endprodukt des muskelstoffwechsel - Medizinisches Labor 08

Klinische Chemie Nierenparameter
„Creatinin“
ENDPRODUKT DES MUSKELSTOFFWECHSEL
Kenntnisse und Wissen Phase 1 b:
Wissen aus Biochemie und Anatomie
wird vorausgesetzt.
• Sie kennen den Stoffwechsel/Metabolismus des Creatins und des Creatinins
und wissen, wovon deren Konzentration im Plasma abhängt.
• Sie können den creatininblinden Bereich und die Probleme daraus
beschreiben.
• Sie kennen Nachweismethoden von Creatinin und deren Besonderheiten.¨
• Sie kennen Durchführung, Berechnung und Interpretation der CreatininClearance.
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P. Hirschi
Klinische Chemie Nierenparameter
„Creatinin“
Inhaltsverzeichnis:
1.
2.
3.
4.
4.1.
4.2.
Einleitung…………………………………………………..…………………...……... 4
Synthese und Stoffwechsel………………………………………….……....…….. 4
Pathologie……………………………………………...……….……..……….……… 5
Nachweis von Creatinin………….………………………………………..…...….... 6
Bestimmungsindikationen..………………………………………………..........…..... 8
Interpretation des Creatinins…………………………………………………............. 8
5.
5.1.
5.2.
5.3.
Creatinin-Clearance………………………………………………………….............. 8
Definition der CCL………………………………………………………….….…..…… 9
Durchführung und Berechnung der CCL……………………………………………. 10
Wann führt man die CCL durch?................................................................... ...... 13
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Klinische Chemie Nierenparameter
„Creatinin“
Für das Verständnis dieses Skripts werden Kenntnisse aus der Anatomie über die
Nierenfunktion vorausgesetzt.
1. EINLEITUNG
Creatinin ist ein Endprodukt des Muskelstoffwechsels. Es ist ein wichtiger
Messwert für die Diagnose und die Verlaufskontrolle akuter und chronischer
Nierenerkrankungen, die mit einer Veränderung der glomerulären Filtration
einhergehen. Creatinin ist wie Harnstoff eine harnpflichtige Substanz, d. h. beide
sind auf funktionstüchtige Nieren angewiesen zur Ausscheidung.
2. SYNTHESE UND STOFFWECHSEL
Die Vorstufe des Creatinins ist CREATIN, ein Stoff, der Energie speichern kann und
in den Muskelzellen vorkommt. Creatin wird in der Leber aus den beiden Aminosäuren
Arginin und Glycin synthetisiert. Das Creatin wird dann via Blutbahn zu den Nieren
transportiert, dort filtriert und anschliessend vollständig rückresorbiert, d. h.
physiologisch ist kein Creatin im Urin nachweisbar.
Von der Niere gelangt das Creatin wieder via Blutbahn ins Muskelgewebe. Bei
Muskelruhe kann aus ATP, welches selbst nicht speicherbar ist und aus Creatin, unter
Katalase der Creatinkinase (CK), Creatinphosphat als Energiespeichersubstanz
gebildet werden.
Bei Arbeitsbeanspruchung (Kontraktion) des Muskels kann durch Umkehrung der
Reaktion, also durch Phosphatabspaltung, kurzfristig für die Muskeltätigkeit
notwendiges ATP aus ADP bereitgestellt werden. Das dabei freigewordene Creatin
kann erneut phosphoryliert werden.
Abb. 1:
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„Creatinin“
Ein kleiner aber sehr konstanter und der Muskelmasse proportionaler Anteil des
Creatins, ca. 1.5 – 2% pro Tag, zyklisiert ständig nicht enzymatisch unter
Wasserabspaltung zu CREATININ (siehe Bild oben). Dieser Vorgang ist irreversibel.
Von den Muskelzellen gelangt das so entstandene Creatinin in die Blutbahn, wird
anschliessend glomerulär filtriert und vollständig über die Nieren ausgeschieden.
Abhängig von der Plasmakonzentration wird ein kleiner Teil des Creatinins auch von
den Tubuluszellen in den Primärharn sezerniert.
Das Creatinin ist also ein Abbauprodukt des Creatins und hat keine
Funktion, es ist eine Art Abfall.
