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Stoffwechsel-Parameter

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5.1 Ammoniak

Lothar Thomas

Ammoniak (NH3) ist ein Gas, aber bei physiologischem pH liegt es zu 99 % in Form von Ammonium Ionen (NH4+) im Blut vor. Ammoniak entsteht aus dem Abbau von Aminosäuren, Proteinen, Pyrimidinen und Purinen. Die Verdauung von Nahrungsproteinen und die bakterielle Ammoniaksynthese im Darm bewirken den Hauptanteil der täglichen Ammoniakbelastung. Die Umwandlung von Ammoniak in Harnstoff durch die Enzyme des Harnstoffzyklus ist ein wichtiger Schritt zur Aufrechterhaltung der Gesundheit.

5.1.1 Indikation

Neurologische Manifestationen bei Patienten:

  • Mit Leberzirrhose.
  • Mit Ausfall der Leberfunktion unterschiedlicher Genese (Alkohol toxisch, infektiös).
  • Unter aggressiver Chemotherapie.
  • Unter Therapie mit Valproinsäure.
  • Mit massiver gastrointestinaler Blutung.
  • Mit portokavalen/portosystemischen Shunt.

Verdacht einer angeborenen Stoffwechselstörung bei Neugeborenen, Kindern und seltener Erwachsenen.

5.1.2 Bestimmungsmethode

Enzymatisch ohne vorherige Enteiweißung der Probe /1/

Prinzip: In Anwesenheit von NADPH2 werden NH4+ von der Glutamat-Dehydrogenase (GLDH) auf 2-Oxoglutarat unter Bildung von Glutamat und NADP übertragen. Die NADPH2-Abnahme wird gemessen. Die Abnahme der Extinktion bei 334 bzw. 340 nm ist proportional der NH4+-Konzentration im Testansatz.

2-Oxoglutarat + NH 4 + + NADPH 2 GLDH Glutamat + NADP + H 2 O

Ammoniak-spezifische Elektrode /2/

Prinzip: NH4+ der Probe werden in einem alkalischen Puffer in NH3 (Gas) umgewandelt. Das freigesetzte Gas diffundiert durch die Poren einer Membran in die innere, aus NH4Cl bestehende Lösung einer pH-Elektrode. Ammoniak führt dort zu einem pH-Anstieg der inneren Elektrodenlösung. Dieser ist proportional dem NH4+-Gehalt der Probe.

5.1.3 Untersuchungsmaterial

EDTA- oder Heparin-Plasma aus venösem oder arteriellem Blut: 1 ml (optimal ist Dikalium-EDTA Plasma mit Zusatz von Natriumborat) /3/.

5.1.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 5.1-1 – Referenzbereiche von Ammoniak.

5.1.5 Bewertung

Hyperammonämien werden in hereditäre und erworbene Formen eingeteilt (Tab. 5.1-2 – Angeborene und erworbene Ursachen der Hyperammonämie).

Beim Erwachsenen sind Hyperammonämien meist mit einem Leberversagen assoziiert und bei Kindern durch hereditäre Defekte von Enzymen des Harnstoffzyklus /7/. Hyperammonämien verursachen neurologische Manifestationen, die durch eine hepatische Enzephalopathie und im variablen Ausmaß durch ein Hirnödem charakterisiert sind. Das Ödem ist meist im zerebralen Kortex lokalisiert, betrifft aber auch zu einem gewissen Teil die weiße Substanz. Der Harnstoffzyklus ist bei diesen Patienten kompromittiert und erhöhte Konzentrationen von neurotoxischem Ammoniak und andere metabolische Intermediate akkumulieren ebenfalls. Die hepatische Enzephalopathie ist aber nicht allein durch den Ammoniak bedingt, sondern dieser wirkt synergistisch mit systemischer Inflammation, Hypoxie durch eine erniedrigte zerebrale Blutzirkulation und mit metabolischen Störungen, die mit der Ammoniogenese nicht in Verbindung stehen. Die klinischen Symptome sind anfangs Appetitlosigkeit, Erbrechen und Hyperventilation und später Lethargie, Enzephalopathie und Krämpfe. Ein progressiver Anstieg des Ammoniaks auf das 5–6 fache des oberen Referenzbereichswerts führt zum zerebralen Ödem, Koma und evtl. Tod. Bei Patienten mit Hyperammonämie und hepatischer Enzephalopathie bestimmt die Dauer der Hyperammonämie die Reversibiliät der zerebralen Pathologie und die Prognose.

Zwei Faktoren bestimmen die Rate der Ammoniaksynthese und die Konzentration im Blut:

  • Die Balance von Anabolismus und Katabolismus von Proteinen.
  • Die Integrität des Harnstoffzyklus.

Die Entgiftung des beim Abbau von Proteinen anfallenden Ammoniaks geschieht über die Synthese von Glutamin und Harnstoff. Glutamin entsteht in allen Geweben, insbesondere der Muskulatur, durch Übertragung von Ammoniak auf das im Zitronensäurezyklus gebildete α-Ketoglutarat. Letzteres transportiert Ammoniak, durch Inkorporation von potentiell zwei Molekülen Ammoniak, von der Peripherie in die Leber. Dort fließen die Ammoniakmoleküle in die Synthese von Harnstoff oder von Aminosäuren. Lebererkrankungen stören gewöhnlich diesen Ablauf nicht, da der Harnstoffzyklus eine enorme Kapazität hat.

5.1.5.1 Hereditär bedingte Hyperammonämien

Hereditäre Hyperammonämien werden durch Störungen verursacht, die den neurometabolischen Erkrankungen zugerechnet werden (Tab. 5.1-4 – Hereditäre Hyperammonämien). Es handelt sich um eine große und heterogene Gruppe, die primär das Zentralnervensystem betrifft /9/. Ihre kumulative Häufigkeit beträgt 1 auf 500 Personen. Sie können auf einem Enzymdefekt des Harnstoffzyklus beruhen oder sekundär im Rahmen einer Organoazidurie oder einer Störung der Fettsäureoxidation auftreten. Hereditäre Hyperammonämien werden bei Kindern in den ersten 2 Lj., häufig schon in den ersten Lebenswochen, klinisch evident. Eine zweite Häufung erfolgt mit 12–15 J., am Ende der Pubertät, wenn die Wachstumsrate abfällt.

Der Verdacht einer manifesten Enzephalopathie wird bei hereditärer Hyperammonämie klinisch gestellt. Die Symptome der Kinder sind Übelkeit, Erbrechen, Erregbarkeit, Desorientiertheit und Krämpfe. Sie sind lethargisch, Neugeborene verweigern die Nahrungsaufnahme. Kleinkinder und ältere Kinder sind anorektisch und ataktisch.

Auch sind Fälle in älteren Lebensjahren dokumentiert. Die Einteilung der hereditären Hyperammonämien bezieht sich auf die biochemischen Substrate, die gebildet bzw. abgebaut werden, oder den vorliegenden Enzymdefekt.

Folgende Gruppen werden unterschieden (Tab. 5.1-3 – Enzymdefekt und Substratanhäufung bei hereditären Hyperammonämien):

  • Harnstoffzyklusstörungen (kumulative Häufigkeit 1 : 20.000, am häufigsten ist der Ornithin-Transcarbamylase-Defekt) /10/.
  • Aminosäuretransport-Störungen wie das Hyperornithinämie-Hyperammonämie-Hypercitrullinämie-Syndrom (HHH-Syndrom) und die Lysin-urische Proteinintoleranz (LPI).
  • Organoazidurien (kumulative Häufigkeit 1 : 10.000) wie die Propionazidurie und Methylmalonazidurie.
  • Fettsäureoxidations-Störungen (z.B. der Acyl-CoA-Dehydrogenase-Mangel).
  • Mitochondriozytopathien mit Störungen des Energiestoffwechsels (z.B. Atmungskettendefekte, Pyruvatcarboxylase-Mangel).
  • Hyperinsulinismus-Hyperammonämie (HI/HA)-Syndrom.

Bevor eine hereditäre Störung bei einem Neugeborenen oder Kleinkind in Betracht gezogen wird, müssen erworbene Hyperammonämien abgegrenzt werden, wie z.B. Leberinsuffizienz, interner Shunt von Blut in der Leber, Leberbypass, Reye-Syndrom, Valproinsäure Therapie, hypovolämischer Schock, transiente Hyperammonämie des Neugeborenen, Herpes simplex Virusinfektion des Neugeborenen, perinatale Asphyxie, Herzinsuffizienz, Sepsis, Infektion mit Harnstoff spaltenden Bakterien.

5.1.5.2 Untersuchungen zur Diagnostik der hereditären Hyperammonämie

Allgemeine Untersuchungen /11/

Ammoniak, Glucose, Lactat, Ketonkörper, Anionenlücke Siehe Tab. 5.1-5 – Differentialdiagnostik der akuten hereditären Hyperammonämien.

Allgemeine weiterführende Untersuchungen sind wichtig, da bei neurometabolischen Erkrankungen im Symptom armen Intervall Ammoniak im Plasma unter 100 μg/dl (60 μmol/l) oder nur leicht erhöht sein können. Auch kann bei erhöhter Proteinzufuhr oder starker körperlicher Belastung die Ammoniak Konzentration physiologisch erhöht sein. Folgende Untersuchungen sind zu empfehlen:

  • Blutgasanalyse; eine metabolische Azidose lässt eine Organoazidurie eher vermuten als eine Störung des Harnstoffzyklus. Jedoch kann bei letzterer auch eine Azidose auftreten. Bei Störung des Harnstoffzyklus ist die Alkalose jedoch weitaus häufiger als eine Azidose.
  • Blutglucose; normale Werte erlauben, das HI/HA-Syndrom auszuschließen.
  • Ketonkörper im Urin; eine Ketonurie ist eher hinweisend auf eine Organoazidurie.
  • Harnstoff im Serum; er ist oft niedrig bei einer Störung des Harnstoffzyklus, jedoch kein sensitiver und spezifischer Parameter.
  • ALT, Thromboplastinzeit und Albumin sind zum Ausschluss eines akuten Leberversagens wichtig.

Spezielle Untersuchungen bei Hyperammonämie und Verdacht auf neurometabolische Erkrankung

In vielen Fällen von Hyperammonämie ist bereits durch die Bestimmung von Aminosäuren und organischen Säuren im Spontanurin, erforderlichenfalls auch im Plasma, eine weitgehende Unterscheidung der Störungen möglich (Tab. 5.1-5 – Differentialdiagnostik akuter hereditärer Hyperammonämien). Zur endgültigen Differenzierung erfolgt die Messung des vermutlich defizienten Enzyms bzw. die molekularbiologische Diagnostik.

5.1.5.3 Harnstoffzyklus-Defekte

Zu beachten ist, dass genetisch bedingte Störungen des Harnstoffzyklus in jedem Lebensalter auftreten können. Bei allen Defekten sind Alanin und Glutamin erhöht.

Der Ornithin-Transcarbamylase (OTC) Mangel ist die häufigste Störung der Harnstoffsynthese mit einer Inzidenz von etwa 1 : 40.000. Die Konzentration von Ammoniak im Plasma ist häufig über 1.700 μg/dL (1.000 μmol/l). Das Chromatogramm der organischen Säuren im Urin ergibt häufig eine starken Gipfel von Orotsäure. Beim schweren OTC-Mangel kommt es im Lebensalter von etwa 24 h zur Irritabilität, Nahrungsverweigerung und Krämpfen mit Progression zum hyperammonämischen Koma /35/.

Bei der Citrullinämie (Argininsuccinat-Synthetase Mangel) beträgt Citrullin über 1.500 μmol/l. Die Konzentration von Citrullin und Arginin sind vermindert beim Ornithin-Transcarbamylase (OTC) Mangel und dem Carbamylphosphat-Synthetase (CPS) Mangel.

Beim Argininsuccinase Defekt liegt eine hohe Ausscheidung von Argininosuccinat im Urin bei nur geringer Erhöhung im Plasma vor.

Beim Arginase Mangel ist die Konzentration von Arginin im Plasma und Urin stark erhöht.

Anhand des Profils der Aminosäuren können Defekte von OTC, CPS und der N-acetylglutamat-Synthetase (NAGS) nicht von anderen Störungen des Harnstoffzyklus differenziert werden. Das gelingt jedoch vermittels des Allopurinol Belastungstests, denn bei allen Enzymdefekten im Harnstoffzyklus, ausgenommen des CPS Mangels und des NAGS Mangels, wird vermehrt Orotsäure aus Carbamoylphosphat gebildet, da dessen Verstoffwechselung im Harnstoffzyklus gestört ist (Abb. 5.1-1 – Strukturelle und funktionelle Organisation und Regulation des hepatischen und renalen Ammoniakmetabolismus). Allopurinol bzw. sein Metabolit Oxipurinolribonukleotid blockieren die Orotidinmonophosphat-Decarboxylase, mit der Folge, dass die Orotsäure bei Enzymdefekten im Harnstoffzyklus ansteigt. Das ist jedoch nicht der Fall beim NAGS Defekt oder dem CPS Defekt. Insbesondere gelingt durch den Allopurinol Belastungstest die Abgrenzung des OTC- vom CPS- und NAGS-Mangel /12/.

Allopurinol-Belastungstest: Allopurinol wird als Einzeldosis (Erwachsene 300 mg) verabreicht und nach einem Zeitraum von 6 h Urin für 24 h gesammelt. Eine erhöhte Ausscheidung spricht für den OTC- und gegen einen CPS- oder NAGS-Mangel. Der Test hat eine hohe Spezifität für Defekte des Harnstoffzyklus und dient auch zur Identifizierung asymptomatischer heterozygoter Träger des Mangels an OTC.

5.1.5.4 Aminosäuretransport Störungen

Eine erhöhte Ausscheidung der entsprechenden Aminosäuren werden beim HHH- und LPI-Syndrom gefunden (Tab. 5.1-5 – Differentialdiagnostik akuter hereditärer Hyperammonämien). Auch die Ausscheidung von Orotsäure kann erhöht sein. Beim HHH-Syndrom kann bei geringer Proteinaufnahme die Hyperornithinämie fehlen. Beim LPI-Syndrom kann die Konzentration der dibasischen Aminosäuren im Plasma, ausgenommen Cystein, nur gering erhöht oder gar normal sein. Deshalb ist die Untersuchung im morgendlichen Spontanurin bei diesen Störungen wichtig /10/.

5.1.5.5 Organoazidurien

Die Bestimmung organischer Säuren im Spontanurin und Plasma erfolgt mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Relativ häufige Organoazidurien/-ämien sind die Methylmalonazidurie, Propionazidämie und die Isovalerianazidämie.

5.1.5.6 Fettsäureoxidations-Störungen

Im Fettsäurekatabolismus kommt es bei Störungen der Fettsäureoxidation zu einer Aktivierung der β-Oxidation. Es entstehen Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Sebacin- und Suberinsäure, die im Urin ausgeschieden werden /13/. Eine hohe Ausscheidung von Dicarbonsäuren bei geringer oder fehlender Ausscheidung von Ketonkörpern weist auf eine Oxidationsstörung der Fettsäuren hin. Aus dem Muster der Dicarbonsäuren ergeben sich auch Hinweise, ob die kurz- oder langkettige Fettsäuren abbauenden Acyl-CoA-Dehydrogenasen betroffen sind. So spricht der Nachweis von Hydroxy-Dicarbonsäuren für einen Defekt, der langkettigen Fettsäuren abbauenden 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase. Siehe auch Kapitel 3.7.8.

5.1.5.7 Mitochondriozytopathien

Mit Störung des Energiestoffwechsels siehe Lit. /14/.

5.1.5.8 Hyperinsulinismus-Hyperammonämie-Syndrom

Molekularbiologischer Nachweis einer Mutation der Glutamat-Dehydrogenase /15/.

5.1.5.9 Erworbene Hyperammonämien

Erworbene Hyperammonämien haben vorwiegend eine hepatische Genese und beruhen auf einer schweren Lebererkrankung, meist einer Leberzirrhose. Diese verursacht eine Verminderung der Harnstoff- und Glutamin-Synthese, die noch durch eine vermehrte Ammoniakbildung auf Grund einer katabolen Stoffwechsellage verstärkt wird. Bei der Leberzirrhose liegt eine Kombination von metabolischer (Verminderung des Leberparenchyms) und hämodynamischer Komponente (Kollateralen, die das Ammoniak haltige Blut an der Leber vorbei leiten) vor.

Erworbene Hyperammonämien können eine hepatische Enzephalopathie verursachen. Komatöse Zustände treten gewöhnlich erst ab Ammoniak Konzentrationen über 300 μg/dl (176 μmol/l) auf. Der Patient wird auffällig durch ein getrübtes Bewusstsein, eine psychomotorische Verlangsamung, Konzentrationsschwäche, Asterixis, verwaschene Schriftprobe, Foetor hepaticus. Eine latente Enzephalopathie wird durch psychomotorische Tests wie Zahlenverbindungstest, Rechenübungen und Messung der Reaktionszeit diagnostiziert /15/. Ein deutlicher Hinweis sind eine gesicherte oder wahrscheinliche Lebererkrankung. Andere Ursachen der Hyperammonämie sind selten und sind in Tab. 5.1-6 – Erworbene Hyperammonämien aufgeführt.

5.1.5.10 Hepatische portosystemische Enzephalopathie

Unter dem Begriff hepatische Enzephalopathie (HE) wird eine Vielzahl von potentiell reversiblen Symptomen zusammengefasst, die von diskreten neuropsychiatrischen Veränderungen bis hin zum Koma reichen /16/. Die HE ist eine sekundäre metabolische zerebrale und neuromuskuläre Störung, die auf einer chronischen Lebererkrankung oder einem akuten, massiven Untergang von Leberparenchym beruht. Zur Abgrenzung von anderen Enzephalopathien müssen für eine HE folgende Voraussetzungen erfüllt sein /16/:

  • Fulminantes Leberversagen, auch als akute HE oder HE-Typ A bezeichnet. Bei dieser akut sich ausbildenden HE entwickelt sich ein Hirnödem mit entsprechender Hirndrucksymptomatik.
  • Operativer oder spontaner portokavaler Shunt ohne zugrunde liegende Lebererkrankung (HE-Typ B).
  • Leberzirrhose mit den Zeichen einer Einschränkung der Funktion oder einer portalen Hypertonie (HE-Typ C). Dieser HE-Typ wird in eine episodische (ausgelöst durch präzipitierende Faktoren), eine persistierende und eine minimale Form unterteilt.

Die Hyperammonämie und HE resultieren aus:

  • Der verminderten Kapazität der Leber zur Synthese von Harnstoff und Glutamin. Sowohl aus dem endogenen Protein Metabolismus, als auch aus enteralem bakteriellen Abbau von Protein stammender Ammoniak wird von der Leber nur noch ungenügend metabolisiert. Das betrifft Lebererkrankungen mit weitgehender Reduzierung von funktionsfähigem Leberparenchym wie die Leberzirrhose und das akute Leberversagen mit massivem Untergang von Parenchymgewebe.

Beim portokavalen Shunt umgeht Blut aus dem Darm die Leber und gelangt direkt in den großen Kreislauf. Bei Shunt-operierten Patienten geschieht das über portokavale oder splenorenale Shunts. Beim akuten Leberversagen erfolgt der Shunt durch die Leber selbst, so dass Blut unverändert von der Pfortader in die Vena hepatica gelangt.

Auslösende Faktoren der HE bei Patienten mit Leberzirrhose und portaler Hypertension sind:

  • Gastrointestinale Blutungen (Ösophagusvarizen).
  • Alkalose, Hypophosphatämie.
  • Diätetische Fehler (hohe Proteinzufuhr, Alkohol, Obstipation, Erbrechen, Durchfall, Operationen).
  • Sedativa, Hypnotika, Diuretika (Carboanhydrase-Hemmer).
  • Akute und chronische Infektionen, besonders bei Langzeitbehandlung mit Kortikosteroiden.
  • Unzureichend kontrollierte Diuretikaeinnahme (Hyponatriämie, Hypokaliämie).

Ursachen des akuten Leberversagens mit HE sind:

  • Akute Virushepatitiden.
  • Toxische Hepatitiden, z.B. durch Amanita phalloides, Azetaminophen, industrielle Lösungsmittel, andere hepatotoxische Substanzen.
  • Akute Medikamenten toxische Hepatitis (trizyklische Antidepressiva, NSAID, INH, Halothan).
  • Hypoxisches Leberversagen (akute Rechtsherzinsuffizienz).
  • Andere Ursachen wie Budd-Chiari-Syndrom, akute Schwangerschaftsfettleber, starke maligne Leberinfiltration, autoimmune Hepatitis. Siehe Tab. 5.1-6 – Erworbene Hyperammonämien.

5.1.6 Hinweise und Störungen

Probennahme

Die Probennahme sollte mit einem Blutentnahmesystem erfolgen, das neben EDTA als Antikoagulans zusätzlich enthält: 5 μl Natriumborat (0,4 mol/l) pH 7 und 50 μl L-Serinlösung (0,1 mol/l), bezogen auf 1 ml Blut. Das wird für erforderlich gehalten, da Proben mit erhöhter GGT das in der Probe vorhandene Glutamat unter Bildung von NH3 spalten. Eine GGT von 1.000 U/l verursacht eine etwa 35-fach höhere Glutamatspaltung als eine Aktivität im Referenzbereich /3/.

Störfaktoren

Die Ammoniakbildung nach Blutentnahme steigt mit der Erythrozyten- und Thrombozytenzahl und der Höhe der GGT an /30/.

Hämolyse täuscht erhöhte Werte vor, da die Konzentration von Ammoniak in den Erythrozyten etwa 3 fach höher als im Plasma ist.

Referenzbereich

Kapillarblutwerte sind höher als die im arteriellen Blut. Im arteriellen und venösen Plasma werden bei ruhenden Patienten ohne Lebererkrankung keine Unterschiede gefunden. Blutentnahme nach Muskelarbeit führt zu erhöhten Werten im venösen Plasma /29/.

Stabilität

Eine Zeit von 15 min von der Blutentnahme bis zum Start der Zentrifugation kann toleriert werden. Das Vollblut sollte im Eisbad (0 °C) ins Labor kommen. Ist gewährleistet, dass die Temperatur beim Transport 20 °C nicht überschreitet, kann nach kurzer Abkühlung des Blutes im Eisbad der Transport auch ohne Eisbad erfolgen. Bei –30 °C ist längerfristige Lagerung des Plasmas ohne Ammoniakanstieg möglich /30/.

5.1.7 Pathophysiologie

Die Oxidation von Fetten und Kohlenhydraten führt zur Bildung der Endprodukte CO2 und H2O, die beide über die Lungen und Nieren ausgeschieden werden. Die Oxidation von Proteinen bewirkt zusätzlich den Anfall von HCO3 und NH4+ /31/. Die Aufnahme von im Mittel 100 g Protein pro Tag resultiert in der Bildung von jeweils 1 mol HCO3 und NH4+. Solche Mengen können nicht über die Nieren ausgeschieden werden, sondern werden über die Bildung von Harnstoff in der Leber eliminiert, und zwar in der Stöchiometrie:

2 NH 4 + + 2 HCO 3 Glutamin- Harnstoff + CO 2 + H 2 O synthase

Durch die tägliche Bildung von etwa 30 g Harnstoff werden so 1 mol der starken Base HCO3 (pK 6,1) und 1 mol der schwachen Säure NH4+ (pK 8,9) eliminiert. Dieser Mechanismus trägt erheblich zur pH-Stabilisierung im Organismus bei. Eine wichtige Rolle in der Synthese und dem Abbau von Proteinen spielt das Glutamat /31/. Es ist die zentrale Schaltstelle zum Austausch von Aminogruppen beim Auf- und Abbau von Aminosäuren. Beim Abbau wird, katalysiert durch die Aminotransferasen, der frei werdende Stickstoff über Glutamat kanalisiert, bevor er als Ammoniak eliminiert wird.

5.1.7.1 Transport von Ammoniak /32/

Ammoniak wird als Abbauprodukt der Aminosäuren in allen Geweben gebildet. Er ist ein starkes Zellgift, insbesondere für das Nervengewebe, und seine Elimination muss dergestalt erfolgen, dass die Konzentration in der Zirkulation gering ist. Physiologisch erfolgt die Elimination über die Leber und zu einem kleinen Teil über die Nieren. Der Transport des in den Geweben freigesetzten Ammoniaks geschieht nicht in freier Form, sondern als Glutamin. In den Geweben wird der Ammoniak auf Glutamat unter Bildung von Glutamin übertragen. Die Glutaminsynthase katalysiert diese Reaktion.

Glutamat + NH 4 + ATP Glutamin- Glutamin + ADP + P synthase

Die Konzentration von Glutamin im Plasma ist im Vergleich zu den anderen Aminosäuren mit etwa 700 μmol/l hoch. Eine weitere Transportform für Ammoniak ist Alanin. Es entsteht vor allem in der Muskulatur durch Transaminierung aus Pyruvat, das reichlich aus der Verstoffwechslung von Glucose anfällt. Alanin wird in die Zirkulation abgegeben und in der Leber erfolgt, katalysiert von der ALT, die Transaminierung zu Glutamat. Somit wird aller aus Aminosäuren freigesetzter Stickstoff im Glutamat konzentriert.

5.1.7.2 Glutamat-Metabolismus /24/

Als Glutamin oder Glutamat gebundener Ammoniak wird in der Leber verstoffwechselt. Da Glutamat die einzige Aminosäure ist, bei der eine oxidative Desaminierung zu Ammoniak erfolgen kann, wird zuerst vom Glutamin, katalysiert durch eine Phosphat abhängige Glutaminase, ein Ammoniakmolekül entfernt. Die oxidative Desaminierung des Glutamats geschieht, katalysiert durch die GLDH, nach folgender Reaktion:

Glutamat + NADP + + H 2 O GLDH α-Ketoglutarat + NADPH + H + + NH 3

Die Glutaminase- und GLDH-vermittelten Reaktionen laufen in den Mitochondrien der Hepatozyten ab. Die intra- mitochondriale Konzentration von Glutamat bestimmt die Rate der Bildung von N-acetyl-Glutamat und Harnstoff. Der erste Schritt der Harnstoffsynthese, die Bildung von Carbamoylphosphat, läuft in der Nähe zur oxidativen Desaminierung des Glutamats und des Zitronensäurezyklus ab. Beide generieren die Substrate zur Synthese von Carbamoylphosphat (Abb. 5.1-1 – Strukturelle und funktionelle Organisation und Regulation des hepatischen und renalen Ammoniakmetabolismus). Der mit der Bildung von Carbamoylphosphat beginnende Aufbau von Harnstoff verläuft in einem Zyklus von vier Schritten, der mit der Spaltung von Arginin in Ornithin und Harnstoff endet. Harnstoff ist wasserlöslich, nicht toxisch, gut permeabel und wird über die Nieren ausgeschieden.

In der Leber sind die Enzyme des Metabolismus von Glutamat unterschiedlich angeordnet. So sind die perivenösen Hepatozyten reich an Glutaminase und Enzymen des Harnstoffzyklus, während die nachgeschalteten periportalen Hepatozyten reich an Glutaminsynthetase sind. Auf Grund dieser Anordnung findet die Entgiftung des Ammoniaks als Harnstoff vorwiegend perivenös statt. Ammoniak, der diesem Schritt entgeht, wird von den periportalen Hepatozyten abgefangen und, katalysiert von der Glutaminsynthase, in Form von Glutamin gebunden. Dies wird in die Zirkulation entlassen und perivenös über den Harnstoffzyklus entgiftet /33/.

Zusammengefasst spielt Glutamat im Stickstoff-Metabolismus auf folgenden biochemischen Wegen eine Rolle (Abb. 5.1-2 – Stoffwechselwege des Glutamats/24/:

  • Es verbindet den Stoffwechsel von Aminosäuren und Kohlenhydraten. So transferieren im Metabolismus der Proteine die Aminotransferasen Aminogruppen zum und vom Glutamat zum Abbau und der Resynthese von Aminosäuren. Aus beim Abbau der Aminosäuren gebildeten Glutamat wird, katalysiert durch die GLDH, α-Ketoglutarat gebildet. Dies wird im Zitronensäurezyklus zur Gewinnung von Energie umgesetzt.
  • Glutamat entgiftet Ammoniak durch Umwandlung in N-acetyl-Glutamat.
  • Glutamat ist das Substrat zur Pufferung von Ammoniak, der katalysiert von der Glutaminsynthetase an Glutamat unter Bildung von Glutamin gebunden wird.
  • Aus Glutamat, Cystein und Glycin wird Glutathion synthetisiert, das die Zellen vor Oxidation schützt.
  • Glutamat ist ein exzitatorischer, die aus Glutamat gebildete γ-Aminobuttersäure (GABA) ein hemmender Neurotransmitter. Die Astrozyten nehmen von neuralen Synapsen freigesetztes Glutamat auf, wandeln es in Glutamin um und setzen es frei. Das Glutamin kann wieder von Neuronen aufgenommen, zu Glutamat regeneriert und als Neurotransmitter eingesetzt werden. Es wird angenommen, dass bei Hyperammonämie die Bildung von Glutamat und Glutamin als Sumpf für Ammoniak dient. Es resultiert eine intrazelluläre Anreicherung beider Substanzen im Gehirn und die erhöhte intrazelluläre Osmolalität führt zu einer Zellschwellung und Ausprägung eines Hirnödems.

5.1.7.3 Renale Ammoniogenese /33/

Unter renaler Ammoniogenese wird die direkte Ausscheidung von Ammoniak über die Nieren verstanden. Bei der renalen Bildung von Ammoniak wird glomerulär filtriertes, luminal aufgenommenes, sowie aus dem Plasma stammendes, kontra luminal absorbiertes Glutamin, durch die GLDH der Tubuluszellen in Glutamat und Ammoniak gespalten. NH3 wird direkt in das Tubuluslumen abgegeben und geht durch Bindung von H+ in NH4+ über. Auf diese Weise dient die Ammoniogenese der Ausscheidung von Protonen. Die Ammoniak Ausscheidung beträgt etwa 35 mmol/24 h.

Die renale und hepatogene Entgiftung von Ammoniak werden durch den Säuren-Basen-Status beeinflusst. So verliert die in den periportalen Hepatozyten lokalisierte GLDH bei Abfall des extrazellulären pH von 7,4 auf 7,3 etwa 70 % ihrer Aktivität. Die Folge ist, dass bei Azidose die Harnstoffsynthese in den periportalen Hepatozyten zu Gunsten der Glutaminbildung in den perivenösen Zellen reduziert wird. Die Herabregulierung des Harnstoffzyklus geschieht, um HCO3 zu konservieren, die bei der Bildung von Carbamoylphosphat verbraucht würden. Das vermehrt gebildete Glutamin wird zu den Nieren transportiert und hilft, die Azidose zu kompensieren. Durch die Bildung von Ammoniak, der H+ als NH4+ bindet, werden diese eliminiert und nicht tubulär rückresorbiert.

Auch bezugnehmend der NH4+- und HCO3-Homöostase arbeiten Leber und Nieren in konzertierter Aktion. Liegt eine Niereninsuffizienz mit Verminderung der renalen NH4+-Elimination vor, wird der Harnstoffzyklus stimuliert, da durch den Anstieg von NH4+ in den periportalen Hepatozyten die GLDH aktiviert wird. Es resultiert ein verstärkter Verbrauch von HCO3 mit konsekutiver Kompensation der Alkalose durch eine metabolische Azidose.

5.1.7.4 Elimination von Ammoniak bei Leberzirrhose

Patienten mit Leberzirrhose haben auf Grund der Verminderung des Leberparenchyms eine Reduzierung der Harnstoffsynthese um etwa 80 %. Das führt zum mangelnden Verbrauch von HCO3 und es resultiert eine metabolische Alkalose /34/. Die Alkalose aktiviert die Glutaminsynthetase der Leber und stimuliert die Glutaminbildung auf etwa das 5 fache. Somit wird, trotz einer verminderten Kapazität des Harnstoffzyklus, der Flux von Ammoniak durch den Zyklus erhöht und der Zirrhotiker hat eine nahezu normale Ausscheidung von Harnstoff. Entwickelt sich eine Azidose durch Sepsis, kardiale Insuffizienz oder Medikamente, geht diese Kompensation durch Hemmung der Glutaminsynthetase verloren.

5.1.7.5 Hepatische, portosystemische Hyperammonämie

Das Pfortaderblut hat eine Konzentration an Ammoniak von etwa 154 μg/dl (90 μmol/l). Der Ammoniak stammt aus dem Darmtrakt und wird von Bakterien aus Aminosäuren und Harnstoff gebildet. Normalerweise wird in die Leber transportierter Ammoniak elimiert:

  • Zu 70 % durch den Harnstoffzyklus.
  • Zu 30 % durch die Bildung von Glutamin mit folgender Rezirkulation und Einschleusung in den Harnstoffzyklus. Bei Leberzirrhose sind die um die Zentralvene gelegenen Glutamin bildenden Zellen so stark vermindert, dass die Synthesekapazität erheblich abfällt, NH4+ können nicht mehr abgefangen werden und es resultiert eine Hyperammonämie.

5.1.7.6 Angeborene Hyperammonämie

Beim Neugeborenen haben die Enzyme des Harnstoffzyklus haben etwa 50 % der Aktivität und erreichen die Aktivität Erwachsener innerhalb von 6 Monaten. Genetische Defekte der Enzyme 1–4 des Harnstoffzyklus führen zu einer Blockierung der Harnstoffbildung, es resultiert eine Hyperammonämie. Beim Defekt des 5. Enzyms, der Arginase, sind Hyperammonämien weniger häufig.

