4.2.1 Lactatdehydrogenase (LDH) - Beck-Shop

4.2 Enzymaktivitätsbestimmungen
Durch diese Standardisierung der Verfahren
wurde die Vergleichbarkeit der Ergebnisse von
Labor zu Labor sichergestellt.
Inzwischen wurde durch eine einheitliche
europäische Regelung die Messtemperatur
auf 37 °C festgelegt, deshalb hat die DGKCH
die optimierten Standardmethoden für diese
Temperatur definiert. In den aktuellen Tabellen sind daher die Normal- und Sollwerte für
37 °C angegeben. Die Aktivität von Enzymen
wird durch internationale Einheiten (IU)
charakterisiert. Eine internationale Einheit ist
diejenige Enzymaktivität, die unter definierten
Bedingungen die Umwandlung von 1 Mikromol Substrat pro Minute katalysiert. Es existiert eine neue Definition einer Enzymeinheit,
genannt Katal (kat). Diese neue Einheit ist definiert als die katalytische Aktivität, die die
Umwandlung von 1 Mol Substrat pro Sekunde
unter Standardbedingungen katalysiert. Die
Umrechnung von alten in neue Einheiten geschieht nach folgender Formel:
1 IU/l (μmol/min) = 1/60 μkat (μmol/sec)
= 16,67 nkat/l
Aus Gründen der Vereinfachung werden hier
die Enzymaktivitäten nur in internationalen
Einheiten (IU) angegeben.
Im Folgenden werden nun die wichtigsten
im klinisch-chemischen Labor durchgeführten
Enzymbestimmungsmethoden vorgestellt und
in ihrer Pathobiochemie sowie ihrer Bedeutung hinsichtlich diagnostischer Aussagen kurz
charakterisiert.
4.2.1 Lactatdehydrogenase
(LDH)
쐍
Charakterisierung
Lactatdehydrogenase katalysiert die Reaktion:
LDH
Pyruvat + NADH + H+ ˇ k k Lactat + NAD+
ˇ k k
왔
die für jede Methode folgende Kriterien festlegten:
쐌 Temperatur = 25 °C (jetzt auf 37 °C angehoben),
쐌 definierter, optimaler pH-Wert,
쐌 definierte Pufferzusammensetzung,
쐌 definierte, maximal mögliche Substratkonzentration,
쐌 definierte, maximal mögliche Koenzymkonzentration,
쐌 ggf. definierte, maximal mögliche Aktivatorkonzentration.
91
쐍
Bestimmungmethode
Die LDH wird nach einer optimierten IFCCMethode bestimmt. Gemessen wird die Zunahme der NADH-Konzentration mit der Zeit
bei 340 nm im Spektralphotometer oder bei
334 bzw. 365 nm im Linienphotometer mit
einer Quecksilberlampe.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: Männer: 울 225 IU/l
Frauen: 울 214 IU/l
!
Fehlerquellen
Aufgrund der hohen Aktivität von LDH in
Thrombozyten und Erythrozyten sind im
Serum um ca. 20−30 IU/l höhere LDH-Aktivitäten im Vergleich zum Plasma nachweisbar. Aus diesem Grund darf auch hämolytisches Serum wegen der Verfälschung
der LDH-Aktivität durch ErythrozytenLDH nicht zur Bestimmung gelangen.
쐍
Bewertung/Pathopyhsiologie
Die LDH ist ein Beispiel dafür, dass einige
Enzyme in multiplen Formen, als so genannte Isoenzyme, vorkommen.
Diese besitzen eine vergleichbare Substratspezifität, unterscheiden sich jedoch in chemischen und physikalischen Eigenschaften, im
pH-Optimum, in der Affinität zum Substrat
und in der Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren. Im Falle der LDH, die als Tetramer vorliegt, existieren zwei verschiedene Typen von
Polypeptidketten: der »Herztyp« H und der
»Muskeltyp« M. Die resultierenden fünf LDHIsoenzyme H4, H3M, H2M2, HM3 und M4 – in
dieser Reihenfolge auch als LDH1 bis LDH5
4 Diagnostischer Einsatz klinisch-chemischer Methoden
bezeichnet – können elektrophoretisch aufgetrennt werden.
