ketoazidose - Medikamente (Biguanide, Ethanol, Salicylat, Methanol, Zyanid, Methanol, Ethylenglykol, Paracetamol, Vit-B-Mangel, ...) Hereditäre Formen (selten) - z.B. mitochondriale Myopathien L- Lactat im Serum Einteilung der Lactatazidosen Erworbene Formen, Typ A: Gewebshypoxie - Verminderte Gewebedurchblutung (bei vermindertem Gefäßtonus oder erhöhter Gefäßpermeabilität, Linksherzversagen, vermindertem Herzminutenvolumen) - Reduzierte arterielle O2-Sättigung (bei Pulsschwäche, Hypoxämie, CO-Vergiftung, bei starker, lebensbedrohender Anämie) Erworbene Formen, Typ B: keine Gewebshypoxie - Sepsis, Infektionen (z.B. Malaria, Cholera) - Niereninsuffizienz, schwere Leberfunktionseinschränkung Krebserkrankungen, diabetische Ketoazidose - Medikamente (Biguanide, Ethanol, Salicylat, Methanol, Zyanid, Methanol, Ethylenglykol, Paracetamol, Vit-B-Mangel, ...) Hereditäre Formen (selten) - z.B. mitochondriale Myopathien L- Lactat im Serum Einteilung der Lactatazidosen Erworbene Formen, Typ A: Gewebshypoxie - Verminderte Gewebedurchblutung (bei vermindertem Gefäßtonus oder erhöhter Gefäßpermeabilität, Linksherzversagen, vermindertem Herzminutenvolumen) - Reduzierte arterielle O2-Sättigung (bei Pulsschwäche, Hypoxämie, CO-Vergiftung, bei starker, lebensbedrohender Anämie) Erworbene Formen, Typ B: keine Gewebshypoxie - Sepsis, Infektionen (z.B. Malaria, Cholera) - Niereninsuffizienz, schwere Leberfunktionseinschränkung Krebserkrankungen, diabetische Ketoazidose - Medikamente (Biguanide, Ethanol, Salicylat, Methanol, Zyanid, Methanol, Ethylenglykol, Paracetamol, Vit-B-Mangel, ...) Hereditäre Formen (selten) - z.B. mitochondriale Myopathien D- L-Lactat* Lactat im Serum / D-Lactat Mittelschwere bis schwere Azidose bei Patienten mit Kurzdarm und aufsteigender Besiedlung des Darms mit D-Lactat produzierenden Bakterien. *) Der enzymatische Test erfasst nur L-Lactat L- Lactat im Liquor Liquor-Lactat Differential Diagnose, Therapiekontrolle und Prognose cerebraler und meningealer Erkrankungen Schilddrüsenfunktion Beeinflussung • der basalen Stoffwechselregulation • des Wachstums • der Wärmeregulation (Hauptregulator) • der Metabolisierung von Nahrungsstoffen Besonders intensive Wirkung auf: • Leber, Niere, Herz und Gehirn Hormonwirkung durch Freisetzung von Trijodthyronin (T3) und Thyroxin (T4) nach Stimulation durch das Thyroidea-stimulierende Hormon (TSH) Thyreoidea stimulierendes Hormon (TSH) TSH-Konz. korreliert invers und exponentiell mit der Konzentration von freiem T4. (Normale Funktion von Hypothalamus und Adenohypophyse vorausgesetzt ) Serum-T4 Ï - Serum-TSH Ð Ð Kleine Änderungen des FT4 bewirken eine starke Änderung der TSH-Konzentration. Die initiale Schilddrüsendiagnostik kommt in der Regel mit der TSH-Bestimmung allein aus. S-TSH Referenzbereich: 0,27 - 4,2 mU/l Thyreoidea stimulierendes Hormon (TSH) Indikationen • Hyperthyreose (Differentialdiagnose bei tachykarden Herzrhythmusstörungen, Herzinsuffizienz und koronaren Herzkrankheiten • Thyreotoxische Krise • Hypothyreose • Vor Diagnostik mit iodhaltigen Kontrastmitteln • Kontrollmessung bei Substitutions- und Suppressions-Therapie • (Neugeborenen-)Screening auf kongenitale Hypothyreose