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5.2 Bilirubin

Lothar Thomas

Das im Serum messbare Total-Bilirubin (BT) besteht aus folgenden vier Fraktionen /1/:

  • Unkonjugiertes Bilirubin (Bu), die in den ersten Lebenstagen vorliegende Bilirubinfraktion. Bu ist extrem apolar und praktisch wasserunlöslich bei physiologischem pH und normaler Körpertemperatur. Es liegt im Plasma in einer gefalteten Struktur, der sogenannten ZZ-Konformation, locker an Albumin gebunden vor und wird auch als ZZ-Bilirubin bezeichnet. Es gibt drei metabolische und exkretorische Wege zur Elimination des ZZ-Bilirubins: Konjugation mit Glukuronsäure, Photoisomerisierung und Oxidation.
  • Konjugiertes, an Zucker gebundenes Bilirubin (Bc); die Produkte der Glukuronidierung sind Monoglukuronidyl-Bilirubin (C-8), Monoglukuronidyl-Bilirubin (C-12) und Diglukuronidyl-Bilirubin. Die Konjugate sind wasserlöslich und werden vom Hepatozyten entgegen einem Konzentrations Gradienten in die Galle sezerniert. In ikterischen Seren mit hohem Anteil an konjugiertem Bilirubin ist das monoglukuronidierte Bilirubin die Hauptfraktion.
  • δ-Bilirubin (Bδ); Bilirubin ist kovalent an Albumin gebunden über eine Amidbindung zwischen der Propionsäure Seitenkette des Bilirubins und der ε-Aminogruppe eines Lysinrests von Albumin.
  • Ungebundenes, unkonjugiertes Bilirubin, auch als freies Bilirubin (BF) bezeichnet.

Auf Grund der unterschiedlichen Reaktion von Bu, Bc und Bδ mit Diazo-Reagenz werden folgende Bilirubinfraktionen in der klinischen Routinediagnostik unterschieden:

  • Total-Bilirubin: Diazo-Reagenz reagiert in Anwesenheit eines Beschleunigers mit Bu, Bc und Bδ.
  • Direktes Bilirubin: Diazo-Reagenz reagiert sofort, ohne Einsatz eines Beschleunigers. Gemessen wird der Hauptanteil von Bc und Bδ und ein kleiner, aber variabler Anteil von Bu. Aus dem Serumwert des direkt reagierenden Bilirubins kann deshalb nur begrenzt auf die Konzentration von Bc geschlossen werden.
  • Nicht direkt reagierendes (indirektes) Bilirubin: Ist die Differenz aus Total-Bilirubin minus direktem Bilirubin.

Da Bc ein besseres Kriterium zur Differenzierung des Ikterus als das direkte Bilirubin ist, sollte dessen Bestimmung nicht mehr durchgeführt werden.

5.2.1 Indikation

Diagnose, Differentialdiagnose und Beurteilung des Verlaufs eines Ikterus.

5.2.2 Bestimmungsmethode

5.2.2.1 Total-Bilirubin

Bestimmt werden Bu, Bc und Bδ.

Verfahren nach Jendrassik und Gróf /2/, vorgeschlagene Referenzmethode des NCCLS /3/

Prinzip: Bu, Bc und Bδ bilden mit diazotierter p-Aminobenzolsulfonsäure in Gegenwart von Koffein-Reagenz einen Azofarbstoff, der in neutraler Lösung eine rote Farbe hat. Die Zugabe von alkalischem Tartrat gibt dem Azofarbstoff eine blaue Farbe und verschiebt das Maximum der Absorption von 530 nach 598 nm. Bc und Bδ reagieren schnell mit diazotierter Sulfanilsäure, Bu langsam, aber schnell nach Ablösung von Albumin durch Koffein-Reagenz. Im Probenleerwert ist Diazo-Reagenz durch Sulfanilsäure ersetzt.

DPD-Methode /4/

Prinzip: Bu, Bc und Bδ und 2,5-Dichlorbenzoldiazoniumsalz bilden in 0,1 mol/l HCl Azofarbstoffe, die quantitativ bei 540–560 nm gemessen werden. Zur Bestimmung von BT wird Bu durch das Detergens Triton X-100 freigesetzt. Das Reagenzgemisch des Probenleerwerts enthält nur 0,1 mol/l HCl, somit entsteht keine Farbreaktion.

Direkte spektrophotometrische Messung (Bilimeter)

Wird zur Bestimmung von der Proben von Neugeborenen eingesetzt, die im wesentlichen Bu enthalten /5/.

Prinzip: Die Extinktion der in einer Kapillare befindlichen Plasmaprobe wird in der Nähe des Absorptionsmaximums für Bu (etwa 460 nm) gemessen; die spektrale Interferenz durch Hämoglobin wird durch eine zusätzliche Messung bei 550–580 nm kompensiert. Ebenfalls durch die Messung von zwei Wellenlängen kompensiert wird der Einfluss einer evtl. vorhandenen Trübung. Da die Absorption von Hämoglobin bei beiden Wellenlängen identisch ist, repräsentiert die Differenzabsorption A460–A580 das Bilirubin. Die Absorption der Differenz wird vermittels eines Geräte internen Faktors direkt in die Bilirubinkonzentration umgerechnet.

Multilayer-Filmtechnik

Prinzip: Der Reagenzträger enthält drei Schichten:

  • Den oberen Spreading layer. Er enthält Koffein und Natriumbenzoat für die Abtrennung des Bu vom Albumin.
  • Die zweite Schicht hält Proteine zurück.
  • Die dritte Schicht ist die Reaktionszone. Sie enthält ein kationisches Polymer, den Mordant, der Bilirubin bindet. Bu und Bc werden getrennt reflektometrisch an Hand ihrer unterschiedlichen Mordant-gebundenen molaren Absorptivitäten gemessen /6/.

Enzymatische Methode /7/

Prinzip: BT wird in Gegenwart von Bilirubinoxidase durch molekularen Sauerstoff zu Biliverdin oxidiert.

Bilirubin + ½ O 2 Bilirubin- Biliverdin + H 2 O Oxidase Biliverdin + O 2 Purpurfarbene Pigmente

Die purpur farbenen Pigmente werden bei 450 nm gemessen. Bei pH 8,2 und in Gegenwart von Natriumdodecylsulfat und Natriumcholat werden Bu, Bc und Bδ erfasst.

Transkutane Bilirubinrubinometrie (TcB) /8/

Die Methode wird angewendet zur Bestimmung von Total Bilirubin bei Neugeborenen.

Prinzip: Das Bilirubinometer sendet Licht sichtbarer Wellenlängen (380–760 nm) in die Haut des Neugeborenen und misst die Intensität des zurück gesendeten Lichts. Die Anzahl der Wellenlängen, die angewendet werden ist bei den verschiedenen Bilirubinometern unterschiedlich. Das Bilirubinometer analysiert das Spektrum der zurück gesendeten Wellenlängen. Die optischen Signale werden vermittels einer Photozelle in elektrische Signale umgewandelt. Diese werden von einem Mikroprozessor registriert und in eine Bilirubin Konzentration umgewandelt. Die Lichtabsorption störende Faktoren wie Hämoglobin, Melanin und die Hautdicke werden mathematisch berücksichtigt zur Bestimmung von Bilirubin im subkutanen Kapillarbett und subkutanen Gewebe.

5.2.2.2 Bilirubin-Fraktionen

Direktes Bilirubin

Reagiert sofort mit Diazo-Reagenz ohne Gegenwart eines Akzelerators wie z.B. Koffein-Reagenz. Bestimmt wird nicht allein Bc, sondern auch Bδ und teilweise Bu. Das Verfahren wird auf vielen mechanisierten Analysensystemen durchgeführt, sollte aber durch die spezifische Bestimmung von Bc ersetzt werden.

Unkonjugiertes Bilirubin (Bu)

Wird aus der Differenz von Total-Bilirubin minus direktem Bilirubin berechnet. Zielsetzung ist die Ermittlung von Bu. Die Berechnung ist nur sinnvoll beim hämolytischen Ikterus und den hereditären Hyperbilirubinämien, da hier kaum Bδ anfällt, nicht aber beim hepatischen und obstruktiven Ikterus, da dort Bc und Bδ in etwa proportional ansteigen. Bδ geht in die Bestimmung des direkten Bilirubins mit ein und täuscht einen zu niedrigen Wert für Bu vor.

Konjugiertes Bilirubin (Bc)

Diazo-Methode: Die Serumprobe wird vor der Zugabe von Diazo-Reagenz 5 min mit HCl inkubiert /1/. Es handelt sich um eine direkt reagierende Diazo-Reaktion bei pH 4,75, in die Bu nicht und Bδ nur gering eingehen.

Enzymatische Methode: Bei einem pH von etwa 10 oxidiert die Bilirubinoxidase das Bc zu Biliverdin, nicht aber Bu und Bδ /7/.

Multilayer-Filmtechnik: Verschiedene Reagenzträger werden angeboten, mit denen die separate Bestimmung von Bu, Bc und Bδ möglich ist.

Ungebundenes unkonjugiertes Bilirubin (freies Bilirubin, BF) /9/

Peroxidase-Methode: Ungebundenes unkonjugiertes Bilirubin wird bestimmt durch Kombination der Peroxidase Methode zur Messung des ungebundenen Bilirubins mit der Diazo-Methode zur Messung von unkonjugiertem und konjugiertem Bilirubin. Die Peroxidase-Methode erfasst ungebundenes Bilirubin, in dem Meerrettich Peroxidase in Gegenwart von Ethylhydrogenperoxid ungebundenes Bilirubin zu einem farblosen Produkt oxidiert, während Albumin gebundenes Bilirubin vor der Oxidation geschützt ist /9/. Die Rate der Abnahme der Absorption des Bilirubins bei 440 nm wird gemessen.

5.2.3 Untersuchungsmaterial

  • Serum, Plasma: 1 ml
  • Kapillarplasma (Heparin, EDTA): 0,05 ml

5.2.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 5.2-1 – Referenzbereiche für Bilirubin. Siehe auch Lit./9, 10, 11/.

5.2.5 Bewertung

Die Hyperbilirubinämie ist ein Symptom und verursacht klinisch einen Ikterus, wenn die Konzentration von Bilirubin bei Neugeborenen und Kleinkindern über 4 mg/dl (68 μmol/l) und bei größeren Kindern und Erwachsenen über 3 mg/dl (51 μmol/l) beträgt.

5.2.5.1 Einteilung des Ikterus

Prähepatischer Ikterus: Es liegt ein vermehrtes Angebot von Bilirubin vor. Häufigste Ursachen sind hämolytische Anämie, Icterus neonatorum, ineffektive Erythropoese, Infektion, z.B. Malaria, Transfusions Reaktion, Verbrennung, die Resorption großer Hämatome und die hereditäre Hyperbilirubinämie.

Intrahepatischer Ikterus: Die weitaus häufigsten Ursachen beruhen auf einer infektiösen oder toxischen Schädigung des Leberparenchyms. Grundsätzlich in Frage kommen akute und chronische Virushepatitiden, bakterielle und parasitäre Lebererkrankungen, Lebermetastasen, Medikamenten bedingte parenchymatöse und cholestatische Leberschäden sowie Mitbeteiligung der Leber bei anderen Grundkrankheiten. Eine weitere bedeutsame Gruppe sind die hereditären Hyperbilirubinämien.

Posthepatischer Ikterus: Er beruht auf einem mechanischen Verschluss der Gallenwege (Steinokklusion,Karzinom des Pankreaskopfes, Gallengsangatresie, primär sklerosierende Cholangitis).

5.2.5.2 Differenzierung des Ikterus

Differentialdiagnostische Aussagen liefern:

  • Der Wert von Total-Bilirubin (BT = Bu + Bc + Bδ).
  • Die Konzentration des konjugierten Bilirubins (Bc).
  • Der Quotient Bc/BT.
  • Der Quotient LDH/AST.
  • Die Höhe der Aktivitäten von ALT, GGT und AP.

5.2.5.3 Prähepatischer Ikterus

Erhöht ist unkonjugiertes Bilirubin (Bu). Prähepatische Hyperbilirubinämien haben einen vernachlässigbaren Anteil an Bδ, so dass aus der Differenz BT minus Bc das Bu berechnet wird. Siehe auch Tab. 5.2-2 – Prähepatische Hyperbilirubinämien.

Gegen einen prähepatischen Ikterus, verursacht durch Hämolyse oder ineffektive Erythropoese, spricht ein BT über 6 mg/dl (103 μmol/l) /12/. Stärkere Bilirubinerhöhungen werden nur bei Transfusionszwischenfällen im ABO-System, hämolytischen Krisen, z.B. bei Sichelzellanämie, Icterus neonatorum und gewissen hereditären Hyperbilirubinämien gesehen.

Die Bestimmung des direkten Bilirubins und die Anwendung des Quotienten direktes Bilirubin/Total-Bilirubin ist zur Abgrenzung des hämolytischen vom hepatobiliären Ikterus nur bis zu einer BT-Konzentration von 3 mg/dl (51 μmol/l) sinnvoll /12/. Wird ein Quotient von 0,33 als Entscheidungskriterium gewählt, so weisen Werte darunter mit einer diagnostischen Sensitivität von 80 % auf einen hämolytischen Ikterus hin und Werte darüber mit einer Sensitivität von 86 % auf einen hepatobiliären Ikterus.

In der Abgrenzung zum hepatischen Ikterus spricht ein Quotient LDH/AST von ≥ 5 für einen hämolytischen Ikterus. Weiter dafür sprechende Befunde sind:

  • Harn, Bilirubin negativ und Urobilinogen positiv.
  • Haptoglobin Verminderung und Retikulozytose.

5.2.5.4 Hepatischer Ikterus

Liegt zusätzlich zur Hyperbilirubinämie die Erhöhung von Leberenzymen vor, ist ein hepatischer Ikterus wahrscheinlich, und es ergibt sich die Fragestellung der Abgrenzung zur posthepatischen Ursache.

Die Hyperbilirubinämie hat eine geringe diagnostische Sensitivität für Lebererkrankungen und ist deshalb kein Parameter zum Screening. Bei klinischen Leberpatienten haben über 40 % eine BT-Konzentration unter 1,2 mg/dl (20 μmol/l) und weitere 25 % sind subikterisch, haben also Bilirubinwerte von 1,2–2,9 mg/dl (20–50 μmol/l). Der Subikterus ist für viele Leberpatienten das wesentliche Symptom für einen Arztbesuch. Siehe Tab. 5.2-3 – Hepatische Hyperbilirubinämien.

Beim hepatischen Ikterus sind Bu, Bc und Bδ erhöht, der Anteil von Bc ist über 50 %. Die wesentlichen Ursachen sind virale Hepatitiden und Zustände mit einer durch Energiemangel bedingten, verminderten Exkretion von Bilirubin wie Sepsis, totale parenterale Ernährung oder schwere operative Eingriffe. Aus dem prozentualen Anteil von Bc und Bδ am BT können prognostische Schlüsse gezogen werden. So ist der Abfall von Bc ein sensitiver Indikator der Besserung und ein Anstieg des Bδ ein Hinweis auf langwierige Erkrankung. Bei abfallenden oder gering bis mäßig erhöhtem BT kann der Anteil des direkten Bilirubins 80 % ausmachen, da Bδ, das in die Bestimmung des direkten Bilirubins eingeht, eine Halbwertszeit von 18 Tagen hat.

Bei Neugeborenen und Säuglingen ist Bδ beim nicht hepatischen Ikterus niedrig, z.B. Icterus neonatorum, septischer Schock, Hämolyse. Ein Anteil des Bδ von über 10 % am BT weist auf eine hepatogene Ursache hin, z.B. Cytomegalie Virus Infektion, Gallengangsatresie, Hepatitis B-Infektion /13/.

Weitere Befunde sind:

  • Harn, Bilirubin positiv, Urobilinogen positiv.
5.2.5.4.1 Posthepatischer Ikterus

Beim Verschlussikterus werden selten Aktivitäten der ALT über 10 fach der oberen Referenzbereichswerts gefunden. Die Erhöhung des BT beruht auf dem parallelen Anstieg von Bc + Bδ, wobei Bc den Hauptanteil ausmacht (Tab. 5.2-4 – Posthepatische Hyperbilirubinämien). Beim akuten Krankheitsbild mit Ikterus scheidet der frische Verschlussikterus aus, wenn die ALT normal oder über 25 fach erhöht ist /11/.

Ein Kriterium für die rasche Beurteilung des Erfolgs nach einer invasiven Maßnahme zur Beseitigung der Cholestase ist die Verlaufsbeurteilung von Bc. Auf Grund der kurzen Halbwertszeit fällt Bc wesentlich schneller ab als das BT /3/. Die Bestimmung von Bc darf jedoch nicht als direktes Bilirubin geschehen, da Bδ, das mehrere Wochen lang nach einer Obstruktion noch erhöht bleibt, mit gemessen wird /1/.

Weitere Befunde bei posthepatischem Ikterus:

  • Im Harn: Bilirubin positiv, Urobilinogen negativ.

5.2.5.5 Hereditäre Hyperbilirubinämien

Neugeborene, kleine und ältere Kinder sowie junge Erwachsene mit Hyperbilirubinämie bieten ein breites differentialdiagnostisches Spektrum. Die Hyperbilirubinämie kann beim Neugeborenen durch den benignen Brustmilchikterus oder die potentiell fatale hereditäre Fruktoseintoleranz bedingt sein. Die Genese kann primär hepatisch sein, wie bei akuter Virushepatitis, oder von extrahepatisch ihren Ausgang nehmen, wie bei der biliären Atresie. Schließlich kann der Ikterus sekundär, also nicht-hepatisch bedingt sein, durch Hämolyse, z.B. auf Grund eines Glucose-6-Phosphatdehydrogenase (G-6-PD) Mangels oder einer Sepsis. Auch müssen hereditäre Hyperbilirubinämien in die differentialdiagnostischen Erwägungen mit einbezogen werden /14/.

Hereditäre Hyperbilirubinämien beruhen auf einer Störung der Funktionder Leber, ohne dass hepatozellulär ein Schaden vorliegt (Tab. 5.2-5 – Hereditäre Hyperbilirubinämien). Ein erster Schritt in der Diagnostik ist die Bestimmung von BT, und die Differenzierung in Bc und Bu. Konjugierte Hyperbilirubinämien beruhen immer auf einer hepatobiliären Störung und konjugiertes Bilirubin ist harmlos. Persistierende, stärker unkonjugierte Hyperbilirubinämien können eine Bilirubin Enzephalopathie verursachen, während leicht erhöhte Konzentrationen von Bu eine Funktion als Antioxidanz haben und der Entwicklung eines oxidativen Stresses entgegenwirken.

Die Einteilung der familiären Hyperbilirubinämien /14/ erfolgt in (Abb. 5.2-1 – Differentialdiagnose der hereditären Hyperbilirubinämie)

  • Konjugations- und Ausscheidungs-Störungen von Bilirubin. Zu den unkonjugierten Hyperbilirubinämien zählen das Crigler-Najjar Syndrom Typ I und Typ II (Arias Syndrom) sowie das Gilbert Syndrom.
  • Hereditäre Cholestasen mit vorwiegend konjugierter Hyperbilirubinämie. Es handelt sich um das Dubin-Johnson Syndrom, das Rotor Syndrom, die benigne rekurrierende intrahepatische Cholestase (BRIC), die progressive familiäre intrahepatische Cholestase (PFIC) und das Alagille Syndrom.

Theoretisch ist die Bestimmung des Bc ein guter Indikator zur Unterscheidung beider hereditärer Hyperbilirubinämien. Praktisch ist das jedoch nicht der Fall, da die meisten Methoden zur Bestimmung des Bc an mechanisierten Analysensystemen das direkte Bilirubin messen. Dies ist zu unspezifisch. Denn auch bei Gesunden wird direktes Bilirubin gemessen wo physiologisch keines nachweisbar sein sollte.

5.2.5.6 Neonatale Hyperbilirubinämie

Im Vergleich zum Erwachsenen ist die Lebenszeit der Erythrozyten Neugeborener reduziert. Zusätzlich ist die Umwandlung von Hämoglobin (Hb) in unkonjugiertes Bilirubin und dessen Umwandlung zu direktem Bilirubin, primär durch eine mangelnde Konjugation in der postnatalen Periode bedingt. Außerdem muss in der postnatalen Periode zusätzlich noch Hb, das aus Hämatomen stammt, abgebaut werden. Auch wird durch eine Akute-Phase Reaktion die Hämoxygenase-1 aktiviert, was zusätzlich zum verstärkten Hb-Anfall führt.

Etwa 60 % reifer Neugeborener und 85 % der Frühgeborenen wird einen klinisch sichtbaren Ikterus entwickeln, bedingt durch eine Anstieg des unkonjugierten Bilirubins /15/. Dieser Ikterus tritt ab dem 3. Lebenstag klinisch in Erscheinung, hat Gipfelwerte in den Tagen 5–7, dann sind die meisten Neugeborenen schon zu Hause, und verschwindet wieder ab dem 14. Lebenstag. Steigt der Bilirubinwert aber zu stark an, so kann unkonjugiertes Bilirubin die Blut-Hirn Schranke passieren und eine neurotoxische Wirkung entfalten. Deshalb ist es wichtig den Bilirubinwert Neugeborener in Abhängigkeit vom Alter zu kontrollieren bei Entwicklung eines Ikterus.

Die Inzidenz und die Risikofaktoren Neugeborener einen Ikterus zu entwickeln, sind /16/:

  • Ungewöhnlich am Tag 1–2. Ist das doch der Fall, dann liegt eine Antikörper vermittelte Hämolyse vor, z.B. Rhesusfaktor- oder ABO-bedingt. Beim Neugeborenen Rh(D) negativer Mütter oder beim Neugeborenen von Müttern mit einem positiven Antikörper-Suchtest (Coombs-Test) sollte routinemäßig ein positiver direkter Coombs-Test im Nabelschnurblut durchgeführt werden. Ist der Test positiv sollte innerhalb der ersten 24 h eine Bestimmung von Total-Bilirubin erfolgen. Das sollte auch der Fall sein bei allen Neugeborenen, die innerhalb der ersten 24 h einen Ikterus entwickeln, um eine hämolytische Erkrankung auszuschließen.
  • Normale Inzidenz an den Tagen 3–10, meist Komplikations-freier Ikterus. Sehr selten liegt eine Komplikation vor (z.B. G6PDH-Mangel) oder es handelt sich um eine Frühgeburt mit Komplikation.
  • Der verlängerte Ikterus, definiert als eine Dauer von über 14 Tagen bei reif Geborenen und länger als 21 Tage bei Frühgeburten. Es können vorliegen a) Ein vorwiegend unkonjugierter verlängerter Ikterus bei Ernährung mit Brustmilch. Brustmilch ernährte Neugeborene haben etwa viermal häufiger eine Hyperbilirubinämie über 10 mg/dl (172 μmol/l) als Neugeborene mit Formeldiät. Aber die Gipfelwerte des Bilirubins sind nicht höher /16/. b) Ein vorwiegend konjugierter verlängerter Ikterus. Er ist immer pathologisch und das Neugeborene sollte auf eine hepatische Schädigung (z.B. Hepatitis) oder eine obstruktive Ursache (z.B. biliäre Atresie) untersucht werden. Siehe auch Kapitel 5.2.5.2.

Vom physiologischen transienten unkonjugierten Ikterus der ersten Lebenswoche sind Hyperbilirubinämien abzugrenzen, die einen Zeit abhängigen physiologischen oberen Grenzwert im Bilirubinogramm überschreiten und zur Bilirubin induzierten neurologischen Dysfunktion (BIND) führen können. Siehe auch Abb. 5.2-2 – Stunden bezogenes Bilirubinnomogramm.

In den meisten Fällen wird bei Neugeborenen Total-Bilirubin bestimmt. Wird der obere Grenzwert im Nomogramm überschritten oder liegt ein zeitlich verlängerter Ikterus vor, erfolgt zusätzlich die Bestimmung von unkonjugiertem und konjugiertem Bilirubin.

Hereditäre Störungen der Clearance von Bilirubin (Gilbert Syndrom, Crigler-Najjar Syndrom, Dubin-Johnson Syndrom) der G6-PD Mangel und die hereditäre Sphärozytose führen allein nicht zur neonatalen Hyperbilirubinämie. Jedoch können additive Ursachen und ein hepatozellulärer Schaden die neonatale Hyperbilirubinämie verursachen.

Entlassung von Mutter und Baby aus der Entbindungsstation früher als 72 h nach der Entbindung ist ein Risiko für das Neugeborene, da die ambulante Überwachung des Bilirubins nicht so gesichert erfolgen kann wie in der klinischen Überwachung.

5.2.5.7 Unkonjugierte ungebundene Hyperbilirubinämie des Frühgeborener

Die Konzentration von Total-Bilirubin nimmt mit dem perinatalen Alter zu und mit zunehmendem Alter werden höhere Werte toleriert. Jedoch geben Studien über Bilirubin bedingte neurologische Schäden nur einen begrenzten Hinweis auf die Beziehung zwischen neurologischer Schädigung und erhöhten Bilirubin. Der Grund ist, dass die meisten Faktoren, die das Risiko einer Verzögerung der neurologischen Entwicklung bewirken (Asphyxie, intrakranielle Blutung, Frühgeburt) auch eine Erhöhung des Bilirubins bewirken und die Bilirubin Induced Neurotoxicity (BIND), besonders bei Frühgeburten /17/.

Die meisten Frühgeborenen mit einem Gestationsalter unterhalb der 35. Woche haben erhöhte Bilirubinwerte, die oft als Ikterus klinisch in Erscheinung treten. Erfolgt kein Bilirubin Monitoring und keine Behandlung kann ein erhöhter Wert zunehmen und zu klinisch unauffälligen neurologischen Manifestationen führen. Die akute Bilirubin Enzephalopathie ist akut progressiv und oft unter aggressiver Therapie reversibel. Der Kernikterus (chronische Bilirubin Enzephalopathie) ist demgegenüber ein Syndrom chronischer postikterischer und permanenter neurologischer Schädigung das mit schwererer und gewöhnlich irreversibler Schädigung verknüpft ist /18/. Störungen der Myelinisierung und Degeneration des Globus pallidus, des subthalamischen Nukleus und des Kleinhirns sind pathologische Befunde des Kernikterus bei Neugeborenen, die sich nach mehr als 10 Tagen nach Beginn des Ikterus entwickeln /19/.

Der "low bilirubin kernicterus" bei Frühgeburten ist selten, aber eine nicht vorhersehbare und refraktäre Form des Kernikterus. Der "low bilirubin kernicterus" ist definiert als das Auftreten eines Kernikterus bei Werten des totalen Bilirubins, die unterhalb der Grenzwerte des Bilirubins für eine Blut-Austauschtransfusion liegen (Tab. 5.2-6 – Leitlinie für eine Austauschtransfusion bei Frühgeburten). Die Bilirubinwerte zur Austauschtransfusion reflektieren zum einen die Konzentration vonTotal-Bilirubin, zum anderen die Präsenz von neurotoxischen Risikofaktoren.

Der "low bilirubin kernicterus" tritt vorwiegend dann auf, wenn eine seltene Kombination komobider Konstellationen mit Befunden des Zentralnervensystems vorliegt /19/ wie z.B.:

  • Hypoalbuminämie mit Werten unter 2,5 g/dl. Die Mittelwerte für Frühgeborene unterhalb der 30. Schwangerschaftswoche (SSW) liegen bei etwa 1,9 g/dl (90 % CI 1; 2-2,8 g/dl) und erreichen nicht den Wert von 2,5 g/dl vor der SSW 36–37.
  • Intraventrikuläre Blutung oder periventrikuläre Schädigung der weißen Hirnsubstanz.
  • Perinatale oder früh postnatale Inflammation oder Infektionen sind wichtige Ursachen, die eine strukturellen und funktionelle Entwicklung des Gehirns stören können. Oft treten sie erst später als Auffälligkeiten in Erscheinung. Ursachen können sein, z.B. Chorioamnionitis, Sepsis und nekrotisierende Enterokolitis.
  • Chronische Bilirubin induzierte Neuroinflammation. Die persistierende Inflammation scheint ein wichtiger Risikofaktor der ZNS-Schädigung bei Frühgeborenen zu sein.

Die Risikostratifizierung zur Verhinderung einer neurologischen Entwicklungsstörungen des Frühgeborenen beruht auf klinischen Befunden und der Bestimmung von Bilirubin. Empfohlen werden /19/:

  • Die Bestimmung von Total-Bilirubin zur Abschätzung der Bilirubinlast.
  • Unkonjugiertes ungebundenes Bilirubin (kein Test ist kommerziell verfügbar)
  • Die Ratio Total-Bilirubin/Albumin (als Annäherung für das ungebundene Bilirubin). Die Ratio wird aber kritisch beurteilt. Eine Studie /20/ berichtete folgende Ratios, die auf eine neurologische Entwicklungsstörung hinweisen: (i) Ratio = ≥ 0,50 μmol/l/μmol/l (≥ 4,25 mg/dl/g/dl) für Frühgeborene in der SSW 30–34 und (ii) ≥ 0,40 μmol/l/μmol/l (≥ 3,4 mg/dl/g/dl) für Frühgeborene unterhalb der 30. SSW. Diese Werte entsprachen einem unkonjugierten neurotoxischen Bilirubin von ≥ 1 μg/dl.
  • Ratio unkonjugiertes ungebundenes Bilirubin/total Bilirubin (μg/mg). In einer Studie an Intensiv pflichtigen Neugeborenen mit und ohne abnormaler auditorischer Hirnstamm Reaktion wurde die Ratio untersucht /21/. Bei Neugeborenen mit normaler Reaktion war die Ratio 0,062 ± 0,034 (Range 0,009–0,200) und bei Neugeborenen mit abnormaler auditorischer Hirnstamm Reaktion war die Ratio 0,109 ± 0,039 (Range 0,034–0,167).

5.2.5.8 Konjugierte Hyperbilirubinämie Neugeborener

Die Nachweis von konjugiertem Bilirubin bedeutet das Vorliegen eines pathologischen Geschehens und es besteht gewöhnlich ein verlängerter Ikterus. Die konjugierte Hyperbilirubinämie kann auf infektiöser, endokriner oder genetischer Ätiologie beruhen. Die häufigste operativ korrigierbare Ursache ist die extrahepatische biliäre Atresie.

Liegt eine konjugierte Hyperbilirubinämie vor, müssen je nach Vermutungsdiagnose in den nächsten 24 h folgende Laboruntersuchungen zur Abklärung durchgeführt werden:

  • Natrium, Kalium, Creatinin, Harnstoff.
  • Blutbild inklusive Retikulozytenzahl.
  • Blutgruppenbestimmung (ABO, Rh).
  • Blutgasanalyse.
  • ALT, AST, GGT, LDH.
  • Glucose, Lactat, Ammoniak.
  • Cholesterin, Triglyceride.
  • Blut- und Urinkultur auf pathogene Keime.
  • Beurteilung der Stuhlfarbe.
  • TPZ und aPTT.
  • Serologie für Hepatitis A, B, C.
  • IgM Antikörper auf Röteln Virus, Toxoplasmose, Herpes Virus, Cytomegalie Virus.
  • TSH, freies T4, Cortisol und α1-Antitrypsin.
  • Organische Säuren und Aminosäuren im Urin.
  • Enzymtests in roten Blutzellen auf Galaktosämie.

Tabellen die Scores und ein Staging der Leberfunktion beschreiben sind aufgeführt in:

5.2.6 Hinweise und Störungen

Präanalytik

Zur Bestimmung des neonatalen Bilirubins wird als Probe häufig Kapillarblut, das durch Punktion der Ferse gewonnen wurde, verwendet. Häufige prä-analytische Fehler, die dabei gemacht werden, sind /22/:

  • Die Verwendung überlanger Lanzetten, also solcher, die nur für Erwachsene geeignet sind. Es besteht die Gefahr einer Punktions bezogenen Osteomyelitis.
  • Die Erzeugung einer Hämolyse, insbesondere bei der Gewinnung des Bluts mit Mikro-Containern. Eine Hämolyse erfolgt bei 0,2 % der Proben und ist zu 39,7 % der Grund für die Zurückweisung einer Probe durch das Labor.
  • Lichtexposition der Probe.

Bestimmungsmethode /1, 23/

Kalibration: Das empfohlene Material zur Herstellung von Standardlösungen für die Kalibration von Bilirubin-Assays ist die Präparation SRM 916a des National Institute for Standards and Technology (NIST).

Total-Bilirubin: Bisher ist nicht bekannt, ob die von der NCCLS vorgeschlagene Referenzmethode /3/ das Bδ richtig erfasst. Die Linearität der Methode ist bis 27 mg/dl (462 μmol/l) gegeben. Hämoglobin stört erst ab einer Konzentration ≥ 2 g/l.

Direktes Bilirubin: Das Ausmaß, in dem Bu mit gemessen wird, ist vom pH des Ansatzes abhängig. Je niedriger der pH, desto weniger Bu wird gemessen. Bδ wird immer mit erfasst. Die Laboratorien sollten sicherstellen, dass mit der von ihnen angewendeten Methode im Kollektiv Gesunder keine Werte über 0,1 mg/dl (1,7 μmol/l) gemessen werden /24/.

