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Skript Seminarreihe Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik Sommersemester 2017

Kursnummer 32101 / 32103

Seite |1

Inhalt 1.

Grundlagen der Laboratoriumsmedizin

2.

Die Rolle der Labordiagnostik in ausgewählten Organ-

2

und Systemerkrankungen 2.1 Endokrinologie

19

2.2 Kohlenhydrate / Diabetes mellitus

27

2.3 Fettstoffwechsel

54

2.4 Hämatologie

61

2.5 Hämostase

70

2.6 Herzmuskel

91

2.7 Hepatologie

102

2.8 Niere und ableitende Harnwege

109

3. Proteinstoffwechsel

116

4. Liquordiagnostik

127

5. Molekulargenetische Diagnostik

138

6. Tumormarker

158

7. Therapeutisches Drug Monitoring

165

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Infos Studiendekanat (Atteste etc.)

175

Seite |2

1.

Grundlagen der Laboratoriumsmedizin

1.1

Einführung

1.2

Präanalytik Beeinflussende Faktoren auf die Laborkenngrößen Der Entnahmezeitpunkt Die Gewinnung von Blutproben Die Gewinnung von Urinproben Transport und Aufbewahrung von Laborproben Fehlermöglichkeiten

1.3

Die Befundermittlung Methodische Anforderungen Der Referenzbereich Standards und Kontrollproben Einteilung der im Labor auftretenden Fehler Statistische Qualitätskontrolle Richtlinien zur internen und externen Qualitätskontrolle

1.4

Die Validität (Wertigkeit) eines Laborbefundes

1.5

Meßgrundlagen Photometrie Die Messung von Enzymen Die Messung von Elektrolyten Trägergebundene Reagenzsysteme oder Trockenchemie Immunoassay

Seite |3

1.1

Einführung

Ein sehr großer, wenn nicht sogar der überwiegende Anteil diagnostischer und therapeutischer Entscheidungen in der klinischen Medizin beruht auf den Ergebnissen labormedizinischer Untersuchungen. Die Qualität und Validität (Wertigkeit) eines labormedizinischen Befundes bildet somit eine wichtige Voraussetzung für die Effizienz der Diagnostik, Therapie und Überwachung von Patienten. Fehlerhafte Laborbefunde können durchaus schwerwiegende medizinische Fehlentscheidungen zur Folge haben. Die Zuverlässigkeit der Laborbefunde hängt dabei nicht nur von einer korrekten labormedizinischen Analytik ab, sondern setzt eine effiziente präanalytische Phase (z.B. gezielte Indikationsstellung, sachgemäße Vorbereitung, ein korrektes Probenhandling) sowie eine hochwertige postanalytische Phase (kompetente medizinische Befundinterpretation, Entscheidung über weitere Maßnahmen etc.) voraus. Wichtige Schritte im Ablauf der Laboruntersuchung liegen sowohl im Aufgabenbereich des behandelnden Arztes als auch des Laborarztes und erfordern deshalb eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit. Die Qualität der Laboranalytik wird durch Richtlinien der Bundesärztekammer (kurz: RiLiBÄK) klar definiert, während ähnliche Standards für die prä- und postanalytischen Phase noch entwickelt werden. Ein sehr großer Teil “fehlerhafter“ Laborbefunde ist in der Tat auch auf Fehler in der Prä- und Postanalytik zurückzuführen. Bei der Auswahl einer Laboruntersuchung müssen die diagnostische Sensitivität und Spezifität, bei der Befundinterpretation der prädiktive Wert berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen vielfältige Einflussgrößen und Störfaktoren beachtet werden, die zu verfälschten Ergebnissen führen können. Hierzu zählen z. B. Alter, Geschlecht, Schwangerschaft, Abstammung, Ernährung, Genussstoffe, Arzneimittel, die Gewinnung und Handhabung der Patientenprobe sowie spezielle Faktoren, die zur Beeinflussung komplexer chemischer, biochemischer, immunologischer und molekularbiologischer Methoden führen können. Letztendlich sind auch heute mehr denn je Kostenfragen sowie der immer steigende Wunsch nach Effizienzverbesserung gerade auch für die Laboratoriumsdiagnostik eine große Herausforderung. Literatur: Fiedler GM, Thiery J. Der „fehlerhafte“ Laborbefund. Internist 2004 – 45; 315-332 ; 437-454 Thomas L . Labor und Diagnose (6. Auflage). TH-Books Verlagsgesellschaft, Frankfurt, 2005