Die LDH kommt fast in allen Organen bzw.
Zellsystemen vor.
Hohe Aktivitäten finden sich in der Niere, in
der Herz- und Skelettmuskulatur sowie in der
Leber, jedoch auch in Erythrozyten, Thrombozyten und Leukozyten. Die im elektrischen Feld
bei pH 8,5 am schnellsten wandernden Fraktionen LDH1 und LDH2 finden sich vorwiegend
in der Herzmuskulatur und in Erythrozyten,
die langsamste Fraktion LDH5 stammt vor allem aus Leber und Skelettmuskulatur.
Die LDH ist deutlich erhöht bei:
쐌 Herzerkrankungen einschließlich Myokardinfarkt (LDH-Anstieg 6−12 h nach Myokardinfarkt),
쐌 Skelettmuskelerkrankungen,
쐌 Erkrankungen der Leber und der Gallenwege,
쐌 hämolytischen Anämien,
쐌 perniziöser Anämie,
쐌 mechanischer Hämolyse bei künstlichen
Herzklappen,
쐌 Leukämien und anderen malignen Erkrankungen.
Bei Nierenerkrankungen sind erhöhte LDHAktivitäten im Harn, nicht jedoch im Serum
nachzuweisen. Bei erhöhten Thrombozytenzahlen (Thrombozytosen, Thrombozytämien)
sind im Serum erhöhte Aktivitäten nachzuweisen. Aus methodischen Gründen ist in solchen
Fällen dann besser heparinhaltiges Plasma zu
untersuchen (zum Nachweis der LDH in Pleuraund Aszitespunktaten vgl. Kap. 13.5, S. 391 ff.)
4.2.2 x -HydroxybutyratDehydrogenase ( x -HBDH)
쐍
Charakterisierung
Mit der Bestimmung der ⁄ -HBDH werden die
Isoenzyme LDH1 und LDH2 erfasst. Diese katalysieren die Reaktion:
⁄ -Ketobutyrat
⁄ -HBDH ⁄ -Hydroxybutyrat
+ NADH + H+ ˇ k k k k + NAD+
ˇ k k k k
92
쐍
Bestimmungsmethode
Die ⁄ -HBDH wird nach einer optimierten
Standardmethode bestimmt. Gemessen wird
die Abnahme der NADH-Konzentration, wie
bei der LDH beschrieben.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: 울 182 IU/l
!
Fehlerquellen
Durch die ⁄ -HBDH aus Erythrozyten
kommt es in hämolytischen Seren zu falsch
(pathologisch) erhöhten Werten.
쐍
Bewertung/Pathophysiologie
LDH und ⁄ -HBDH bleiben nach einem
akuten Herzinfarkt am längsten deutlich erhöht und sind damit zur Spätdiagnostik des
Myokardinfarkts besonders geeignet.
Allerdings führen auch andere Herzmuskelschädigungen (Myokarditis, Herzoperationen)
zur LDH- und ⁄ -HBDH-Erhöhung. Weiterhin ist die Aktivitätszunahme der Isoenzyme
LDH1 und LDH2 im Serum ein typischer Befund bei hämolytischen Anämien der verschiedensten Pathogenese.
4.2.3 Aspartataminotransferase (AST oder ASAT)
쐍
Charakterisierung
Aspartataminotransferase (früher GlutamatOxalacetat-Transaminase [GOT]) und Alaninaminotransferase (s. Abschn. 4.2.4) gehören
zur Gruppe der Transaminasen, die durch
Übertragung einer Aminogruppe die Umwandlung von ⁄ -Ketosäuren in die entsprechenden Aminosäuren katalysieren. Sie benötigen als Koenzym Pyridoxal-5-phosphat. Die
AST katalysiert die Reaktion:
4.2 Enzymaktivitätsbestimmungen
ˇ k k
쐍
Bestimmungsmethode
Die AST wird nach einer optimierten Standardmethode bestimmt. Das in der Primärreaktion gebildete Oxalacetat wird in der Indikatorreaktion durch Malatdehydrogenase (MDH)
zu Malat reduziert. Dabei kommt es zu einer
Abnahme der NADH-Konzentration, die pro
Zeiteinheit gemessen wird.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: Männer: 울 36 IU/l
Frauen: 울 31 IU/l
!
