ENDPRODUKT DES MUSKELSTOFFWECHSEL

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1 ENDPRODUKT DES MUSKELSTOFFWECHSEL Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 1 P. Hirschi

2 INHALTSVERZEICHNIS Klinische Chemie Nierenparameter 1. Einleitung 4 2. Synthese und Stoffwechsel 4 3. Pathologie 5 4. Nachweis von Creatinin Bestimmungsindikationen Interpretation des Creatinins 8 5. Creatinin-Clearance Definition der CCL Durchführung und Berechnung der CCL Wann führt man die CCL durch? 13 Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 2 P. Hirschi

3 LERNZIELE FÜR DIE PHASENABSCHLUSS-PRÜFUNG 1 B: Die Lernenden wissen über Folgendes Bescheid: - Synthese und Stoffwechsel des Creatins und des Creatinins - Wovon die Creatininkonzentration im Plasma und Urin abhängig ist. - Können erklären wann Harnstoff und wann Creatinin im Plasma stärker erhöht ist. - Können den creatininblinden Bereich beschreiben. - Kennen die Nachweismethoden von Creatinin und deren Besonderheiten. - Wissen, wie man bei der Inulin-Clearance vorgeht. - Kennen Definition, Durchführung und Berechnung der CCL - Wissen, wann eine Dialyse gemacht wird. Für das Verständnis dieses Skripts werden Kenntnisse aus der Anatomie über die Nierenfunktion vorausgesetzt. Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 3 P. Hirschi

4 1. EINLEITUNG Klinische Chemie Nierenparameter 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: Ein kleiner aber sehr konstanter und der Muskelmasse proportionaler Anteil des Creatins, ca % 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 Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 4 P. Hirschi

5 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: Akuten und chronischen Nierenerkrankungen VERMINDERT BEI: Muskelerkrankungen (Myopathien) Starke Unterernährung Verminderte Muskelmassen bei älteren, bettlägerigen Personen Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 5 P. Hirschi

6 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 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. 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. Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 6 P. Hirschi

7 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: μmol/l Männer: μmol/l Urin: Frauen: mmol/l Männer: mmol/l SPEZIFITÄT: Der Test ist nicht sehr spezifisch, da eventuell vorhandene, sogenannte Pseudo-Creatinine 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. Abb. 2: Enzymatischer Creatinin-Nachweis Möglich ist auch ein enzymatischer Farbtest, z. B. nach der PAP-Methode. Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 7 P. Hirschi

8 4.1. Bestimmungsindikationen Klinische Chemie Nierenparameter Nierenfunktions-Störungen, Störungen im Muskelstoffwechsel 4.2. Interpretation des Creatinin-Wertes 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. 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 Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 8 P. Hirschi

9 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 Definition der Creatinin-Clearance (CCL) Die Creatinin-Clearance ist das Blutvolumen, aus dem Creatinin in einer Minute vollständig über die Nieren eliminiert wird. Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 9 P. Hirschi

10 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 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 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. Berechnung: Da die Menge gleich dem Produkt aus Konzentration (C) und Volumen (V) ist, ergibt sich: Menge Urin = Menge Plasma C Urin x V Urin = C Plasma x V Plasma Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 10 P. Hirschi

11 und nach Umformung lässt sich die glomeruläre Filtration, bzw. das geklärte Blutvolumen pro Minute (V Plasma ) berechnen: C Urin x V Urin V Plasma = C Plasma 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: Creatinin Urin x Volumen Urin x 1.73 Creatinin-Clearance (ml/min) = Creatinin Plasma 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 m 2 ; 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 m 2 bezogen, da die Referenzwerte danach berechnet wurden. Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 11 P. Hirschi

12 Ermittlung der Körperoberfläche mittels Nomogramm. Abb. 3: Nomogramm Beispiel einer CCL-Berechnung: Ein Patient hat eine Plasma-Creatininkonzentration von 207 μmol/l. Im 24-Stunden-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? 7680 μmol/l x 1700 ml x 1.73 m 2 CCl (ml/min) = = 40 ml/min 207 μmol/l x 1440 x 1.88 m 2 Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 12 P. Hirschi

13 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 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 Creatinin-Clearance bei manchen noch im Normalbereich liegen. Erst eine Clearance über 115 ml/min/1.73 m 2 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 Plasma- Creatininkonzentration. 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. Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 13 P. Hirschi

14 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 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: ml/min/1.73 m 2 Frauen: ml/min/1.73 m 2 Die CCL ist altersabhängig: Abb. 4: Clearance sinkt mit jeder Lebensdekade um etwa 6.5 ml/min/1.73m 2 Literaturangaben: Klinische Chemie und Hämatologie für den Einstieg / Hallbach Medi; Bildungsgang medizinisches Labor 14 P. Hirschi