Die Laboratoriumsdiagnostik umfasst mehrere Stufen, Fragestellungen und Voraussetzungen (siehe nachfolgende Abbildungen).

Seite |4

Wichtige Phasen eines Klinisch-Chemischen / Biochemischen Laborbefundes

1) Anamnese 2) Klinische Untersuchung 3) Weitergehende, v.a. apparative Untersuchungen 

funktionelle Untersuchungen (z.B. EKG)



Laboruntersuchungen (Klinische Chemie, Gerinnung, Hämatologie, Mikrobiologie, Immunologie, u.a.)



Mikroskopische-pathologische Untersuchungen



Bildgebende Verfahren (Röntgen, CT, NMR,..)



…..

Laborbefunde müssen immer im klinischen Zusammenhang interpretiert werden!

Seite |5 Fragestellungen für Laborteste Diagnose

Aufstellung einer Vermutungsdiagnose Bestätigung einer Vermutungsdiagnose Screening, Suche nach Risikofaktoren Schweregrad einer Erkrankung Verlaufskontrolle Therapieentscheidung Kontrolle des Therapieeffektes Kontrolle der Arzneimittelkonzentration Kontrolle der Compliance

Prognose Therapie

Voraussetzungen für die Interpretation von Befunden (siehe auch nachfolgende Kapitel für Details) 

Vollständige Daten Entnahmebedingungen und –zeitpunkt, Material, Methoden, Maßeinheiten



Zuverlässigkeit der Daten Analytische Fehler



Referenzwerte (Normalbereich) Transversalbeurteilung Vergleich eines Ergebnisses mit einem Referenzkollektiv oder einer Entscheidungsgrenze



Vorwerte Longitudinalbeurteilung Feststellung, ob Ergebnis gegenüber einem Vorwert signifikant verändert ist



Kenntnis von charakteristischen Krankheitsveränderungen

1.2 1.21

Präanalytik Beeinflussende Faktoren auf die Laborkenngrößen (Einflussgrößen, Störfaktoren)

Einflussgröße:

Veränderung einer Messgröße durch Einflüsse auf den Organismus Charakteristisch: in-vivo, methodenunabhängig (z.B. Alter, Geschlecht, Ernährungszustand)

Störfaktor:

Störung einer Analyse, z.B. bei unspezifischen Methoden durch andere Substanzen als die zu analysierende Messgröße Charakteristisch: in-vitro, methodenabhängig (z.B. Hämolyse, Lipämie, Kontamination, falsches Antikoagulans etc.)

Seite |6 Beispiele von Einflussgrößen (Details weiter unten) Unbeeinflussbar: genetische Faktoren, Alter, Geschlecht, Abstammung Beeinflussbar: exogen: Ernährung, Körpergewicht, Genussgifte, körperliche Belastung Iatrogen: Arzneimittel, operative Eingriffe, ionisierende Strahlen, Körperlage und Dauer der Venenstauung bei der Blutentnahme

Erläuterung anhand von einigen Beispielen: Altersabhängigkeit Für die verschiedenen Altersgruppen findet man unterschiedliche Referenzwerte für klinischchemische Bestimmungen z.B. für alkalische Phosphatase, Gesamtcholesterin oder auch für Gerinnungsanalysen wie z.B. für die aPTT (im Säuglingsalter werden die Referenzwerte der Erwachsenen auf Grund der noch verminderten Synthese von Gerinnungsfaktoren überschritten).