CREATINURIE:
Bei gesunden Erwachsenen kann kein Creatin im Urin nachgewiesen werden.
Physiologisch ist eine Creatinurie jedoch bei Kleinkindern bis zum Alter von 3 – 4
Jahren.
Zu einer pathologischen Ausscheidung von Creatin bei Erwachsenen kommt es
bei Störungen der tubulären Rückresorption in der Niere.
DIE CREATININ-KONZENTRATION IM PLASMA IST ABHÄNGIG VON:
-
Der
Muskelmasse:
Männer
haben
naturgemäss
eine
höhere
Creatininkonzentration im Plasma und Urin als Frauen.
Von der Creatinsynthese (also von der Leberfunktion)
Von der Nierenfunktion: Bei einer Nierenfunktionsstörung steigt die
Creatininkonzentration im Plasma an und nimmt im Urin ab.
Von der Nahrung wird Creatinin nicht, oder nur gering beeinflusst (Fleisch) im
Gegensatz zu Harnstoff, welches sehr stark von den aufgenommenen Proteinen
abhängig ist. Creatinin stellt somit einen guten Parameter zur Beurteilung der
Nierenfunktion dar im Gegensatz zum Harnstoff
3. PATHOLOGIE
CREATININ ALS PARAMETER DER NIERENFUNKTION
-
-
Aus den Muskeln des Körpers wird Creatinin ziemlich gleichmässig frei. Das ist
ein wichtiges Argument für Creatinin als Nierenfunktionsparameter, denn
dadurch hängt der Creatininspiegel im Blut fast nur von der Nierenleistung ab.
Zu Beurteilung der Schwere vieler Nierenkrankheiten ist vor allem die
Filtrationsleistung der Niere wichtig, diese lässt sich mit Creatinin gut testen, weil
es nur filtriert, von den Tubuluszellen sezerniert und nicht rückresorbiert wird.
CREATININWERTE IM PLASMA SIND ERHÖHT BEI:
9 Akuten und chronischen Nierenerkrankungen
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VERMINDERT BEI:
9 Muskelerkrankungen (Myopathien)
9 Starke Unterernährung
9 Verminderte Muskelmassen bei älteren, bettlägerigen Personen
HARNSTOFF UND CREATININ IM VERGLEICH:
Unabhängig von der Tatsache, dass die Harnstoffkonzentration stark von exogenen
Einflüssen (Proteingehalt der Nahrung) abhängig ist, können wir vergleichend folgende
Aussagen machen:
-
-
Bei chronischer (ständiger) Einschränkung der Nierenfunktion ist die
Creatininkonzentration
proportional
stärker
erhöht
als
die
Harnstoffkonzentration. GRUND: Das Creatininmolekül ist grösser als das
Harnstoffmolekül und kann durch die eingeschränkte Funktion schlechter
eliminiert werden, als das kleinere Harnstoffmolekül. Mit der Zeit steigt die
Konzentration von Creatinin höher an als die des Harnstoffs.
Bei akutem, vollständigem Nierenversagen ist der Harnstoff proportional
stärker erhöht als das Creatinin. GRUND: Wenn über die Nieren nichts mehr
ausgeschieden wird, so fällt pro Zeiteinheit mehr Harnstoff an als Creatinin, da
im Organismus mengenmässig mehr Harnstoff synthetisiert wird als Creatinin.
Harnstoff ist somit wesentlich mehr erhöht als Creatinin.
CREATINBLINDER BEREICH
Ein Nachteil von Creatinin ist, dass es erst bei stärkerer Nierenfunktionseinschränkung
im Plasma ansteigt. Die normale Filtrationsmenge der Nieren liegt bei etwa 125 ml pro
Minute (= 1/8 Liter/min). Erst wenn diese Rate auf 40 – 50 ml/min vermindert ist beginnt
das Creatinin im Blut anzusteigen. Also erst ab einer Reduktion der glomerulären
Filtrationsrate (GFR = Filterfunktion der Niere) auf unter 50% (sie arbeitet weniger als
50% der Norm). Dazwischen erkennt man den Nierenschaden nicht und spricht von
einem creatininblinden Bereich (50-70 ml/min).