Konjugiertes Bilirubin: Die Bestimmungsmethode für Bc erfasst nicht den unkonjugierten Anteil. Sie wird aber durch Hämoglobin gestört, da durch die Vorinkubation der Probe mit HCl, Hämoglobin zu Methämoglobin unter Bildung von H2O2 oxidiert wird. Dies zerstört Diazopigment und zu niedrige Werte werden gemessen.

Enzymatische Methode für BT: Bei Konzentrationen unter 1,1 mg/dl (19 μmol/l) sind die Werte im Mittel um 0,1 mg/dl (1,7 μmol/l) niedriger als mit der Referenzmethode. Im Vergleich zur Diazo-Methode misst die Bilirubinoxidase-Methode höhere Werte für direktes Bilirubin in Seren von Kindern mit unkonjugierter Hyperbilirubinämie. Das ist auch der Fall bei Neugeborenen nach Lichttherapie /25/. Hämoglobin verursacht in einer Konzentration ≥ 2 g/l eine Erniedrigung des BT um 5–18 %.

Spektrophotometrische Bilirubinbestimmung: Bilirubinometer werden zur Bestimmung des Neugeborenen Bilirubins eingesetzt. Gemessen wird bei zwei Wellenlängen, so nach einer Empfehlung bei 454 und 540 nm. Hämoglobin wird durch die Messung bei zwei Wellenlängen kompensiert. Trotzdem verursacht eine Konzentration an freiem Hämoglobin von 4 g/l eine Verminderung des Bilirubins in dem für eine Phototherapie wichtigen Entscheidungsbereich von 16,3 mg/dl (279 μmol/l) auf 15,6 mg/dl (265 μmol/l) /5/. Karotine, die leicht stören können, sind im Serum des Neugeborenen nur wenig vorhanden. Die häufigste Störung, die falsch hohe Werte vortäuscht, sind Trübungen des Plasmas (Lipämie), denn die durch sie verursachte Lichtstreuung ist bei 454 nm größer als bei 540 nm. Die Ergebnisse des Bilirubinometers sind stark von der Proteinmatrix abhängig. Die Kalibration sollte deshalb mit käuflichen Seren erfolgen, die für diese Methode vorgesehen sind, oder mit Seren von Erwachsenen, deren Konzentration mit der Referenzmethode bestimmt wurde. Werte über 17,5 mg/dl (300 μmol/l) sollen nicht spektrometrisch bestimmt werden, da Extinktionswerte ermittelt werden, die von der theoretischen Linearität des Lambert-Beerschen Gesetzes abweichen. Zur Indikationsstellung einer Austauschtransfusion darf die spektrometrische Bestimmung nicht die alleinige Methode sein. Zusätzlich wird die Bestimmung mit einer Azofarbstoffmethode (Jendrassik/Gróf, DPD-Methode) empfohlen /26/.

Einflussgrößen /24/

Variation von Tag zu Tag: BT 30 %.

Fasten: BT-Erhöhung um 100–200 % nach 48 h.

Körperliche Belastung: BT-Anstieg um 30 %.

Schwangerschaft: BT-Abnahme um 33 % im letzten Trimenon.

Orale Kontrazeptiva: BT-Abnahme um 15 % /27/.

Störfaktoren

Lichtexposition der Probe: Abfall des BT um bis zu 30 % nach 1 h.

Stabilität der Probe: Im abgedunkelten Gefäß und bei Raumtemperatur ist BT 3 Tage stabil /28/.

Lichttherapie

Bei der Lichttherapie von Neugeborenen wird unkonjugiertes Bilirubin in Photoisomere umgewandelt, die besser wasserlöslich sind. Mit der Diazo-Methode werden bei Licht therapierten Kindern höhere Werte gemessen als mit der Bilirubinoxidase-Methode /29/. Mit der Multilayer-Filmtechnik werden bei der Bestimmung von Neugeborenen-Bilirubin höhere Werte gemessen als mit der Bestimmung von BT /30/.

5.2.7 Pathophysiologie

80–85 % des täglich gebildeten Bilirubins entstehen aus dem Abbau von Hämoglobin überalterter Erythrozyten. Die etwa 120 Tage alten Erythrozyten werden von Makrophagen des retikulo endothelialen Systems, insbesondere der Milz, aufgenommen. Der Abbau von Hämoglobin erfolgt in zwei Schritten. Das Fe3+-Häm bindet an das Membran gebundene Enzym Hämoxygenase und wird in einer NADPH-Cytochrom P450-Reduktase katalysierten Reaktion zu Fe2+-Häm reduziert (Abb. 5.2-3 – Abbau des Hämmoleküls). Das Fe2+-Häm wird dann oxidativ in äquimolare Anteile CO und Biliverdin gespalten. Das Hämoglobinmolekül zerfällt, Globin wird metabolisiert, Eisen an Transferrin gebunden und das Biliverdin durch die zytosolische Biliverdinreduktase zu Bilirubin reduziert. Das gebildete CO wird an Hämoglobin gebunden unter Bildung von Carboxyhämoglobin und dann über den pulmonalen Gasaustausch eliminiert.

Aus 1 g abgebautem Hämoglobin entstehen 34 mg Bilirubin, täglich werden etwa 250 mg Bilirubin durch den physiologischen Blutabbau gebildet. Die restlichen 15–20 % des täglichen Bilirubinanfalls resultieren aus dem Abbau von Häm haltigen Proteinen wie Myoglobin, Cytochromen, Katalasen und fallen bei physiologischen Reifungsstörungen der Erythrozyten im Knochenmark (ineffektive Erythropoese) an. Die ineffektive Erythropoese ist vermehrt bei Störungen der Reifung wie z.B. megaloblastärer Anämie, Thalassämie, Porphyrie und dem myelodysplastischen Syndrom. Bei diesen Zuständen kann bis zu 80 % des Bilirubins aus der ineffektiven Erythropoese resultieren.

Bu wird in der Zirkulation an Albumin gebunden zur Leber transportiert. Nach Abspaltung vom Albumin im Disse’schen Raum wird es über den sinusoidalen Teil der Plasmamembran des Hepatozyten in die Zelle aufgenommen. Die Aufnahme erfolgt aktiv über ein Transportsystem und entgegen einem Konzentrations Gradienten. Das Transportsystem der sinusoidalen Membran für organische Ionen und eventuell auch für Bilirubin, nicht jedoch für Gallensäuren, soll aus der Bilitranslokase, dem Bromsulfalein-Bilirubin-Bindungs Protein (BBBP) und dem Organische-Anionen-Bindungs Protein (OABP) bestehen. Diskutiert werden auch Organische-Anionen-Transport Peptide (OATPs). Jedoch ist bisher der Transport des unkonjugierten Bilirubins durch den sinusoidalen Teil der Plasmamembran noch nicht geklärt /31/.

Im Zytosol des Hepatozyten bindet Bu an Ligandin und Z-Protein, ersteres hat eine höhere Affinität. Ligandin transportiert Bu in das endoplasmatische Retikulum, wo es, katalysiert durch die Uridin 5'-diphosphat-Glukuronyltransferasen (UGTs), glukuronidiert wird /32/. Essentielle Kosubstrate der UGTs sind Uridindiphosphat-Glukuronsäure oder andere UDP-Zucker.

Bu wird glukuronidiert (Abb. 5.2-4 – Struktur des unkonjugierten Bilirubins):

  • An der Propionsäureseitenkette, die an C8 der beiden zentralen Pyrrolringe lokalisiert ist; es entsteht Monoglukuronidyl-Bilirubin (C8).
  • An der Propionsäureseitenkette, die an C12 der beiden zentralen Pyrrolringe lokalisiert ist; es entsteht Monoglukuronidyl-Bilirubin (C12).
  • Beide Isomere können weiterführend zu Diglukuroniden glukuronidiert werden.

Durch die Überführung in Glukuronide wird Bilirubin wasserlöslich. Ihr Transport durch die kanalikulären Anteile der Plasmamembran des Hepatozyten erfolgt durch Multidrug Resistance Proteins (MRPs), von denen sechs bekannt sind.

80 % des in die Galle sezernierten Bilirubins ist Bilirubindiglucuronid, 15 % sind Bilirubinmonoglukuronide und 5 % sind gemischte Konjugate mit Zuckern wie Glucose und Xylose. 1–2 % des Bilirubins gelangt unkonjugiert in die Galle.

Die Ausschleusung des Bc aus dem Hepatozyten in die Gallenkapillaren ist Energie abhängig und der langsamste Prozess im Bilirubinmetabolismus. Die gesunde Leber vermag täglich etwa 1 g konjugiertes Bilirubin, also das 2–5 fache des physiologischen Anfalls, auszuscheiden. Eine Hemmung des Ausscheidungs Mechanismus durch Medikamente wie Digoxin oder durch Bromsulfalein führt zur Anreicherung des Bc in der Leberzelle mit anschließender Abgabe in das Plasma.

Bc gelangt über die Gallenwege in den Darm. Durch intestinale Bakterien entsteht Urobilinogen. Etwa 70 % des gebildeten Urobilinogens werden intestinal reabsorbiert, über die Pfortader zur Leber transportiert und wieder in die Gallenwege ausgeschieden (enterohepatischer Kreislauf). Die tägliche Ausscheidung von Urobilinogen im Harn beträgt 2–4 mg. Sie ist 2–3 fach erhöht bei vermehrtem Bilirubinanfall, z.B. hämolytischer Anämie und 4–10 fach erhöht bei Leberparenchymschäden, z.B. bei akuter Virushepatitis oder bei Vorhandensein eines portokavalen Shunts. Durch einen Verschluss der Gallenwege wird der enterohepatische Kreislauf des Urobilinogens unterbrochen, und der Nachweis von Urobilinogen ist bei Bestehen einer Bilirubinurie negativ.

Bei konjugierten Hyperbilirubinämien, insbesondere dem Verschlussikterus, ist der rasche Abfall des Bc (Halbwertszeit nur Stunden) der empfindlichste Indikator einer kompletten Beseitigung der Okklusion. Zur Verlaufsbeurteilung der konjugierten Hyperbilirubinämie sind jedoch die Verfahren zur Bestimmung des BT ungeeignet, da Bδ mit einer Halbwertszeit von 18 Tagen mit gemessen wird. Die Verlaufsbeurteilung des Bc ist jedoch möglich, wenn Verfahren eingesetzt werden, die spezifisch Bc messen.

Bei akuten Hepatitiden führt die Schädigung von Parenchymzellen zum Ikterus. Er resultiert aus einer Störung der Exkretion Galle-pflichtiger Substanzen in die Gallenkanälchen und die Regurgation von Bc in die Zirkulation.

Das Enzym UDP-Glukuronyltransferase (UGT1A1) wird vom Gen UGT1A1 kodiert. Das Enzym glukuronidiert Bilirubin. Ein Polymorphismus im Promoter des Gens, der Wiederholungen von Thymidin und Adenin (TA) enthält (TATA-Box), ist für die Menge der in der Zelle vorhandenen UGT1A1 verantwortlich. I

Ist die TATA-Box:

  • Homozygot für 7 TA-Wiederholungen (Genotyp 7/7), enthält die Zelle wenig UGT1A1-Aktivität.
  • Homozygot für 6 TA-Wiederholungen (Genotyp 6/6, Wild-Typ) enthält die Zelle viel UGT1A1-Aktivität.
  • Heterozygot (Genotyp 6/7) enthält die Zelle mäßig UGT1A1-Aktivität.

Bei den Europäern haben 24 % den Genotyp 6/6, 39 % den Genotyp 6/7 und 8 % den Genotyp 7/7. Eine Variation im Nukleotid 211 (G zu A, heterozygot und homozygot) verursacht eine neonatale Hyperbilirubinämie.

Bu ist stark apolar und praktisch nicht wasserlöslich. Das beruht auf seiner gefalteten Konformation, die durch sechs Wasserstoffbrückenbindungen in der sogenannten ZZ-Konformation stabilisiert wird (Abb. 5.2-4 – Struktur des unkonjugierten Bilirubins). Unter Lichttherapie Neugeborener mit unkonjugierter Hyperbilirubinämie kommt es zur Ruptur von Wasserstoffbrückenbindungen und es resultieren Isomere mit teils offener (ZE oder EZ) oder komplett offener Konformation (EE). Diese Konformationen sind wasserlöslicher und werden deshalb besser eliminiert.

Ursache der Bilirubin Enzephalopathie ist freies Bilirubin, dessen Konzentration bei einer BT-Konzentration über 17 mg/dl (291 μmol/l) zunimmt. Freies Bilirubin ist gut fettlöslich und neurotoxisch. Die Toxizität besteht in einer Schädigung der Mitochondrien in den Astrozyten. Da die Anlagerung von Bu an Albumin bei Azidose abnimmt und auch durch bestimmte Pharmaka, z.B. Salizylsäure, beeinträchtigt wird, begünstigen beide Faktoren auch den Anstieg von BF.

Bδ hat aufgrund seiner kovalenten Bindung an Albumin eine Halbwertszeit von 18 Tagen und wird beim Gesunden, dem Gilbert Syndrom und der Neugeborenen-Hyperbilirubinämie nicht nachgewiesen. Der Anteil des Bδ kann bei Erkrankungen mit konjugierter Hyperbilirubinämie, z.B. dem parenchymatösen Ikterus und dem Verschlussikterus, in der akuten Phase 20–50 % des BT betragen. Bei Besserung des klinischen Zustandes und Abnahme des BT kann der Anteil des Bδ auf 50–90 % ansteigen und deshalb noch relativ lange eine Hyperbilirubinämie bestehen bleiben.

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5.3 Carnitin

Hermann Seim, Lothar Thomas

Carnitin (3-Hydroxy-4-N-trimethylammonium-butyrat) kommt in der Natur als L-(–) Stereoisomer entweder in freier Form vor oder verestert über seine Hydroxylgruppe mit Fettsäuren. Ein Spektrum endogener Carnitine kann im Plasma gemessen werden /1/:

Total Carnitin; es handelt sich um die Summe aus freiem und verestertem Carnitin.

  • Freies L-Carnitin; der Anteil dieses nicht veresterten Carnitins ist etwa 90 % des totalen Carnitins beim Gesunden.
  • Totales Acylcarnitin; L-Carntin ist über seine Hydroxylgruppe verestert mit langkettigen (C12–C18) oder kurzkettigen (C2–C10) Fettsäuren. Das Verhältnis von totalem Acylcarnitin zu totalem Carnitin im Plasma beträgt beim Gesunden etwa 5 %.

Carnitine sind endogene niedermolekulare Substanzen, die bei allen Säugetieren vorkommen. Die biologischen Aktivitäten der Carnitine sind:

  • Sie funktionieren als essentielle Carrier von Acylgruppen aus dem Zytoplasma in die Mitochondrien, und führen die Fettsäuren an den Ort der β-Oxidation; sie tragen somit zur Produktion von Energie bei.
  • Sie halten in den Mitochondrien die Konzentration von freiem Coenzym A aufrecht durch Bindung kurzkettiger Acylgruppen an Coenzym A und transportieren diese aus den Mitochondrien.
  • Die mitochondriale β-Oxidation ist eine fundamentale Quelle der zellulären Gewinnung von Energie, besonders im Herz- und Skelettmuskel. So befinden sich 98 % des gesamten Carnitins des Organismus in diesen beiden Geweben. Obwohl nur etwa 1 % der Carnitinpools des Organismus im Blut vorhanden ist, wird die Konzentration im Plasma als ein Indikator des Carnitingehalts des Organismus akzeptiert.

Der Körpergehalt an Carnitin wird durch Absorption aus der Nahrung, insbesondere rotes Fleisch und die endogene Biosynthese aus Methionin und Lysin aufrecht erhalten.

5.3.1 Indikation

Verdacht auf Carnitinmangel bei:

  • Symptomen wie Muskelschwäche, Myalgie, Kardiomyopathie, hypoketotischer Hypoglykämie, Gedeihstörung bei Säuglingen und Kleinkindern.
  • Fehlernährung, Kwashiorkor und Kachexie.
  • Langzeitig Carnitin freier parenteraler Ernährung.
  • Arzneimittel-induziertem Mangelzustand, durch Behandlung z.B. mit Valproinsäure oder Pivalinsäure.
  • Angeborenen Enzymdefekten, z.B. mittelkettiger Acyl-CoA-Dehydrogenase-Mangel (MCAD).
  • Organoazidurien, z.B. Propionazidurie.
  • Lipidspeichermyopathien.
  • Schwangerschaft, Hämodialyse (situationsbedingt)

5.3.2 Bestimmungsmethode

Die Bestimmung von freiem Carnitin und verestertem Carnitin, die oft beide bei Carnitinmangel bestimmt werden, beruht auf zwei Verfahren, der photometrischen Bestimmung und dem Radioisotopen-Test.

Photometrische Bestimmung /23/

L-Carnitin reagiert mit Acetyl CoA unter Bildung von Acetyl-L-Carnitin und CoASH. Die Reaktion wird durch die Carnitin-Acyl-Transferase (CAT, EC 2.3.1.7) katalysiert. CoASH reagiert, nicht enzymatisch katalysiert mit 5,5'-Dithiobis-2-nitrobenzoat (DTNB) unter Bildung von 5-Thio-2-nitrobenzoat (TNB). Die Konzentration von TNB wird photometrisch gemessen. Zwei Reagenzansätze werden durchgeführt. Im ersten Reagenzansatz wird das freie L-Carnitin bestimmt. Beim zweiten Reagenzansatz wird zur Bestimmung des totalen Carnitins zuerst die Probe mit 2 molarer KOH versetzt um die Acylcarnitine zu hydrolysieren. Nun nur noch vorliegendes freies L-Carnitin wird als totales Carnitin bestimmt.

L-carnitine + acetyl-CoA CAT acetyl-L-carnitine + CoASH CoASH + DTNB CoA-S-NB + TNB + H +

Radioisotopen-Test /4/

Der Radioisotopen Test beruht auf dem stöchiometrischen Acetyl-Transfer von 14C-markiertem acetyl-CoA auf Carnitin, katalysiert durch die CAT. Gemessen wird der Isotopengehalt des gebildeten 14C-Acetylcarnitin.

Chromatographische Techniken

Folgende Verfahren werden zum Nachweis von L-Carnitin und dessen Metaboliten eingesetzt: Gaschromatographie und Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC), häufig gekoppelt mit Tandem Massenspektrometrie oder HPLC-Elektrospray /5/.

5.3.3 Untersuchungsmaterial

Serum (EDTA-Plasma), Harn, Biopsiematerial, Seminalplasma: 1 ml

5.3.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 5.3-1 – Referenzbereiche für Carnitin.

5.3.5 Bewertung

L-Carnitin wird in der Leber aus Methionin und Protein-gebundenem Lysin synthetisiert. Der wesentliche Anteil der täglich benötigten Menge wird jedoch mit der Nahrung, insbesondere dem roten Fleisch, aufgenommen. Eine hereditäre Synthesestörung von Carnitin ist nicht bekannt, wenn auch bei Frühgeborenen der Syntheseweg noch nicht voll ausgebildet ist /14/.

Unter dem Carnitin Mangel wird eine Verminderung des freien Carnitins (L-Carnitin) verstanden. Es besteht häufig eine Verminderung der Ratio L-Carnitin/Acylcarnitin, da letzteres erhöht ist.

Klinisch bedeutsam sind Carnitin Mangelzustände der Zellen. Diese sind bei zum Teil nicht durch Messung der Carnitin Konzentration im Serum zu erfassen.

Die Mangelzustände an Carnitin werden nach klinischen und ätiopathogenen Kriterien klassifiziert in:

  • Muskuläre; nur die Muskulatur ist betroffen.
  • Systemische; Carnitin ist in allen Geweben vermindert.
  • Primäre; es handelt sich um eine metabolische Störung des Carnitin Stoffwechsels, die in einer niedrigen freien Carnitin Konzentration resultiert und mit Kardiomyopathie, Enzephalopathie und Muskelschwäche assoziiert ist. Unbehandelt führt der Mangel zum vorzeitigen Tode. Die Störung beruht auf einem Defekt der Aufnahme von Carnitin in die Zelle oder des Transportsystems von Carnitin in das Mitochondrium.
  • Sekundäre; dieser Carnitin Mangel ist milder als der primäre und resultiert aus einer verminderten renalen oder hepatischen Funktion, einer extremen Fehlernährung oder ist medikamentös bedingt, z.B. durch Medikation von Valproinsäure oder Pivampicillin.
  • Der primäre Carnitin Mangel zählt zu den seltenen Krankheiten, der sekundäre tritt klinisch gehäuft auf. Durch Therapie mit L-Carnitin (ca. 10–100 mg/kg und Tag) lässt sich der Mangel beseitigen. Die Antwort auf die Medikation mit Carnitin ist bei der muskulären Form unterschiedlich, bei der systemischen Form lebenserhaltend.

Die Konzentration von Carnitin in den Geweben beträgt das 10–100 fache derjenigen des Blutes bzw. der Extrazellularflüssigkeit. Klinisch bedeutsam ist, dass:

  • Ein verminderter Gehalt der Gewebe an Carnitin beweisend für ein Carnitin Mangelsyndrom ist.
  • Eine über Wochen bzw. Monate verminderte Carnitin Konzentration im Serum auf einen Mangel in den Geweben schließen lässt.
  • Eine normale Konzentration von Carnitin im Serum einen Carnitin Mangel in einzelnen Organen, besonders der Herz- und Skelettmuskulatur, nicht ausschließt, da eine isolierte Störung des Transportsystems der Zellmembran für Carnitin vorliegen kann, z.B. muskuläre Form des Carnitin Mangels.

5.3.5.1 Muskulärer Carnitinmangel

Primärer Mangel

Der Mangel beschränkt sich nur auf die Muskulatur /15/. Der Nachweis kann allein durch eine L-Carnitin Bestimmung im Muskelgewebe erbracht werden, da die Konzentration des Serums an L-Carnitin im Referenzbereich liegt. Denn obwohl 99 % des Carnitinpools in der Muskulatur gelegen sind, müssen nahezu 90 % dieses Pools entleert sein, ehe der Serumwert unterhalb den Referenzbereich sinkt /16/. Die klinischen Symptome sind Episoden von Muskelschwäche und Myalgien, besonders der Muskulatur der Gliedmaßen und des Halses; während des Fastens oder fettreichen Diät tritt eine angepasste Ketogenese auf. Histochemisch liegt eine Form der Lipidspeicher Myopathie vor, die Fetttröpfchen sind in Typ I-Muskelfasern eingelagert. Die Symptome setzen in der Kindheit bis zum Erwachsenenalter ein, der Verlauf ist weniger progredient als bei der systemischen Form. Der muskuläre Carnitin Mangel wird autosomal-rezessiv vererbt oder erworben.

Sekundärer Mangel

Dieser Mangel ist auf die Muskulatur beschränkt, aber an andere muskuläre Erkrankungen gebunden, z.B. an die Duchenne-Muskeldystrophie oder metabolische Myopathien (Mitochondriopathien).

5.3.5.2 Systemischer primärer Carnitinmangel

Der primäre Carnitin-Mangel ist hereditär bedingt und kann auf folgenden Defekten beruhen (Abb. 5.3-1 – Mitochondriales Carnitinsystem):

  • Des Carnitin Transporters der Zellmembran (Carnitin Uptake-Defekt, CUD). Beim CUD werden gehemmt: Die Resorption von Carnitin aus dem Darm, die Rückresorption von Carnitin im proximalen renalen Tubulus und in anderen Geweben die Akkumulation innerhalb der Zelle reduziert.
  • Von Enzymen, die langkettige Fettsäuren in die Mitochondrien transportieren, und zwar der Carnitin-Palmitoyltransferase I (CPT I), der Carnitin-Palmitoyltransferase II (CPT II) und der Translokase, auch Carnitin-Acylcarnitin-Carrier genannt.

Hereditäre Ursachen sind aufgeführt in Tab. 5.3-2 – Hereditäre Ursachen des systemischen sekundären Carnitinmangels.

Carnitin Uptake-Defekt (CUD) /17/

Klinik: Es gibt zwei Formen, eine in der frühen Kindheit evident werdende kardio-myopathische Form und eine hepatische mit rekurrierend auftretender dem Reye-Syndrom ähnlicher Symptomatik.

Labordiagnostik: Freies und Total-Carnitin sehr niedrig, Acylcarnitin normal. Glucose und Ketonkörper im Hungerzustand erniedrigt. Ammoniak erhöht, metabolische Azidose, Creatinkinase (CK) erhöht, Myoglobin erhöht, Aminotransferasen erhöht.

CPT-1-Defekt /17/

Klinik: Nur die Leber ist betroffen. Episoden mit Störung der Leberfunktion, oft von einer Hypoglykämie begleitet. Ein Teil der Patienten entwickelt eine renale tubuläre Azidose. Die Mütter dieser Patienten hatten eventuell eine akute Schwangerschafts-Fettleber.

Labordiagnostik: Total-Carnitin erniedrigt, Acylcarnitin erniedrigt, freies Carnitin normal oder erhöht. Hypoglykämie und Hypoketonämie im Hungerzustand. Metabolische Azidose, Ammoniak normal, Aminotransferasen und CK normal.

Translokase-Defekt /17/

Klinik: Es gibt einen Verlauf mit plötzlichem Kindstod und eine milde Form. In beiden Fällen liegen kardio-myopathische und hepatische Beschwerden unterschiedlichen Schweregrads vor.

Labordiagnostik: Acylcarnitin erhöht, freies Carnitin erniedrigt. Hypoglykämie, Hypoketonämie im Hungerzustand. Metabolische Azidose, Ammoniak, Lactat, Harnsäure, Aminotransferasen und CK erhöht.

CPT 2-Defekt /17/

Klinik: Es werden unterschieden:

  • Neonatale Form, die meist letal verläuft und mit Zystennieren einhergehen kann.
  • Im Kindesalter beginnende und im Erwachsenenalter sich manifestierende Form. Dieser Defekt ist eine der häufigsten biochemisch definierten Ursachen für eine Myoglobinurie bei Erwachsenen /18/. Der CPT 2-Defekt macht sich besonders nach intensiver körperlicher Belastung bemerkbar. Es treten Myalgien mit Myoglobinurie und Rhabdomyolyse auf. Andere auslösende Faktoren sind Fasten mit und ohne körperliche Anstrengung, Kälteexposition und wiederkehrende Infektionen; letztlich alles Bedingungen einer erhöhten Fettsäureoxidation. Eine Lipidspeicherung im Muskel besteht nicht oder ist nur geringfügig /181920/.

Labordiagnostik: Total-Carnitin normal oder erhöht, Acylcarnitin erhöht, freies Carnitin erniedrigt. Glucose und Ketonkörper im Hungerzustand erniedrigt. Leberenzyme, CK und Myoglobin erhöht.

5.3.5.3 Systemischer sekundärer Carnitinmangel

In diese Gruppe werden Carnitin Mangelzustände eingeordnet, die mit definierten genetischen Defekten außerhalb des Carnitin Systems, komplexen Erkrankungen oder krasser Fehlernährung verbunden sind. Genetische Defekte sind z.B. Organoazidurien, Enzymdefekte der mitochondrialen β-Oxidation und der Atmungskette (Tab. 5.3-3 – Systemischer sekundärer Carnitinmangel anderer Genese). Im Serum ist besonders der Mangel an freiem Carnitin auffällig (unter 18 μmol/l).

Häufig liegt beim sekundären Carnitin Mangel nur ein funktioneller Mangel vor. Bei diesem ist das freie Carnitin erniedrigt, aber das Total-Carnitin auf Grund einer Erhöhung des Acylcarnitins noch im Referenzbereich /21/. Damit fehlt freies Carnitin, um überschüssige Acylgruppen vom Coenzym A zu übernehmen.

5.3.6 Hinweise und Störungen

Störfaktoren

Da bei der photometrischen Methode die Sulfhydrylgruppe des freien Coenzym A mittels Dithiobisnitrobenzoat bestimmt wird, stören endogene SH-Gruppen den Test. Abhilfe wird durch vorherige Oxidation mittels H2O2 und dessen anschließende Zersetzung durch Katalase geschaffen /2/.

Einflussgrößen

Die Konzentration von Total-Carnitin der Erythrozyten ist vergleichbar der des Serums, jedoch ist der Acylierungsgrad unterschiedlich /1229/. In den Leukozyten ist die Carnitin Konzentration höher als im Serum und vom Aktivierungsgrad abhängig /31/.

Stabilität

Lagerung von Total-Carnitin bei 4–6 °C bis zu 1 Woche. Veränderungen in den Fraktionen freies Carnitin und Acylcarnitin können proportional zur Standzeit durch Hydrolyse, besonders der kurzkettigen Acylcarnitine, auftreten. Tiefgefroren sind Total-Carnitin und seine Fraktionen längere Zeit stabil /2/.

5.3.7 Pathophysiologie

Bevor Einschleusung einer Fettsäure (FA) nach Freisetzung aus Triglyceriden in den metabolischen Weg, wird sie in Form des Acyl-CoA aktiviert. Das erfolgt, katalysiert durch die Acyl-CoA Synthetase, in 2 Schritten:

1. Die Bildung von intermediärem FA-Acyl-AMP mit der Freisetzung von Pyrophosphat.

FA + ATP Acyl-AMP + PPi

2. Die Bildung von FA-Acyl-CoA und AMP.

Acyl-AMP + CoA Acyl-CoA + AMP

Aktivierte Fettsäuren sind nicht in der Lage, in freier Form durch die innere Membran der Mitochondrien zu gelangen. Sie nutzen deshalb das Transportsystem des L-Carnitins (Abb. 5.3-1 – Mitochondriales Carnitinsystem). An der Außenseite der inneren Mitochondrienmembran wird durch die Carnitin-Palmitoyl-Acyltransferase I (CPT I) der CoA-Rest gegen Carnitin ausgetauscht. Der Acyl-Carnitin-Komplex durchquert die Membran, vermittelt durch die Carnitin-Acylcarnitin-Translokase. An der Membraninnenseite wird durch die CPT II der Fettsäurerest wieder auf CoA übertragen.

Der Pool an Total-Carnitin des Erwachsenen beträgt 15–20 g, davon sind ca. 95 % relativ langsam austauschbar in der Muskulatur lokalisiert.

Der größte Teil des täglich benötigten Carnitins wird mit der Nahrung aufgenommen. Carnitin wird im Duodenum und Jejunum über einen Na+-abhängigen aktiven Transport oder auch Diffusion absorbiert und entstammt tierischen Produkten (Fleisch, Milch) (Abb. 5.3-2 – Angriffspunkte des Carnitins im Stoffwechsel). Pflanzliche Produkte enthalten praktisch kein Carnitin. Die Bioverfügbarkeit von oral appliziertem Carnitin liegt bei 5–20 %.

Der kleinere Teil der Carnitin Versorgung erfolgt vom Organismus selbst aus den essentiellen Aminosäuren Lysin und Methionin (Abb. 5.3-3 – Endogene Synthese des Carnitins). Weiterhin werden die Vitamine C, B6 und Niacin sowie Fe2+ benötigt. Der letzte Schritt der Biosynthese, die Hydroxylierung des γ-Butyrobetains, findet in der Leber und den Nieren statt.

Der Leber und den Nieren kommt für die Homöostase des Carnitin Stoffwechsels eine grundlegende Bedeutung zu. Nach intestinaler Absorption gelangt Carnitin über das Portalvenenblut in die Hepatozyten und wird teilweise mit Fettsäuren zu den Acylcarnitinen verestert. Freies Carnitin und die Acylcarnitine werden über die Blutzirkulation an die Organe verteilt. In den Nieren wird über 95 % des filtrierten Carnitins wieder rückresorbiert. Die Clearance für Acylcarnitine ist signifikant höher als für freies Carnitin.

Fettsäuren werden in allen Organen, mit Ausnahme des Gehirns und den Erythrozyten zu CO2 und H2O abgebaut. Das geschieht in den Mitochondrien in unmittelbarer Nähe zum Zitronensäurezyklus und der Atmungskette. Der beim Fettsäurenabbau frei werdende Wasserstoff wird auf FAD und NAD übertragen und unter Energiegewinn verbrannt.

Der Abbau der Fettsäuren aus Triglyceriden geschieht in folgenden Schritten (Abb. 5.3-1 – Mitochondriales Carnitinsystem):

  • Im Zytoplasma der Zellen werden Fettsäuren durch Verknüpfung ihrer Carboxylgruppe mit Acetyl-CoA aktiviert. Dieser Schritt wird von Thiokinasen (Acyl-CoA-Synthetasen) katalysiert.
  • Der Transport der aktivierten Fettsäuren in das Mitochondrium kann nur als Carnitinester (Acylcarnitin) erfolgen. Die Katalyse dieser Reaktion geschieht vermittels der Carnitin-Acyl-Transferasen (CAT), von denen die Carnitin-Palmitoyl-Transferasen (CPT) die wichtigsten sind, da sie den Transport der langkettigen Fettsäuren katalysieren. An der äußeren Mitochondrienmembran erfolgt, katalysiert durch die CPT I, der Austausch des CoA-Restes gegen Carnitin (Abb. 5.3-1). An der inneren Mitochondrienmembran wird, durch die CPT II katalysiert, der Fettsäurerest wieder auf CoA übertragen.
  • Der Abbau der Fettsäure beginnt in der mitochondrialen Matrix mit der Acyl-CoA-Dehydrogenase katalysierten Oxidation zur ungesättigten Fettsäure.