Altersabhängigkeit einiger ausgewählter Laborwerte

Geschlechtsunterschiede Neben hormonellen (Östrogene, Testosteron) bestehen auch Unterschiede hinsichtlich der Enzyme GOT, GPT, -GT, der Erythrozytenzahl, des Hämoglobin- und des Eisenspiegels, Kreatinin, Harnsäure etc.

Körperlage Die Verminderung des intravasalen Blutvolumens bei der Änderung der Körperlage vom Liegen zum Stehen bewirkt eine Konzentrationserhöhung (bis zu 10 %, cave: bei Patienten mit Ödemen besonders ausgeprägt!) aller korpuskulären (Erythrozyten mit Hb, Leukozyten, Thrombozyten, Hämatokrit), hochmolekularen (Proteine, Enzyme, Lipide) und proteingebundenen (Hormone, Calcium, Eisen, Triglyceride, Cholesterin, Fettsäuren) Bestandteile. Die Elektrolyte (Natrium, Kalium), Harnstoff, Laktat u.a. werden nicht beeinflusst.

Tagesrhythmik (relevant für den Zeitpunkt der Blutentnahme) Einige Laborparameter weisen eine ausgeprägte Tagesrhythmik auf (z.B.Kortisol). U.a. aus diesem Grunde ist auch die Definition des Zeitpunktes der Blutentnahme von großer Bedeutung (siehe auch 1.22).

Seite |7

Tagesrhythmik des Kortisolspiegels im Blut

Körperliche Aktivität Schwere körperliche Belastungen führen zu einem Anstieg der aus der Muskulatur stammenden Serumenzyme (CK, GOT, GPT, LDH) und zu einem Abfall des Blutglucosespiegels. Darüber hinaus kann es auch zu einer Proteinurie (z.B. Marschproteinurie) kommen.

Ernährung Nach Nahrungszufuhr steigen die Werte für Glukose, Cholesterin, Triglyceride, Harnstoff und Harnsäure im Serum an. Nach fettreichen Mahlzeiten kommt es zur Lipämie; das Serum wird trübe. Diese Trübung kann zu Störungen bei photometrischen Messungen führen. In Fastenperioden (Nulldiät) hingegen kommt es zu einem Abfall der Serumkonzentration von Gesamteiweiß, Harnstoff, Cholesterin und Triglyceriden. Die Harnsäurekonzentration im Serum steigt deutlich an, was auf die metabolische Azidose aufgrund des vermehrten Anfalles von Ketonkörpern (Acetessigsäure, ß-Hydroxybuttersäure, Aceton) und der damit verbundenen eingeschränkten renalen Harnsäureclearence zurückzuführen ist.

1.22 Der Entnahmezeitpunkt Eine Reihe von klinisch-chemischen Parametern unterliegen ausgeprägten Tagesrhythmusschwankungen. Dazu gehören das Plasmakortisol (siehe oben), Eisen, Kreatinin, anorganisches Phosphat, Gesamteiweiß, Glukose, Triglyceride und Harnstoff. In der Regel erfolgen deshalb die Blutentnahmen zu einem festgesetzten Zeitpunkt (meist vormittags 7.00 9.00 Uhr) vor diagnostischen oder therapeutischen Maßnahmen, vor körperlicher Belastung und Medikation sowie nüchtern, um zuverlässige, mit Vorwerten vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Aber es gibt auch anderweitige standardisierte Blutentnahmezeiten, z.B. bei Proben für die Therapieüberwachung (therapeutisches Drug Monitoring), Tagesprofile, Stimulations- und Suppressionstests etc.

