Blutenzyme als Marker für menschliche

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Gliederung
01.12.2005
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
1. Enzyme
2. Marker im Blut
3. Myokardinfarkt
4. Leberschaden
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
1. Enzyme: Aufbau
01.12.2005
Ein Enzym ist ein Protein, welches eine chemische Reaktion katalysiert.
1. Reine Protein-Enzyme bestehen ausschließlich aus Protein,
z.B. Chymotrypsin.
2. Holoenzyme bestehen aus einem Proteinanteil, dem
Apoenzym, sowie aus einem Cofaktor (z. B. Vitamin C).
Enzyme, welche die gleiche Reaktion katalysieren, aber eine
verschiedene Struktur (Aminosäurensequenz) aufweisen, bezeichnet
man als Isoenzyme.
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
1. Enzyme: Funktion
Enzyme sind Biokatalysatoren,
dass heißt sie können die
Aktivierungsenergie einer
Reaktion so herabsetzen, so dass
sie unter physiologischen
Bedingungen ablaufen kann.
Für die katalytische Wirksamkeit
eines Protein-Enzyms ist das
aktive Zentrum verantwortlich.
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
01.12.2005
1. Enzyme: Funktion 2
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
01.12.2005
2. Marker: Allgemein
01.12.2005
Marker werden in der Medizin zur Diagnostik bestimmter
Krankheiten benutzt.
Ein Marker ist eine Körpersubstanz, deren Vorhandensein
auf Erkrankungen hinweist. Die meisten der Substanzen
treten gelöst in Körperflüssigkeiten auf, sie werden als
humorale Marker bezeichnet. Einige Markersubstanzen
finden sich aber auch in oder auf Zellen (zelluläre Marker).
Enzyme im Blut spielen hierbei eine große Rolle. Dabei ist die
Funktion des einzelnen Enzyms nicht von diagnostischer Bedeutung,
viel mehr kommt es auf die Herkunft dieses Enzyms an.
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
2. Marker: Enzymdiagnostik
01.12.2005
Kommt es im Körper zu einer Gewebeschädigung, dann
ergießen die abgestorbenen Zellen ihr Zytoplasma
unter anderem ins Blut. So gelangen zytoplasmatische,
teils organspezifische Enzyme ins Blut, wo sie zum Beispiel
photometrisch nachgewiesen werden können.
Die absolute Menge eines Enzyms ist sehr aufwendig zu bestimmen.
Einfacher ist es, die Aktivität dieses Enzyms zu bestimmen:
Dem Enzym wird ein Substrat zugesetzt und es wird beobachtet,
wieviel davon pro Zeiteinheit umgesetzt wird.
hjhjhjhjhjh
(siehe Praktikum Enzyme, Laktatdehydrogenase-Versuch)
1 U (Unit) =
1
mmol
min
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
3. Myokardinfarkt: Allgemein


Bei einem Herzinfarkt stirbt ein Teil des Herzmuskels
durch den Verschluß eines Herzkranzgefäßes ab.
Die häufigste Ursache des Herzinfarktes ist die
Arteriosklerose.

Folgende Untersuchungen sind wegweisend:
 Elektrokardiogramm (EKG)
 Konzentration der Herzenzyme und
Proteine im Blut

In Deutschland erleiden jährlich mehr als eine halbe
Million Menschen einen Herzinfarkt.
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
01.12.2005
3. Myokardinfarkt: Herzenzyme
01.12.2005

Bei einem Herzinfarkt kommt es zur Schädigung der Herzmuskelzellen. Enzyme und Proteine werden freigesetzt und
können dann im Blutserum nachgewiesen werden.

Es gibt Enzyme und Proteine bzw. ganz bestimmte Isoformen
bestimmter Enzyme oder Proteine, die fast nur oder überwiegend im
Herzmuskel vorkommen.