Bei den Acyl-CoA-Synthetasen, Carnitin-Acyltransferasen und den Acyl-CoA-Dehydrogenasen sind jeweils drei Enzyme bekannt, und zwar mit einer Substratspezifität für langkettiger Fettsäuren (C14 bis C20; Palmityl), mittelkettige Fettsäuren (C8 und C10; Octanyl) und nur für Acetat und Propionat.

Carnitin-Acyl-Transferase (EC 2.3.1.7)

Sie ist in den Mitochondrien und den Peroxisomen lokalisiert. Das Enzym katalysiert die reversible Übertragung von kurzkettigen Acylgruppen vom Coenzym A auf das Carnitin. Bei den zahlreichen sekundären Mangelzuständen mit erhöhtem Acylcarnitinanteil ist diese enzymatische Reaktion für den Transport von toxischen Acylgruppen aus den Mitochondrien heraus verantwortlich. Die Verfügbarkeit von freiem CoA ist auf die Aktivität dieses Enzyms zurückzuführen.

Carnitin-Oktanoyl-Transferase (EC 2.3.1.137)

Sie übernimmt die mittelkettigen Acylreste (C8 und C10 mit höchster Affinität) vom Coenzym A. Durch die Lokalisation in Peroxisomen und Mitochondrien gewährleistet das Enzym den Transport von mittelkettigen Acylresten von den Peroxisomen zu den Mitochondrien zur Energiegewinnung (Carnitin-Shuttle).

Carnitin-Palmitoyl-Transferase (EC 2.3.1.21)

Sie ist für die Einschleusung der langkettigen Fettsäuren in die Mitochondrien eine notwendige Voraussetzung. Nach Lokalisation, spezifischer Regulierbarkeit und physiologischer Funktionalität wird zwischen der CPT I (an der Außenmembran der Mitochondrien lokalisiert) und der CPT II (an der Matrixseite der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert) unterschieden (Abb. 5.3-1 – Mitochondriales Carnitinsystem). Physiologischer Inhibitor der CPT I ist Malonyl-CoA, das erste intermediäre Produkt, das auf die Fettsäuresynthese ausgerichtet ist (Abb. 5.3-4 – Regulatorische Rolle der Carnitin-Palmitoyl-Transferase I). Ansteigende Konzentrationen von Malonyl-CoA bewirken über die Hemmung der CPT I die Fettsäureoxidation.

Das hat folgende Auswirkungen /32/:

  • Bei der Aufnahme von Kohlenhydraten (hohes Insulin/Glucagon-Verhältnis) ist die hepatische Lipogenese gesteigert, Malonyl-CoA steigt an, CPT I ist gehemmt und neu gebildete langkettige Acyl-CoA-Fettsäuren werden nicht der Oxidation zugeführt, sondern in Triglyceride überführt. Diese verlassen die Leber als Very Low Density Lipoproteins (VLDL) und werden in den Fettgeweben gespeichert /33/.
  • Im Hungerzustand (niedriges Insulin/Glucagon-Verhältnis) ist auf Grund des niedrigen Flusses von Substrat durch die Glykolyse die Konzentration an Malonyl-CoA niedrig, die CPT I aktiviert und die aus den Fettgeweben angelieferten freien Fettsäuren unterliegen der β-Oxidation unter Bildung von Ketonkörpern.

Carnitin-Acylcarnitin-Translokase

Sie ist in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert und ermöglicht den Durchtritt der Acylcarnitine jeglicher Kettenlänge und des Carnitins im stöchiometrischen Austausch je nach Konzentrationsgradient für die jeweilige Substanz in beiden Richtungen. Unter dem Gesichtspunkt der β-Oxidation werden die langkettigen Acylcarnitine im Austausch gegen mitochondriales Carnitin in die Mitochondrien eingeschleust (Abb. 5.3-1 – Mitochondriales Carnitinsystem).

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5.4 Harnsäure

Lothar Thomas

Harnsäure bzw. ihre ionisierte Form Mononatriumurat sind die Endprodukte des Purinstoffwechsels beim Menschen. Die Höhe des Harnsäurepools des Körpers ist die Bilanz aus Bildung und Elimination. Hyper- und Hypourikämie repräsentieren keine Krankheiten. Während die Hyperurikämie primär ein Symptom der Gicht ist, tritt sie sekundär in Assoziation mit Risikofaktoren der koronaren Herzkrankheit, in Assoziation mit dem metabolischen Syndrom und Zuständen mit vermehrtem Zellumsatz auf. Die Hypourikämie hat nur bedingt einen Krankheitswert. Zur Ursachenabklärung von Hyper- und Hypourikämie kann die Bestimmung der Harnsäure-Ausscheidung im Harn bedeutsam sein.

5.4.1 Indikation

Serum, Plasma

  • Bei der medizinischen Erstuntersuchung.
  • Gicht in der Familie, bzw. Nierenstein-Anamnese.
  • Klinische Symptome, die auf einen akuten Gichtanfall hinweisen.
  • Kontrolle der Gicht Therapie.
  • Bei Patienten mit Hypertonie, Hyperlipidämie, Übergewicht, Prädiabetes, Diabetes mellitus, chronischer Nierenerkrankung.
  • Bei kardiovaskulärer Erkrankung und Schlaganfall.
  • Verdacht auf Schwangerschaftsgestose.
  • Erkrankungen, Zustände und Therapien, die eine sekundäre Hyperurikämie verursachen können, z.B. Polycythämia vera, Hungerkuren, Alkohol, Zytostatika-Therapie und Bestrahlung von Tumoren, Cyclosporin Therapie bei Transplantatempfängern.
  • Bei Kindern mit hypoketonämischer Hypoglykämie.

Harn

Verdacht auf vermehrte endogene Bildung von Harnsäure:

  • Auftreten von Gicht im Kindes- und Jugendalter.
  • Erkrankung mit Bildung Harnsäure- oder Calcium haltigen Nierensteinen bei normaler oder grenzwertiger Serumharnsäure.
  • Mit Hypourikämie einhergehende Zustände.

5.4.2 Bestimmungsmethode

Die Methoden zur Bestimmung der Harnsäure in biologischen Flüssigkeiten basieren auf der Anwendung des Enzyms Urikase /1/.

Kinetische UV-Methode

Prinzip: Urikase katalysiert die Umsetzung von Harnsäure in Gegenwart von O2 in Allantoin unter Bildung von CO2 und H2O2. Entstandenes H2O2 wird quantifiziert durch die Anwendung von Katalase und Aldehyddehyrogenase (ADH). Der Anstieg von NADPH, gemessen als Extinktionsänderung bei Hg 340 oder 334 ist proportional der Menge an Harnsäure (Tab. 5.4-1 – Kinetische UV-Test zur Bestimmung von Harnsäure).

Kolorimetrische Methode /3/

Prinzip: Im ersten Schritt katalysiert Urikase die Umsetzung von Harnsäure in Gegenwart von O2 in Allantoin unter Bildung von CO2 und H2O2. Als Indikator Reaktion wenden die in der Routinediagnostik eingesetzten Methoden meist ein Peroxidase- oder Katalase-System an, gekoppelt mit einem Akzeptor für Sauerstoff zur Bildung eines Chromogens. Häufig in der Routinediagnostik angewendete Verfahren zum Nachweis umgesetzter Harnsäure sind:

  • Reaktion nach Trinder: H2O2 reagiert in Gegenwart von Peroxidase mit einem Chromogen System aus Phenol und 4-Aminophenazon zu einem roten Chinonimin, dessen Absorption bei etwa 500 nm liegt. Für diese Methode gibt es eine Reihe von Modifikationen, die alle bei der Phenolkomponente ansetzen. Es werden entweder chlorierte Phenole oder chlorierte Benzolsulfonsäuren eingesetzt /4/.
  • Kageyama-Reaktion: Katalase setzt vermittels H2O2 Methanol zu Formaldehyd um. Dieser reagiert mit Acetylaceton in Gegenwart von Ammoniumionen zu einem gelben Farbstoff, dessen Absorption bei 410 nm gemessen wird /5/.

5.4.3 Untersuchungsmaterial

  • Serum, Plasma (kein EDTA, Citrat, Oxalat): 1 ml
  • Harnsäure Ausscheidung: 24 h-Sammelharn ohne Zusatz im Labor abgeben.
  • Harnsäure/Creatinin-Quotient: Spontanharn ohne Zusatz im Labor abgeben.

5.4.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 5.4-2 – Referenzbereiche von Harnsäure.

5.4.5 Bewertung

Definitions gemäß liegt eine Hyperurikämie vor, wenn die Harnsäure im Plasma die Löslichkeitsgrenze für Mononatriumurat bei 37 °C von 6,8 mg/dl (400 μmol/l) überschreitet. Bei einer höheren Konzentration ist das Plasma übersättigt und bei entsprechenden physikalischen Bedingungen kommt es zur Ausfällung von Mononatriumurat. Eine Hypourikämie besteht, wenn die Konzentration der Harnsäure im Serum ≤ 2 mg/dl (119 μmol/l) beträgt.

Im Zeitraum um 1920 lag die Konzentration der Harnsäure der Bevölkerung in den Industrienationen unter 3,5 mg/dl (210 μmol/l) und nahmen in den folgenden 50 Jahren kontinuierlich bis auf das Doppelte zu. Frauen haben um 0,5 bis 1 mg/dl (30–60 μmol/l) niedrigere Werte als Männer auf Grund des urikosurischen Effektes der Östrogene. Postmenopausal erreichen sie den Männern vergleichbare Werte. Die intra- und interindividuelle Variation der Harnsäure im Serum ist multifaktoriell und von genetischen Faktoren und Faktoren der Umwelt abhängig. Etwa zwei Drittel der täglich gebildeten Harnsäure werden renal ausgeschieden, der restliche Anteil über den Darm mit dem Stuhlgang. Siehe Abb. 5.4-1 – Harnsäure im Serum in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und Rasse.

5.4.5.1 Hyperurikämie

Die Prävalenz der Hyperurikämie in der Bevölkerung ist hoch. Sie betrug in der Framingham Studie 9,2 % bei den Männern und 0,4 % bei den Frauen und 19 % der Hyperurikämiker litten an einer Gicht /10/. Eine deutsche Studie /6/ ermittelte bei Blutspendern eine Prävalenz von 2,6 % bei Frauen und 28,6 % bei Männern. Frauen erkranken oft erst nach der Menopause.

Die Hyperurikämie ist mit weiteren metabolischen Störungen wie Insulinresistenz, Diabetes mellitus, metabolischem Syndrom, Adipositas, Hyperlipoproteinämie, exzessivem Alkoholkonsum und Erkrankungen wie Hypertonie und chronischer Niereninsuffizienz assoziiert und ist ein unabhängiger kardiovaskulärer Risikofaktor /1112/.

Die Hyperurikämie ist die Folge (Tab. 5.4-3 – Ursachen der Hyperurikämie) /1314/:

  • Einer verminderten renalen Ausscheidung von Harnsäure bedingt durch genetische Defekte (URAT1-Transporter) oder anderen Ursachen (Stauungsinsuffizienz des Herzens, Volumendepletion, Diuretikamedikation), die zu einer verstärkten renal-tubulären Reabsorption von Harnsäure führen. In 90 % der Fälle, bei denen die Hyperurikämie mit dem Krankheitsbild der Gicht verknüpft ist, liegt eine verminderte Harnsäure Ausscheidung vor. Das Ausmaß der Hyperurikämie wird zusätzlich von Umweltfaktoren beeinflusst.
  • Einer Überproduktion von Harnsäure durch den verstärkten Verzehr von Fleisch und Fisch oder einem erhöhten Konsum von Alkohol.

Die Hyperurikämie wird eingeteilt in /14/:

  • Primäre Formen. Häufigste Ursache ist eine genetisch bedingte Variationen der Transportmoleküle von Urat in den Nierentubuli, wodurch es zur verstärkten renalen Reabsorption von Harnsäure kommt (Underexcreder), in Verbindung mit reichlicher Proteinzufuhr. Diese Patienten benötigen eine 1–2 mg/dl (59–119 μmol/l) höhere Konzentration von Harnsäure im Plasma im Vergleich zu Gesunden, um die gleiche Harnsäuremenge auszuscheiden. Seltene Ursachen betreffen hereditäre Enzymdefekte, die zu einer erhöhten Produktion von Harnsäure führen (Overproducer). Beide erblich bedingte Störungen führen oft zur Gicht, die dann als primär bezeichnet wird.
  • Sekundäre Formen. Hierunter werden alle Fälle zusammengefasst, bei denen die Hyperurikämie oder Gicht auf Grund von Erkrankungen zustande kommt, die primär nicht den Purinstoffwechsel betreffen. Dabei können eine vermehrte Bildung von Harnsäure aus exogenen oder endogenen Purinen, die verminderte renale Ausscheidung von Harnsäure oder physiologisch nicht zuzuordnende Ursachen vorliegen (Tab. 5.4-4 – Klassifizierung der Hyperurikämien/13/.
5.4.5.1.1 Von der Hyperurikämie zur Gicht

Bei einem pH von 7,4 liegt 90 % der Harnsäure als Mononatriumurat vor. Ab einer Konzentration von 8 mg/dl (476 μmol/l) kann es zur Ausfällung des Urates in den Geweben kommen. Die inflammatorische Gicht bedingte Arthritis hat eine Prävalenz von 0,9–2,5 % in Europa, 3,9 % in den USA und über 6% bei Ethnien im Ozeanisch-Pazifischen Raum. Es gibt keine klare Korrelation zwischen der Harnsäure des Serums und der Auslösung eines Gichtanfalls. Nach einer Studie /15/ beträgt die Inzidenz der Gicht 0,5 % bei einer Harnsäure von 7,0–8,9 mg/dl (416–529 μmol/l) und 4,9 % bei Werten über 9,0 mg/dl (535 μmol/l). Dabei treten die Gichtanfälle meistens erst nach einer 20–40 jähriger Hyperurikämie auf. Bei Patienten mit angeborenem Enzymdefekt tritt der erste Gichtanfall meist schon im jugendlichen Alter auf.

5.4.5.1.2 Labordiagnostik von Hyperurikämie und Gicht

Die zwei- bis dreimalige Erhöhung der Harnsäure im morgendlichen Nüchternserum an verschiedenen Tagen auf über 6,0 mg/dl (357 μmol/l) bei Frauen und über 7,0 mg/dl (416 μmol/l) bei Männern spricht für das Vorliegen einer Hyperurikämie. Zur Beurteilung der Gesamtsituation müssen Essgewohnheiten, Medikamenten Einnahme und Alkoholkonsum, wie sie in den letzten Wochen und Monaten bestanden haben, beibehalten werden /14/. Zum Einfluss von Pharmaka siehe Tab. 5.4-5 – Einfluss von Arzneimitteln auf die Harnsäurekonzentration im Serum.

Harnsäurebestimmung im Urin

Ist die Diagnose einer Gicht gestellt, müssen mögliche Ursachen abgeklärt werden. Fragestellungen, die durch die Bestimmung der Harnsäure im Urin weiterführend abgeklärt werden können, sind:

  • Ist eine vorliegende Hyperurikämie endogen, also durch Krankheit oder exogen, das heißt durch Ernährung, bedingt?
  • Handelt es sich bei bestehender Nephrolithiasis um einen Overproducer oder einen Underexcreter?
  • Liegt in Fällen mit grenzwertig oder erhöhter Harnsäure eine Störung der renalen Funktion vor?

Die Harnsäure Ausscheidung im 24 h-Sammelurin bzw. der Harnsäure/Creatinin-Quotient im Spontanharn ermöglichen folgende Aussagen:

  • Eine Ausscheidung bis 600 mg (3,57 mmol) bei purinarmer Kost und bis 800 mg (4,76 mmol) unter normaler Kost bei bestehender Hyperurikämie sprechen für eine Störung der tubulären Sekretion von Harnsäure als Ursache und somit für das Vorliegen einer primären Hyperurikämie. Bei diesen Underexcreters ist die fraktionelle Clearance der Harnsäure (Harnsäure-Clearance/Creatinin-Clearance; FEHS) unter 4,0 % /16/.
  • Eine Ausscheidung über die zuvor genannten Grenzwerte hinaus weist, unabhängig davon, ob die Harnsäure im Serum erhöht ist, auf die Harnsäure-Überproduktion hin. Wenn unter purinarmer Kost die Harnsäure Ausscheidung normalisiert, signalisiert das die Harnsäurebildung aus exogenen Purinen. Ist das nicht der Fall, werden endogene Purine vermehrt verstoffwechselt.

Bei der Interpretation der Harnsäure Ausscheidung sollte beachtet werden:

  • Ob die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) vermindert ist. Ist das der Fall, kann bei einer normalen Harnsäure Ausscheidung eine Überproduktion übersehen werden.
  • Dass bei Patienten mit eingeschränkter GFR eine erhöhte Harnsäure Ausscheidung ein Beweis der Überproduktion von Harnsäure ist.
  • Dass der Harnsäure/Creatinin-Quotient im Spontanurin, der mit einem Wert von über 0,80 eine Überproduktion der Harnsäure-anzeigen soll, nur mäßig mit der Harnsäure Ausscheidung im 24 h-Urin korreliert. Das beruht auf der erheblichen diurnalen Schwankung der Harnsäure Ausscheidung.
  • Dass bei Beurteilung der freien Harnsäure-Clearance Werte über 10 % auf eine erhöhte und Werte unter 4 % auf eine verminderte Ausscheidung hinweisen (Tab. 5.4-6 – Berechnung der fraktionellen Harnsäure-Clearance).
  • Dass keine Pharmaka eingenommen wurden, die einen Einfluss auf die Bildung und Elimination der Harnsäure haben (Tab. 5.4-5 – Einfluss von Arzneimitteln auf die Harnsäurekonzentration im Serum).
5.4.5.1.3 Klinische Manifestationen der Hyperurikämie

Obwohl die Prävalenz der Hyperurikämie hoch ist, bleiben die meisten Hyperurikämiker klinisch asymptomatisch. Die Häufigkeit der Komplikationen korreliert jedoch mit der Höhe des Harnsäure im Serum (Tab. 5.4-7 – Häufigkeit der Arthritis urica in Abhängigkeit von der Harnsäure im Serum) und der Höhe der Harnsäure Ausscheidung (Tab. 5.4-6). Nach den 2018 updated European League Against Rheumatism evidence-based recommendations for the diagnosis of gout ist der Nachweis von Monouratkristallen in Aspiraten von Gelenken oder von Tophi der Goldstandard zur Diagnostik der Gicht. Das bedeutet, dass die Diagnose der Gicht auch während der asymptomatischen interkritischen Periode oder zwischen zwei Gichtanfällen, der sogenannten interkritischen Gicht erhoben werden kann.

Klinische Manifestationen der Hyperurikämie sind /17/:

  • Akute Gichtarthritis.
  • Interkritische Gicht.
  • Tophöse, oft primär chronische Gicht mit Weichteil- und Knochentophi einhergehend.
  • Nierenbeteiligung bei Gicht wie Nephrolithiasis, interstitielle Urat-Nephropathie (Gichtniere) mit Hypertonie, sowie die obstruktive Harnsäurenephropathie.
  • Assoziation mit Hypertonie, metabolischen Syndrom und koronarer Herzkrankheit.

Akute Gichtarthritis

Die akute Gichtarthritis geschieht durch Niederschläge von Natriumonomurat in Gelenken und entwickelt sich wie folgt:

  • Asymptomatische Niederschläge von Natriumurat, die Patienten haben zwar Kristallniederschäge in den Gelenken, aber keine Beschwerden
  • Niederschläge von Uratkristallen in den Gelenken in Kombination mit Schmerzen (akute Gichtarthritis).

Die akute Attacke tritt ohne Provokation nach 20–40 jährig bestehender Hyperurikämie auf oder kann durch eine der in Tab. 5.4-4 – Klassifizierung der Hyperurikämien genannten, die Harnsäure erhöhende Ursachen, induziert werden.

Klinisches Symptom ist die akute hoch schmerzhafte Monarthritis, vorwiegend des ersten Grundgelenks einer Großzehe (Podagra). Der Schmerz hält oft eine Woche an und ist selbst limitierend. Während des Anfalls kann die Harnsäure im Serum normal sein, der optimale Zeitpunkt zur Bestimmung der Harnsäure ist 2–3 Wochen nach dem akuten Anfall. Da häufig Urikämien im Rahmen eines Check up schon früh erkannt werden, ist durch entsprechend ärztlich verordnete Maßnahmen die Häufigkeit der akuten Gichtarthritis zurückgegangen.

Interkritische Gicht

Es handelt sich um den Zustand nach dem akuten Gichtanfall, in dem der Patient in einem beschwerdefreien Intervall lebt. Wird eine prophylaktische Therapie unterlassen, können die Abstände zwischen den Gichtanfällen immer kürzer und die Anfallsdauer länger werden. Mehr Gelenke werden in die Erkrankung mit einbezogen, auch kann sich eine tophöse Gicht entwickeln. Klinisch zeigt die interkritische Gicht selten Tophi, häufig jedoch röntgenologisch erkennbare knöcherne Destruktionen.

Tophöse Gicht

Tophi sind knotige Massen aus Mononatriumurat Kristallen, die sich in Knochen, meist in Gelenknähe, in Knorpel, Schleimbeuteln und Sehnenscheiden ablagern. Diese Form tritt auch primär chronisch, also ohne vorangehende akute Gichtarthritis auf. Sie beginnt bevorzugt im höheren Lebensalter, manifestiert sich polyartikulär, besonders an den unteren Gelenken, und betrifft häufig auch Frauen /18/.

Nephrolithiasis

30–40 % der Patienten mit akutem Gichtanfall haben eine Nierensteinanamnese. Auch etwa 40 % der Patienten mit myeloproliferativen Erkrankungen entwickeln Nierensteine. Nicht alle Nierensteine des Hyperurikämikers sind aber Uratsteine.

Bei der Gicht korreliert die Prävalenz der Nephrolithiasis mit der Höhe der Harnsäure im Serum und der Harnsäure Ausscheidung im Urin. Etwa 85 % der Nierensteine bei Hyperurikämikern enthalten Harnsäure. Siehe auch Tab. 5.4-8 – Häufigkeit der Nephrolithiasis in Abhängigkeit von der Harnsäurekonzentration im Serum und der Harnsäure-Clearance.

Uratsteine resultieren aus einer Übersättigung des Urins mit undissoziierter Harnsäure. Eine Hyperurikosurie kann vorliegen. Die wesentlichen Ursachen der Uratsteinbildung sind ein niedriger Urin-pH und ein geringes Urinvolumen, nicht aber die Hyperurikosurie /19/. Bei etwa 90 % der Uratsteinträger hat die erste Morgenurinprobe einen pH unter 5,7 und bei vielen ist der mittlere pH sogar 5,5 /20/. Alle Patienten mit Gichtdiathese haben eine vermehrte Belastung des Glomerulumfiltrats mit Harnsäure und einen sauren Urin, jedoch nur 28 % entwickeln Uratsteine unter purinarmer Kost /21/. Neben der Gicht führen andere Ursachen, die mit der Bildung eines sauren Urins einhergehen, wie starke körperliche Arbeit und Dehydratation, ebenfalls zur Uratsteinbildung. Bei Patienten mit Ileostoma und Enteritis regionalis soll Dehydratation der wesentliche Faktor sein /19/.

Urat-Nephropathie /22/

Bei dieser, auch als Gichtniere bezeichneten Nephropathie, handelt es sich um eine Manifestation der chronischen Gicht. Im medullären Interstitium und den Markpyramiden sind Kristalle aus Mononatriumurat ausgefallen und haben zu entzündlichen Veränderungen geführt. Die Urat-Nephropathie geht mit einer Einschränkung der glomerulären Filtrationsrate, Proteinurie und Hypertonie einher.

Akute Harnsäurenephropathie /23/

Es handelt sich um ein akutes postrenales obstruktives Nierenversagen durch Ausfällung von Uratkristallen in den Tubuli und Sammelrohren auf Grund einer akuten massiven Harnsäure Überproduktion. Begünstigt wird die akute Harnsäurenephropathie durch Dehydratation und Azidose. Befunde sind eine Hyperurikämie über 12 mg/dl (714 μmol/l) und ein Harnsäure/Creatinin-Quotient im Spontanurin über 1,0. Bei anderen Formen des akuten Nierenversagens ist der Quotient unter 1,0.

Die akute Harnsäurenephropathie kommt bei Blastenkrisen akuter Leukosen vor oder während ihrer Therapie mit Zytostatika. Sie kann auch zu Beginn einer urikosurischen Therapie auftreten, wenn wichtige Konzepte der Therapie wie ausreichende Flüssigkeitszufuhr, Neutralisierung des Harnes und einschleichende Therapie mit einem Urikosurikum unbeachtet bleiben.

5.4.5.1.4 Therapie der Hyperurikämie

Ziele in der Behandlung von Patienten mit Hyperurikämie und Gicht sind /2413/:

  • Die Beendigung der akuten Gichtattake. Bei den meisten Patienten mit akuten Attacken, bei denen die Diagnose anhand einer Gichtkristall Arthropathie durch Gelenkpunktion gesichert ist, erfolgt die Behandlung mit nichtsteroidalen antiphlogistischen Medikamenten (NSAID). Sie haben gegenüber dem Colchicin nicht so viele Nebenwirkungen und die Wirkdauer ist länger. Andere Alternativen sind Kortikosteroide oder ACTH. Alle diese Medikamente helfen den akuten Schmerz zu beseitigen. Sie korrigieren aber weder die Ursache der Hyperurikämie, noch die Ablagerung von Uratkristallen in den Geweben. Die Therapie mit Colchicin wird bei Patienten bevorzugt, bei denen der Nachweis einer Gichtkristall Arthropathie nicht erfolgte.
  • Weitere Gichtattacken zu vermeiden und Komplikationen der Gicht rückgängig zu machen. Die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Gichtattacke innerhalb eines Jahres beträgt 78 %, innerhalb von 5 Jahren 89 %. In dieser Zeit vergrößern sich die Gichttophie kontinuierlich, lösen eine destruktive inflammatorische Antwort in den Geweben aus und führen zur Zerstörung von Knorpel und Knochen. Der Harnsäurepool des Organismus nimmt kontinuierlich zu. Zur Korrektur dieser Komplikationen muss der Harnsäurepool wieder normalisiert werden. Dazu ist eine Senkung der Harnsäure im Serum unter 6,8 mg/dl (404 μmol/l), besser unter 5,0 mg/dl (297 μmol/l) erforderlich. Eine Senkung der Konzentration auf z.B. nur 8 mg/dl (476 μmol/l) ist ungenügend, da nur die Rate, mit der sich Gichttophi entwickeln, verlangsamt wird, nicht aber eine Senkung des Harnsäurepools erfolgt. Die medikamentöse Therapie mit spezifisch die Harnsäure senkenden Medikamenten mit Xanthinoxidasehemmern wie Allopurinol beginnt 2–3 Wochen nach dem akuten Gichtanfall. Patienten für die Therapie mit urikosurischen Medikamenten wie Sulfinpyrazon und Probenizid sind unter 60 Jahre, haben eine Creatinin-Cleareance über 80 [ml × min–1 × (1,73 m2)–1], eine Harnsäureausscheidung unter 800 mg (4,76 mmol)/24 h, halten eine entsprechende Diät ein (meiden von Innereien, Meeresfrüchten und Fructose-haltigen Getränken) und haben keine Nierensteine.
  • Assoziierte Konditionen, die eine Hyperurikämie und Gicht mit verursachen zu beseitigen. Dazu gehören Kriterien des metabolischen Syndroms wie Obesitas, Hypertonie, Hypertriglyzeridämie und Insulinresistenz. Außerdem muss übermäßiger Alkoholkonsum vermieden werden.
  • In Tab. 5.4-9 sind Erkrankungen, die mit einer Hyperurikämie einhergehen aufgeführt, in Tab. 5.4-10 Assoziationen der Hyperurikämie mit anderen Erkrankungen.

5.4.5.2 Hypourikämie

Die Hypourikämie ist ein Zustand mit Harnsäure im Serum ≤ 2 mg/dl (119 μmol/l) definiert. Die Prävalenz beträgt 0,2–0,5 % bei ambulanten Patienten und im klinischen Krankengut etwa 1 %. Hypourikämien sind gewöhnlich klinisch unauffällig, es handelt sich um zufällige Befunde /26/.

Hypourikämien können bedingt sein durch:

  • Eine verminderte Bildung von Harnsäure. Diese metabolische Hypourikämie wird bei der hereditären Xanthinurie, dem hereditären Purinnukleosid-Phosphorylase Mangel und unter Therapie mit Allopurinol gefunden.
  • Die vermehrte renale Harnsäure Ausscheidung. Ursachen sind urikosurische Medikamente, das Syndrome of Inappropriate Secretion of Antidiuretic Hormone (SIADH), das Fanconi Syndrom, maligne Erkrankungen, AIDS, schwerer Leberschaden, schwere Verbrennungen, Diabetes mellitus und das hypereosinophile Syndrom.
  • Eine Kombination von metabolischer und renaler Hypourikämie.

Siehe auch Tab. 5.4-11 – Erkrankungen und Konditionen, die mit einer Hypourikämie einhergehen.

Die meisten Hypourikämien sind durch Medikamente bedingt, die mit dem renal tubulären Harnsäuretransport interferieren /27/. Es handelt sich um Acetohexamide, Allopurinol, Azathioprin, Bis-Hydroxycumarin, Clofibrat, Kontrastmittel, Fenofibrat, Fenoprofen, Guaifenesin, Halogenate, Losartan, Phenylbutazon, Probenicid, Salizylate, Tienilinsäure. Nach Absetzen dieser Medikamente kommt es innerhalb von 14 Tagen zur Normalisierung der Harnsäure.

5.4.6 Hinweise und Störungen

Blutentnahme

Sollte, wenn möglich, nüchtern und morgens erfolgen, nicht nach stärkerer Muskelarbeit und nach intensiver Sonnenbestrahlung, da es zu nicht unerheblichen Anstiegen kommen kann. Ein übliches kontinentales Frühstück führt zu keiner wesentlich erhöhten Harnsäure. Ein zirkadianer Rhythmus der Harnsäure besteht nicht, aber Tageschwankungen.

Antikoagulantien und Stabilisatoren

EDTA, Citrat, Oxalat, Natriumfluorid, Zyanid, Formaldehyd und Oxonsäure verursachen über eine Hemmung der Urikase erniedrigte Werte.

Bestimmungsmethode

Keine Störungen durch Arzneimittel erfahren Methoden, die eine direkte Abnahme der Harnsäure spektrometrisch bei 293 nm messen wie die vorgeschlagene Referenzmethode. Nachteilig bei dieser Methode ist jedoch das niedrige Verhältnis Signal/Untergrund bei dieser Wellenlänge.

Methoden, die in einer gekoppelten Reaktion entstehendes H2O2 messen, können generell gestört werden auf Grund von Lichtstreuung durch Trübungen der Probe, durch spektrale Interferenzen von Bilirubin und Hämoglobin, durch reduzierende Substanzen wie Ascorbinsäure oder Substanzen vom Phenoltyp, die denen des O2-Akzeptors ähneln /1/. Die Trinder Reaktion erbringt zu niedrige Werte in der Gegenwart von Calciumdobelisat und α-Methyl-Dopa. Homogentisinsäure über 50 mg/l bewirkt erhöhte Werte bei der Aldehyd-Dehydrogenase Methode und verursacht eine Pseudohypourikosurie in der Uricase-Peroxidase Reaktion /48/.

Die vermehrte Ausscheidung von Homogentisinsäure tritt auf bei der Alkaptonurie. Es handelt sich um eine hereditäre Erkrankung, bedingt durch einen Defekt des Enzyms Homogentisinsäure-Dioxigenase (EC 1.13.11.5), wodurch Homogentisinsäure vermindert zu 4-Maleylacetoacetat umgesetzt wird.

Referenzbereich

Bei Männern werden die Plateauwerte der Harnsäure im Alter von 20–24 Jahren erreicht und bleiben bei gleich bleibendem Gewicht im Laufe des Lebens konstant. Frauen haben einen Anstieg in der Altersspanne von 15–19 Jahren, dann ein Plateau bis zur Menopause und danach einen erneuten Anstieg /49/.

Die niedrigere Harnsäure bei Frauen gegenüber Männern beruht auf einer höheren Harnsäure Clearance. Unter isoenergetischer Formeldiät wurden im Stoffwechselgleichgewicht für Versuchspersonen zwischen 19 und 32 Jahren eine Harnsäure von 3,0 ± 0,5 mg/dl (178 ± 30 μmol/l) bei Frauen und 4,1 ± 0,7 mg/dl (244 ± 42 μmol/l) bei Männern ermittelt /49/. Frauen, die orale Ovulationshemmer einnehmen, haben eine niedrigere Harnsäure als die der gleichen Altersgruppe ohne Ovulationshemmer /6/. Kaukasier haben eine höhere Harnsäure als Schwarze /50/.

Interferenzen

IgM monoklonale Gammopathien können durch Präzipitation in H2O2-gekoppelten Reaktionen die Bestimmung stören /51/.

Bei der Bestimmung von Harnsäure im Urin müssen kühl gelagerte Proben 60 min bei 37 °C oder 10 min bei 60 °C erwärmt werden, da sonst um 20 % zu niedrige Werte bestimmt werden, da ein Teil des präzipitierten Natriummonourats nicht in Lösung geht /52/.