Zur Früherkennung von Nierenschäden ist Creatinin daher nicht geeignet. Hier erhält
man mit der Creatinin-Clearance, der Cystatin-C-Bestimmung oder dem
Mikroalbumin-Teststreifen einen besseren Hinweis, wie wir später noch erfahren
werden.
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4. NACHWEIS VON CREATININ
Gebräuchlichste Methoden:
• Jaffé-Methode
• Enzymatischer Nachweis
Probenmaterial:
• Serum/Plasma und Urin
Achtung: Zur Bestimmung der Urin-Creatinin-Konzentration muss der Urin gemäss
Arbeitsvorschrift vorverdünnt werden.
Jaffé-Methode
TESTPRINZIP:
Creatinin bildet mit Pikrinsäure im alkalischen Milieu gelborange Farbkomplexe. Diese
Farbkomplexe sind proportional der Creatininkonzentration und werden bei 546 nm
fotometriert.
REFERENZWERTE: sind methodenabhängig!!
Plasma:
Frauen: 44 – 80 μmol/l
Männer: 53 – 97 μmol/l
Urin:
Frauen: 2.47 – 19.2 mmol/l
Männer: 3.46 – 22.9 mmol/l
SPEZIFITÄT:
Der Test ist nicht sehr spezifisch, da eventuell vorhandene, sogenannte PseudoCreatinine mitreagieren, diese können zu einem falsch erhöhten Ergebnis von bis zu
15-20% führen.
Pseudo-Creatinine sind:
- Ascorbinsäure
- Glucose
- Pyruvat
- Acetessigsäure
Pseudo-Creatinine reagieren langsamer als Creatinin, deshalb lässt sich die Spezifität
verbessern, indem man eine kinetische Messung der Anfangsgeschwindigkeit
durchführt.
Enzymatischer Creatinin-Nachweis
In der Literatur sind verschiedene Verfahren beschrieben. Gemeinsam ist ihnen der
erste Reaktionsschritt, der durch das Enzym CREATININASE katalysiert wird.
Die Quantifizierung des gebildeten Creatinins erfolgt anschliessend im optischen
enzymatischen UV-Test, wobei der NADH-Verbrauch, also eine Absorptionsabnahme
bei 340 nm gemessen wird.
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Abb. 2: Enzymatischer Creatinin-Nachweis
Möglich ist auch ein enzymatischer Farbtest, z. B. nach der PAP-Methode.
4.1. BESTIMMUNGSINDIKATIONEN
Nierenfunktions-Störungen, Störungen im Muskelstoffwechsel
4.2. INTERPRETATI0N DES CREATININS
Eine Erniedrigung des Plasmacreatinins ist ohne klinische Bedeutung.
Die diagnostische Sensitivität des Creatinin-Nachweises wird dadurch eingeschränkt,
dass das Creatinin erst ansteigt, wenn die Nierenfunktion, genauer die GFR, auf unter
50% gesunken ist (creatininblinder Bereich – siehe oben).
Achtung: Bei muskelarmen, bettlägerigen alten Menschen können bereits Plasmawerte
im oberen Referenzbereich ein Ausdruck einer Einschränkung der Nierenfunktion sein.
Renal bedingte Anstiege des Plasmacreatinins:
- Akutes Nierenversagen (beachte: zuerst Harnstoffanstieg).
- Chronische Niereninsuffizienz (z. B. bei diabetischer Nephropathie).
- Herz-Kreislauf-Insuffizienz (prärenale bedingte Niereninsuffizienz, durch
Minderdurchblutung der Nieren).
- Harnwegsobstruktionen (Steine, Tumore)
- Therapie mit Cytostatika (es wird vermehrt Harnsäure ausgeschieden, dies
behindert die Creatininausscheidung).
Beurteilung des Urin-Creatinins:
Die Konzentration des Creatinins im Urin ist, wie im Blutplasma, abhängig von der
Muskelmasse und fast unabhängig von der Ernährung. Am meisten Einfluss auf die
Urin-Creatinin-Konzentration hat die Nierenfunktion, bzw. die glomeruläre
Filtrationsleistung
Das Urin-Creatinin dient als Bezugsgrösse für andere Messgrössen im Urin, z. B. bei
der Proteinurie und bei Drogentests, da es in einer recht konstanten Menge
ausgeschieden wird, wenn die Nierenfunktion nicht eingeschränkt ist. Es wird auch für
die Berechnung der Creatinin-Clearance (s. unten) benötigt.