Fehlerquellen
Hämolytische Seren ergeben falsch hohe
Aktivitäten. Proben mit ausgeprägter Hyperlipoproteinämie können zu Messfehlern
mit Trübungen in der Küvette führen und
sind daher nur nach Entfernung der Lipide
(Ausschütteln mit Frigen) zu untersuchen.
쐍
Bewertung/Pathophysiologie
Die höchsten Enzymaktivitäten der AST
kommen im Herzmuskel, in der Leber und
in der Skelettmuskulatur vor. Dabei ist die
AST intrazellulär zu ca. 80 % mitochondrial
lokalisiert, lediglich 20 % der Aktivität befinden sich im Zytosol.
Erhöhte Aktivitäten der Serum-AST finden
sich bei Herzinfarkt (Enzymanstieg 4−8 h nach
Myokardinfarkt in Korrelation zur Größe des
infarzierten Gebiets) und akuter infektiöser
oder toxischer Hepatitis. Bei schwersten Leberschäden (durch Tetrachlorkohlenstoff, Knollenblätterpilzvergiftungen) können durch akute Leberatrophie oft nur noch geringgradig erhöhte Werte der Serum-AST gemessen werden,
sodass die Höhe der Enzymaktivität und die
Schwere des Krankheitsbildes dann nicht mehr
korrelieren. Bei Erkrankungen der Skelettmuskulatur (z. B. bei progressiven Muskeldystro-
4.2.4 Alaninaminotransferase
(ALT)
쐍
Charakterisierung
Die Alaninaminotransferase (früher GlutamatPyruvat-Transaminase [GPT]) katalysiert die
Reaktion:
ALT
Alanin + 2-Ketoglutarat ˇ k Pyruvat + Glutamat
LDH
Pyruvat + NADH + H+ ˇ k k Lactat + NAD+
ˇ k k
ˇ k
MDH
Oxalacetat + NADH + H+ ˇ k k Malat + NAD+
phien) können ebenfalls stark erhöhte ASTWerte im Serum beobachtet werden.
ˇ k
AST
Aspartat + 2-Ketoglutarat ˇ k Oxalacetat + Glutamat
93
쐍
Bestimmungsmethode
Die ALT wird nach einer optimierten Standardmethode bestimmt. Das in der Primärreaktion gebildete Pyruvat wird in der Indikatorreaktion durch Lactatdehydrogenase (LDH) zu
Lactat reduziert. Dabei kommt es zu einer Abnahme der NADH-Konzentration, die pro
Zeiteinheit gemessen wird.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: Männer: 울 46 IU/l
Frauen: 울 29 IU/l
!
Fehlerquellen
Auch hier können Proben mit ausgeprägter
Hyperlipoproteinämie zu Messfehlern mit
Trübungen in der Küvette führen und sind
daher nur nach Entfernung der Lipide
(Ausschütteln mit Frigen) zu untersuchen.
쐍
Bewertung/Pathophysiologie
Da die Aktivität der ALT in der Leber am
höchsten ist, sind Aktivitätsanstiege dieses
Enzyms im Serum weitgehend spezifisch für
Leberzellläsionen.
Das zytoplasmatisch lokalisierte Enzym weist
Erhöhungen seiner Serumaktivität auf bei:
akuter Virushepatitis, toxischem Leberschaden
(z. B. durch Tetrachlorkohlenstoff, Knollenblät-
4 Diagnostischer Einsatz klinisch-chemischer Methoden
terpilzvergiftung), Lebermetastasen, Leberzirrhose (besonders primär biliäre Zirrhose), Verschlussikterus, toxischem Medikamentenschaden (Tuberkulostatika, Ovulationshemmer,
Antibiotika usw.) und Leberstauung bei Herzinsuffizienz.