Stabilität

Bei Raumtemperatur 3 Tage.

5.4.7 Pathophysiologie

Der Gesamtgehalt des Organismus an Harnsäure (C5H4N4O3) wird als Harnsäurepool bezeichnet und beträgt etwa 1 g. Obwohl die Synthese und Verstoffwechslung von Purinen in allen Geweben stattfindet, läuft die Harnsäuresynthese nur in Xanthinoxidase enthaltenden Geweben ab, vorwiegend der Leber und dem Dünndarm. Siehe Abb. 5.4-2 – Wesentliche enzymatische Schritte in der Regulation des Purinstoffwechsels.

Die Aufnahme von Harnsäure in den Pool setzt sich zusammen aus endogener Synthese, etwa 350 mg/Tag, und der Purinzufuhr aus der Nahrung von über 300 mg/Tag /44/.

Die Elimination von Harnsäure erfolgt zu über 80 % über die Nieren und zu weniger als 20 % über den Darm. Die physiologische, tägliche renale Ausscheidung beträgt bis zu 800 mg (4,76 mmol). Die über Speichel, Magensaft, Galle und Pankreassaft in den Dickdarm gelangende Harnsäure wird bakteriell zu CO2 und NH3 abgebaut.

Im Plasma liegt die Harnsäure bei pH 7,4 überwiegend ionisiert vor, in Form des Mononatriumurates und Monokaliumurates, nur ein geringer Anteil als freie Säure. Das Löslichkeitsprodukt der Salze liegt bei 8,4 mg/dl (500 μmol/l), das der freien Säure bei 6,8 mg/dl (400 μmol/l). Ein Niederschlag von Uraten, besonders in den weniger durchbluteten Geweben, erfolgt durch einen Anstieg der Harnsäure, durch Abkühlung oder durch pH-Verschiebung in Richtung Azidose.

Die Hyperurikämie ist der Indikator eines vergrößerten Harnsäurepools, der die Folge einer Überproduktion, einer verminderten Ausscheidung oder die Kombination von beiden sein kann. Der Pool kann bis auf 30 g Harnsäure erhöht sein /11/.

Ursache der primären Hyperurikämie ist zu 99 % eine selektive Störung der renalen Harnsäure Elimination. Bei Gesunden beträgt die Harnsäure-Clearance 8–10 ml/min, etwa 6–12 % der glomerulär filtrierten Harnsäure erscheinen im Urin. Im proximalen Tubulus wird die glomerulär filtrierte Harnsäure nahezu vollständig zurückgenommen und im weiteren Verlauf des Tubulus wieder sezerniert und teilweise rückresorbiert. Es wird angenommen, dass bei primärer Hyperurikämie die tubuläre Sekretion der Harnsäure gestört ist.

Weniger als 1 % der primären Hyperurikämien sind auf eine vermehrte endogene Harnsäurebildung zurückzuführen. Ursachen können Enzymdefekte im Harnsäurestoffwechsel oder eine gesteigerte Enzymaktivität sein, z.B. der PRPP-Synthetase ().

Beim X-chromosomal-rezessiv vererbten Lesch-Nyhan Syndrom liegt eine mangelnde Aktivität der Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyl-Transferase (HGPRT) vor. Das Enzym ist für die Resynthese von Adenosinmonophosphat (AMP) und Guanosinmonophosphat (GMP) aus Purinbasen verantwortlich, die beim endogenen Abbau von DNA und RNA freigesetzt werden. Fehlende HGPRT Aktivität geht mit verminderter intrazellulärer Konzentration von AMP und GMP einher. Dadurch wird die Endprodukthemmung beider Nukleotide auf das die de novo-Synthese von Nukleotiden katalysierende Enzym Adenosin-Phospho-Ribosyl-Transferase (APRT) aufgehoben, und die Neusynthese von Purinen aus 5-Phosphoribosyl-1-Pyrophosphat wird begünstigt. Als Folge läuft eine verstärkte de novo-Purinsynthese ab, die das 20 fache des Normalen betragen kann, den Harnsäurepool stark vermehrt und zu einer 3–4 fach erhöhten Harnsäure Ausscheidung führt /47/.

Für die akute Urat-Nephropathie wie sie beim Tumorlyse Syndrom auftritt sind Uratkristall abhängige und Uratkristall-unabhängige Mechanismen verantwortlich /53/:

  • Folge des Uratkristall abhängigen Mechanismus ist die Tubulusblockade durch Harnsäureablagerung. Harnsäure ist mit einem pKa von 5,75 eine schwache Säure. Bei einem pH von 5,0 ist Harn schon bei einer Konzentration von 15 mg/dl (892 μmol/l) mit Harnsäure gesättigt, bei einem pH von 7,0 erst bei 200 mg/dl (11,9 mmol/l). Im Lumen des distalen Tubulus und im Sammelrohr kann bei konzentriertem sauren Urin Harnsäure ausfallen und zur Tubulusblockade führen. Es wandern Granulozyten ein, und im Rahmen einer sterilen Entzündung entsteht als Spätfolge eine interstitielle Nephritis. Im Interstitium bilden sich Urat Mikrotophi. Dabei fällt, in Abhängigkeit von der interstitiellen Harnsäure, deren Spiegel die Konzentration im Serum ist, Mononatriumurat in Form charakteristischer Nadeln aus.
  • Die Uratkristall unabhängigen Mechanismen werden durch akute Veränderungen in der Autoregulation des renalen Blutflusses in Gang gesetzt. Eine verminderte renale Perfusion führt zur Gewebshypoxie und die nachfolgende Schädigung durch Reperfusion zu einer inflammatorischen Antwort. Die geschädigten Zellen setzen Zytokine und Chemokine frei, Adhäsionsmoleküle werden exprimiert und es resultiert eine Ansammlung von Granulozyten und Monozyten in den peritubulären Kapillaren. Dadurch wird die renale Perfusion weiter vermindert und es kommt zu vaskulären und tubulären Schädigungen mit Ausbildung einer Niereninsuffizienz.

Die Vermehrung der Nahrungspurine spielt für die durch Enzymdefekte verursachte Hyperurikämie keine wesentliche Rolle, sie ist jedoch einen fördernden Faktor der Manifestation der Gicht.

Sekundäre Hyperurikämien beruhen auf einer Belastung des Organismus mit Purinen. Sie können endogen oder exogen bedingt sein.

Die Grenze zwischen primärer und sekundärer Hyperurikämie ist nicht immer eindeutig, denn oft wird eine erblich bedingte Gicht Disposition erst durch weitere Einflüsse manifest, z.B. Belastung mit Purinen oder im Verlaufe anderer Grundkrankheiten.

Steigende Zufuhr von Purinkörpern mit der Nahrung führt zu einem Anstieg der Harnsäure im Serum. Die Höhe des Anstiegs ist abhängig von der Art der aufgenommenen Purinkörper. AMP und GMP bewirken, als Nukleotide aufgenommen, einen höheren Anstieg der Harnsäure als in der Form von RNA und DNA. RNA führt bei gleicher Zufuhrmenge zu einem doppelt so hohen Harnsäureanstieg als DNA, auf Grund der besseren Hydrolysierbarkeit. RNA wird zu 60 %, DNA nur zu 30 % enteral resorbiert.

Die Verabreichung von Zuckern wie Fructose, Sorbit und Xylit führt zur Erhöhung der Harnsäure im Serum. Als Ursache wird eine Zunahme der de novo Purinsynthese und eine gesteigerte Harnsäurebildung aus präformierten Purinkörpern angenommen.

Fasten verursacht einen raschen Anstieg von Harnsäure, da zum einen die endogene Purinbildung durch den Abbau körpereigener Substanz zunimmt, zum anderen die renale Sekretion von Harnsäure durch die auftretende Azidose vermindert ist.

Alle mit Azidose einhergehenden Zustände reduzieren die renale Harnsäure Ausscheidung.

Urat wirkt in vivo als Antioxidans und verhindert die zerstörende Wirkung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) auf Proteine, Lipide und Desoxyribonukleinsäuren. Es wird vermutet, dass eine erhöhte Harnsäure unter bestimmten Bedingungen auch oxidativ wirkt.

So gibt es von dem Enzym Xanthinoxidase, das die beiden Purine Xanthin und Hypoxanthin zu Harnsäure umsetzt, zwei Isoformen. Eine, die Dehydrogenase Form, bildet Harnsäure und NADH2. Die andere, die Oxidase Form, generiert Harnsäure und H2O2. Unter Ischämie und Gewebehypoxie findet eine verstärkte Konversion von der Dehydrogenase-Form in die Oxidase-Form statt und es werden vermehrt ROS gebildet /54/.

Die Ausscheidung der Harnsäure erfordert spezielle Transporter, die in den proximalen Tubuluszellen der Nieren, in den Enterozyten des Darmes und den glatten Muskelzellen der Gefäße lokalisiert sind. Ihre Rolle in der Homöostase der Harnsäure ist bisher noch ungeklärt /55/.

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5.5 Ketonkörper

Lothar Thomas

Acetacetat (AcAc), β-Hydroxybutyrat (β-HB) und Aceton sind Ketonkörper. Sie entstehen bei der Ketogenese, einem mitochondrialen Prozess, bei dem Acetyl-CoA, das aus der β-Oxidation von Fettsäuren stammt, in AcAc überführt wird. Ein kleiner Teil des AcAc unterliegt der spontanen Decarboxylierung und wird in Aceton umgewandelt. Der größte Teil wird, katalysiert von der β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase (β-HBDH) in β-HB überführt (Abb. 5.5-1 – Umwandlung des Ketonkörpers Acetacetat in β-Hydroxybutyrat und Aceton). Das Verhältnis der Ketonkörper im Blut ist vom Redoxstatus der Zellen abhängig. Bei gesunden Personen mit normaler Ernährung liegen Acetacetat und β-HB in etwa äquimolarem Verhältnis vor. Der Anteil von Aceton beträgt unter 5 %.

Der Nachweis von Ketonkörpern kann im Blut und Urin erfolgen. Bei normaler Ernährung ist die Kapazität der Gewebe zur Oxidation der Ketonkörper ausreichend, um die von der Leber freigesetzten Mengen umzusetzen. Das ist nicht mehr der Fall bei ungenügender Zufuhr von Kohlenhydraten, im Hungerzustand und bei schlecht eingestelltem Diabetes mellitus.

5.5.1 Indikation

Abgrenzung von Hyperglykämien mit und ohne metabolischer Azidose von anderen Azidosen mit erweiterter Anionenlücke, z.B.:

  • Diabetische Ketoazidose (Coma diabeticum).
  • Hyperglykämisches hyperosmolares nicht ketotisches Syndrom.
  • Alkoholische Ketoazidose.
  • In Kombination mit der Lactat Bestimmung zur Abgrenzung gegenüber Lactatazidose und Azidosen bei Sepsis, Schock, Intoxikation (CO, Zyanid, Salizylate), schweren Hypoxämien, Konvulsionen, Malignomen (Lymphome).
  • Intoxikation mit Äthylersatzstoffen (Glykol, Methanol).
  • Urämie.

Als Screening in Kombination mit Glucose und Lactat bei Verdacht auf angeborene Störung des Stoffwechsels bei Neugeborenen und im Kindesalter.

5.5.2 Bestimmungsmethode

Obwohl die quantitative Bestimmung von allen drei Ketonkörpern im Serum und Urin möglich ist, haben sich aus praktischen Erwägungen durchgesetzt:

  • Die quantitative Bestimmung von β-HB im Serum.
  • Die kombinierte Bestimmung von β-HB und AcAc, auch sequentiell zur Differenzierung beider.
  • Im Urin, Schnelltests zur Bestimmung der Ketonkörper, die auch im verdünnten Serum angewendet werden können.

Quantitative β-Hydroxybutyrat (β-HB)-Bestimmung

Prinzip: β-HB wird in Gegenwart von NAD, katalysiert von der β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase (β-HBDH), in Acetacetat (AcAc) und NADH umgesetzt. Gemessen wird die Zunahme von NADH im optischen Test. Da das Gleichgewicht der Reaktion auf der Seite des β-HB liegt, wird zu dessen Bestimmung das AcAc, z.B. mittels Hydrazin, als Hydrazon gebunden und aus dem Gleichgewicht der Reaktion entfernt /1/.

β-HB + NAD β-HBDH AcAc + NADH + H +

In einem kommerziellen Kärtchentest katalysiert Diaphorase die Reduktion von Nitroblautetrazolium (NBT) durch NADH unter Bildung eines blauen Produktes, dessen Extinktion gemessen wird.

Quantitative Bestimmung der Gesamt-Ketonkörper

Prinzip: β-HB und AcAc werden als Gesamt-Ketonkörper in einer Recycling Reaktion bestimmt. Serum oder Plasma wird mit Thio-NAD und β-HBDH inkubiert. AcAc wird zu β-HB und NADH zu NAD umgesetzt. Dann wird wieder β-HB zu AcAc umgewandelt und aus Thio-NAD wird Thio-NADH gebildet. Die Zunahme von Thio-NADH wird photometrisch gemessen /2/. Sie ist abhängig von der Konzentration der Gesamt-Ketonkörper in der Probe. Auch die isolierte Bestimmung von β-HB ist möglich. Dazu wird in einer zuvor stattfindenden Reaktion das AcAc in Aceton umgewandelt. Siehe Abb. 5.5-2 – Prinzip der Gesamt-Ketonkörper-Bestimmung mit einer Recycling-Methode.

Getrennte Bestimmung von β-Hydroxybutyrat und Acetacetat

Prinzip: Katalysiert durch die β-HBDH werden AcAc und β-HB in getrennten Ansätzen bestimmt. In ersten Ansatz wird AcAc in β-HB umgewandelt und die Gesamtmenge der Ketonkörper bestimmt. In einem zweiten Ansatz wird nur β-HB gemessen. Die Konzentration von AcAc wird über die Extinktionsdifferenz aus Ansatz 1–2 ermittelt. In einer Indikator Reaktion wird aus dem entstehenden NADH, katalysiert durch die NADH-Oxidase, H2O2 generiert. Dies oxidiert in einer Peroxidase katalysierten Reaktion ein Chromogen, dessen Entstehung photometrisch gemessen wird /3/.

Semiquantitative Bestimmung von Ketonkörpern im Urin oder Serum (Schnelltest)

Prinzip: AcAc und Aceton reagieren im alkalischen Milieu mit Nitroprussidnatrium und Glycin unter Ausbildung eines violetten Farbkomplexes. Die Reaktion erfasst nur AcAc und Aceton, nicht β-HB. Die Nachweisempfindlichkeit beträgt für AcAc 50 mg/l und 500 mg/l für Aceton. Der Streifentest erlaubt die Ablesung mehrerer Konzentrationsbereiche der Ketonkörper. Er kann auch zur semiquantitativen Bestimmung im Serum und Plasma, eingesetzt werden. Es sollte eine 1 : 2-Verdünnung der Probe mit physiologischer Kochsalzlösung eingesetzt werden /4/.

5.5.3 Untersuchungsmaterial

  • Vollblut (Probe sofort nach Entnahme in gleiches Volumen 0,6 mol/l kalter Perchlorsäure geben): 0,1–1 ml
  • Serum, Plasma (wenn nur β-HB bestimmt wird): 1 ml

5.5.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 5.5-1 – Referenzbereiche für Ketonkörper.

5.5.5 Bewertung

Die Bestimmung von Ketonkörpern und der Anionenlücke ermöglichen die Differenzierung verschiedener Typen der metabolischen Azidose, und zwar solche mit normaler und erweiterter Anionenlücke /6/.

Berechnung der Anionenlücke

Anionenlücke (mmol/l) = [Na+] – ([Cl] + [HCO3]),

Referenzbereich 8–16 mmol/l.

Metabolische Azidosen mit normaler Anionenlücke

Sie gehen mit einer Hyperchlorämie einher. Ursachen können systemische Infektionen, eine renale tubuläre Azidose, die Einnahme von Carboanhydrase Hemmern und die hyperkaliämische Azidose sein.

5.5.5.1 Metabolische Azidose mit erweiterter Anionenlücke

Diese Azidose Typen gehen mit einer Normochlorämie oder gelegentlich einer Hypochlorämie einher und können resultieren aus:

  • Ketoazidosen; Acetacetat und β-Hydroxybutyrat sind erhöht, z.B. bei diabetischer und alkoholischer Ketoazidose und angeborenen Störungen des Stoffwechsels wie den Organoazidurien.
  • Lactatacidosen; Erhöhung von Lactat, z.B. bei Perfusionsstörung der Gewebe und den kongenitalen Lactatazidosen (siehe Beitrag 5.6).
  • Urämien; verminderte Ausscheidung von Säuren wie Phosphate und Sulfate.
  • Rhabdomyolysen; vermehrte Freisetzung schwefelhaltiger Aminosäuren.
  • Intoxikation mit Salizylaten und Äthylersatzstoffen wie Äthylenglykol, Formaldehyd, Toluol, Methanol.

5.5.5.2 Ketoazidose

Die Ketonkörper β-HB und AcAc liegen bei physiologischem pH als Anionen im Plasma vor. Die H+ der Ketonkörper werden durch HCO3 gepuffert und vermindern deren Konzentration, es resultiert eine metabolische Azidose. Da HCO3 als gemessene Anionen durch die nicht gemessenen Ketoanionen ersetzt werden, vergrößert sich die Anionenlücke. Die Retention der Ketoanionen, die zu einer Zunahme der Anionenlücke führt, entspricht dem Abfall der HCO3-Konzentration im Plasma. Die fraktionelle Reabsorption der beiden Ketoanionen in der Niere beträgt nur 75–85 %. Deshalb tritt eine Ketonurie bei einer verstärkten Ketonkörperbildung auf, denn die Menge der Ketonkörper die glomerulär filtriert wird und diejenigen die reabsorbiert werden kann, differiert. Die Ausscheidung von Ketonkörpern im Urin ist somit direkt von der glomerulären Filtrationsrate abhängig /7/.

Bei intakter Nierenfunktion besteht deshalb eine quantitative Beziehung zwischen Ketonämie und Ketonurie. Bei Vorliegen einer Ketonämie (β-HB und AcAc) ab 8 mg/dl (0,8 mmol/l) zeigen die Schnelltests im Urin ein einfach positives Ergebnis, ab 13 mg/dl (1,3 mmol/l) ein 3 fach positives /8/. Der Nachweis einer Ketose mittels Schnelltest im Urin kann problematisch sein. Schnelltests sprechen nur auf AcAc und Aceton, nicht aber auf β-HB an. Das Verhältnis der Ketonkörper im Blut ist vom Redoxstatus der Zelle abhängig. So ist bei schwerer Ketoazidose, auf Grund eines NADH-Überschusses, das Verhältnis β-HB zu AcAc zu Gunsten des ersteren verschoben, z.B. 6 : 1.

Die Konzentration von AcAc kann im Urin nur schwach nachweisbar sein, obwohl der Patient klinisch eine schwere Symptomatik zeigt. Unter Therapie bessert sich das klinische Bild, der Überschuss von NADH nimmt ab, es wird nicht mehr soviel AcAc in β-HB umgewandelt und erscheint nun verstärkt im Urin. Es liegt dann die paradoxe Situation vor, dass die Besserung des klinisches Bildes von einer scheinbar verstärkten Ketonurie begleitet wird. Deshalb spiegelt nur die quantitative Bestimmung von β-HB, besser noch von β-HB und AcAc im Serum den Verlauf einer Ketose wider. Wichtige Ketoazidosen sind:

  • Diabetische Ketoazidose (Tab. 5.5-2).
  • Alkoholische Ketoazidose (Tab. 5.5-3).
  • Azidose bei Glykogen Speicherkrankheiten.

5.5.5.3 Diabetische Ketoazidose (DKA)

Die DKA ist eine metabolische Störung, resultierend aus drei gleichzeitig bestehenden Abweichungen: Hyperglykämie, hohe Ketonkörperbildung und Azidose. 25–40 % der Kinder mit Diabetes Typ 1 haben bei Erstmanifestation eine DKA und bei erwachsenen Diabetikern entsteht sie in Folge einer weiteren Erkrankung durch eine schlechte Compliance oder Fehler der Insulindosierung (Insulinpumpe). Die drei wesentlichen Merkmale der DKA sind Hyperglykämie, Ketonämie/Ketonurie und metabolische Azidose /9/. Neben dem Diabetes Typ 1 ist der sogenannte Ketosis prone diabetes eine Form, die mit der Bildung von Ketonkörpern einhergeht. Diese Form steht zwischen dem Typ 1 und dem Typ 2. Etwa die Hälfte der Patienten hat bei Erstmanifestation keine Autoantikörper, aber eine fehlende β-Zellreserve und Ketose /10/.

Von der DKA wird das hyperglykämische hyperosmolare nicht ketotische Syndrom (HHNS) abgegrenzt. Merkmale der HHNS sind eine schwere Hyperglykämie, eine erhöhte Serumosmolalität und eine ausgedehnte Dehydratation bei fehlender Ketoazidose. Etwa 20 % der Patienten mit DKA oder HHNS werden im komatösen Zustand in die Klinik eingewiesen /10/.

HHNS und DKA repräsentieren die entgegen gesetzten Seiten des Spektrums des dekompensierten Diabetes mellitus und unterscheiden sich:

  • Im Zeitpunkt des Auftretens (DKA jugendliche Typ 1-Diabetiker, HHNS ältere Diabetiker Typ 2).
  • Dem Ausmaß der Dehydratation (DKA gering bis moderat, HHNS stark).
  • In der Schwere der Ketose (DKA moderat bis stark, HHNS keine).

Laborbefunde zur Unterscheidung von DKA und HHNS sind aufgeführt in Tab. 5.5-4 – Differentialdiagnostik von Coma diabeticum, HHNS und Azidosen.

5.5.5.4 Alkoholische Ketoazidose (AKA)

Leitbefunde der AKA sind eine metabolische Azidose mit erweiterter Anionenlücke, welche in der Regel von einer kompensatorischen respiratorischen Alkalose mit tiefem PCO2 begleitet wird /12/.

5.5.5.5 Azidose bei Glykogen Speicherkrankheit

Bei den Glykogen Speicherkrankheiten, insbesondere der Glykogenose Typ I (von Gierke-Erkrankung) liegt eine verminderte hepatische Synthese von Glucose vor. Schon nach kurzem Fasten kommt es zur Hypoglykämie, Lactatazidose und Ketonämie. Beim Typ IV treten Hypoglykämie und Ketonämie nur selten auf, beim Typ VI gelegentlich, diese ist aber dann von milder Natur /13/.

5.5.6 Hinweise und Störungen

Nachweisempfindlichkeit der Schnelltests

Schnelltests im Urin messen mit der Nitroprussidnatrium-Methode. Die Nachweisempfindlichkeit beträgt für AcAc 50 mg/l und für Aceton 500 mg/l; β-HB wird nicht detektiert.

Stabilität

Acetacetat ist labil und wird zu Aceton decarboxyliert. Bei einer Lagertemperatur von –20 °C nimmt die Konzentration um etwa 40 % ab und bei –80 °C um 15 % innerhalb von 40 Tagen /21/. Deshalb muss, wenn Acetacetat bestimmt werden soll, die Probe sofort in Perchlorsäure gegeben werden. β-Hydroxybutyrat ist im Vollblut bei 4 °C bis zu 4 h und im Serum und Plasma bis zu 48 h stabil /23/.

5.5.7 Pathophysiologie

Ketogenese

Die Ketogenese ist ein mitochondrialer Prozess mit dem Ablauf folgender Reaktionen (Abb. 5.5-3 – Pathophysiologie der diabetischen Ketoazidose):

  • Zwei Moleküle Acetyl-CoA, die bei der β-Oxidation von Fettsäuren anfallen, bilden, katalysiert von der Acetacetyl-CoA-Thiolase das Zwischenprodukt Acetacetyl-CoA.
  • Durch Kondensation eines dritten Acetyl-CoA-Moleküls wird das Schlüsselintermediat β-Hydoxy-β-methylglutary-CoA (HMG-CoA) gebildet, katalysiert durch die HMG-CoA-Synthase.
  • HMG-CoA wird dann in Acetacetat und Acetyl-CoA, katalysiert durch die HMG-CoA-Lyase, gespalten.
  • Ein Teil des Acetacetats wird durch die β-HBDH zu β-HB in Gegenwart von NADH reduziert. Das Verhältnis AcAc/β-HB ist vom mitochondrialen NADH/NAD-Quotienten abhängig.

Die Ketose entwickelt sich auf dem Boden einer exzessiven Bildung von Acetyl-CoA. So entstehen bei der β-Oxidation aus 1 mol C16-Fettsäuren 8 mol Acetyl-CoA. Dies wird normalerweise enzymatisch mit Oxalacetat, das aus dem Kohlenhydrat Stoffwechsel stammt, zu Citrat kondensiert und im Zitronensäurezyklus verstoffwechselt. Ein Anstieg des Glukagon/Insulin Verhältnisses verstärkt die Fettsäureoxidation und damit die Ketonkörperbildung. Die vermehrte Bildung von Ketonkörpern resultiert aus einer Verminderung:

  • Der Verfügbarkeit von Kohlenhydraten, z.B. durch Fasten, häufiges Erbrechen, Alkoholismus, Glykogen Speicherkrankheit,
  • Der verminderten zellulären Glucoseaufnahme auf Grund Insulinmangels, z.B. diabetische Ketoazidose.

Diabetische Ketoazidose /181920/

Die DKA ist die Folge eines absoluten oder relativen Mangels an Insulin in Kombination mit erhöhter Aktivität gegen regulatorischer Hormone (Glucagon, Katecholamine, Cortisol, Wachstumshormon). Ein absoluter Mangel an Insulin besteht oft bei Kindern mit noch nicht bekanntem Diabetes oder wenn Insulin bedürftige Diabetiker die Gabe von Insulin versäumen. Der relative Mangel an Insulin beruht auf einer Erhöhung gegen regulatorischer Hormone bei Erbrechen, gastrointestinaler Erkrankung mit Durchfall, Trauma oder Sepsis.

Eine niedrige Insulinkonzentration und hohe Konzentrationen gegen regulatorischer Hormone beschleunigen die Entstehung eines katabolen Status mit folgenden Effekten:

  • Erhöhte Bildung von Glucose durch die Leber und Nieren durch Glykogenolyse und Glukoneogenese.
  • Verminderung der Aufnahme von glucose durch die Muskulatur und das Fettgewebe durch eine Insulinmangel-bedingte verminderte Translokation von (GLUT)4-Glucosetransportern der Zellmembran. Es resultieren Hyperglykämie und Hyperosmolalität. Eine Hyperglykämie mit Überschreitung der Nierenschwelle für Glucose von 180 mg/dl (10 mmol/l) in Kombination mit einer Hyperketonämie bewirkt eine osmotische Diurese mit Dehydratation und den Verlust von Elektrolyten, die oft noch durch Erbrechen verstärkt wird.
  • Erhöhte Lipolyse und Ketogenese mit der Folge von Ketonämie und metabolischer Azidose.
  • Hemmung der hepatischen Glykolyse. Dabei wird Glucose in Pyruvat umgewandelt, das dann verwendet werden kann für die Synthese von Aminosäuren und Lipiden, die Generation von ATP im Zitronensäure-Zyklus und die Bildung von NAD durch die Umwandlung in Lactat.
  • Eine niedrige Konzentration von Insulin aktiviert die Freisetzung freier Fettsäuren aus dem Fettgewebe durch Stimulierung der Hormon sensitiven Lipase. Die freien Fettsäuren werden der Leber angeliefert und dort über die β-Oxidation verstoffwechselt, wobei Ketonkörper anfallen.

Siehe Abb. 5.5-3 – Pathophysiologie der diabetischen Ketoazidose.

Bei Entwicklung der DKA sind das Übergewicht des Glucagons und seine Wirkung am Hepatozyten der wesentliche Faktor für die Entwicklung einer Ketoazidose, denn Glucagon hemmt die Lipogenese und stimuliert die Fettsäureoxidation. Der erste Schritt in der Synthese freier Fettsäuren ist die Umwandlung von Acetyl-CoA in Malonyl-CoA vermittels der Acetyl-CoA-Carboxylase. Die freien Fettsäuren werden entweder zur Lipogenese verwendet oder fallen der mitochondrialen Fettsäureoxidation und der Ketogenese anheim (Abb. 5.5-3 – Pathophysiologie der diabetischen Ketoazidose).

Glucagon hemmt die Acetyl-CoA-Carboxylase und Malonyl-CoA wird vermindert gebildet. Malonyl-CoA ist ein starker Inhibitor der Fettsäureoxidation, denn es hemmt die Carnitin-Palmitoyl-Transferase I (CPT I), die den Transport freier Fettsäuren in das Mitochondrium vermittelt (Abb. 5.5-3). Durch Abfall von Malonyl-CoA bei diabetischer Ketoazidose nimmt die Aktivität der CPT I zu, die Fettsäureoxidation ist verstärkt. Der resultierende Überschuss an Acetyl-CoA wird im Mitochondrium nicht in den Zitronensäurezyklus eingeschleust, sondern geht den alternativen Weg unter Bildung von AcAc und β-HB (Abb. 5.5-3– Pathophysiologie der diabetischen Ketoazidose).

Der Weg der Ketonkörper Bildung kann durch Aktivierung des Kohlenhydratstoffwechsels inhibiert werden. Das geschieht bei Hunger durch Aufnahme einer adäquaten Menge von Kohlenhydraten und bei der DKA durch Insulingabe, wodurch die Zellen Glucose aufnehmen. In beiden Fällen resultiert eine verstärkte Bereitstellung von Oxalacetat, ein Akzeptor, der Acetyl-CoA in den Zitronensäurezyklus einschleust.

Die Insulin antagonisierende Wirkung von Katecholaminen, Cortisol und Wachstumshormon bei der DKA führt zu einer verminderten peripheren Aufnahme von Glucose. Zusätzlich fördern die Katecholamine in Abwesenheit von Insulin den Abbau von Triglyceriden in Adipozyten und erhöhen die Freisetzung von Fettsäuren. Bei der Entwicklung der DKA werden folgende vier Stadien unterschieden /1820/:

  • Stadium I: Die Insulin stimulierte Aktivierung der Lipoproteinlipase des Gefäßendothels bleibt aus. Triglyceride werden von Very Low Density Lipoproteins (VLDL) nicht abgespalten und in die Fettzellen transportiert. Es resultiert die Hypertriglyzeridämie der DKA. Intrazellulär ist durch Mangel an Insulin die Gewebslipase erhöht, es werden vermehrt Fettsäuren in die Zirkulation abgegeben.
  • Stadium II: Die gegen regulatorischen Hormone Glucagon, Katecholamine und Cortisol stimulieren die hepatische Glukoneogenese und Glykogenolyse in der Skelettmuskulatur und hemmen die Aufnahme und Oxidation von Glucose der Gewebe. Das Ergebnis ist in Relation zum Glucoseverbrauch eine verstärkte Glucosebildung, aus der die Hyperglykämie resultiert.
  • Stadium III: Osmotische Diurese und Dehydratation. Glucosurie führt zur osmotischen Diurese mit Polyurie und Polydipsie. Wird die Flüssigkeitsaufnahme aufrecht erhalten ist die Dehydratation gering und die Blutglucose stabilisiert sich bei 300–400 mg/dl (16,7–22,2 mmol/l). Kann eine adäquate Flüssigkeitszufuhr nicht aufrecht erhalten werden, wie das bei der schweren DKA oder einer Erkrankung mit Erbrechen der Fall ist, resultiert eine starke Dehydratation. Dadurch sinkt die glomeruläre Filtrationstate (GFR) und die Ausscheidung von Glucose, was zu einer deutlichen Hyperglykämie führt. Die GFR ist um etwa 25 % vermindert und die Blutglucose beträgt etwa 600 mg/dl (33,3 mmol/l). Glucosewerte über 800 mg/dl (44,4 mmol/l) werden gemessen, wenn die GFR um 50 % vermindert ist.
  • Stadium IV: Durch die Akkumulation von Glucose im Extrazellulärraum resultiert eine osmotische Verschiebung von Zellwasser in den Extrazellulärraum. Es resultiert eine Verdünnungshyponatriämie. In der frühen Phase der DKA sind Kalium und Phosphat im Serum normal oder erhöht, da durch die Azidose K+ nach extrazellulär gehen. Die Kaliumverluste beruhen auf der Ausscheidung von Kalium mit Ketonkörpern im Urin und der Wirkung von erhöhtem Aldosteron als Folge der Dehydratation. Es kommt zu einem Kaliumdefizit des Organismus von 5–10 mmol/kg Körpergewicht. Azidose und Hyperglykämie verursachen auch den Verlust von Phosphat über die Nieren.

Hirnödem

Die Entwicklung eines Hirnödems ist die schwerste Komplikation der DKA bei Kindern /26/. Die Inzidenz beträgt etwa 1 % bei Mortalitätsraten von 21–50 %. Die osmotische Aktivität von Partikeln im Gehirn während einer konsistenten Hyperglykämie verhindern eine Dehydratation der Hirnzellen. Nimmt mit Beginn einer Therapie die Hyperglykämie rasch ab, bleiben die Osmolyte in den Zellen und verursachen einen osmotischen Gradienten, der Wasser vom extrazellulären Kompartiment in das Zellinnere verschiebt. Es resultiert eine Schwellung der Hirnzellen. Die Ursache ist, dass die Osmolyte nur langsam über Osmolyt-Kanäle nach extrazellulär gelangen.