1.23 Die Gewinnung von Blutproben Arterielles Blut Arterielles Blut in erster Linie für Blutgasanalysen. Dabei werden die A. brachialis, A. femoralis oder A. radialis (vorher: Allen-Test) mit einer heparinbeschichteten Kunststoffspritze punktiert. Die Spritze muss luftblasenfrei gefüllt werden und anschließend bis zur Messung luftdicht verschlossen werden. Kapillarblut Kapillarblut z.B. für Blutgas- oder auch klinisch-chemische Teststreifenbestimmungen. Entnahme erfolgt am Unterrand des Ohrläppchens, der Fingerbeere oder bei Kleinkindern an Fersenkante. Nach Hautdesinfektion wird mit einer sterilen Einmallanzette 2 - 3 mm eingestochen. Der erste Blutstropfen wird mit einem Tupfer abgesaugt und verworfen.

Die der tief Die

Seite |8 folgenden, spontan austretenden Blutstropfen werden mit einer Kapillarpipette mit definiertem Volumen aufgezogen. Es darf nicht gedrückt oder gepresst werden, da sonst die Gefahr der Hämolyse oder Vermischung des Blutes mit Gewebsflüssigkeit besteht (Volumenfehler bis zu 15 %). Venenblut Venenblut wird am häufigsten zur Laboranalyse verwendet. Nach Desinfektion der Entnahmestelle entnimmt man das Blut durch Venenpunktion aus einer maximal 30 s gestauten Kubitalvene mit einem sterilen, geschlossenen Entnahmesystem. Der Patient sollte sich in körperlicher Ruhe befinden und nüchtern sein, die o.g. Einflussgrößen sollten beachtet werden. Bei zu langer Venenstauung treten Veränderungen der Konzentrationen von Blutbestandteilen (Blutbild, Gesamteiweiß, Cholesterin, Bilirubin, Kreatinin, Kalium, Eisen, LDH, GOT u. SP) wie auch Aktivierungen im Bereich des Gerinnungssystems auf. Ein zu starkes Aspirieren oder Entleeren der Spritze kann Hämolyse hervorrufen. Plasma = Blut ohne korpuskuläre Bestandteile. Fibrinogen und andere Gerinnungsfaktoren sind im Plasma enthalten. Plasma gewinnt man, indem man Nativblut mit einem Antikoagulans gut vermischt und dann nach 10-minütigem Stehenlassen 10 min bei 1500 g (relative Zentrifugalbeschleunigung) zentrifugiert. Der Überstand (= Plasma) wird z.B. für Gerinnungsanalysen verwendet. Je nach Verwendungszweck kann bereits im Entnahmesystem ein Gerinnungsantikoagulans wie z.B. EDTA für das Blutbild (häufig als Salz), Na-Citrat (0.11 Mol/l, 1 Teil Citrat + 9 Teile Blut) für Gerinnungsanalysen oder Heparin für Blutgase vorgelegt sein. Serum = Plasma ohne Fibrinogen. Zur Gewinnung lässt man Nativblut bis zum Ablauf der Spontangerinnung (ca. 30 min) stehen. Dann löst man den Blutkuchen mit einem Plastikspatel von der Glaswand und zentrifugiert 10 min bei 1500 g. Der Überstand (= Serum) wird zur Analyse eingesetzt. Auf Nachgerinnung (z.B. bei Patienten, die Heparin zur Thromboseprophylaxe erhalten) ist unbedingt zu achten. In einem solchen Falle ist die Probe erneut zu zentrifugieren. Zwischen arteriellem Blut (auch Kapillarblut) und venösem Blut erhält man für folgende Messgrößen unterschiedliche Werte: pO2 im arteriellen Blut größer. pCO2 im venösen Blut größer. pH-Wert arteriell: 7.36 - 7.44; venös: 7.32 - 7.42. Glukose im venösen Blut ca. 10 - 20 mg/dl niedriger als im arteriellen.