Die Höhe des Anstiegs gibt Hinweise auf das Ausmaß der Schädigung.
Die Enzymwerte steigen erst mit einer Verzögerung von einigen
Stunden an und müssen daher unmittelbar nach einer Schädigung
noch nicht erhöht sein.
S. Frechen & R. James
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3. Myokardinfarkt: Kardiale Marker
01.12.2005
Anforderungen an einen idealen kardiale Marker:

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spezifisch für Herzmuskel
schneller Anstieg im Blut nach kardialem Ereignis
deutlicher Anstieg bereits bei geringer Myokardschädigung
nicht nachweisbar bei Gesunden
einfache und schnelle Bestimmung
geringe Kosten
S. Frechen & R. James
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3. Klassische kardiale Marker
Folgende kardialen Marker werden häufig zur
Diagnose eines Herzinfarktes gemessen:
 Kreatinkinase CK
 Gesamt-CK-Aktivität [U/l]
 CK-MB-Aktivität [U/l]
 CK-MB-Masse [mg/l]
 Kardiales Troponin T und Troponin I [mg/l]
 Myoglobin [mg/l]
 Laktat-Dehydrogenase LDH-Aktivität [U/l]
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
01.12.2005
3. CK – Allgemein



01.12.2005
Die cytosolische Kreatinkinase CK katalysiert die Reation
von ADP und Kreatinphosphat zu ATP und Kreatin.
Die Kreatinkinase wird aus den genetisch determinierten
Untereinheiten CK-M und CK-B gebildet. Daraus werden
die drei dimeren Isoenzyme CK-MB (Myokardtyp),
CK-MM (Muskeltyp) und CK-BB (Gehirntyp) gebildet.
Entscheidend für die Diagnose eines Herzinfarkts bei einer Erhöhung
der Gesamt-CK ist die Bestimmung des Untertyps CK-MB.
 Liegt der Anteil der CK-MB an der Gesamt-CK zwischen 6
und 20 Prozent, spricht das für eine Enzymfreisetzung aus
der Herzmuskulatur.
S. Frechen & R. James
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3. CK – im Serum
01.12.2005

Gesamt-CK-Wert Anstieg nach 4 bis 6 Stunden
Maximum nach 16 bis 36 Stunden

CK-MB-Wert Anstieg nach ca. 4 Stunden
Maximum nach 12 bis 18 Stunden
Zusätzlich kann auch die so genannte CK-MB-Masse im Blut
bestimmt werden.

CK ist 2-3 Tage nachweisbar.
Normwerte Kreatinkinase
Gesamt-CK
< 80 U/l (Männer) < 70 U/l (Frauen)
CK-MB
< 10 U/l
CK-MB-Masse
< 5,0 mg/l
CK-MB/GesamtCK
<6%
S. Frechen & R. James
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3. CK – Bewertung





01.12.2005
Ein Myokardinfarkt ist sehr wahrscheinlich,
wenn Gesamt-CK erhöht ist und CK-MB mehr
als 6% ausmacht (hohe Spezifität & Sensitivität).
relativer Frühmarker für kardiales Ereignis
Die CK-Aktivität korreliert mit der Nekrosegröße.
Die Kreatinkinase ist zwar ein sensitiver enzymatischer Detektor des
akuten Myokardinfarkts, ihre diagnostische Spezifität wird jedoch
dadurch eingeschränkt, daß sie z. B. nach sportlicher Anstrengung
ihren Referenzwert überschreitet und so hinsichtlich der
myokardialen Schädigung zu falsch-positiven Ergebnissen führt.
Für die Spätdiagnose ist die CK und die CK-MB nicht geeignet.
S. Frechen & R. James
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3. Cardiales Troponin - Allgemein
01.12.2005

Troponin bildet einen myofibrillären
regulatorischen Proteinkomplex im
kontraktilen Apperat der quergestreiften
Muskulatur, der aus den Einheiten
Troponin T (TnT), Troponin I (TnI) und
Troponin C (TnC) besteht.

Die kardialen Troponine unterscheiden sich in ihrer Aminosäuresequenz von den Troponinen der Skelettmuskulatur (Isoenzyme).
Durch die Entwicklung monoklonaler Antikörper gegen die
kardiospezifischen Untereinheiten von TnT und TnI ist es möglich,
kardiales TnT und TnI selektiv zu bestimmen.
TnT und TnI sind die einzigen herzmuskelspezifischen Marker!