Hyperglykämisches hyperosmolares nicht-ketotisches Syndrom (HHNS)

Das initiale Ereignis des HHNS ist die glucosurische Diurese (Abb. 5.5-4 – Pathophysiologie des hyperglykämischen hyperosmolaren nicht-ketotischen Syndroms). Die Glucosurie vermindert die renale Konzentrierkapazität, mit der Folge, dass der glucosurisch bedingte Verlust von Wasser noch verstärkt wird. Die Verminderung des intravaskulären Volumens und eine eventuell noch vorliegende Niereninsuffizienz vermindern die glomeruläre Filtrationsrate und wirken erhöhend auf die Blutglucose. Da die Patienten mit HHNS eine höhere Insulinkonzentration im Portalvenenblut haben als diejenigen mit DKA, ist es der Leber möglich, Fettsäuren auf nicht ketogenen Wegen zu verstoffwechseln. Die Hyperosmolalität und Dehydratation hemmen die Lipolyse, woraus ein vermindertes Angebot an Fettsäuren an die Leber resultiert. Deshalb haben Patienten mit HHNS keine signifikante Ketose und Azidose. Auf Grund der hohen Glucosewerte haben sie jedoch gegenüber den Patienten mit DKA eine größere Volumendepletion, aus der sich eine prärenale Azotämie entwickelt /14/.

Alkoholische Ketoazidose

Die alkoholische Ketoazidose tritt auf, wenn eine Mobilisation von Fettsäuren in Verbindung mit einem ketogenen Status der Leber erfolgt. Ursache ist eine Verminderung des Verhältnisses Insulin/Glukagon. Die Verminderung des Insulins erfolgt aus einer Reduzierung der Speicherung von Glykogen, einer verminderten Glukoneogenese und Reduzierung der Insulinfreisetzung, bedingt durch eine Aktivierung des sympathischen Nervensystems. Die Aktivierung und erhöhte Konzentrationen von Cortisol, Wachstumshormon und Äthanol sind ursächlich für die starke Mobilisation von Fettsäuren im Vergleich zum normalen Hungerzustand /21/. Der Metabolismus von Äthanol führt zu einer Erhöhung des NADH/NAD-Quotienten wodurch die Glukoneogenese vermindert, aber die Bildung von Ketonkörpern, inbesonders β-HBDH erhöht wird (Abb. 5.5-5 – Pathophysiologie der alkoholischen Ketoazidose) /1221/.

Treten Ketonsäuren aus den Zellen in die Zirkulation, reagieren die dissoziierte H+ mit Bikarbonat unter Bildung von CO2 und Wasser. Somit fällt die Konzentration von Bikarbonat ab und die Salzkonzentration der Ketosäuren nimmt zu; die Folge ist ein Anstieg der Anionenlücke /21/.

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5.6 Lactat

Lothar Thomas

Lactat ist das Endprodukt des anaeroben Metabolismus der Glucose und wird Sauerstoff abhängig durch Oxidation im Zitronensäure Zyklus oder durch Glukoneogenese im Cori Zyklus weiter verwertet. Lactat ist ein Intermediärprodukt des Stoffwechsels, dessen Konzentration sich erhöht wenn der Stoffwechsel sich unter Hypoxie neu ausrichtet. Lactat gilt deshalb als der wichtigste Marker der Gewebshypoxie.

5.6.1 Indikation

Plasma, Vollblut

  • Prognose und Beurteilung des Verlaufs bei Kreislaufschock und Vergiftungen.
  • Diagnostik okkulter Gewebshypoxien bei einem noch im Referenzbereich liegenden arteriellen pO2 und Beurteilung des Therapieerfolges.
  • Klärung unklarer metabolischer Azidosen, besonders bei erhöhter Anionenlücke und komatösen Patienten.
  • Diagnose akuter intestinaler Gefäßverschlüsse.
  • Fetale Notsituationen während der Geburt.
  • Primärer Test bei Kindern mit Verdacht auf angeborene Stoffwechselerkrankung, z.B. in Kombination mit Glucose, Ketonkörpern und Ammoniak.

Liquor cerebrospinalis

Akute Entzündungen des Zentralnervensystems.

5.6.2 Bestimmungsmethode

Die Bestimmung von L-Lactat basiert auf der Umsetzung zu Pyruvat. Die Reaktion wird entweder durch die LDH katalysiert unter Bildung von NADH + H+ oder durch die Lactatoxidase (LOD) unter Bildung von H2O2.

LDH katalysierte Reaktion

Prinzip: Durch die LDH wird Lactat in Gegenwart von NAD zu Pyruvat umgesetzt, Messgröße ist NADH /1/. Das Gleichgewicht der Reaktion liegt weit auf der Seite des Lactats. Damit eine quantitative Umsetzung des Lactats erfolgt, müssen folgende Reaktionsbedingungen vorliegen:

  • Alkalisches Milieu; dadurch wird das Gleichgewicht der Reaktion zum Pyruvat hin verschoben.
  • Das Pyruvat muss aus dem Gleichgewicht entfernt werden; erfolgt durch die Transaminierungsreaktion.
  • Die H+ müssen abgefangen werden; geschieht durch das alkalische Puffermilieu.
L-Lactat + NAD + LDH Pyruvat + NADH + H + Pyruvat + L-Glutamat ALT L-Alanin + α-Ketoglutarat

LOD katalysierte Reaktion

Das gebildete H2O2 wird bei den klinisch-chemischen Routineanalyzern kolorimetrisch gemessen /2/. In den Point of care (POCT)-Analyzern und Blutgasanalyzern erfolgt die Messung von H2O2 amperometrisch.

Prinzip der amperometrischen Bestimmung: Es wird eine Lactat sensitive Elektrode verwendet, bei der LOD an eine Membran immobilisiert ist, die eine amperometrische Elektrode umhüllt. Die LOD generiert H2O2 aus Lactat und O2. Das H2O2 diffundiert zu einer Platinelektrode, die auf einem bestimmten Potential gegenüber einer Silber-Referenz-Kathode gehalten wird. H2O2 wird an der Platinelektrode zu O2 oxidiert, es resultiert eine Potentialänderung, die in direkter Beziehung zur Konzentration des Lactats steht.

5.6.3 Untersuchungsmaterial

  • Kapillarblut: 1 Volumenteil Kapillarblut in 1 Volumenteil Perchlorsäure 0,6 mol/l (ca. 7 %) geben.
  • Arterielles oder venöses Vollblut: Abnahme in 5 ml Gefäß, das 12,5 mg Natriumfluorid und 10 mg Kaliumoxalat enthält /3/.
  • Arterielles oder venöses Plasma, gewonnen aus stabilisiertem Vollblut (siehe zuvor).
  • Liquor cerebrospinalis, zentrifugiert.

5.6.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 5.6-1 – Referenzbereiche Lactat und Lit. /2, 4, 5/

5.6.5 Bewertung

Die Konzentration von Lactat im Blut reflektiert das Verhältnis der Bildung und des Verbrauchs von Lactat der verschiedenen Organe. Lactatbildner sind die Muskulatur, insbesondere bei intensiver Arbeit, das Gehirn, der Darm und die Erythrozyten. Organe, die Lactat metabolisieren, sind Leber, Nieren und Herz. Die Lactatbestimmung ermittelt deshalb nicht den Lactatumsatz eines bestimmten Organs, sondern die gemessene Konzentration ist das Nettoergebnis aus Bildung und Verbrauch des gesamten Organismus. Das basale Lactat wird in einem engen Bereich konstant gehalten. Der quantitative Beitrag eines Organs zur Abgabe oder Aufnahme von Lactat aus dem Blut ist abhängig von Einflussgrößen wie Ruhe, Arbeit, Hypoxie, Ernährung, Alkohol und Medikamenten. So kann beim kritisch Kranken und Mangel ernährten Patienten eine starke Minderdurchblutung der Gewebe vorliegen, jedoch auf Grund einer mangelnden Verfügbarkeit von verstoffwechselbarer Glucose ist der Anstieg von Lactat nur gering /6/.

Eine Erhöhung von Lactat im Blut kann aus einer vermehrten Bildung, der verminderten Clearance oder einer Kombination beider beruhen. Die vorherrschende Ursache ist von den klinischen Umständen abhängig. So entwickelt sich eine schwere Hyperlactatämie nur, wenn eine vermehrte periphere Bildung gemeinsam mit einer verminderten hepatischen metabolischen Kapazität, bedingt durch eine Lebererkrankung, auftritt /7/.

Lactat ist das Produkt der Glykolyse und die in der Gleichung dargestellte reversible Reaktion begünstigt bei dem normalen Verhältnis Lactat/Pyruvat von 10 : 1 die Lactatsynthese.

[Lactat] = K × [Pyruvat] × [NADH] × H + [NAD + ]

Bei Lactaterhöhungen im Blut wird die Hyperlactatämie von der Lactatazidose unterschieden. Werte von 18–45 mg/dl (2–5 mmol/l) werden als Hyperlactatämie bezeichnet, Werte darüber als Lactatazidose.

Untersuchungen, die eine Beurteilung der pathologischen Qualität der Lactaterhöhung erlauben, sind:

  • Blut-pH, HCO3, pCO2, pO2.
  • Berechnung der Anionenlücke.
  • Konzentration der Ketonkörper im Serum oder Harn.
  • Verlaufsbeurteilung der Lactatkonzentration.
  • Creatinin und Harnstoff.
  • Aminotransferasen.
  • Toxikologische Untersuchungen.
  • Organische Säuren im Urin.

5.6.5.1 Hyperlactatämie

Die Hyperlactatämie ist charakterisiert durch /8/:

  • Eine moderate Erhöhung des Lactats (18–45 mg/dl; 2,0–5,0 mmol/l).
  • Fehlen einer metabolischen Azidose (pH > 7,30).
  • Abwesenheit größerer Perfusionsstörungen.
  • Die Hyperlactatämie ohne Azidose tritt bei Zuständen mit vermehrter Glykolyse von Glucose zu Lactat auf, z.B. verstärkte Muskelarbeit, Infusion von Katecholaminen oder Alkalose. Ursachen und Erkrankungen mit Hyperlactatämie ohne Azidose zeigt Tab. 5.6-2 – Ursachen und Krankheiten, die zur Hyperlactatämie, seltener zur Lactatazidose führen /8/.

5.6.5.2 Lactatazidose

Im Unterschied zur Hyperlactatämie ist bei der Lactatazidose die homöostatische Regulation des Lactatmetabolismus fehlgeschlagen. Das kann auf der Überbeanspruchung einer noch bestehenden Regulation oder einer Störung der mitochondrialen Funktion beruhen.

Die Lactatazidose wird in zwei Kategorien klassifiziert /910/:

  • Der Typ A beruht auf einer Imbalance von Bedarf und Versorgung der Organe mit Sauerstoff. Auf Grund einer Hypoperfusion mit Gewebshypoxie verschiebt sich der Glucosemetabolismus von mitochondrial aerob zur anaeroben zytoplasmatischen Glykolyse. Die Folge ist eine verminderte Oxidation von Pyruvat im Zitronensäure-Zyklus, der verstärkte Anfall von Lactat und eine verminderte ATP-Synthese.
  • Beim Typ B ist die Ursache eine Organerkrankung oder eine systemische Erkrankung ohne primären Hinweis auf eine Hypoperfusion und Hypoxie von Organen, z.B. Sepsis, Diabetes mellitus, akute oder chronische Lebererkrankung, Nierenversagen, maligner Tumor, Medikamente, Drogen, Toxine oder eine angeborene Stoffwechselstörungen.

Siehe auch (Tab. 5.6-3 – Einteilung der Lactatazidosen).

Hyperlactatämien mit dem Übergang zur Lactatazidose sind aufgeführt in Tab. 5.6-4 – Hyperlactatämien mit Progression zu Lactatazidose.

Die Lactatazidose ist die häufigste metabolische Azidose. Sie geht, wie die diabetische und die alkoholische Ketoazidose, mit einer erweiterten Anionenlücke einher. Im Gegensatz zu den Ketoazidosen, die auch mit Lactaterhöhungen, gewöhnlich aber unter 45 mg/dl (5,0 mmol/l) einhergehen, sind bei der Lactatazidose die Ketonkörper nicht erhöht.

Bei der Lactatazidose scheint es auf den ersten Blick einfacher zu sein, das Ausmaß der metabolischen Azidose durch pH-Messung zu bestimmen als Lactat zumessen, denn die Bildung von Lactat und H+ verläuft stöchiometrisch. Die H+ werden bei der Hydrolyse von ATP gebildet und unter aeroben Bedingungen sofort für die oxidative Phosphorylierung verwendet. Unter anaeroben Bedingungen ist dieser Schritt gehemmt und pro Molekül Lactat wird ein H+ gebildet. So besteht bei den reinen Lactatazidosen wie dem hämorrhagischen Schock eine berechenbare Beziehung zwischen dem Blut-pH, dem gemessenen pCO2 und der Konzentration von HCO3 (Tab. 5.6-5 – Vorhersagegleichungen für eine metabolische Azidose).

Für komplexe Zustände gilt das nicht, und diese können vorhergesagt werden. Solche komplexe Zustände sind:

  • Eine gleichzeitig vorliegende Niereninsuffizienz.
  • Eine vorbestehende Säure-Basen Störung, z.B. metabolische Alkalose bei chronisch obstruktiver Lungenerkrankung.

Auch die bei Hyperlactatämie bestehende vergrößerte Anionenlücke kann in solchen Fällen keine weitere Auskunft geben, da sie durch Ketonkörper und andere nicht gemessene Anionen beeinflusst wird. Das ist z.B. der Fall bei den Organoazidurien und den Defekten der Fettsäureoxidation. Dabei ist die Anionenlücke weniger bedingt durch das Lactat, sondern durch die organischen Säuren und ist oft über 25 mmol/l. Das ist auch der Fall bei der exogenen Zufuhr von organischen Säuren, z.B. Salizylaten.

Patienten mit Lactatazidose zeigen keine eindeutig klinisch definierbare Symptomatik. Häufige Symptome sind aber Tachypnoe, niedriger Blutdruck und ein beeinträchtigter mentaler Status. In vielen Fällen liegt eine Kombination von Typ A- und Typ B-Lactatazidose vor, d.h. eine vermehrte Bildung und verminderte Elimination von Lactat und H+ /6/.

5.6.5.3 Hereditäre Lactatazidose

Die Ätiologie der hereditären Lactatazidose kann primärer oder sekundärer Natur sein (Tab. 5.6-6 – Hereditäre metabolische Störungen, die eine Lactatazidose verursachen). Sie sind ein primäres Phänomen bei Störungen des Glykogen Stoffwechsels der Leber, Defekten der Glukoneogenese, Störungen des Metabolismus von Pyruvat, Defekten im Zitronensäurezyklus und Störungen der Atmungskette. Als sekundäres Phänomen treten sie bei Störungen des Acetyl-CoA-Metabolismus auf, wenn also Pyruvat nicht in den Zitronensäurezyklus eintreten kann.

Lactatazidosen bei Kindern lassen primär an eine hereditäre Störung des Stoffwechsels denken. Es sollte aber beachtet werden, dass bei Kindern andere Ursachen, wie Schock, Sepsis, kardiopulmonale Erkrankungen oder Tablettenvergiftungen, die weitaus häufigere Ursache einer Lactatazidose sind.

Lactatbestimmung im ischämischen und nicht-ischämischen Vorderarm-Test

Beide Tests werden zur Diagnostik einiger metabolischer Myopathien eingesetzt. Im ischämischen Test nach McArdle (Tab. 5.6-7 – Ischämischer Vorderarm-Test) kann es bei Patienten mit Glykogenose zu Myolysen und zur Ausbildung eines Kompartment Syndroms durch Muskelarbeit unter Ischämie kommen /11/.

Ein neuer nicht-ischämischer Unterarmtest (Tab. 5.6-8 – Nicht-ischämischer Vorderarm-Test) vermeidet diese Komplikationen sowie die beim McArdle-Test auftretenden Muskelkrämpfe und Schmerzen. Bei dem neuen Test werden Lactat und Ammoniak in einem Greiftest bestimmt /12/. Das Verhalten von Lactat und Ammoniak im Testverlauf bei verschiedenen Muskelerkrankungen zeigt Abb. 5.6-1 – Mittelwerte von Lactat und Ammoniak im nicht-ischämischen Vorderarm-Test bei verschiedenen Muskelerkrankungen.

5.6.5.4 Lactat im Liquor cerebrospinalis

Bei einer Vielzahl entzündlicher, vaskulärer, metabolischer und neoplastischer Erkrankungen des Gehirns und der Meningen ist die Konzentration von Lactat im Liquor erhöht. Differentialdiagnostische Bedeutung hat die Lactatbestimmung /5/:

  • Für die Abgrenzung unbehandelter bzw. anbehandelter bakterieller Meningitiden von viral bedingten.
  • Zur Unterscheidung transitorischer ischämischer Attacken von generalisierten Krampfanfällen bei Fehlen von Anamnese und klinischem Befund.
  • Zur Unterscheidung einer artifiziellen Blutbeimengung zum Liquor von einer cerebralen oder subarachnoidalen Blutung.

Prognostische Aussagekraft besitzt die Lactatkonzentration bei vaskulären und traumatischen Erkrankungen des Gehirns sowie bei Intoxikationen, nicht aber bei entzündlichen Erkrankungen. Das Verhalten von Lactat im Liquor cerebrospinalis bei meningealen und cerebralen Erkrankungen zeigt Tab. 5.6-9 – Meningeale und cerebrale Erkrankungen, bei denen Lactat im Liquor bedeutsam für die Differentialdiagnose, Therapiekontrolle und Prognose ist.

5.6.6 Hinweise und Störungen

Probennahme

Sie sollte arteriell oder kapillär erfolgen, die venöse Blutentnahme muss aus ungestauter Vene durchgeführt werden. In der Regel ist Lactat im venösen Blut um 4,5–9,0 mg/dl (0,5–1,0 mmol/l) höher als im arteriellen Blut. Einflussgrößen wie venöse Stase, Schwierigkeiten bei der Gefäßpunktion oder ein schreiendes Kind verursachen ebenfalls Erhöhungen /40/.

Zur Vermeidung einer zellulären Glykolyse nach Probennahme werden verschiedene Alternativen der Probenbehandlung vorgeschlagen:

  • 1 ml Blut nach der Entnahme sofort mit 1 ml eiskalter 7 %iger Perchlorsäure mischen, 10 min stehen lassen, zentrifugieren und den Überstand zur Analytik verwenden. Ist das auf Station nicht möglich, dann Heparinblut auf Eis lagern und sofort in das Labor transportieren.
  • Blut mit einer Spritze entnehmen, die 2 mg Natriumfluorid und 2 mg Kaliumoxalat pro ml zu entnehmendes Blut enthält.

Stabilität

Im antikoagulierten Vollblut Zunahme von Lactat um 3,6 mg/dl (0,4 mmol/l) innerhalb von 30 min bei Raumtemperatur und um 0,9 mg/dl (0,1 mmol/l) bei 4 °C /2/.

Im Heparinplasma, das aus eisgekühltem Vollblut gewonnen wurde, Zunahme um weniger als 0,9 mg/dl (0,1 mmol/l) innerhalb von 120 min bei 4 °C /2/.

Im Fluorid- und Oxalat-stabilisierten Vollblut bei Raumtemperatur für 30 min und bei 4 °C für 8 h keine Lactatanstieg um mehr als 0,9 mg/dl (0,1 mmol/l) /3/.

Methodenabhängigkeit der Werte

Die enzymatische Bestimmung im Plasma und die amperometrische Methode im Vollblut ergeben vergleichbare Werte /2/. Mit der enzymatischen Methode gemessene Vollblut- und Plasmawerte sind nicht miteinander vergleichbar. Sie weichen umso stärker voneinander ab, je höher der Hämatokrit ist.

Störfaktoren

Leukozytose erhöht die Konzentration von Lactat innerhalb von 8 h im stabilisierten Vollblut maximal um 2,7 mg/dl (0,3 mmol/l) /3/. Glykolate und Glyoxylsäure führen bei POCT-Analyzern, die mit der amperometrischen Methode messen zu falsch hohen Lactatwerten /41/.

Biologische Variabilität

Die intraindividuelle Variation (VK) beträgt 16,7 % bei einer analytischen Variation von 3,3 % /42/.

5.6.7 Pathophysiologie

In den meisten Geweben werden die mit der Nahrung aufgenommen Kohlenhydrate im Zytoplasma der Zellen über den Weg der Glykolyse zu Pyruvat metabolisiert. Aus einem Molekül Glucose werden zwei Moleküle Pyruvat gebildet und dabei ohne O2-Verbrauch zwei Moleküle ATP generiert, die der Zelle als Energiequelle dienen /29, 43/.

Pyruvat geht folgende metabolische Wege (Abb. 5.6-2 – Energiegewinnung der Zelle):

  • Oxidative Decarboxylierung. Pyruvat wird in den Mitochondrien, katalysiert durch das Pyruvat-Dehydrogenase-System, zu Acetyl-CoA decarboxyliert, in den Zitronensäurezyklus eingeschleust und zu CO2 und H2O abgebaut. In Kombination mit der oxidativen Phosphorylierung der Atmungskette werden 18 Moleküle ATP pro einem decarboxylierten Molekül Pyruvat gebildet.
  • Transformierung zu Lactat, katalysiert durch die LDH. Dabei werden zwei Moleküle ATP pro Molekül verbrauchtes Pyruvat gebildet. Eine ruhende Person bildet pro Tag 1.300 mmol Lactat. 40–60 % werden von der Leber aufgenommen und über die Glukoneogenese (Cori-Zyklus) in Glucose überführt. In gewissem Ausmaß läuft die Glukoneogenese auch im Skelettmuskel, dem Herz und den Nieren ab /44/. Lactat kann zu Pyruvat rücktransformiert werden, dabei werden vier Moleküle ATP verbraucht. Da Pyruvat bevorzugt in den Zitronensäurezyklus eingeschleust wird, ist seine Konzentration im Plasma gering und das Verhältnis Lactat/Pyruvat 10 : 1.
  • Carboxylierung zu Malat und Oxalacetat.
  • Transaminierung zu Alanin, katalysiert durch die Alanin-Aminotransferase.

In Geweben wie Skelettmuskulatur, den roten Blutzellen, Gehirn, der intestinaler Mukosa oder der Nebennierenrinde tritt das glykolytisch gebildete Pyruvat nicht in das Mitochondrium ein und es findet eine vorwiegende Umsetzung zu Lactat statt. Dieses wird dann zur Leber transportiert und über Pyruvat zur Glukoneogenese oder zur Synthese von Fettsäuren verwendet.

Die Leber ist das wesentliche Organ der Glucosebildung und der Lactatclearance. Im Fastenzustand wird Lactat vorwiegend der Glukoneogenese zugeführt, bedingt durch eine Zunahme der Aktivität der mitochondrialen Pyruvatcarboxylase. Im gesättigten Zustand ist die Oxidation von Pyruvat zu Acetyl-CoA der bevorzugte Weg. Dieser wird von dem im Mitochondrium gelegenen Pyruvatdehydrogenase Komplex stimuliert.

Gewebshypoxie

Ob Pyruvat zu Acetyl-CoA oxydiert oder zu Lactat reduziert wird, ist von dem Verhältnis NADH/NAD abhängig. Eine adäquate Verfügbarkeit von NAD fördert die Konversion zu Acetyl-CoA und damit die Bildung von ATP über die oxidative Phosphorylierung. Ein Abfall der O2-Versorgung der Gewebe setzt eine Serie von Reaktionen in Gang:

  • Es wird mehr O2 vom kapillären Blut extrahiert durch Erweiterung des Kapillarbettes pro Gewebsvolumen. Das betrifft besonders Organe, die einen plötzlichen, starken Energieverbrauch haben, wie die Skelettmuskulatur, weniger den Herzmuskel.
  • Reicht die Sauerstoffzufuhr nicht aus, nimmt die Zelle die Glykolyse verstärkt in Anspruch und es kommt zur intrazellulären Anhäufung von Lactat. Lactat verlässt die Zelle im Austausch gegen OH, vermittelt durch ein pH-abhängiges Membran assoziiertes Austauschsystem. Es besteht eine Abhängigkeit des Systems vom Blut-pH. Während Alkaliämie die Abgabe fördert, steigert Azidämie die Lactataufnahme der Zellen.

Mit Lactat treten H+ aus der Zelle. Eine Hyperlactatämie führt aber nicht zwangsläufig zur Azidose. Ihre Entstehung ist abhängig von der Höhe der Lactatkonzentration, der Pufferkapazität des Organismus und der Präsenz krankhafter Zustände wie Sepsis oder Lebererkrankung, die zur Tachypnoe bzw. Alkalose prädisponieren. So wird die Leber bei einer ischämischen Schädigung vom Lactatverbraucher zum Lactatproduzenten.

Beim hypovolämischen und kardiogenen Schock korreliert die Höhe des Lactats im Blut nicht immer mit dem Ausmaß der Hypoperfusion der Gewebe. Das ist z.B. der Fall bei einer Hypoperfusion im Innervationsgebiet des N. splanchnicus. Teils kommt es nicht zu einer Hyperlactatämie, andererseits kann im Darm viel Lactat gebildet werden, das zu einer Hyperlactatämie führt, ohne dass eine bedeutsame Hypoperfusion vorliegt. Lactat ist nur dann ein Indikator des Schweregrades eines Schocks und hat eine prognostische Aussage, wenn die Hypoperfusion vor der Aussage gesichert ist und andere Ursachen einer Hyperlactatämie ausgeschlossen werden können /6/.

Das Ausmaß einer Hyperlactatämie ist abhängig von der Substratverfügbarkeit. So können schwer kranke oder fehl ernährte Patienten trotz einer schweren Hypoperfusion nur eine geringe Hyperlactatämie, aber eine hohe Wahrscheinlichkeit der Mortalität haben /6/.

Ist bei einer Hypoperfusion die anaerobe Glykolyse vorherrschend, kommt es zu einem pH-Abfall. Klinische Zeichen sind die Dilatation der glatten Gefäßmuskulatur, eine Vasodilatation und Hypotension.

Sepsis

Bei Sepsis kommt es zu nicht vorhersehbaren metabolischen Veränderungen, die einen erhöhten Glucoseverbrauch und einen vermehrten Anfall von Lactat verursachen. Das alles geschieht bei einer adäquaten Versorgung der Organe mit O2. Endotoxinämie vermindert die arterielle Glucosekonzentration und erhöht den Glucosegehalt der Muskulatur bei normalem Insulin. Als eine Ursache der Hyperlactatämie wird vermutet, dass Endotoxin einen Teil der Pyruvat-Dehydrogenase in eine inaktive Isoform umwandelt. Dadurch wird weniger Pyruvat in den Zitronensäurezyklus eingeschleust und Pyruvat vermehrt in Lactat umgewandelt. Der verstärkte Anfall von Lactat bei Sepsis resultiert wahrscheinlich aus der Kombination von erhöhtem Glucoseumsatz und einem inadäquaten Pyruvatmetabolismus im Zitronensäurezyklus /10/.

Hereditäre Hyperlactatämien

Angeborene Hyperlactatämien sind vorwiegend die Folge von Störungen im Energiemetabolismus und beruhen auf Defekten im nukleären oder mitochondrialen Genom. Die Häufigkeit ist etwa 1 auf 5.000 Neugeborene, bei den Glykogenosen beträgt die Inzidenz in Europa etwa 1 auf 25.000 Geburten. Wenn auch jede der einzelnen Störungen selten ist, so führen die durch sie verursachten Hyperlactatämien zu diagnostischen Problemen, da sekundäre, eine Hyperlactatämie bewirkende Ursachen weitaus häufiger sind als die durch primäre Defekte. Gewöhnlich leiden die Patienten mit primärer Hyperlactatämie an einer schweren metabolischen Azidose, hyperventilieren und haben eine Ataxie oder Veränderungen des neurologischen Status /43/.

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Tabelle 5.1-1 Referenzbereiche von Ammoniak

Kinder

Umbilicalarterie /4/*

109 ± 122

(64 ± 72)

Umbilicalvene /4/*

84 ± 94

(49 ± 55)

Frühgeborene /5/

31–211

(19–123)

Reife Neugeborene /5/

45–109

(27–63)

Kinder 1 Mon. bis > 14 J. /6/

26–119

(15–70)

Erwachsene

27–90

(16–53)

Angaben in μg/dl (μmol/l), Bereich x ± 2 s bzw. * Median ± s. Werte für venöses Plasma. Umrechnung: μg/dl × 0,5872 = μmol/l

Tabelle 5.1-2 Angeborene und erworbene Ursachen der Hyperammonämie /8/

Genetische Ätiologien

  • N-acetylglutamat-Synthetase Mangel
  • Carbamoylphosphat-Synthetase Mangel
  • Ornithin-Transcarbamylase Mangel
  • Argininsuccinat-Synthetase Mangel (Citrullinämie)
  • Argininsuccinat-Lyase Mangel (Argininsuccinat-Azidurie)
  • Arginase Mangel (Argininämie)

Sekundäre Ätiologien

  • Leberzirrhose (alle Ursachen)
  • Fettsäuren-Oxidationsstörungen (z.B. MCAD-Defekt)
  • Organoazidurien (z.B. Propionsäure, Methylmalonsäure, Isovaleriansäure)
  • Mitochondriale Toxine (z.B. Valproinsäure)
  • Akutes Leberversagen (z.B. Tylenol-Toxizität, Wilsonsche Erkrankung)

MCAD, Medium Chain Acyl-CoA Dehydrogenase deficiency

Tabelle 5.1-3 Betroffene Reaktionen und anfallende Substrate bei hereditären Hyperammonämien /1112/

Erkrankung

Enzymdefekt

Betroffene Reaktion, anfallende Substrate

N-acetylglutamat-Synthetase (NACS) Mangel

N-acetylglutamat-Synthetase

Die Bildung von N-acetylglutamat aus Glutamat, und damit die Einschleusung von Glutamat in den Harnstoff-Zyklus ist gestört.

Harnstoffzyklus-Defekte

Carbamoylphosphat-Synthetase (CPS) Mangel

Carbamoylphosphat-Synthetase

Carbamoylphosphat wird nicht aus den Substraten Glutamat, NH3, CO2 und ATP gebildet.

Ornithin-Transcarbamylase Mangel

Ornithin-Transcarbamylase (OTC)

Die Synthese von Citrullin aus Carbamoylphosphat und Ornithin ist gestört.

Citrullinämie

Argininosuccinat-Synthetase (AS)

Die Synthese von Argininosuccinat aus Citrullin und Aspartat ist gehemmt.

Argininsuccinaturie

Argininosuccinase

Die Umwandlung von Argininosuccinat in Arginin und Fumarat ist gehemmt.

Argininämie

Arginase

Die Spaltung von Arginin in Harnstoff und Ornithin ist gehemmt.

Organoazidurien

Propionazidurie

Propionyl-CoA-Carboxylase

Threonin, Isoleucin, Methionin, Valin

Methylmalonazidurie

Methylmalonyl-CoA-Mutase

Threonin, Isoleucin, Methionin, Valin

Isovalerianazidurie

Isovaleryl-CoA-

Dehydrogenase

Leucin

3-Hydroxy-3-Methylglutarazidurie

3-Hydroxyl-methyl-glutaryl-CoA-Lyase

1. Der letzte Schritt der Leucinoxidation wird gestoppt.

2. Die Bildung von Ketonkörpern aus Fettsäuren wird blockiert.

Fettsäureoxidations-Störungen

Acyl-CoA-Dehydrogenase-Defekte

Acyl-CoA-Dehydrogenase-Defekte für

  • kurzkettige (C4–C6),
  • mittelkettige (C4–C14)
  • langkettige (C12–C18) Fettsäuren

Fettsäuren werden intramitochondrial nicht metabolisiert.

Carnitin-bedingte Störungen

Carnitin-Palmitoyl-Transferase Mangel

Die Fettsäuren werden nicht in Mitochondrien transportiert.

Pyruvat-Stoffwechsel Störungen

Pyruvatdehydrogenase-Komplex

Die Bereitstellung von Acetyl-CoA aus Pyruvat ist gestört.

Pyruvatcarboxylase

Hemmung der Glukoneogenese, da Pyruvat nicht zu Oxalacetat und weiter zu Phosphoenolpyruvat umgesetzt wird.

Tabelle 5.1-4 Hereditäre Hyperammonämien /1920/

Harnstoffzyklus Defekte: Alle Harnstoffzyklus Defekte sind, außer dem am häufigsten vorkommenden X-chromosomalen OTC-Mangel, von autosomal rezessivem Erbgang. Von der sich postpartal manifestierenden, häufig letalen Verlaufsform bei hemizygoten männlichen Säuglingen werden günstigere, im Kindes- oder Erwachsenenalter erstmals auftretende Formen unterschieden. Die Ursachen sind z.B. Nahrungsumstellung auf proteinreichere Kost oder Infektionskrankheiten /17/. Eine Hepatomegalie wird meist während eines akuten hyperammonämischen Schubes gefunden, ein Ikterus bei Neugeborenen. Die einzelnen Enzymdefekte können nicht anhand der klinischen Symptomatik, sondern nur durch Laboruntersuchungen differenziert werden. Insbesondere für die OTC sind mehr als 100 verschiedene Mutanten bekannt, die sich unterschiedlich auf den Substratumsatz und damit die klinische Symptomatik auswirken /11/.