1.24 Die Gewinnung von Urinproben Man unterscheidet nach der Art der Gewinnung des Harns und nach der Dauer der Sammelperioden:

Spontanurin Um qualitative Untersuchungen vornehmen zu können, ist der Morgenurin besonders geeignet, da er folgende Bedingungen, die für eine zuverlässige Beurteilung der Urinbestandteile wesentlich sind, erfüllt: 

Frisch (nicht älter als 2 h).



Der Nachturin ist meist konzentrierter als der Tagesharn.



Der pH-Wert liegt meist im sauren Bereich (pH < 6).

Für bakteriologische Untersuchungen wird meist Mittelstrahlurin verwendet. Dabei wird beim spontanen Entleeren der Blase die mittlere Portion in einem sterilen Gefäß aufgefangen, die erste und letzte Portion werden verworfen.

Seite |9 Sammelurin Um quantitative Analysen durchführen zu können, wird der Harn während eines bestimmten Zeitraumes vollständig gesammelt. Die Sammelperiode beginnt morgens um 8 Uhr. Der zu diesem Zeitpunkt entleerte Harn wird verworfen. Anschließend wird der Harn bis 8 Uhr am Morgen des nächsten Tages vollständig in einem sauberen, lichtgeschützten Gefäß gesammelt. Am Ende der Sammelperiode wird die Blase nochmals entleert und diese Portion dem bisher gesammelten Harn hinzugefügt.

Katheterurin Der Urin wird mittels transurethralem oder suprapubischem Blasenkatheter gewonnen. Die suprapubische Blasenpunktion hat sich dabei besonders bewährt. Eingesetzt wird der Katheterurin in erster Linie für bakteriologische Untersuchungen. Nahezu alle Ausscheidungsprodukte (Elektrolyte ausgenommen) sind einem ständigen Abbau durch Bakterien und Pilze ausgesetzt. Daher muss nicht sofort verarbeiteter Urin konserviert werden. Kühlhaltung (+4°C), Ansäuern oder Zusatz chemischer Agentien sind mögliche Maßnahmen zur Konservierung von Urinproben. Für Urin-Clearanceuntersuchungen ist es von enormer Wichtigkeit, dass die Harnsammelzeit genau festgelegt und der Harn vollständig gesammelt wird, da sonst keine verwertbaren Ergebnisse zu erzielen sind. Vor der Durchführung von Clearance-Untersuchungen müssen Medikamente, die die Nierenfunktion beeinträchtigen, abgesetzt werden. Die Harnsammlung erfolgt mit Spontan- oder Katheterurin, wobei die üblichen Sammelperioden 12 oder 24 h betragen.

1.25 Transport und Verwahrung von Laborproben Hier sind einige allgemeingültige Regeln zu beachten, um verwertbare Analysenergebnisse zu erhalten: Vollblut sollte nach der Entnahme rasch ins Labor gebracht werden. Spätestens 30 min nach der Blutentnahme sollte der Blutkuchen abgetrennt werden. Über diesen Zeitraum hinaus treten bei Blutproben intraerythrozytäre Substanzen aus; Kalium, LDH, saure Phosphatase, GOT und GPT steigen im Vollblut an, die Glucosekonzentration nimmt bei längerer Verweilzeit auf Grund des Energiebedarfes der noch lebenden Zellen ab. Serumproben können für die klinisch-chemische Analytik eine Woche bei Kühlschranktemperatur aufbewahrt werden (Ausnahme z.B. LDH), plättchenarmes Citratplasma für die Gerinnungsdiagnostik 4 h bei Raumtemperatur und EDTA-Vollblut zur Bestimmung des Blutbildes maximal 24 h bei Raumtemperatur. Längere Verwahrungszeiten ohne Veränderungen der Metabolitkonzentration oder Enzymaktivitäten können nur durch Einfrieren oder Lyophilisieren erreicht werden.