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5. CREATININ-CLEARANCE
MESSUNG DER NIERENLEISTUNG
Um eine Auskunft über die glomeruläre Filtrationsrate (GFR), und damit über die
Filterleistung der Nieren zu erhalten, reicht es nicht aus eine Substanz nur im Urin zu
bestimmen, es ist ein Konzentrationsvergleich des Analyten im Urin und Plasma nötig.
Die genaue Leistung der Nieren wird über die Clearance ermittelt. Die renale
Clearance ist ein Mass für die Eliminierung eines Stoffes aus dem Blutplasma,
man misst also die Klärfunktion der Niere. Sinkt die Clearance, d.h. nimmt die
Leistung der Niere ab, spricht man von einer Niereninsuffizienz.
Der Begriff CLEARANCE beschreibt die Ausscheidungsleistung eines bestimmten
Organs oder des gesamten Organismus für eine bestimmte Substanz. Er kommt aus
dem Englischen und bedeutet soviel wie SÄUBERUNG, REINIGUNG.
Zur Ausscheidung gelangen Substanzen in unserem Organismus über das
Transportmittel Blut. Für den Fall, dass eine Substanz im Organismus selbst nicht
produziert wird, nimmt ihre Konzentration entsprechend der Ausscheidungsrate mit der
Zeit ständig ab. Die Ausscheidung lässt sich durch die zeitliche Konzentrationsabnahme
im Blut, durch mehrfache Messung, beschreiben.
Wird eine Substanz jedoch im Organismus ständig nachgebildet und sind Bildungs- und
Ausscheidungsrate gleich gross, dann ist keine Konzentrationsabnahme im Blut zu
beobachten. In diesem Fall ist die mehrfache Konzentrationsmessung im Blut nicht
geeignet, um die Ausscheidung zu beschreiben. Der Begriff CLEARANCE hilft uns hier
weiter.
Als Nierenfunktionstest werden folgende Clearance-Verfahren angewendet:
- Die INULIN-CLEARANCE misst das Filtrationsvermögen der Niere. Da Inulin
zwar filtriert, nicht aber rückresorbiert und auch nicht tubulär sezerniert wird, ist
die INULIN-CLEARANCE identisch mit der GFR. Die INULIN-CLEARANCE ist
deshalb zur Referenzmethode der Nierenfunktionsüberprüfung ernannt worden.
Durchführung: Vor dem Versuchsbeginn wird bei dem Patienten eine
Blutentnahme durchgeführt. Danach muss der Patient 500 ml Wasser trinken.
Anschließend werden 5 g Inulin über fünf Minuten langsam intravenös
injiziert. Weitere 50 und 100 Minuten nach dem Ende der Injektion folgen
erneut Blutentnahmen.
Inulin ist ein exogener Stoff und verursacht häufig allergische Reaktionen, bis hin
zum anaphylaktischen Schock, deshalb wird trotz geringerer Sensitivität die
CREATININ-CLEARANCE vorgezogen.
- Die CREATININ-CLEARANCE
wird auch wegen ihrer einfacheren
Durchführung der Inulin-Clearance vorgezogen. Es wird 24 Stunden lang Urin
gesammelt und in dieser Sammelperiode das Plasma-Creatinin bestimmt. Mittels
einer Formel, in der Bezug auf die Körperoberfläche genommen wird, kann man
die GFR (ml/min) berechnen. Vorteilhaft ist, dass die Infusion, die bei der
Messung der Inulin-Clearance erforderlich ist, entfällt.
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5.1. DEFINITION DER CREATININ-CLEARANCE (CCL)
Die Creatinin-Clearance ist das Blutvolumen, aus dem Creatinin in
einer Minute vollständig über die Nieren eliminiert wird.
Da Harnstoff und Creatinin zur Beurteilung der Nierenfunktion nicht ausreichen,
berechnet man die Clearance aus der Creatinin-Konzentration im Plasma und Urin, die
CCL ist aussagekräftiger als der Creatininspiegel im Plasma allein. Harnstoff ist zu stark
nahrungsabhängig und Plasmacreatinin hat den creatininblinden Bereich bei einer
glomerulären Filtrationsrate zwischen 50 – 70 ml/min (mit der CCL ermittelt). Die
Creatinin-Clearance zeigt schon früh den Beginn einer Nierenschädigung an, dann,
wenn das Plasmacreatinin noch im Referenzbereich ist.