Labordiagnostik: Hyperammonämie mit Maximalwerten von 850–3.400 μg/dl (500–2.000 μmol/l). Harnstoffzyklus Defekte bewirken gewöhnlich keine Hypoglykämie, Ketonämie/-urie oder Hyperlaktatämie, die Anionenlücke ist normal /18/. Die ALT kann bis zum 10 fachen der oberen Referenzbereichswertes erhöht sein.

Organoazidurien: Es handelt sich um Erkrankungen mit autosomal rezessivem Erbgang, bei denen Defekte von Enzymen vorliegen, die für die Verstoffwechslung der verzweigtkettigen Aminosäuren Leucin, Isoleucin und Valin verantwortlich sind. Defekte des Isoleucin- und Valin-Metabolismus führen zur Methylmalonazidämie und Propionazidämie; die Isovalerianazidämie beruht auf einer Störung der Leucinverstoffwechslung. Das Spektrum klinischer Symptome schwerkranker Neugeborener ist eher unspezifisch. Nahrungsverweigerung, Gedeihstörung, Lethargie, Apathie, Hypotonie und cerebrale Krampfanfälle lassen eher an eine Sepsis oder cerebrale Blutung denken. Die initiale metabolische Azidose wird oft als Sepsis oder Hypoxie bedingt fehl gedeutet /12/.

Labordiagnostik: Metabolische Azidose, Ketonurie und eine Hyperammonämie mit Maximalwerten von 170–340 μg/dl (100–200 μmol/l) sind typische Befunde /18/. Auf Grund der nicht messbaren Anionen liegt eine erweiterte Anionenlücke vor. Bei Neugeborenen beträgt der pH 6,9–7,1, fakultativ können eine Hyperlactatämie und Hypoglykämie bestehen. Gelegentlich auftretende Granulozytopenien und Thrombozytopenien können als Hinweis auf eine Sepsis fehlgedeutet werden.

Störungen der Fettsäureoxidation: Störungen der Fettsäureoxidation beruhen entweder auf Enzymdefekten der mitochondrialen β-Oxidation der Fettsäuren oder auf einer Störung des Carnitin-Palmitoyl-Transferase Systems, das langkettige Fettsäuren durch die mitochondriale Membran transportiert. Klinische Symptome treten vielfach erst beim Fasten oder im Verlaufe von Infektionen auf. Bei Kleinkindern stehen zentral nervöse Symptome wie Bewusstseinsstörung, Koma und unerwarteter Tod im Vordergrund. Bei Defekten im Carnitin-Palmitoyl-Transferase System und den langkettigen Acyl-CoA-Dehydrogenasen liegen zusätzlich kardiale Symptome, Myopathie und Lebererkrankung vor /2122/.

Labordiagnostik: Hypoketotische Hypogykämie, erhöhte ALT und CK, eine verminderte Konzentration von Carnitin und moderat erhöhte Ammoniakwerte sind häufige Befunde bei akuter Symptomatik. Im nicht akuten Zustand ist es wichtig, dass die Kinder fasten und eine Blutglucose deutlich unter 60 mg/dl (3,3 mmol/l) erreichen, da nur dann eine signifikante Ausscheidung von Dicarbonsäuren ohne eine entsprechende Ketonurie erfolgt. Im Fastenzustand Anstieg des Ammoniaks auf über 170 μg/dl (100 μmol/l), Erhöhung des Harnstoffs und Anstieg von Dicarbonsäuren ohne entsprechende Zunahme der Ketonkörper /18/. Weitere Befunde, insbesondere bei älteren Kindern, können sein: Hyperurikämie, unterschiedlich ausgeprägte Lactaterhöhung, Myoglobinurie.

Hyperornithinämie-Hyperammonämie, Hypercitrullinämie (HHH-Syndrom): Es handelt sich um eine autosomal rezessive Erkrankung, die auf einem gestörten Transport von Ornithin in die Mitochondrien beruht. Daraus resultiert eine Anhäufung von Ornithin im Zytoplasma, eine verminderte intramitochondriale Citrullin Synthese und reduzierte Fähigkeit zur Elimination von Carbamoylphosphat und Ammoniak. Klinisch präsentieren sich Kinder mit HHH-Syndrom durch episodisches Erbrechen, Erregbarkeit und Krämpfe ab dem 1.–2. Lj., bedingt durch Zunahme des Proteinanteils in der Nahrung /18/.

Labordiagnostik: Erhöhte Ausscheidung von Orotsäure im Urin als Folge der intra mitochondrialen Anreicherung von Carbamoylphosphat, welches auch durch eine vermehrte Transcarbamoylierung von Lysin zur Hypercitrullinurie beiträgt. Die Hyperammonämie mit vermehrter Ausscheidung von Orotsäure kann zu Verwechslungen mit dem OTC-Defekt führen.

Lysinurische Protein-Intoleranz (LPI): Die LPI ist eine autosomal rezessive Erkrankung und beruht auf einem Defekt im Transport dibasischer Aminosäuren durch die basolaterale Zellmembran der Tubuluszelle der Niere und den intestinalen Enterozyten. Die mangelnde renale und intestinale Absorption von Arginin und Ornithin führt zu einer mangelnden Substratverfügbarkeit für die OTC, einem abgeschwächten Ammoniakmetabolismus, verminderter Bildung von Citrullin, der intramitochondrialen Vermehrung von Carbamoylphosphat und vermehrten Ausscheidung von Orotsäure im Urin. Die klinischen Symptome beginnen in der frühen Kindheit mit Zunahme des Proteinanteils in der Nahrung und sind: Mangelnde Nahrungsaufnahme, Erbrechen, Antriebslosigkeit und gelegentlich Diarrhoe. Symptome bei älteren Kindern sind: Aversionen gegen proteinreiche Nahrung, Hepatomegalie, Muskelschwäche, Osteoporose und schütteres Haar.

Labordiagnostik: Stark erhöhte Ausscheidung von Lysin bei moderater Vermehrung von Arginin, Ornithin und Citrullin im Urin. Die Erhöhung von Ammoniak tritt episodenhaft auf. Weitere Befunde können sein: Erhöhung von ALT, LDH und Thyroxin-bindenden Globulin, moderate Anämie, Leukopenie und Thrombozytopenie /18/.

Hyperinsulinismus-Hyperammonämie (HI/HA-Syndrom): Das HI/HA-Syndrom ist durch eine Mutation im GLUD1-Gen bedingt, welches die mitochondriale Glutamamat-Dehydrogenase (GLDH) kodiert. Dadurch hat die GLDH eine verminderte Sensitivität für die Hemmung durch das Enzym ALS (GPT). Die Folge ist eine enorm hohe Rate der Glutamatoxidation, die zu einer vermehrten Insulinsekretion führt und einer mangelnden Entgiftung von Ammoniak durch die Leber /23/. Die betroffenen Patienten leiden an rezidivierenden Hypoglykämien. Die klinische Symptomatik ist deutlich verschieden vom klassischen Hyperinsulinismus Syndrom bei Kindern. Das letztere, auf einem Defekt des Sulfonylharnstoff-Rezeptor/Kalium-Kanal-Komplexes beruhend, verursacht schwer beeinflussbare Hypoglykämien schon in den ersten Lebenstagen. Die Kinder sind zu groß und übergewichtig für das Gestationsalter. Beim HI/HA-Syndrom sind die Kinder normgewichtig bei Geburt und die Hypoglykämie kann erst nach mehreren Lebensjahren auftreten. Einige HI/HA-Syndrome werden erst im Erwachsenenalter diagnostiziert. Die Hypoglykämie kann mild bis schwer sein. Der Ammoniak im Plasma ist persistent 2–10 fach erhöht. Auf Grund der moderaten Hyperammonämie zeigen die Kinder nicht die klassische Hyperammonämie-Symptomatik wie Lethargie und Erbrechen /24/.

Tabelle 5.1-5 Differentialdiagnostik akuter hereditärer Hyperammonämien, modifiziert nach Lit. /1718/

Störung

Ammo-niak

Glucose

Lactat

Keton-­körper

Azi-dose

Defekt

Aminosäuren, organische Säuren

Plasma

Ausscheidung

Harnstoff­zyklus

n

n

n

+/n

CPS

Alanin + Glutamin ↑

Citrullin + Arginin ↓

Orotsäure n

n

n

n

+/n

OTC

Alanin + Glutamin ↑

Citrullin + Arginin ↓

Orotsäure ↑↑

n

n

n

+/n

AS

Citrullin ↑↑

Glutamin ↑ Arginin ↓

Orotsäure ↑

n

n

n

+/n

AL

Citrullin + Glutamin + Arginino­succinat ↑

Arginin ↓

Orotsäure ↑

n

n

n

+/n

Argi-nase

Arginin ↑↑

Glutamin ↑

Orotsäure ↑

Organo­azidurien

n/↓

n/↑

+

Glycin ↑

Propionsäure und Methyl­malon­säure und Iso­valerian­säure ↑

Fettsäure­oxidation

n/↑

+/n

Dicarbon­säuren ↑

Alanin und Glutamin und Prolin ↑

HHH-Syndrom

n

n

n

n

Ornithin und Citrullin ↑

Orotsäure ↑↑

LPI

n

n

n

n

Lysin ↑↑

HI/HA-Syndrom

n/↑

↓/n

n

n/↑

n

↑, erhöht; n, normal; ↓, vermindert; +, vorhanden; AS, Argininsuccinat-Synthetase; AL, Argininosuccinase; CPS, Carbamoylphosphat-Synthetase; OTC, Ornithin-Carbamoylphosphat-Transferase; HHH, Hyperornithinämie-Hyperammonämie-Hypercitrullinämie-Syndrom; LPI, Lysinurische Proteinintoleranz; HI/HA, Hyperinsulinismus-Hyperammonämie-Syndrom

Tabelle 5.1-6 Erworbene Hyperammonämien

Hepatische Enzephalopathie /16/:

Klinik: Die klinische Symptomatik reicht von nur geringer Beeinträchtigung der intellektuellen Funktion, über Unruhezustände, Persönlichkeitsveränderungen bis zum Koma. Initial stehen motorische Unruhe und Fahrigkeit im Vordergrund.

Labordiagnostik: Klinische Zeichen der hepatischen Enzephalopathie sind bei Ammoniakwerten im venösen Plasma über 150 μg/dl (88 μmol/l) zu erwarten. Die Höhe des Ammoniaks korreliert mit der Intensität der hepatischen Enzephalopathie. Bei komatösen Zuständen werden Konzentrationen über 300 μg/dl (176 μmol/l) gemessen. Die Werte im arteriellen Plasma korrelieren besser mit der Intensität der hepatischen Enzephalopathie als die im venösen.

Ausgeprägte Ammoniakerhöhungen werden bei Shunt-operierten Patienten gemessen, da die Ammoniakkonzentration in der Portalvene, auf Grund der intestinalen Absorption von Ammoniak, etwa 300 μg/dl (176 μmol/l) beträgt. Etwa 10 % der Patienten mit hepatischer Enzephalopathie haben keine erhöhten Ammoniakwerte.

Chemotherapie: Hochdosierte Chemotherapie kann bei normalerLeberfunktion zur Hyperammonämie führen.

Klinik: Symptomatik vergleichbar der hepatischen Enzephalopathie.

Labor: Hyperammonämie, respiratorische Alkalose auf Grund von Hyperventilation. Bei Behandlung akuter Leukämien hatten in einer Studie /25/ die Patienten vor der Therapie Ammoniakwerte von 29–119 μg/dl (17–70 μmol/l) und nachher 123–590 μg/dl (72–347 μmol/l). 14 % der Patienten hatten Werte über 340 μg/dl (200 μmol/l) und eine Enzephalopathie.

Chemotherapie: Multiple Myelome, insbesondere bei meningealer Beteiligung, können mit einer Hyperammonämie einhergehen. Konzentrationen von 195–330 μg/dl (114–194 μmol/l) wurden gemessen /26/.

Reye Syndrom: Erkrankung, die bei Kindern bis zum 15. Lj. beschrieben wird /27/. Die Ursache ist unbekannt, wahrscheinlich liegt eine mitochondriale Dysfunktion vor. Morphologisch werden Fettvakuolen in den Hepatozyten und Nierentubuli gefunden.

Klinik: Erbrechen, Störungen des Zentralnervensystems und der Leber. Virale Infektionen oder toxische Faktoren (Salizylate) sollen an der Auslösung beteiligt sein.

Labordiagnostik: Erhöhte Aminotransferasen, Thromboplastinzeit verlängert, metabolische Azidose, Hypoglykämie, Ketonkörper im Plasma vermindert. Die Ammoniakwerte liegen bei 170–600 μg/dl (100–350 μmol/l). Es besteht eine negative Korrelation zwischen der Höhe der maximalen Konzentration an Ammoniak und der Wahrscheinlichkeit des Überlebens.

Valproinsäure (VPA) -Therapie /28/: Der therapeutische Bereich von VPA beträgt 63–133 mg/l. Eine Hyperammonämie kann bei einer länger dauernden VP-Therapie auftreten. Das ist meist bei einer Polymedikation mit Einfluss auf die VPA-Konzentration der Fall. Hyperammonämische Enzephalopathien sind bei epileptischen und psychiatrischen Patienten beschrieben. Die Ammoniakwerte betragen 170–340 μg/dl (100–200 μmol/l). Bei der Chemotherapie von Tumorpatienten mit hohen Valproinsäuredosen werden 10-fach erhöhte Ammoniakwerte gemessen. Generell sind die Konzentration von Ammoniak und VPA schlechte Prädiktoren einer Enzephalopathie. Deren Ursache soll die Akkumulation von VPA-Metaboliten sein, die zu einer verminderten Verfügbarkeit von N-acetylglutamat führen, wodurch die mitochondriale Carbamoylphosphat-Synthase-1 gehemmt wird, der erste Schritt im Harnstoffzyklus.

Harnwegsinfektion: Patienten mit Anomalien der ableitenden Harnwege und der Blase haben gehäuft oder chronisch Harnwegsinfektionen. Besteht eine massive Besiedlung mit Harnstoff spaltenden Keimen wie Proteus mirabilis, bilden diese aus Harnstoff NH4+, die bei pH 9 zu 50 % als NH3 vorliegen. Dieser wird absorbiert und verursacht bei Kindern Konzentrationen von Ammoniak bis 700 μg/dl (411 μmol/l) /19/.

Neugeborene – Niedriges Geburtsgewicht: Asymptomatische Hyperammonämie auf das 2 fache des oberen Referenzbereichswerts hat ein Teil der Neugeborenen mit einem Geburtsgewicht < 2.500 g. Nach 4 Wochen fällt die Konzentration ab und es werden Erwachsenenwerte erreicht. In einer Studie /5/ betrugen die Ammoniakwerte Neugeborener mit niedrigem Geburtsgewicht 121 ± 45 μg/dl (71 ± 26 μmol/l), Angabe von x ± s.

Neugeborene – Transiente Hyperammonämie: Tritt in seltenen Fällen bei Frühgeborenen in den ersten 2 Lebenstagen auf. Oft liegen auch pulmonale Störungen vor. Die Hyperammonämie kann höher sein als bei Kindern mit hereditären Defekten des Harnstoffzyklus /20/.

Tabelle 5.2-1 Referenzbereiche für Bilirubin

Total-Bilirubin

(mg/dl)

(μmol/l)

Neugeborene /10/

24 h

bis 8,7

(bis 150)

2. Tag

1,3–11,3

(22–193)

3. Tag

0,7–12,7

(12–217)

4.–6. Tag

0,1–12,6

(2–216)

Kinder

> 1 Mon.

0,2–1,0

(3–17)

Erwachsene /1/

0,1–1,2

(2–21)

  • Bevölkerung der USA* /11/

bis 1,4

(bis 24)

Direktes Bilirubin

(mg/dl)

(μmol/l)

Erwachsene und Kinder

bis 0,1

bis 2

Ungebundenes unkonjugiertes Bilirubin

Neugeborene /9/

1–2

17–34

Umrechnung: mg/dl × 17,104 = μmol/l, * Angegeben ist die 97,5. Perzentile

Tabelle 5.2-2 Erkrankungen mit prähepatischer, vorwiegend unkonjugierter Hyperbilirubinämie

Anämie – Korpuskulär hämolytische Anämien, z.B. Thalassämien, Sichelzellanämie, hereditäre Sphärozytose, G-6-PD-Mangel: Typische Befunde bei korpuskulär hämolytischen Anämien sind Retikulozytose, morphologisch veränderte Erythrozyten, positiver direkter Coombs Test, Verminderung von Haptoglobin und eventuell Hämopexin, Hämoglobinurie, Hämosiderinurie, evtl. Urobilinogenurie, keine Bilirubinurie. Die Erythrozytenlebenszeit ist verkürzt. Die Hyperbilirubinämie tritt erst auf, wenn die Hämolyserate über 5 % beträgt (normal 0,8 %), Werte über 6 mg/dl (103 μmol/l) sind selten, Bu hat einen hohen Anteil am BT. Gehen chronisch hämolytische Anämien mit einem BT über 6 mg/dl (103 μmol/l) einher, ist auch die Störung der Leberfunktion wahrscheinlich /33/.

– Extrakorpuskulär hämolytische Anämien:

– Akute hämolytische Transfusionsreaktion: Sie beruhen gewöhnlich auf einer AB0 Unverträglichkeit, seltener auf Unverträglichkeiten im Rh-System oder anderen Blutgruppensystemen. Hämolytische Reaktionen durch Unverträglichkeiten im AB0 System erfolgen wenige Minuten nach der Transfusion, sind stark und laufen intravaskulär ab (Sofortreaktion). Hämolytische Reaktionen auf Grund von Antikörpern gegen andere Blutgruppensysteme, z.B. Rh, laufen verzögert ab und sind milder (Frühreaktion). Spätreaktionen, die erst nach der Entwicklung eines Antikörpers auftreten, machen sich nicht vor der 2. Woche nach der Transfusion bemerkbar. Hyperbilirubinämien treten bei der Sofortreaktion nach 6–12 h auf. Zeitlich im Vordergrund stehen klinische Symptome und die Hämolysezeichen wie Hämoglobinämie, Hämoglobinurie und der Haptoglobinabfall. Die Hämosiderinurie ist ein Spätsymptom (ab 2. Tag).

– Autoimmunhämolytische Anämie /34/: Es bestehen eine Hb-Erniedrigung, moderate BT-Erhöhung bis 6 mg/dl (103 μmol/l), LDH-Erhöhung, Retikulozytose und Haptoglobin unter 30 mg/dl.

– Dyserythropoetische Anämie: Sie sind durch eine milde Anämie, ineffektive Erythropoese und morphologische Änderungen der Erythroblasten charakterisiert. Die Bilirubinerhöhungen sind mild, meist liegt dann auch eine Splenomegalie vor.

– Medikamenten induzierte hämolytische Anämie: Sie sind vorwiegend Wärmeautoantikörper bedingt. Mäßige BT-Erhöhung bis 6 mg/dl (103 μmol/l).

Icterus neonatorum /1535/: Der Icterus neonatorum ist eine physiologische, transiente unkonjugierte Hyperbilirubinämie der Neugeborenenperiode. Die Konzentration von Bu, gemessen als BT oder Hautbilirubin, steigt in den ersten Lebenstagen kontinuierlich an, erreicht am 3.–5. Tag Gipfelwerte, da dann ein Gleichgewicht zwischen Anfall und Ausscheidung erreicht ist und normalisiert am Tag 7–10. Die 95. Perzentile des Gipfelwerts beträgt bei Brustmilch ernährten Neugeborenen nach mehreren Studien 15,1–17,6 mg/dl (259–301 μmol/l) /15/. Überschreitet bei termingerecht Geborenen und bei Frühgeburten BT den Wert von 17 mg/dl (291 μmol/l) wird die Phototherapie eingesetzt und bei Werten über 25 mg/dl (428 μmol/l) eine Austauschtransfusion erwogen. Häufiger angewendet wird die Messung der Anstiegsraten des Bilirubins in den ersten 5 Lebenstagen (Abb. 5.2-2 – Stunden bezogenes Bilirubinnomogramm). Abhängig von den Grenzwerten werden entsprechende therapeutische Maßnahmen ergriffen.

Eingeteilt wird die Hyperbilirubinämie:

  • In Abhängigkeit von der 95. Perzentilen für das Stundenalter in ein niedriges, mittleres oder hohes Risiko für eine akute Bilirubin Enzephalopathie (Abb. 5.2-2).
  • In extrem, wenn der die Konzentration von Bilirubin über 25 mg/dl (428 μmol/l) beträgt, also oberhalb der 99,9. Perzentilen des Maximalwerts gesunder Neugeborener liegt. Wird bei einer Konzentration des BT von 17–22,9 mg/dl (291–392 μmol/l) und einem Neugeborenenalter über 48 h eine Phototherapie durchgeführt, kann in 85 % der Fälle ein Wert über 25 mg/dl (428 μmol/l) vermieden werden. Prädiktoren eines Anstiegs über diesen Wert sind das Gestationsalter, ein schneller Anstieg des Bilirubins, die Familienanamnese und Blutergüsse /36/.
  • Gefährlich, bei einem Bilirubin über 30 mg/dl (513 μmol/l); nach einer Studie in Großbritannien beträgt die Inzidenz eines solchen Werts 7,1 auf 100.000 Geburten. In den meisten Fällen war schon die Entlassung aus dem Krankenhaus erfolgt und 80 % wurden gestillt /37/.

Klinisch zeigt die Hälfte der termingerechten Neugeboren einen Ikterus. In den ersten 48 Lebensstunden ist ein Bilirubinanstieg über 0,1 mg/dl/h auf ein mittleres und ein Wert über 0,2 mg/dl/h auf ein hohes Risiko hinweisend /38/. In diesen Fällen müssen andere Ursachen des Ikterus eruiert werden, da ein solcher Anstieg nicht physiologisch ist. Eine verlängerte unkonjugierte Hyperbilirubinämie mit BT-Werten über 8,8 mg/dl (150 μmol/l) länger als 14 Tage und über 6 mg/dl (100 μmol/l) länger als 28 Tage ist bei asiatischen Kindern häufig. Der verlängerte Ikterus soll zum Teil auf einer Variation im Nukleotid 211 des Gens UGT1A1 der Uridindiphosphat-Glucuronyltransferase beruhen /39/. Physiologische Ursachen, die zur Erhöhung des Bilirubins in den ersten Tagen nach der Geburt beitragen, sind Blutergüsse, Persistenz der enterohepatischen Bilirubinzirkulation die durch Brustmilchfütterung verstärkt wird. Pathologische Ursachen, die eine Ablösung des Bilirubins vom Albumin bewirken, sind Azidose, Ketose und Nierenversagen.

Die Hyperbilirubinämie ist die häufigste Ursache der Wiedereinweisung in das Krankenhaus bei Neugeborenen, die relativ früh nach der Geburt entlassen werden. Es wird deshalb empfohlen bei Neugeborenen, die einen Bilirubinanstieg von über 0,1 mg/dl/24 h vor der Entlassung haben, 2–3 Tage später das Bilirubin zu kontrollieren. Eine Studie /40/ hat gezeigt, dass ein Wert im niedrigen Risikobereich (Bilirubinanstieg unter 0,1 mg/dl/24 h vor der Entlassung) kein sicheres Kriterium ist, denn die Hälfte der Neugeborenen, die mit Ikterus und Werten über 17 mg/dl (291 μmol/l) wieder eingeliefert wurden, war mit Werten im niedrigen Risikobereich entlassen worden.

BIND /41/: Die Bilirubin induzierte neurologische Dysfunktion (BIND) umfasst die klassische akute Bilirubinenzephalopathie (Kernikterus) und leichtere Formen. Freies Bilirubin (BF) ist neurotoxisch. Nur BF kann die intakte Blut-Hirnschranke passieren. Kranke Neugeborene mit Blutkonzentrationen an Metaboliten und Medikamenten, die das Bilirubin vom Albumin verdrängen oder bei denen durch Ketose oder Azidose Bilirubin leichter freigesetzt wird, sowie Neugeborene mit Inkompatibilität der Blutgruppen und positivem direkten Coombs Test haben höhere Konzentration an BT und BF und somit ein größeres neurotoxisches Risiko. Das ist auch der Fall bei Frühgeburten, bei denen auf Grund einer noch nicht intakten Blut-Hirnschranke Albumin gebundenes Bilirubin in das ZNS gelangt und dort freigesetzt wird. Der Ikterus mit BT-Werten > 25 mg/dl (428 μmol/l) kann zu einer Schädigung der Basalganglien des Gehirns mit Langzeitschäden wie Choreoathetosis, Blickstarre, Hörverlust und Entwicklungsretardierung führen. Vier klinische Phasen des Kernikterus werden unterschieden :

  • Die Zeichen der ersten Phase sind muskuläre Hypotonie, Lethargie und Trinkfaulheit.
  • Die wesentlichen Symptome der zweiten Phase sind muskuläre Hypertonie, die sich als Opisthotonus und Fieber manifestieren kann.
  • In der dritten Phase, die sich am Ende der ersten Lebenswoche manifestiert, nimmt die Spastizität ab oder verschwindet ganz.
  • Die vierte Phase tritt im zweiten Lebensmonat oder später auf und ist durch extrapyramidale Störungen charakterisiert.
  • In einer Studie /42/ bei Kindern mit BT-Werten > 30 mg/dl (513 μmol/l) und der klinisch fortgeschrittenen Phase der akuten Bilirubin Enzephalopathie zeigte der überwiegende Teil nach aggressiver Therapie eine Reversibilität der neurologischen Symptomatik.

Ohne Intervention durch Phototherapie oder Austauschtransfusion kommt es zur akuten Bilirubin Enzephalopathie bei 1 % der Frühgeburten und 15 % der reifen Neugeborenen mit hämolytischen Erkrankungen /43/. Die Bestimmung von BT und BF erscheint deshalb als akzeptable Marker zur Präsenz von neurotoxischem Bilirubin. Jedoch korreliert die Konzentration des BT schlecht mit der BIND und der akuten Bilirubin Enzephalopathie und es gibt viele falsch positive Hinweise auf das Risiko einer Bilirubin Enzephalopathie. Die Folge ist nicht selten ein Blutaustausch, um wenige Fälle einer potentiellen Enzephalopathie zu vermeiden. Es gibt Hinweise, dass die Bestimmung von Bf die Situation bessern kann /44/.

Morbus hämolyticus fetalis und neonatorum: Kommt das mütterliche Immunsystem mit fetalen Erythrozyten einer inkompatiblen Blutgruppe in Kontakt, kann das bei der Mutter zur Sensibilisierung und Antikörperbildung führen. Nach Erstkontakt erfolgt die Antikörperbildung langsam und Antikörper lassen sich z.B. nach Kontakt einer Rh-negativen Schwangeren mit Rh-positivem Fetalblut erst nach 16 Wochen nachweisen. Meist kommt es erst bei erneutem Antigenkontakt auf Grund einer Boosterung zu gut messbaren Antikörpertitern. Die mütterlichen Antikörper richten sich gegen die fetalen Erythrozyten und verursachen eine hämolytische Anämie, die in schwerer Form zum Hydrops fetalis und fetalen Tod, bei leichter Hämolyse zu einem verstärkten Ikterus des Neugeborenen führen kann /45/.

– Rhesus-Inkompatibilität: Die Mutter hat Antikörper gebildet gegen eines der Rhesusmerkmale D, C, c, E, e, die bereits ab dem 30.–45. Tag post conceptionem voll ausgebildet sind. Feto-maternale Transfusionen werden ab der 4. Woche post conceptionem beobachtet und nehmen im Verlaufe der Schwangerschaft zu. Eine Inkompatibilität tritt, Aborte eingeschlossen, erst beim 2. Kind auf. Bei der Mutter ist der indirekte Coombs Test positiv, beim Kind der direkte. Sind Mutter und Kind D-positiv oder D-negativ, muss nach einer Inkompatibilität der anderen Rhesusmerkmale gefahndet werden. Beim Kind kann trotz Vorliegens des Merkmals D, in der Blutgruppen Bestimmung eine D-negative Reaktion resultieren. Ursache ist eine totale Besetzung des D-Merkmals der kindlichen Erythrozyten mit D-Antikörpern von der Mutter. Die postnatale spezifische Therapie des Neugeborenen orientiert sich an der Anämie und Hyperbilirubinämie. Die Bilirubinwerte sollen nach der gängigen Praxis unter 20 mg/dl (342 μmol/l) gehalten werden /46/.

– ABO-Inkompatibilität: Eine ABO-Inkompatibilität tritt bei 15–25 % der Schwangerschaften auf, die hämolytische Erkrankung des Neugeborenen zu 1–4 %, abhängig von der ethnischen Konstellation der Bevölkerung. Eine ABO-Inkompatibilität kann schon bei der ersten Schwangerschaft vorkommen, häufig betroffen sind Kinder mit den Merkmalen A, B einer O-Mutter. Da die ABO-Merkmale erst am Ende der Fetalzeit voll ausgebildet sind, kommen Inkompatibilitäten intrauterin und bei Frühgeborenen nicht vor. Bei termingerechten Neugeborenen kommt es innerhalb der ersten 72 h zu einer rasch ansteigenden unkonjugierten Hyperbilirubinämie. Die BT-Werte können bis über 20 mg/dl (342 μmol/l) ansteigen. Der Titer der anti-A- und anti-B-Antikörper der Klasse IgG im mütterlichen Serum ist ein Hinweis, ob eine schwere oder eine leichte hämolytische Reaktion beim Neugeborenen zu erwarten ist. Titer von ≥ 512 wiesen mit einer Sensitivität von 90 %, bei einer Spezifität von 72 % auf eine schwere Reaktion hin, und bei einem Titer ≥ 2048 war immer eine Phototherapie erforderlich /47/.

Bluttransfusion bei Frühgeborenen: Erythrozytenkonzentrat erwachsener Spender wird oft Frühgeborenen zur Korrektur einer Anämie verabreicht. Dies führt zu einem Anstieg des Bilirubins. In einer Studie hatten Frühgeborene mit einem Geburtsgewicht unter 1.250 g in den ersten 10 Tagen einen Bilirubinanstieg von 1,4 mg/dl (24 μmol/l) täglich nach einer Bluttransfusion; in einer anderen Studie (Frühgeborene mit einem Geburtsgewicht über 1.250 g) einen täglichen Anstieg von 0,6 mg/dl (10 μmol/l) /48/.

Lucey-Driscoll-Syndrom: Intensive, vorübergehende, unkonjugierte Hyperbilirubinämie des Neugeborenen.

Primäre Shunt-Hyperbilirubinämie: Seltene Störung, die als Folge einer gesteigerten Bilirubinbildung im Knochenmark auftritt. Verläuft wechselnd, tritt gewöhnlich erst mit der Pubertät klinisch in Erscheinung.

Hyperbilirubinämie nach Thoraxchirurgie: Operationen am offenen Herzen führen zu 51 % und Ösophagoektomie in 64 % der Fälle zu einer postoperativen Hyperbilirubinämie /49/. Die Werte des BT betragen im Mittel 3 mg/dl (51 μmol/l). Eine durch Hämolyse verursachte unkonjugierte Hyperbilirubinämie liegt vor.

Tabelle 5.2-3 Erkrankungen mit hepatischer, vorwiegend konjugierter Hyperbilirubinämie

Akute Hepatitis durch hepatotrope Viren: Die Häufigkeit der Erhöhung von Total-Bilirubin (BT ) ist abhängig vom Virus und dem Alter des Patienten. Bei Erwachsenen tritt Ikterus zu 70 % bei der A-Hepatitis, zu 33–50 % bei der B-Hepatitis und zu 22–30 % bei der Hepatitis C auf. Kinder haben weniger häufig einen Ikterus als Erwachsene, ikterische Krankheitsverläufe heilen in der Regel besser aus als anikterische. Bei Kindern besteht eine direkte Beziehung zwischen Alter und dem Gipfelwert des Bilirubins im Serum. Eine Alterszunahme um 10 Jahre erhöht den Bilirubinwert bei akuter Hepatitis um 5 mg/dl (85 μmol/l) /50/. Bei den verschiedenen Schweregraden der akuten Virushepatitis werden im Mittel folgende Bilirubinwerte gemessen /12/: Anikterische 1 mg/dl (17 μmol/l), typisch ikterische 8 mg/dl (137 μmol/l), cholestatische 18 mg/dl (308 μmol/l), nekrotisierende 18 mg/dl (308 μmol/l). Kommt es zu einem fatalen Ausgang und Ausbildung eines Nekrosemusters der Leberenzyme (AST-, ALT-, LDH-, GLDH-Aktivität in der gleichen Größenordnung), steigt Bilirubin weiter an. Bei unkomplizierter Virushepatitis beträgt die Dauer der BT-Erhöhung im Mittel 3 Wochen, der Gipfel wird in der Regel in der zweiten Woche nach Beginn des Ikterus gemessen, bei leichten Fällen schon in der ersten Woche.

– Akute Virushepatitis A, Akute Virushepatitis B: Rascher Anstieg der Aminotransferasen und des BT selten über 20 mg/dl (342 μmol/l). Etwa eine Woche nach Auftreten des Ikterus erreichen die Aminotransferasen Gipfelwerte, das BT aber erst in der 2. Woche.