S. Frechen & R. James
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3. Cardiales Troponin – im Serum
01.12.2005

Anstieg nach ca. 3,5 Stunden

Maximum nach ca. 20-40 Stunden

Troponin bleibt ca. 6–14 Tage nachweisbar, was
sich bei der Spätdiagnose des Infarkts als nützlich erweist.
Normwerte kardiales Troponin
TnT
< 0,2 mg/l
TnI
< 0,1 mg/l
S. Frechen & R. James
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3. Cardiales Troponin – Bewertung




01.12.2005
Cardiales Troponin ist der einzige reine hermuskelspezifische
Marker.
Die prolongierte Erhöhung des kardialen Troponin erlaubt die
retrospektive Diagnose eines länger zurückliegenden Infarkts.
Die Troponin-Konzentration korreliert mit der Infarktgröße
(zuverlässiger als CK).
Die CK-MB hat einen Vorteil gegenüber dem Troponin:
Sie fällt nach dem Infarkt früher ab als das Troponin. Sollte der Patient
also frühzeitig einen 2. Infarkt (Re-Infarkt) erleiden, sieht man das
besser mit der CK-MB.
S. Frechen & R. James
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3. Myoglobin - Allgemein


01.12.2005
Myoglobin besteht aus einem Polypeptidanteil
(Globin) und einer Hämgruppe. Es ist ein
Muskelfarbstoff, welcher für die reversible
Bindung und den Transport des Sauerstoffs in
quergestreifter Muskulatur verantwortlich ist.
Das bei Gesunden im Plasma zirkulierende
Myoglobin stammt ausschließlich aus dem
Skelettmuskel.

Myokardnekrosen bewirken einen Anstieg von Myoglobin.

Myoglobin ist aber ein nicht herzspezifischer Marker für
Muskelschäden.
S. Frechen & R. James
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3. Myoglobin - im Serum
01.12.2005

Anstieg nach 2–3 Stunden

Maximum nach 7 Stunden

Spitzenkonzentrationen des Myoglobins werden deutlich früher
(ein bis vier Stunden) nach dem Beginn der Symptome erreicht,
als dies bei dem Enzym Kreatinkinase (CK) der Fall ist.

Aufgrund seiner geringen Größe bei einem Molekulargewicht von nur 18 kD
wird es schnell über den Urin ausgeschieden.
Normwerte Myoglobin
Männer
< 55 mg/l
Frauen
< 35 mg/l
Urin
< 0,3 mg/l
S. Frechen & R. James
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3. Myoglobin - Bewertung
01.12.2005


Geeignet für Frühdiagnose
durch die Menge des freigesetzten Myoglobins lässt sich
die Infarktgröße bestimmen

Die klinische Wertigkeit des Myoglobins ist eingeschränkt durch seine
nur kurzdauernde Erhöhung (< 24 Stunden) im Serum, die die
Diagnose eines länger zurückliegenden Infarkts nicht zuläßt (schnelle
glomeruläre Aussscheidung).
Mangel an Spezifität:
Bereits eine intramuskuläre Injektion oder größere körperliche
Anstrengung lassen die Myoglobinkonzentration ihren Referenzwert
übersteigen als eine Folge des hohen Myoglobingehaltes der
Skelettmuskulatur ist.

S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
3. LDH – Allgmein




01.12.2005
Die Laktatdehydrogenase katalysiert die Reduktion von
Pyruvat zu Laktat und damit die Oxidation von NADH/H+
zu NAD+. Sie ist unentbehrlich für die anaerobe Glykolyse
und kommt in allen Zellen unseres Körpers vor.
Es lassen sich die fünf zytoplasmatisch vorkommenden
Isoenzyme LDH-1, LDH-2, LDH-3, LDH-4 und LDH-5
unterscheiden.
Die Gesamt-LDH ist ein organunspezifischer Parameter, die
Isoenzyme LDH-1 und LDH-2 kommen allerdings hauptsächlich
im Herzmuskel und im Erythrozyten vor. (Sie werden häufig auch
als HBDH zusammengefasst.)
Aus der relativen Verteilung der Isoenzyme kann man Schlüsse
bezüglich des Herkunftsorgans – hier Herz – ziehen.
S. Frechen & R. James
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3. LDH – im Serum
01.12.2005

Anstieg nach nach 6 bis 12 Stunde

Maximum nach 24-60 Stunden

Es kommt vor allem zu einem prozentualen Anstieg des Unterenzyms
LDH-1. Dabei ist der LDH-1 Anteil meist über 45 Prozent der
Gesamt-LDH.

Die Werte normalisieren sich erst nach ein bis zwei Wochen wieder,
daher dient LDH-1 vor allem der Spätdiagnostik eines Herzinfarkts.
Referenzbereiche LDH
Gesamt-LDH
80–240 U/l
S. Frechen & R. James
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3. LDH – Bewertung
01.12.2005

Spätdiagnostik durch lange Nachweisbarkeit im Serum möglich.