4.2.5 ‰ -Glutamyl-Transferase
( ‰ -GT)
쐍
Charakterisierung
Die w -GT katalysiert die Reaktion:
4-nitroanilid + Glycylglycin
w -Glutamylglycylw -GT glycid + 5-Aminoˇ k k
ˇ k k
w -Glutamyl-3-carboxy-
2-nitrobenzoat
쐍
Bestimmungsmethode
Die w -GT überträgt die w -Glutamylgruppe des
Substrats auf das Dipeptid Glycylglycin. Dabei
wird das gelb gefärbte 5-Amino-2-nitrobenzoat freigesetzt. Durch Messung der Extinktionszunahme bei 405 nm kann die Enzymaktivität registriert werden.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: Männer:울 66 IU/l
Frauen: 울 39 IU/l
!
쐍
Fehlerquellen
Bei Verwendung hämolytischer Seren kommt
es zu fälschlich erniedrigten Werten (durch
die starke Absorption des Hämoglobins bei
405 nm). Proben mit ausgeprägter Hyperlipoproteinämie führen wiederum zu Messfehlern mit Trübungen in der Küvette und
sind daher nur nach Entfernung der Lipide
(Ausschütteln mit Frigen) zu untersuchen.
se (insbesondere bei alkoholbedingter Fettleber, aber auch bei Leberzirrhose und Lebermetastasen), bei Cholestase verschiedener Pathogenese, bei medikamentös-toxischen Schäden
(Antiepileptika, Ovulationshemmer), bei Pankreatitiden und anderen Erkrankungen der
Bauchspeicheldrüse. Die alkoholbedingte Erhöhung der w -GT ist unter Alkoholkarenz zumeist völlig reversibel. Deshalb dient bei der
Therapie von Alkoholikern die w -GT häufig zur
Überwachung der Abstinenz.
Die hohe Aktivität der w -GT im Nierenparenchym führt bei Nierenerkrankungen nicht zu
erhöhten Serumaktivitäten. Im Harn ist das
Enzym jedoch je nach Krankheitsprozess in
unterschiedlicher Höhe nachweisbar.
4.2.6 Glutamatdehydrogenase
(GLDH)
쐍
Charakterisierung
Die GLDH katalysiert die Reaktion:
+
2-Ketoglutarat
GLDH L-Glutamat + NAD
+
ˇ
k
k
+ NADH + NH 4
+ H2O
ˇ k k
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쐍
Bestimmungsmethode
Die GLDH wird nach einer optimierten Standardmethode bestimmt. Durch Messung der
Extinktionsabnahme des NADH pro Zeiteinheit kann die Enzymaktivität registriert werden.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: Männer: 울 7 U/l
Frauen: 울 5 U/l
mit Hyperlipoproteinämie führen
! Proben
auch hier zu Messfehlern infolge von TrüFehlerquellen
Bewertung/Pathophysiologie
Die Serumaktivität der w -GT rührt im gesunden wie im pathologischen Zustand fast
ausschließlich von der Leber her.
Erhöhte Serumaktivitäten finden sich bei
Leberparenchymschäden jeglicher Pathogene-
bungen und sind daher nur nach Entfernung
der Lipide (Ausschütteln mit Frigen) zu
analysieren. Im Referenzbereich werden nur
geringe Extinktionsdifferenzen gemessen,
deshalb ist hier die analytische Präzision eingeschränkt. Da bei mehr als der Hälfte der
4.2 Enzymaktivitätsbestimmungen
Seren anfangs unspezifische Störreaktionen
(durch Pyruvat und Ammoniak in der Probe) auftreten, wird eine 5-minütige Vorinkubation empfohlen, bevor die eigentliche
Reaktion mit 2-Ketoglutarat gestartet wird.
