Vorlesung zum Praktikum Klinische Chemie

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1 Vorlesung zum Praktikum Klinische Chemie (4. Kurstag) Kohlenhydratstoffwechsel (Dörner, Kap. 4) - Glucose - HbA 1c - Metabolisches Syndrom - Lactat (Dörner, Kap ) G. Schumann, Institut f. Klinische Chemie, MHH

2 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 A 1c (HbA1c) Coma, Differentialdiagnose (diabetisches, hyperosmolares) Laktat (Serum, Plasma, Liquor); L-Laktat / D-Laktat

3 Kohlenhydratstoffwechsel Das wichtigste Monosaccharid für den Menschen Glucose, C 6 H 12 O 6 M r = 180,2 1 Mol Glucose (= 180 g) liefert 720 kcal (1 Liter Cola enthält 110 g Zucker = 440 kcal)

4 Glucose verteilt sich im intrazellulären und extrazellulären Wasser in einem hypothetischen Glucose-Raum = Verteilungsvolumen Zusammensetzung des Verteilungsraums für Glucose: extrazelluläres Volumen intrazelluläres Volumen (1) intrazelluläres Volumen (2) uneingeschränkt Leber Erythrozyten 25 % - 30 % des Körpergew. insgesamt Glucose-Pool: 0,11 mol = 110 mmol (= ca. 20 g) Erwachsener, 70 kg Kgw: 21 Liter Verteilungsvolumen (Glucose) Glucosekonz. im Blut: 5,2 mmol/l (95 mg/dl)

5 Hexokinase-Reaktion Phosphorylierung zu Glc-6-P ist für die Aufnahme der Glucose in die Zellen und für die Speicherung als Glykogen notwendig.

6 Glucose-Bestimmung mittels Hexokinase-Rkt. D-Gluc + ATP Hexokinase* 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.

7 Hyperglykämie (Entscheidungsgrenzen) > 7 mmol/l nüchtern Erkennung Kranker mittels positivem Testergebnis > 10 mmol/l postprandial (höhere diagn. Sensitivität als Nüchternglucosekonz.) Hypoglykämie (Entscheidungsgrenze) < 2,8 mmol/l < 2,5 mmol/l und < 2,0 mmol/l (Neugeborene) Referenzintervalle?

8 Bestimmung der Glucosekonzentration Die Bestimmung der Glucosekonzentration wird beeinflusst durch: die Eigenschaft des Probenmaterials 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.

9 Untersuchungsmaterial für die Glucosemessung Kennbuchstabe C P Systembezeichnung Kapillarblut Plasma (S) B Serum Blut arteriell venös Δ 0,5 mmol PW, (SW), BW L U Plasma-, (Serum-), Blut-Wasser Liquor Urin

10 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

11 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (1) Der Goldstandard in der Diagnostik des Diabetes mellitus und der gestörten Glucosetoleranz Indikationen: Gestörte Nüchternglucosekonzentration mg/dl Personen 45 Jahre und BMI* 25 kg/m 2 Personen 45 Jahre, trotz BMI* 25 kg/m 2 (5,6 5,9 mmol/l) weil zusätzliche Risikofaktoren vorhanden sind *) BMI = Body mass index

12 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (2) Was sind zusätzliche Risikofaktoren? Verwandte ersten Grades mit Typ2-Diabetes Arterielle Hypertonie Dyslipidämie Koronare Herzerkrankung Anamnestisch Gestations-Diabetes Schwangerschaft: Screening auf gestörte Glucosetoleranz in der Schwangerschaftswoche (SSW) Frühscreening von Schwangeren mit Risikofaktoren Glucosurie mit normaler nüchtern und postprandialer Glucosekonzentration

13 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (3) Testablauf Vorbereitung des Patienten Mindestens 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

14 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (4) Einflussgrößen der Glucosetoleranz Hyperlipoproteinämie, Leberzirrhose, metabolische Azidose (Urämie), lange Bettlägerichkeit, Hyperthyreose, Schwangerschaft, Kaliummangel, hochgradige Herzinsuffizienz, Hungerzustand, Stresseinwirkung (Herzinfarkt, Operation, sonstige Traumata).