1.26 Fehlermöglichkeiten Die hämolytische Blutprobe Ursachen für eine Hämolyse der Blutprobe sind:  zu lange Venenstauung.  zu starkes Aspirieren durch das Entnahmesystem.  osmotische Hämolyse durch feuchte Probenröhrchen (Spülmittel, Wasser).  Stoßen oder Schütteln der Proben.  thermisch durch Anfrieren der Proben (Lagerung auf Eis).  zu langes Stehen der Probe.

Fehler durch Verdunstung und Diffusion Lässt man Proben bei Raum- oder Kühltemperatur unverschlossen längere Zeit stehen, so erhöht sich die Konzentration aller klinisch-chemischen Kenngrößen durch Verdunstung. An der Grenzfläche der Blutprobe zur Raumluft diffundiert bei längerem Stehen Kohlendioxid aus dem

S e i t e | 10 Blut heraus; der pH-Wert der Probe nimmt zu. Andere Stoffe, wie z.B. Äthanol verdunsten ebenfalls aus der Probe, Cadmium hingegen gelangt durch Zigarettenrauch in hoher Konzentration in die unverschlossene Blutprobe.

1.3 Die Befundermittlung 1.31 Methodische Anforderungen Zur Bestimmung der einzelnen Laboruntersuchungen stehen in der Regel mehrere konkurrierende Methoden zur Verfügung. Es ist Aufgabe des Laborarztes, die Methode mit der größten analytischen und diagnostischen Sensitivität und Spezifität (siehe Kapitel 1.5. „Die Wertigkeit eines Laborbefundes“) auszuwählen, wobei auch wirtschaftliche Überlegungen eine Rolle spielen können, aber nie zu einer Minderung der optimalen Leistung führen dürfen.

1.32 Der Referenzbereich Sinn und Zweck aller Laboruntersuchungen ist es, zwischen "Gesunden" und "Kranken" zu unterscheiden. Für die Interpretation eines Laborergebnisses ist die Kenntnis des Verhaltens der untersuchten Messgröße bei "Gesunden" erforderlich. Dieser Wert ist nicht bei allen "Gesunden" identisch (Normalwert), sondern ist im Kollektiv der "Gesunden" normal oder schräg um einen Medianwert verteilt. Daraus ergibt sich, dass man sich nicht auf einen Normalwert, sondern auf einen Bereich, den sogenannten Referenzbereich, beziehen muss. Dieser wird von zahlreichen Einflussgrößen beeinflusst, deren Ermittlung verantwortungsvoll und schwierig ist. Da es ideale "Gesunde" nicht gibt, müssen die physische Beschaffenheit des Referenzkollektivs für jede Laboruntersuchung sorgsam definiert, die zulässigen und die auszuschließenden Organveränderungen genau beschrieben werden. Für die Ermittlung der Referenzbereiche müssen verschiedene Einflussgrößen berücksichtigt werden:  Geschlecht (gleiche Anzahl Frauen und Männer)  Alter (20 - 30 Jahre)  keine Medikamente (z.B. auch Ovulationshemmer)  keine "gesellschaftlichen" Gifte (Alkohol, Nikotin etc.)  Region (Höhenunterschiede)  Ernährung (Unterschied: Industrieland - Entwicklungsland)  körperliche Belastung, Stress (Katecholamine, Faktor VIII)  Tageszeit (zirkadiane Rhythmen; bei Cortisol, ACTH, Eisen, STH, Prolaktin etc.)  letzte Nahrungsaufnahme (Glucose, Insulin, Triglyceride, AP)

Diese interindividuellen Einflüsse müssen, wenn zutreffend, durch eine entsprechende Auswahl der Referenzgruppe berücksichtigt werden. Der Referenzbereich wird zumeist als Konzentrationsbereich definiert, in dem 95.5 % ( 2 Standardabweichungen vom Mittelwert) der Messwerte von "Gesunden" liegen, und ist damit für die gesunde Bevölkerung repr...