Aus der Menge Creatinin im Urin kann auf die glomeruläre Filtrationsrate geschlossen
werden, wenn die Creatinin-Konzentration im Plasma über eine gewisse Zeit konstant
und bekannt ist, (dies wird mittels mehrerer Blutentnahmen über einen längeren
Zeitraum vor der Durchführung der Clearance ermittelt). Ist die Leistung der Nieren
eingeschränkt, so wird die Konzentration des Creatinins im Plasma ansteigen und im
Urin vermindert sein, d.h. es wird weniger Harn pro Minute vom Creatinin gereinigt, die
GlOMERULÄRE FILTRATIONSRATE ist vermindert.
Wir können mit der CCL die GLOMERULÄRE FILTRATIONSRATE
(GFR) errechnen, diese definiert das Volumen Blutflüssigkeit, dass
von den Nieren pro Minute in den Glomeruli filtriert wird.
5.2. DURCHFÜHRUNG UND BERECHNUNG DER CCL
Testablauf:
-
-
Urin 24 Stunden sammeln (es ist auch eine andere Sammelzeit möglich). Zum
Zeitpunkt X, z. B. 07:00 h morgens, muss die Blase komplett entleert werden
(diesen Urin noch nicht sammeln). Ab diesem Zeitpunkt den Harn 24 Stunden
lang in das Sammelgefäss entleeren. Die letzte Portion um 07:00 h des nächsten
Tages der Sammlung zufügen.
Harnmenge messen.
Urin im Sammelgefäss gut mischen und ca. 10 ml abfüllen.
Urin mit Angabe von Namen, Körpergrösse und Gewicht des Patienten sowie die
Dauer der Sammelperiode ins Labor weiterleiten.
Blutentnahme: Manche Labors empfehlen eine Blutentnahme in der Mitte der
Sammelperiode, andere empfehlen eine Blutentnahme am Anfang und am Ende.
Creatinin-Bestimmung aus (vorverdünntem) Urin und Plasma oder Serum.
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Berechnung:
Da die Menge gleich dem Produkt aus Konzentration (C) und Volumen (V) ist, ergibt
sich:
MengeUrin = MengePlasma
CUrin x VUrin = CPlasma x VPlasma
und nach Umformung lässt sich die glomeruläre Filtration, bzw. das geklärte
Blutvolumen pro Minute (VPlasma) berechnen:
VPlasma =
CUrin x VUrin
-------------------------CPlasma
Da die Creatininbildung in erster Linie eine Funktion der Muskelmasse ist, wird die
Creatinin-Clearance auf die Körperoberfläche bezogen.
Die Creatinin-Clearance berechnet sich somit wie folgt:
CreatininUrin x VolumenUrin x 1.73
Creatinin-Clearance (ml/min) = -----------------------------------------------CreatininPlasma x 1440 x KO
Creat.-Konz. Urin: Creatinin-Konzentration im Urin in beliebiger Einheit
Urinvolumen: Das Volumen des gesammelten Urins in ml
Creat.-Konz. Plasma: Gleiche Einheit wie im Urin verwenden
Sammelzeit: Umrechnung der Sammelzeit in Minuten; meist 24*60 (= 1440); da Ergebnis ml Blut/min.
Körperoberfläche KO: Aus Diagrammen (Nomogrammen) zu ermitteln; in m2; wenn Angaben fehlen,
1.73 einsetzen
Hinweis zum Faktor 1.73: Die berechnete Körperoberfläche des Patienten (KO) wird auf
eine "normale" Körperoberfläche von 1.73 m2 bezogen, da die Referenzwerte danach
berechnet wurden.
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Ermittlung der Körperoberfläche mittels Nomogramm.
Abb. 3: Nomogramm
Beispiel einer CCL-Berechnung:
Ein Patient hat eine Plasma-Creatininkonzentration von 207 µmol/l. Im 24Stunden-Urin, dessen Volumen 1700 ml beträgt, wird ein Creatinin von 7680
µmol/l gemessen. Der Patient ist 169 cm gross und wiegt 80 kg. Wie gross ist
seine Creatinin-Clearance?