쐍
Bewertung/Pathophysiologie
Die GLDH ist ein weitgehend leberspezifisches Enzym, das ausschließlich in den Mitochondrien lokalisiert ist. Das Enzym dient
vorwiegend der Eliminierung von Ammoniak. Dieses wird durch die GLDH als Glutamat gebunden und damit entgiftet.
Schwere Leberzellschäden, wie Leberdystrophie, nekrotisierende Hepatitis, Lebermetastasen oder Verschlussikterus, induzieren eine relativ hohe GLDH-Aktivität im Serum.
4.2.7 Cholinesterase (CHE)
쐍
Charakterisierung
Unter dem Oberbegriff »Cholinesterase« verbirgt sich eine Gruppe von Enzymen. Neben
der substratspezifischen Acetylcholinesterase, die im Gehirn und Muskel an den Endplatten den Neurotransmitter Acetylcholin spaltet,
existiert eine unspezifische Cholinesterase
(auch Serum- oder Pseudocholinesterase genannt), die aus der Leber stammt.
Die Cholinesterase (CHE) katalysiert die Reaktion:
CHE Thiocholin
Butyrylthiocholin + H2O ˇ k k
+ Butyrat
ˇ k k
Thiocholin +
2-Nitro-5-mercaptobenzoat
5,5’-Dithiobis- ˇ k k + 5-Mercaptothiocholin2-nitrobenzoat
Nitrobenzoat
ˇ k k
쐍
Bestimmungsmethode
In der Primärreaktion wird Butyrylthiocholin
durch CHE gespalten; die freiwerdende SHGruppe des Thiocholins reagiert in der Indikatorreaktion mit Ellman-Reagens (5,5’-Dithiobis-2-nitrobenzoat) und setzt dabei das gelb
gefärbte 2-Nitro-5-mercaptobenzoat frei, des-
95
sen Extinktion bei 405 nm zeitabhängig registriert wird.
Die spezifische Acetylcholinesterase wird qualitativ mit Elektrophorese oder quantitativ
photometrisch mit dem Substrat Acetylthiocholin unter Zusatz von Inhibitoren der Pseudocholinesterasen bestimmt.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: 5 300−12 900 U/l
Junge Frauen, insbesondere bei Einnahme
von oralen Kontrazeptiva, haben etwas niedrigere Werte.
쐍
Bewertung/Pathophysiologie
Die Höhe der Serumaktivität der CHE hängt
von der Leberparenchymmenge ab und ist
ein Indikator der Proteinsynthese in der Leber. Bei allen Formen chronischer Lebererkrankungen, insbesondere bei der Leberzirrhose, wird die Erniedrigung der CHE als
empfindlicher Verlaufsparameter gewertet.
Vergiftungen mit Alkylphosphaten (z. B. E 605,
ein insektizides Organophosphat) lassen sich
frühzeitig und empfindlich durch die Analyse
der CHE nachweisen.
Erniedrigte Aktivitäten der CHE finden sich
jedoch nicht nur bei Intoxikationen mit Alkylphosphaten, Insektiziden, Knollenblätterpilzen
usw., sondern auch bei angeborenen Enzymvarianten. Bei manchen dieser Varianten der
CHE besteht im Rahmen von Narkosen die
Gefahr einer malignen Hyperthermie. Weiterhin ist für die Anästhesie von Bedeutung, dass
die CHE Muskelrelaxanzien, wie z. B. Succinylbischolin, abbaut. Bei stark erniedrigten CHEAktivitäten oder angeborenen CHE-Varianten
können daher Narkosezwischenfälle (verlängerte Apnoe) auftreten.
Erhöhte Aktivitäten der CHE werden bei
starken Proteinverlusten (bei nephrotischem
Syndrom, bei exsudativer Enteropathie) gemessen. Hierbei ist die Ursache des Aktivitätsanstiegs eine kompensatorisch angeregte Proteinsynthese.