Wegen der sehr geringen Organspezifität der LDH sind diagnostische
Spezifität gering. Die Verhältnisse von LDH-1 und LDH-2 (Herzmuskel,
Erythrozyten) zu Gesamt-LDH erhöhen den Aussagewert der LDH.
S. Frechen & R. James
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Vielfache der Normwerte
3. Herzmarker-Diagramm
Zeit: Tage nach Myokardinfarkt
S. Frechen & R. James
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01.12.2005
4. Leberschaden: Allgemein
• Bei Schädigung der Leberzellen treten Enzyme im
Blutserum erhöht auf. Je nach dem, welche Enzyme
erhöht sind, kann man oft auf die Art der Erkrankung
schließen. Die Höhe des Enzymanstiegs im Serum
entspricht dabei dem Ausmaß der Schädigung der
Leberzellen
•Alle Enzyme in den Leberzellen kommen auch in
anderen Körperzellen vor (z.B. Muskel,Herz). Dennoch
sind manche Enzyme nur bei Leberzellschäden im
Serum erhöht:
AST = Aspartat-Aminotransferase
ALT = Alanin-Aminotransferase
Gamma-GT= Gamma-Glutamyl-Transferase
S. Frechen & R. James
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01.12.2005
4. Ursachen für Leberschäden
• Alkoholmissbrauch
•Infektion mit Hepatitis-Viren
• Vergiftungen(z.B. mit Chemikalien oder Giftpilzen)
• Regelmäßige Einnahme bestimmter Medikamente
(z.B. Schmerz- und Rheumamittel)
• Tumoren
S. Frechen & R. James
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01.12.2005
4. Gamma-GT
01.12.2005
• Gamma-Glutamyl-Transferase (GGT) hilft, GammaGlutamyl-Gruppen von einem Stoff zu einem anderen zu
übertragen
• Die GGT kommt in sehr vielen Organen vor (z.B.Niere). Die
GGT, die man im Blut messen kann, stammt aber praktisch
nur aus der Leber
• In der Leber sind es vor allem die Zellen, die die kleinen
Gallengänge auskleiden, auf denen man besonders viel GGT
Aktivität findet.
Normalwerte
Bereich
Einheit
Männer
12-64
U/l
Frauen
9-36
U/l
• Ist die GGT normal, bedeutet das mit 99%er Sicherheit, dass
keine Leber oder Gallenwegserkrankung vorliegt. Das
heißt, dass der normale GGT-Wert eine Erkrankung der Leber
oder Gallenwege fast ausschließt
S. Frechen & R. James
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4. Erhöhter Gamma-GT
01.12.2005
Starke GGT-Erhöhung
Leichte GGT-Erhöhung
Isolierte GGT-Erhöhung
-GGT ist stark (10-30fach) erhöht bei GalleStauung, stärker erhöht
als z.B. ALT
-Leicht erhöhte GGT
findet man z.B. bei der
Mehrzahl der
Krankenhauspatienten
-Isolierte GGT-Erhöhung
=> andere Leberwerte
sind normal
-Lebererkrankungen
ohne Galle-Rückstau ist
ALT meist größer als
GGT, bei Galle-Stauung
ist die GGT höher
-Oft kann man bei
leichter GGT-Erhöhung
keine bestimmte
Ursache finden
-Hier kann, aber muss
keine Lebererkrankung
vorliegen
-GGT eignet sich zum Ausschluss aber kaum zum Nachweis einer bestimmten
Lebererkrankung (v.a. bei GGT als sensibelstem Marker für Leberschäden)
-Je
nach Höhe der GGT kann es 2 bis 3 Monate, bis sich die GGT wieder normalisiert.
Grobe Abschätzung: Nach 3 Wochen sinkt die GGT auf die Hälfte ihres
Ausgangswertes. Sinkt die GGT trotzdem nicht, besteht der Verdacht auf eine
schwerere, evtl. bleibende Schädigung (Leberzirrhose)
S. Frechen & R. James
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4. ALT und AST
01.12.2005
•Der AST-Wert (Aspartat-Amino-Transferase):
Findet man vorwiegend in der Leber und in der
Muskulatur (auch in der Herzmuskulatur)
•Der ALT-Wert (Alanin-Amino-Transferase):
Findet man vorwiegend in der Leber und kaum
in der Muskulatur
•AST und ALT ermöglichen den Transfer von