CCl (ml/min) =
7680 µmol/l x 1700 ml x 1.73 m2
____________________________
= 40 ml/min
207 µmol/l x 1440 x 1.88 m2
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Dieses Ergebnis zeigt eine beträchtliche Einschränkung der Nierenfunktion ist
aber noch nicht dialysepflichtig. Unter 30 ml/min spricht man von einer starken
Einschränkung der Nierenfunktion, ab einer GFR von 10 ml/min muss der Patient
an die Dialyse.
5.3. WANN FÜHRT MAN EINE CCL DURCH?
•
•
•
•
Beurteilung der Nierenfunktion. Insbesondere die Filtrationsrate der Niere lässt
sich damit beurteilen. Das Creatinin im Plasma kann bei leichten Nierenschäden
noch normal sein, die verminderte Clearance kann aber den Nierenschaden
bereits anzeigen.
Kontrolle der Nierenfunktion während der Behandlung mit eventuell
nierenschädigenden Medikamenten oder bei Intensivpatienten
Beurteilung, ob eine Dialyse notwendig ist (GFR < 10 ml/min)
Erstellen eines Dialyse-Behandlungsplanes (mit der Clearance wird beurteilt, was die
Niere selbst noch leisten kann).
Was man bei der Beurteilung der CCL beachten muss
•
•
•
•
•
Referenzwerte sind altersabhängig. Die Clearance nimmt mit dem Alter ab.
Ist die Filtrationsrate der Niere nur leicht eingeschränkt, kann die CreatininClearance bei manchen noch im Normalbereich liegen. Erst eine Clearance über
115 ml/min/1.73 m2 lässt mit Sicherheit auf eine normale Filtrationsrate
schliessen.
Bei schwerer Herzschwäche sieht die Clearance oft schlechter aus (also
niedriger) als es die Filtrationsrate rechtfertigen würde, aufgrund der
Minderdurchblutung der Nieren.
Die CCL ist im Allgemeinen etwas höher als die eigentliche GFR, weil Creatinin
in geringem Ausmass auch tubulär sezerniert wird, abhängig von der PlasmaCreatininkonzentration.
Die Durchführung der CCL bedingt eine gute Compliance seitens des Patienten;
die Creatinin-Bestimmung nach Jaffe wird durch Pseudocreatinine gestört.
•
Ab wann muss eine Dialyse durchgeführt werden?
Da richtet man sich nicht nur nach der CCL. Meist wird dialysiert, wenn:
•
•
•
•
•
Zeichen einer Urämie (Harnvergiftung) vorliegen,
eine unbeherrschbare Erhöhung des Kaliums oder
eine unbeherrschbare Übersäuerung (Azidose) auftritt,
wenn Flüssigkeitsüberladung mit Ödemen auftritt,
die Creatinin-Clearance < 10 ml/min ist.
Mit einer Nierenfunktion von 15% ist man noch lebensfähig ohne Dialyse.
Wenn die Nierenfunktion sehr stark beeinträchtigt ist, kommt es zu einem Rückstau von
harnpflichtigen Substanzen und zu einer Urämie. Urämie beschreibt den Zustand nach
einer terminalen Niereninsuffizienz mit Anstieg sämtlicher Substanzen im Plasma, die
normalerweise über die Nieren ausgeschieden werden, bzw. deren Konzentration durch
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die Niere reguliert wird: Harnstoff, Creatinin, Harnsäure, organische Säuren, Kalium,
Magnesium, Phosphat. Eine Überwässerung des Körpers zeigt sich ausserdem noch.
Referenzwerte:
Hier nur Richtwerte – die Referenzwerte müssen der jeweiligen Bestimmungsmethode
entnommen werden, wo auch das Alter berücksichtigt ist.
Männer: 97 - 137
ml/min/1.73 m2
Frauen: 88 - 128
ml/min/1.73 m2
Die CCL ist altersabhängig:
Abb. 4: Clearance sinkt mit jeder Lebensdekade um etwa 6.5 ml/min/1.73m2
Literaturangaben:
www.biorama.ch
www.med4you.at
Klinische Chemie und Hämatologie für den Einstieg / Hallbach
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