96
4 Diagnostischer Einsatz klinisch-chemischer Methoden
4.2.8 Creatinkinase (CK)
쐍
Charakterisierung
Die Creatinkinase katalysiert die Reaktion:
CK
Creatinphosphat + Glucose ˇ k Creatin + ATP
ˇ k
Zur Aktivitätsbestimmung schließen sich eine
Hilfs- und eine Indikatorreaktion an:
Hexokinase
ˇ k k k
ATP + Glucose ˇ k k k ADP + Glucose-6-phosphat
Glucose-6-phosphat G-6-PDH 6-Phosphogluconat
ˇ k k k + NADPH + H+
+ NADP+
ˇ k k k
쐍
Bestimmungsmethode
Die CK wird nach einer optimierten Standardmethode bestimmt. Die pro Zeiteinheit gemessene Zunahme der NADPH-Konzentration ist
der CK-Aktivität proportional. Da die CK nach
der Blutentnahme durch Oxidation einer für
die katalytische Wirkung erforderlichen SHGruppe schnell inaktiviert wird, muss sie vor
der Bestimmung durch Zugabe von Reagenzien,
die SH-Gruppen enthalten, reaktiviert werden.
In der optimierten Standardmethode kommt
diese Rolle dem N-Acetylcystein (NAC) zu.
쐍
Referenzbereich
Serum/Plasma: Männer: 울 190 IU/l
Frauen: 울 167 IU/l
!
쐍
Fehlerquellen
Hämolytische Seren dürfen nicht analysiert
werden, da aus den Erythrozyten große
Mengen Adenylatkinase freigesetzt werden,
die als Störreaktion die Umsetzung von
ADP zu AMP und ATP katalysiert.
Bewertung/Pathophysiologie
Die CK kommt v. a. in Zellen der Herz- und
Skelettmuskulatur, aber auch im ZNS vor.
Das Enzym ist überwiegend in löslicher Form
im Zytoplasma lokalisiert. Es handelt sich um
ein dimeres Enzym, das aus zwei unterschied-
lichen Typen von Untereinheiten aufgebaut
sein kann – dem Muskeltyp »M« und dem Gehirntyp »B« (brain). Daraus resultieren die folgenden drei Isoenzyme:
쐌 CK-MM, das Skelettmuskelenzym,
쐌 CK-MB, das Herzmuskelenzym, und
쐌 CK-BB, das Gehirnenzym.
Allerdings ist die Verteilung der Isoenzyme in
diesen Organen nicht exklusiv. Im Skelettmuskel werden neben der überwiegenden CKMM- auch 3−5 % CK-MB-Aktivität gefunden,
während im Herzmuskel neben 60 % CK-MMauch 40 % CK-MB-Aktivität vorliegen. Aufgrund dieser Tatsache eignet sich die spezifische Bestimmung des CK-MB-Isoenzyms besonders zur Herzinfarktdiagnose. Lediglich das
ZNS enthält ausschließlich CK-BB.
Erhöhte Aktivitäten der CK im Serum finden
sich vor allem bei folgenden Erkrankungen:
akuter Myokardinfarkt (Enzymanstieg nach 4−
6 h), Myokarditis, Schädigungen der Skelettmuskulatur (harte körperliche Arbeit, Leistungssport, Muskeltraumen, z. B. intramuskuläre Injektionen von Medikamenten, epileptische Anfälle, maligne Hyperthermie), Erkrankungen der Skelettmuskulatur (progressive
Muskeldystrophie Typ Duchenne), Myositis,
Polymyositis, Dermatomyositis.
4.2.9 Creatinkinase,
MB-Isoenzym (CK-MB)
쐍
Bestimmungsmethode
Durch Zusatz eines Antikörpers gegen die
Untereinheit M der Creatinkinase zum Serum werden die CK-MM und der M-Anteil
der CK-MB gehemmt, sodass nur die Aktivität von B-Untereinheiten bestimmt wird.
Dies geschieht mit der unter 4.2.8 beschriebenen optimierten CK-Standardmethode. Da das
Serum normalerweise keine CK-BB enthält,
entspricht unter diesen Bedingungen das Resultat dem B-Anteil der CK-MB.