Stickstoffhaltige Gruppen von einer
Aminosäure auf eine andere
Normalwerte ALT
Bereich
Einheit
Männer
10 – 50
U/l
Frauen
10 – 35
U/l
Normalwerte AST
Bereich
Einheit
Männer
10 – 50
U/l
Frauen
10 – 35
U/l
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
4. ALT- und AST-Vorkommen
01.12.2005
•Die ALT befindet sich in der
Zellflüssigkeit (Zytosol). Sie tritt schon bei
leichten Zellschäden aus der Zelle aus.
•Die AST dagegen befindet sich
vorwiegend in den Mitochondrien (zu
70%), sie kommt daher erst dann stärker
ins Blut, wenn Zellen vollständig zerstört
sind.
S. Frechen & R. James
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4.Erhöhter ALT und AST
01.12.2005
•Bei Hepatitis: Anstiege vom 5-fachen bis zum 100-fachen (!) des
oberen Referenzbereichswertes. Der Anstieg erfolgt vor dem des
Bilirubins, also vor der „Gelbsucht“
•Alkoholischer Leberschaden (Fettleber): AST steigt meist stärker an als ALT
•Eine Vielzahl von Medikamenten kann zur Erhöhung der AST und/oder ALT führen.
(z.B. Heparin auf das 2-3-fache der oberen Referenzbereiche)
•Vergiftungen (sehr hohe Anstiege möglich),z.B.durch Chemikalien oder Pilzgifte: Die
AST wird meist höher als die ALT sein
•Mitbeteiligung der Leber bei anderen Erkrankungen=> sehr häufige Ursache von
(eher leichten) AST bzw. ALT Erhöhungen
•Differenzialdiagnosen bei isoliert erhöhtem AST: Herz-/Skelettmuskelschäden
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
4. Der De-Ritis-Quotient
De Ritis-Quotient =
01.12.2005
AST
ALT
•Der De-Ritis-Quotient (der Quotient aus AST/ALT) kann Aufschluss über die
Schwere des Leberschadens geben:
•Bei Leberschäden leichteren Grades ist der Quotient meist kleiner als 1
•Ein hoher De-Ritis-Quotient (über 1) tritt eher bei schwereren Leberschäden auf
• Dies hat seine Ursache in der unterschiedlichen Verteilung der AST (v.a. in
Mitochondrien) und ALT (v.a. im Zytosol) innerhalb der Leberzelle
•Einschränkungen: Ein Muskelschaden täuscht schwereren Leberschaden vor, da
AST auch im Muskel vorhanden ist
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
5. Backup
01.12.2005
Unsere Antworten auf Ihre Fragen
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
1. Enzyme: Kinetik
01.12.2005
Die Michaelis-Menten-Gleichung
liefert den Zusammenhang
zwischen Reaktionsgeschwindigkeit
v1 und Substratkonzentration [S].
Der Km-Wert entspricht der
Konzentration bei halbmaximaler
Reaktionsgeschwindigkeit vmax/2.
Das Enzym ist hier halbgesättigt.
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
5. Messung der AST-Aktivität
01.12.2005
Messung der Aktivität der AST (=GOT)
Bei der eigentlichen Reaktion des Enzyms
(oben) bietet sich keine Möglichkeit einer
photometrischen Beobachtung.
Also gibt man noch Reagenzien für eine
weitere Reaktion in den Testansatz,
darunter auch ein Enzym, die
Malatdehydrogenase (MDH). Diese
wandelt das in der ersten Reaktion
entstandene Oxalacetat in Malat um.
Dabei wird NADH/H+ verbraucht.
Die Abnahme des NADH/H+ kann man
photometrisch bei 340 nm messen.
S. Frechen & R. James
Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten
5. Messung der GGT-Aktivität
01.12.2005
Messung der Aktivität der Gamma-GT
Oben sind die 2 Substrate, die im
Testansatz im Überschuss enthalten sind.
Unter Wirkung der Gamma-GT (aus dem
beigemischten Serum) entstehen die 2
untenstehenden Produkte. Eines davon
(violett unterlegt) kann man im Photometer
bei 405 nm messen.
S. Frechen & R. James
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