15 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (5) Einflussgrößen der Glucosetoleranz Arzneimitteltherapien: Saluretika (Thiazide!), Corticosteroide, Hormonelle Kontrazeptiva, Lanxantien, Nikotinsäure, Nitrazepam, Phenothiazine, Phenazetin, Schilddrüsenhormone, Nicht-steroidale Antiphlogistica

16 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 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

17 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

18 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (8) Störungen Insbesondere der 2h-Wert zeigt eine größere Variationsbreite (In Untersuchungen mit wiederholter ogtt bei denselben Patienten nachgewiesen) Unterschiede in der Geschwindigkeit des Trinkens Nicht zeitgerechte Blutentnahme.

19 Oraler Glucosetoleranz-Test (-ogtt) (9) Vollbluthämolysat Plasma Blutentnahme Venös Kapillär Venös Kapillär Diabetes Mellitus Nüchternwert 110 ( 6,1) 110 ( 6,1) 126 ( 7,0) 126 ( 7,0) 2h-Wert 180 (10,0) 200 (11,1) 200 (11,1) 220 (12,2) Gestörte Glucosetoleranz 2h-Wert h-wert (6,7-10,0) (7,8-11,0) (7,8-11,0) (8,9-12,1) Normalbefund Nüchternwert < 100 (5,6) < 100 (5,6) < 110 (6,1) < 110 (6,1) 2h-Wert < 120 (6,7) < 140 (7,8) < 140 (7,8) < 160 (8,9) Angaben in mg/dl und (mmol/l) WHO-Empfehlung nur für venöses Plasma (andere Werte kalkuliert)

20 Glucose-Bestimmung mit der Glucose-dehydrogenase-Reaktion β-d-gluc + NAD Glucose-dehydrogenase D-Gluconat + NADH Zusatz von Mutarotase, um die α-isomere Form der Glucose UV-Photometrie (336 nm) schnell in die β-form zu überführen Sowohl Gluc-DH-Methode als auch die Hexokinase/Gluc-6-P- DH-Methode sind sehr wenig störanfällig (sind spezifisch).

21 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

22 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 Hyperinsulinämie Diabetes mell. (Typ II) (als Endstadium der Insulinresistenz)

23 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 : (> 300 mg/dl) Albuminurie: (> 20 mg/24h oder > 20 mg/g Kreatinin )

24 Metabolisches Syndrom (Metabolisch-vaskuläres Syndrom) Am häufigsten in Kombination sind: zentrale Adipositas gestörte Glucosetoleranz oder Typ 2-Diabetes Dyslipoproteinämie Hypertonie ( Tödliches Quartett )

25 Entstehung des Metabolischen Syndroms Aus Basiswissen Labordiagnostik von Roche Diagnostics

26 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.

27 Wichtige Entscheidungsgrenzen Hypoglykämie (Entscheidungsgrenze) < 2,8 mmol/l < 2,5 mmol/l und < 2,0 mmol/l (Neugeborene) Welche Auswirkung hat mangelnde Genauigkeit der Gucosebestimmung?

28 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 2,4 2,6 2,8 Glucose mmol/l

29 Hämoglobin A 1c und andere HbA 1 -Derivate

30 HbA 1c : (Kurze) Intervalle mit Hyperglykämie können 6-8 Wochen rückverfolgt werden.

31 Glykierte Hämoglobine (HbA 1 und HbA 1c ) Standardisierung und Entscheidungsgrenzen: HbA 1 : < 8 % HbA 1c : < 6,5 % Häufigkeit der Bestimmung von HbA 1c : 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 HbA 1c messen.

32 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 Fruktosamin 6 8 Wochen HbA 1c 1 2 Jahre Haare und Nägel glykiert 5 8 Jahre Niere, Netzhaut

33 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-HCO 3- ) (Referenzintervall: 8-16 mmol/l) (Stoffwechselentgleisung vorwiegend bei Diab. mell. Typ II)

34 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 pco 2 < 35 mmhg 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

35 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 Enzymatisch (im S/P), optischer Test mit Extinktionszunahme 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]

36 L-Lactat im Serum Indikation Prognose und Verlaufsbeurteilung bei Kreislaufschock und Vergiftungen. Erkennen von Gewebshypoxien bei einem arteriellen po 2, 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.

37 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 O 2 -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

38 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 O 2 -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

39 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 O 2 -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

40 D-Lactat im Serum L-Lactat* / 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

41 D-Laktat

42 L-Lactat im Liquor Liquor-Lactat Differential Diagnose, Therapiekontrolle und Prognose cerebraler und meningealer Erkrankungen