Bei zwei Drittel der Patienten liegen die BT-Werte im Bereich von 1–10 mg/dl (17–170 μmol/l), leichte Verlaufsformen haben Werte bis 5 mg/dl (85 μmol/l). Konzentrationen von 20 mg/dl (342 μmol/l) werden selten überschritten, Werte bis 60 mg/dl (1.030 μmol/l) können bei schweren Verlaufsformen vorkommen. Im Verlauf langsamer BT -Abfall mit Normalisierung innerhalb von 6 Wochen /51/.

– Akute Virushepatitis C, Akute Virushepatitis D, Akute Virushepatitis E: Ikterischer Verlauf nur in etwa 25 % der Fälle, BT 5–15 mg/dl (85–257 μmol/l). Bei Simultaninfektion mit Hepatitis B-Virus ähnliche Werte des BT wie bei Hepatitis B. Verlauf des Bilirubins vergleichbar der Hepatitis A. In einem Teil der Fälle cholestatische Verlaufsformen, insbesondere bei Schwangeren, mit längerzeitig bestehenden BT-Werten über 20 mg/dl (342 μmol/l) und hohen Aktivitäten von AP und GGT.

Lebermitbeteiligung bei systemischen Viruserkrankungen: Eine leichte Hyperbilirubinämie mit BT-Werten unter 5 mg/dl (85 μmol/l) wird in etwa 50 % der Fälle gefunden. Vereinzelt wird bei der Epstein-Barr Virus bedingten Mitbeteiligung der Leber und auch der infektiösen Mononukleose über BT-Werte bis 20 mg/dl (342 μmol/l) und höher berichtet. Siehe auch Beitrag 1.6 – Aminotransferasen.

Chronische Hepatitis durch hepatotrope Viren: Die gering aktive Verlaufsform geht mit normalen BT-Werten einher, die mäßig aktive kann mit diskret erhöhten subikterischen Werten bis 3 mg/dl (51 μmol/l) einhergehen. Bei der hoch aktiven Form sind Konzentrationen wie bei der akuten Virushepatitis möglich /52/.

Autoimmune Hepatitis: BT-Werte von 2–10 mg/dl (34–171 μmol/l) treten auf.

Alkoholhepatitis: Die asymptomatische alkoholische Hepatitis hat BT-Werte im Referenzbereich, die persistierende Form im oberen Referenzbereich, die chronisch progrediente bis 2 mg/dl (34 μmol/l), und die akute Hepatitis kann Konzentrationen über 10 mg/dl (170 μmol/l) haben. Patienten mit schwerer Hepatitis und einem Absinken des BT um 25 % und mehr nach 6–9 Tagen einer Kortikosteroid Therapie haben einen besseren Ausgang als diejenigen mit geringerem Abfall /53/.

Toxischer Leberschaden: Bei akuter Vergiftung mit aliphatischen halogenierten Kohlenwasserstoffen (Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform) und aromatischen halogenierten Kohlenwasserstoffen (Brombenzol, polychlorierte Biphenyle) kommt es nach unspezifischen gastrointestinalen Symptomen zu einer massiven Erhöhung der Aminotransferasen und von BT innerhalb von 48 h. Medikamente wie Azetaminophen (Paracetamol) und Halothan verursachen einen akut hepatitischen Verlauf mit einem BT über 20 mg/dl (342 μmol/l) bei fatalen Verläufen. 40 % der Halothan bedingten Hepatitiden haben BT-Konzentrationen unter 10 mg/dl (170 μmol/l).

Medikamente, die Leberschäden geringer Ausprägung mit nur geringer Erhöhung der Leberenzyme verursachen, bewirken keine Erhöhung des BT. Bei stärkeren Schäden mit dem Bild einer Virushepatitis sind die Aminotransferasen etwa 10 fach erhöht und das BT bis 5 mg/dl (85 μmol/l). Cholestase-verursachende Medikamente führen zu einer Erhöhung des BT über 5 mg/dl (85 μmol/l) und der AP. Die Aminotransferasen sind leicht oder nicht erhöht, die GGT ist nicht entsprechend der AP erhöht /53/.

Leberzirrhose – Posthepatitische Zirrhose: Laboruntersuchungen sind ein wichtiges Kriterium zur Beurteilung des Schweregrads der Zirrhose. Ein Bewertungssystem ist der Child-Pugh-Score (Tab. 5.2-7 – Einteilung der Leberfunktion nach dem Child-Pugh-Score). In der Shunt-Chirurgie wegen Ösophagusvarizenblutung haben Patienten mit Child A eine gute Prognose für die nächsten 3 Jahre /54/.

– Primäre biliäre Zirrhose (PBC): Eine Hyperbilirubinämie tritt erst im symptomatischen Stadium der PBC, also relativ spät auf. Nach einer Studie /55/ hatten 36 % der Patienten mit PBC bei Klinikaufnahme eine Hyperbilirubinämie. Im Verlaufe der Erkrankung entwickelten 60 % der Patienten eine Hyperbilirubinämie mit Erhöhung von Bu und Bc /56/. Ansteigende Werte oder dauerhaft erhöhte Werte über 2 mg/dl (34 μmol/l) sind ein schlechtes prognostisches Zeichen /57/.

– Alkoholische Leberzirrhose: Nach einer Studie /58/ hatten Patienten mit Alkohol bedingter Leberzirrhose eine BT-Konzentration von im Median 1,4 mg/dl (23 μmol/l) mit einem Range von 0,2–7,5 mg/dl (3–128 μmol/l).

Hepatozelluläres Karzinom (HCC): Bei den meisten Fällen des HCC liegt ein Subikterus mit BT-Werten unter 3 mg/dl (51 μmol/l) vor. Der BT-Wert wird in der Stadieneinteilung nach Okuda als prognostisches Kriterium herangezogen (Tab. 5.2-6). Etwa 40 % der Patienten mit Lebermetastasen haben eine Hyperbilirubinämie /59/.

Hypoxische Hepatitis: Die hypoxische Hepatitis, auch als ischämische Hepatitis oder Schockleber bezeichnet, resultiert aus einem verminderten Blutfluss durch die Leber. Die Konzentrationen an BT erreichen Werte bis über 20 mg/dl (342 μmol/l) /61/. Siehe auch Beitrag 1.6 – Aminotransferasen.

Ikterus in der Schwangerschaft – Hyperemesis gravidarum: Das BT kann Werte bis 7 mg/dl (120 μmol/l) gemeinsam mit einem leichten Anstieg der Aminotransferasen und der AP erreichen /60/.

– Intrahepatische Schwanger­schafts­cholestase: Es handelt sich um eine reversible Cholestase im letzten Trimenon. Leitsymptom ist der Pruritus, der Ikterus folgt 2 Wochen später und BT überschreitet selten 6,4 mg/dl (109 μmol/l). Pruritus und Hyperbilirubinämie verschwinden innerhalb von 2 Wochen nach der Entbindung. Bei diesen Patientinnen liegt eine Mutation des Multi Drug Resistance Gens 3 (MDR3) vor, das die kanalikuläre Phosphatidyltranslokase kodiert. Siehe auch Beitrag 1.9 – GGT.

– HELLP-Syndrom: Typische Patientinnen sind Weiße, über 25 Jahre alt und Multipara. Das Syndrom entwickelt sich in der SSW. 24–28. Die Erhöhungen des BT können 2,6–16,6 mg/dl (44–284 μmol/l) erreichen und repräsentieren die Hämolyse und eine mangelnde hepatozelluläre Funktion.

– Eklampsie: Der Ikterus ist relativ mild, BT unter 5 mg/dl (85 μmol/l) und kommt bei 40 % der Schwangeren gemeinsam mit einer leichten Erhöhung der Aminotransferasen vor.

Leberteilresektion: Der präoperative Wert von BT ist ein wichtiges Kriterium der postoperativen Hyperbilirubinämie, ebenfalls die Anzahl der resezierten Segmente. Die parenchymale Ischämie und eine auftretende Sepsis haben synergistische Effekte. Lag die Verteilungsbreite vor Operation bei 0,3–1,6 mg/dl (5–27 μmol/l) so war sie postoperativ 0,3–51 mg/dl (5–872 μmol/l), bei den meisten Patienten aber nur bis 4,4 mg/dl (75 μmol/l) /62/. Die AP war leicht erhöht und das Cholesterin erniedrigt.

Lebertransplantation: Zur Erkennung einer Transplantatabstoßung sind die Bestimmung von Bc und Bδ gute Marker bei täglicher Bestimmung und besser geeignet als die Enzyme AST und AP. Hinweise für eine Transplantat Abstoßung sind, bezogen auf das BT /63/:

  • Ein rascher Abfall von Bδ oder seine Persistenz bei anteilig 30 %.
  • Ein steiler Anstieg von Bc oder dessen Persistenz auf anteilig über 50 %.

Tabelle 5.2-4 Erkrankungen mit posthepatischer, vorwiegend konjugierter Hyperbilirubinämie

Extrahepatische Cholestase: Zu etwa 40 % ist die extrahepatische Cholestase durch einen Steinverschluss des Ductus choledocus bedingt. Meist handelt es sich um einen inkompletten Choledochusverschluss, wie man ihn auch bei einer Pankreatitis, bei Tumoren im Anfangsstadium und bei Lymphknotenschwellungen finden kann. In diesen Fällen tritt der Ikterus akut auf, die Werte des BT sind in zwei Drittel der Fälle über 10 mg/dl (170 μmol/l). Der komplette Papillenverschluss ist meist durch ein Karzinom der Papille bzw. des Pankreaskopfes bedingt, hier ist der Ikterus langsam und progredient. Der Patient kommt häufig mit subikterischen Werten (unter 3 mg/dl; 51 μmol/l) zum Arzt /64/.

– Gallengang­verschluss (Stein, Tumor­einbruch, Leberegel), Tumoren des Ductus choledochus (Gallen­gang­karzinom, Papillen­karzinom), Kompression des Choledochus (Pankreas­karzinom, Lymphome an der Leberpforte, Pankreatitis), anatomische Varianten Beim Verschluss des Gallengangs kommt es nach einer Latenzzeit von 3 Tagen bis 1 Woche zum Anstieg des Bilirubins im Serum, es folgt eine Phase der kontinuierlichen Zunahme von 1–3 mg/dl (17–51 μmol/l) täglich, bis am Ende der 2. Woche ein Plateau von etwa 15–25 mg/dl (257–428 μmol/l) erreicht wird. Der Anstieg ist langsamer als bei der akuten Hepatitis, das Plateau erreicht selten Werte über 30 mg/dl (513 μmol/l). Höhere Werte sprechen für Komplikationen, z.B. Nierenversagen, Infektion, Hämolyse.

Cholestasen, bei denen die pathogenen Ätiologien in den Gallenwegen liegen, sind die eitrige Cholangitis, die primär sklerosierende Cholangitis (PSC) und die primäre biliäre Zirrhose.

Bei der eitrigen Cholangitis mit der Symptomentrias Fieber, Ikterus und rechtsseitiger Oberbauchschmerz liegen Leukozytose, starke CRP-Erhöhung und Anstieg der Cholestaseenzyme vor. Die Höhe der Hyperbilirubinämie hängt davon ab, ob sich ein inkomplettes oder seltener komplettes Verschluss-Syndrom entwickelt. Auch wenn kein Ikterus vorliegt, ist bei der akuten Cholangitis der Urobilinogennachweis im Harn positiv.

Primär sklerosierende Cholangitis (PSC): In frühen Stadien ist das Serumbilirubin gewöhnlich normal, steigt aber graduell an, wenn die Erkrankung fortschreitet. Gelegentlich werden in frühen Stadien fluktuierende Werte des BT gesehen. Sie reflektieren transiente Blockaden durch Entzündung, Strikturen oder kleine Gallensteine. Siehe auch Beitrag 1.6 – Aminotransferasen.

Gallensteinrisiko: Eine erhöhte Synthese von Bilirubin birgt das Risiko der Gallensteinbildung. Unkonjugiertes Bilirubin bindet mit Ca in den Gallenwegen und bildet Ca-Bilirubinsalze, die wiederum der Nidus zur Bildung von Cholesterinsteinen sind. In einer Studie /65/ wurde das prospektive Gallensteinrisiko mit dem Bilirubinwert korreliert. Personen des homozygote Genotyps 7/7 der UGT-Glukuronyltransferase A1 hatten ein erhöhtes Risiko (mittlere Hazard ratio 1,18) und einen mittleren Bilirubinwert von 1,34 mg/dl, der im Mittel 0,5 mg/dl höher lag als beim Wildtyp (Genotyp 6/6).

Gallengangsatresie (GA) /66/: Die Häufigkeit beträgt etwa 1 auf 15.000 Lebendgeburten und ist die häufigste Indikation für eine Lebertransplantation bei Kindern. Die Ursache ist ein inflammatorischer Prozess unbekannter Ätiologie, der in extrahepatischen Gallengängen seinen Ausgang nimmt. Es kommt zur Nekrose und Obliteration der Gallenwege, die progressiv zerstört werden. Der Gesamtprozess endet in einer Leberzirrhose. Die Neugeborenen haben einen verlängerten Ikterus mit BT-Werten von 10–20 mg/dl (171–342 μmol/l), eine Hepatomegalie mit GGT-Werten von 200–600 U/l und ein erhöhtes Lipoprotein X von 2–9 g/l. Der Stuhl kann in den ersten Tagen noch normal gefärbt sein wird aber dann später farblos. Der Urin ist dunkel gefärbt und es besteht eine Bilirubinurie. Außer bei einem kleinen Teil der Brust gestillten Neugeborenen beruht ein Ikterus tardus häufig auf einer neonatalen Hepatitis, einer Immunhämolyse oder der biliären Atresie. Nach Ausschluss einer hämolytischen Ursache ist die Differenzierung zwischen neonataler Hepatitis, z.B. durch Hepatitis B-, Cytomegalie- oder Rötelnvirus-Infektion und der Gallengangsatresie erforderlich. Gedacht werden sollte noch an einen α1-Antitrypsinmangel, die zystische Fibrose und metabolische Erkrankungen wie die Fruktosämie und Galaktosämie.

Tabelle 5.2-5 Hereditäre Hyperbilirubinämien

Gilbert-Syndrom (GS), auch genannt: Icterus intermittens juvenilis oder Morbus Meulengracht /14/: Das GS beruht auf einer 70–80 % Reduktion der Uridindiphosphat-Glukuronyltransferase Isoform 1A1 (UGT1A1), die vom Gen UGT1A1 kodiert wird das mit einer TATA-Box Promoterregion assoziiert ist /67/. Diese hat normalerweise 6 Thymidin-Adenin repeats (Wiederholungen). In vielen Populationen ist das GS mit einer homozygoten Expansion auf 7 TA repeats assoziiert, auch als UGT1A1*28 bezeichnet. In 94 % der Fälle ist das GS auch mit den Isoformen UGT1A6 und UGT1A7 assoziiert, die eine 50 % und 70 % Aktivitätsverminderung bewirken. Das GS kann auch, besonders in asiatischen Regionen, ohne die TATA-Box zu betreffen, die Folge von heterozygoten Missense-Mutationen sein wie Gly71Arg (UGT1A1*6) oder Tyr486Asp (UGT1A1*7).

Die Charakteristika des GS sind normale Leberenzyme, eine normale Leberhistologie, eine reduzierte Clearance des Bilirubins aus dem Blut und ein milder Ikterus mit der Tendenz zur Fluktuation. Das GS wird bei bis zu 5 % der Bevölkerung gefunden, es besteht eine unkonjugierte Hyperbilirubinämie. Das Krankheitsbild tritt vielfach erst im Adoleszenten- oder Erwachsenenalter auf. Einige Patienten klagen über unspezifische Symptome wie Müdigkeit, Schwäche oder abdominelle Beschwerden. Das Bilirubin steigt nicht selten erst unter Belastung signifikant an, z.B. durch Fasten in Folge von Gewichtsreduktion, Schwangerschaftserbrechen, Infekten, Stresssituationen. Das Bilirubin überschreitet selten Werte von 4–5 mg/dl (68–85 μmol/l), obwohl über Konzentrationen bis 8 mg/dl (137 μmol/l) berichtet wurde. Ausgeschlossen werden müssen hämatologische Erkrankungen und Leberparenchymzellschäden. Hilfreich sind das Blutbild, ein Differentialausstrich, die Retikulozytenzahl und normale Aktivitäten von ALT, GGT und AP. Ursache des GS ist eine Verminderung der Bilirubin-Clearance auf 25–30 % auf Grund einer defekten Glukuronidierung des Bilirubins in den Hepatozyten, denn die Aktivität der UDP-Glukuronyltransferase A1 (EC 2.4.1.17) ist auf etwa 30 % vermindert. Das GS wird molekulargenetisch bei klinischem Verdacht bestätigt. Erforderlich sind 5 ml EDTA-Blut.

Das Enzym UDP-Glucuronyltransferase A1 ist auch maßgeblich am Abbau von Medikamenten beteiligt, z.B. des Chemotherapeutikums CPT-11/Irinotecan. Patienten mit der Dinukleotidase-Expansion auf 7 Repeats bauen das Chemotherapeutikum langsamer ab, was zu schweren Nebenwirkungen führt. Während schwere Nebenwirkungen beim Genotyp 6/6 nicht auftreten, betragen sie bei den Genotypen 6/7 und 7/7 bis zu 50 % bzw. darüber.

Crigler-Najjar-Syndrom (CNS) /14/: Das CNS ist eine autosomal rezessive ererbte Erkrankung, die sich als nicht hämolytischer Ikterus mit starker unkonjugierter Hyperbilirubinämie manifestiert. Beim CNS liegt ein kompletter Mangel oder eine verminderte Aktivität des Enzyms Uridin 5’ diphosphat (UDP)-Glukuronyltransferase (EC 2.4.1.17) (UGT) vor, das die Glukuronidierung des Bilirubins katalysiert. Die unkonjugierte Hyperbilirubinämie beginnt in den ersten Lebenstagen, Ursachen wie Hämolyse oder Sepsis müssen ausgeschlossen werden. Zwei Typen des CNS werden unterschieden:

  • CNS Typ I; es besteht ein kompletter Defekt des Enzyms Bilirubin-UDP-Glukuronyltransferase das vom UGT1A1-Gen kodiert wird und auf dem Chromosom 2q37.1 lokalisiert ist. Über 90 genetische Alterationen, wie Mutationen, kleine Insertionen oder kleine Deletionen in den 5 Exonen des Gens UGT1A1 sind beschrieben. Prävalenz 1 : 1.000.000. Die Konzentration des Bu beträgt 20–35 mg/dl (342–599 μmol/l), auch Werte über 50 mg/dl (855 μmol/l) wurden berichtet. Nur wenige Patienten erreichen das Erwachsenenalter, alle zeigen Schädigungen des Zentralnervensystems und sterben häufig an einer Bilirubin Enzephalopathie. Die Konzentration des Bu kann durch Phototherapie und Plasmapherese zeitweilig gemindert werden. Eine Heilung bringt nur die Lebertransplantation.
  • CNS Typ II; es liegt ein Defekt in der variablen Region des Exon A1 der UDP-Glukuronyltransferase A1 vor. Die Aktivität der UDP-Glukuronyltransferase A1 ist auf unter 10 % gemindert. Das Bu ist gewöhnlich nicht höher als 20 mg/dl (342 μmol/l). Ein Ikterus wird bei etwa 50 % der Patienten im ersten Lebensjahr evident, kann aber auch erst im 30. Lj. oder später auftreten. Beim Typ II kann durch Behandlung mit Phenobarbital (Erhaltungsdosis 0,6 mg/kg und Tag) die Hyperbilirubinämie gesenkt werden. Das ist beim Typ I nicht möglich.

Die definitive Diagnosestellung des CNS erfolgt molekulargenetisch oder durch die Untersuchung einer Leberbiopsie auf UGT-Aktivität.

Dubin-Johnson Syndrom (DJS): Autosomal rezessive Erkrankung, die erst zwischen dem Lj. 10–25 klinisch evident wird. Besonders hohe Prävalenz von 1 : 300 in bei persisch-jüdischen Bevölkerungsgruppen.

Das Lebergewebe ist makroskopisch dunkel durch Einlagerung eines braunen Pigments. Ursächlich liegt eine Störung der Ausscheidung für Bilirubin und andere organische Ionen, z.B. Bromsulfalein, Röntgenkontrastmittel, Bengalrosa vor /67/. Auch besteht ein Defekt im Stoffwechsel des Koproporphyrins mit einer Verminderung von Isomer III und einer Vermehrung von Isomer I von normalerweise weniger als 45 % auf etwa 80 %. Die Hyperbilirubinämie beträgt 2–5 mg/dl (34–85 μmol/l), kann jedoch auch Werte bis 20 mg/dl (342 μmol/l), insbesondere bei der neonatalen Form, erreichen. Das Bc hat einen Anteil von etwa 50 %. Der Ikterus ist diskret, kann zeitweise fehlen und wird stärker beim Auftreten von klinischen Beschwerden wie Schmerz oder Druck im Oberbauch, Ermüdbarkeit, Schwäche, Appetitlosigkeit. Ein Schub kann ausgelöst werden durch Stress, Menstruation, Alkohol und 19-nor-Steroide mit Methyl- oder Äthylgruppe in 17-α-Position. Charakteristisch ist die Kinetik des Bromsulfalein-Tests. Leichte Erhöhungen der AP kommen vor. Ein wichtiges diagnostisches Kriterium ist das Verhältnis von Koproporphyrin III/Koproporphyrin I. Es ist beim Gesunden 3–4, beim Dubin-Johnson Syndrom unter 0,5 /68/.

Neuere Untersuchungen machen wahrscheinlich, dass beim DJS die Leukotrien Elimination in die Galle defekt ist und kompensatorisch die Leukotriene renal ausgeschieden werden. In einer Studie /69/ betrug im Harn der Quotient Leukotriene/Creatinin (nmol/mol) für LTE4 bei Gesunden 9–25 und bei DJS 69–201, für ω-Carboxy-LTE4 13–33 bei Gesunden und 267–353 bei DJS, für ω-Carboxy-Tetranor-LTE3 10–36 bei Gesunden und 439–587 bei DJS.

Rotor-Syndrom: Familiäre Hyperbilirubinämie mit Erhöhung des Bc /67/. Bc überschreitet selten 5 mg/dl (85 μmol/l). Die Bromsulfalein Retention ist deutlich erhöht, es kommt jedoch nicht, wie beim Dubin-Johnson Syndrom, zu einem Wiederanstieg nach 90 min. Die Leber ist makroskopisch normal. Erhöht ist die Koproporphyrin-Ausscheidung auf das 3–5-fache des Gesunden und des Patienten mit Dubin-Johnson Syndrom. Beim Rotor Syndrom ist das Verhältnis Koproporphyrin III/Koproporphyrin I niedriger als beim Gesunden, aber höher als beim DJS.

Cholestase – Benigne rekurrierende intrahepatische Cholestase (BRC): Episodenhafte, bevorzugt im Frühjahr und Herbst auftretende intrahepatische Cholestase. Die klinische Symptomatik zeigt das Bild eines Verschlussikterus mit starkem Juckreiz sowie gastrointestinale Beschwerden. Labordiagnostisch liegt eine konjugierte Hyperbilirubinämie bis über 20 mg/dl (342 μmol/l) vor, die AP ist 4–5 fach erhöht ohne entsprechenden Anstieg von Aminotransferasen und GGT. In 75 % der Fälle beginnt die Erkrankung vor dem 20 Lj., die ikterischen Phasen dauern 4–5 Monate mit unterschiedlich langen Intervallen von 1 Monat bis zu 20 Jahren /70/.

– Progressive familiäre intrahepatische Cholestase (PFIC): Diese Form der Cholestase zeigt Parallelen zur benignen rekurrierenden intrahepatischen Cholestase. Sie unterscheidet sich aber von dieser in ihrer raschen Progredienz und in den Laborbefunden. Lipoprotein X (LPX) ist nicht nachweisbar, das Serumcholesterin ist niedrig, die Aktivität der GGT normal bei Vorliegen einer Hyperbilirubinämie. Drei PFIC-Formen werden unterschieden /71/:

  • PFIC Typ I, auch Byler-Erkrankung genannt. Sie beginnt im ersten Lebensjahr und hat einen schubweisen Verlauf. Es entwickelt sich eine kindliche Leberzirrhose. Die GGT ist normal. Das bei dieser Erkrankung vorliegende defekte Gen FIC1 kodiert eine P-Typ-ATPase, die als eine Aminophospholipidtranslokase funktionieren soll. Sie ist im Ileum und in Cholangiozyten lokalisiert.
  • PFIC Typ II. Klinik und Laborbefunde wie bei Typ I. Es liegt ein Defekt der Gallensäurentranslokase in den hepatischen Gallenkapillaren vor.
  • PFIC Typ III. Diese familiäre Erkrankung hat Ähnlichkeit mit der primär sklerosierenden Cholangitis. Labordiagnostisch unterscheidet sie sich von den anderen beiden Typen durch ein hohes Cholesterin, eine hohe GGT und die Präsenz von LPX. Es liegt eine Mutation in dem Multidrug resistance gene 3 (MDR3) vor, das die Phosphatidyltranslokase der Gallenkapillaren kodiert. Somit gelangt kein Phosphatidylcholin in die Galle, mit der Folge, dass die Kapillaren geschädigt werden und die GGT erhöht ist.

Tab. 5.2-6 Leitlinie zur Austauschtransfusion bei Neugeborenen mit vermindertem Geburtsgewicht basierend auf dem Total-Bilirubin und der Bilirubin/Albumin Ratio, modifiziert nach Lit. /72/

Geburtsgewicht (g)

< 1250

1250

–1499

1500

–1999

2000

–2499

Standardrisiko und Total-Bilirubin (mg/dl)

13

13

17

18

Standardrisiko und Bilirubin/Albumin Ratio (mg/mg) × 1000

5,2

6,0

6,8

7,2

Hohes Risiko und Total-Bilirubin (mg/dl)

10

13

15

17

Hohes Risiko und Bilirubin/Albumin Ratio (mg/mg) × 1000

4,0

5,2

6,0

6,8

Faktoren des hohen Risikos: Apgar < 3 bei 5 min; PaO2 ≤ 40 mmHg bei > 2 h, pH ≤ 7.15 bei ≥ 1 h, Geburtsgewicht < 1000 g, Hämolyse; klinische Störung oder des Zentralnervensystems; Gesamteiweiß ≤ 4 g/dL oder Albumin ≤ 2,5 g/dL

Tabelle 5.2-7 Einteilung der Leberfunktion nach dem Child-Pugh-Score /73/

Score

Bilirubin

mg/dl

(μmol/l)

Albumin

(g/dl)

TPZ

(%)

Hepatischer

Enzephalo­pathie* (Grad)

Ascites

1

< 2 (34)

> 3,5

> 70

Keine

Keiner

2

2–3 (34–51)

2,8–3,5

40–70

1–2

Leicht

3

> 3 (51)

< 2,8

< 40

3–4

Stark

Tabelle 5.2-8 Stadieneinteilung des primären Leberzellkarzinoms nach Okuda /74/

0 Punkte

1 Punkt

A: Leberbefall

≤ 50 %

> 50 %

B: Ascites

Nein

Ja

C: Bilirubin

≤ 3 mg/dl (51 μmol/l)

> 3 mg/dl (51 μmol/l)

D: Albumin

≥ 3 g/dl

< 3 g/dl

A + B + C + D = 0

A + B + C + D = 1–2

A + B + C + D = 3–4

Punkte: Stadium 1

Punkte: Stadium 2

Punkte: Stadium 3

Die mediane Überlebenszeit beträgt 11 Monate im Stadium 1, im Stadium 2 drei Monate und einen Monat im Stadium 3. Die Überlebensraten für 1 Jahr in den Stadien 1–3 sind 39 %, 12 % und 3 %.

Tabelle 5.3-1 Referenzbereiche für Carnitin

Serum/Plasma

Erwachsene /6/

Freies Carnitin

Total-Carnitin

24,6–51,0

29,0–58,2

17,9–45,5

22,9–53,3

Angaben in μmol/l

Neugeborene/Säuglinge /7/

Altersgruppe

Freies Carnitin

Total-Carnitin

1. Tag

11,5–36,0

23,3–67,9

2.–7. Tag

10,1–21,0

17,4–40,6

8.–28. Tag

12,3–46,2

18,5–58,7

29. Tag – 1 Jahr

26,9–49,0

38,1–68,0

Nach dem 1. Lj. keine signifikanten Veränderungen mehr. Angaben in μmol/l.

Harn

Die renale Carnitin-Ausscheidung zeigt eine hohe individuelle Variation, die u. a. von der Nahrungsaufnahme abhängt.

Erwachsene /89/

60–600 μmol/Tag

Neugeborene /10/

1,4–16 μmol/Tag

Kleinkinder /10/

50–250 μmol/Tag

Freies Carnitin

Total-Carnitin

Acylcarnitin

Clearance [ml/min] /11/

1,5–4,5

4,2–7,8

20,2–40,0

Gewebe

Freies Carnitin [μmol/g NCP]

Total-Carnitin [μmol/g NCP*]

Muskel /12/

6,8–31,6

12,4–38,0

8,3–29,9

13,2–35,2

Leber /13/

1,8–5,1

3,4–7,5

1,6–5,0

2,3–7,7

* NCP, Nicht-Collagen-Protein, Angabe von x ± 2 s

Seminalplasma /13/

Freies Carnitin

Acetylcarnitin

150–517

180–1.120

Angaben in μmol/l

Tabelle 5.3-2 Hereditäre Ursachen des systemischen sekundären Carnitinmangels

Erkrankungen, Defekte, Stoff­wechsel­situationen

Bewertung, Hinweise

Organoazidurien /22/

  • Isovalerianazidurie (Isovaleryl-CoA-Dehydrogenase)
  • Propionazidurie (Propionyl-CoA-Carboxylase)
  • Methylmalonazidurie (Methylmalonyl-CoA-Mutase-Apoenzym, Vitamin B12-Mangel)
  • Glutarazidurie I (Glutaryl-CoA-Dehydrogenase)

Die erhöht anfallenden Acyl-CoA Verbindungen haben schädigende, zum Teil toxische Wirkung. Der CoA-Pool in den Mitochondrien ist belegt und Energie liefernde CoA-abhängige Prozesse sind blockiert. Es kommt zu einem Energiedefizit. Über die Carnitin-Acyl-Transferasen übernimmt das Carnitin die Acylgruppen vom CoA und transportiert sie aus den Mitochondrien und aus der Zelle heraus. So wird CoA wieder für physiologische Reaktionen freigesetzt. Acylcarnitin wird in der Niere schlechter als freies Carnitin rückresorbiert, so kommt es durch Exkretion von Acylcarnitinen zu einem sekundären Carnitin-Mangel in Serum und Geweben.

Enzymdefekte der mitochondrialen β-Oxidation und der Atmungskette /23/

  • Mittelkettige Acyl-CoA-Dehydrogenase (MCAD)
  • Langkettige Acyl-CoA-Dehydrogenase (LCAD)
  • Kurzkettige Acyl-CoA-Dehydrogenase (SCAD)
  • Langkettige L-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase (LCHAD)
  • Elektronen-Transfer-Flavoprotein (ETF, FAD)
  • Elektronen-Transfer-Flavoprotein-Dehydrogenase

Durch direkte Verminderung der β-Oxidation von Fettsäuren macht sich eine Fettakkumulation im Gewebe, sowie eine Fasten-Intoleranz mit Hypoglykämie und Hypoketonämie bemerkbar. Durch ω-Oxidation werden Dicarboxylsäure-CoA oder Dicarboxylsäure Carnitinester gebildet. Durch Abtransport der Acylcarnitine aus den Zellen und deren gesteigerte Exkretion über die Nieren entsteht der sekundäre Carnitin Mangel. Defekt spezifische Acylcarnitine sind im Urin nachweisbar.

Tabelle 5.3-3 Systemischer sekundärer Carnitinmangel anderer Genese

Langzeitige Carnitin-freie Ernährung /2425/:

– Totale parenterale Ernährung (TPN)

– Kachexie und extreme Fehlernährung

Obwohl bei Sondenernährung und der TPN auf die angepasste Zufuhr aller essentiellen Aminosäuren, Fette, Mineralstoffe, Vitamine und von Kohlenhydraten geachtet wird, ist die endogene Biosynthese des Carnitins allein nicht in der Lage, die Carnitin Konzentration über längere Zeit durch einseitige vegetarische Kost aufrecht zu erhalten. In Bilanzen muss auch die Ausscheidung von Carnitin, besonders von langkettigem Acylcarnitin, über die Galle berücksichtigt werden. Carnitin der Nahrung oder oral als Medikament appliziertes Carnitin können im Magen-Darm-Trakt bakteriell abgebaut werden. Die tägliche Aufnahme von Carnitin bei Patienten ohne Carinitin Mangel beträgt 2–5 mg/kg Körpergewicht und sollte in 3–4 täglichen Applikationen bei TPN verabreicht werden. Pharmakologische Dosierungen betragen 50–100 mg/kg Körpergewicht täglich und sollten reserviert sein für die Entfernung toxischer Stoffwechselprodukte, z.B. bei angeborenen Stoffwechselstörungen.

Medikamenten­gabe /26/:

– Valproinsäure

– Pivalinsäure

Durch Aktivierung der Säuren werden Acyl-CoA-Verbindungen gebildet und CoA-abhängige Stoffwechselwege gehemmt. Valproyl- und Pivaloyl-L-Carnitin-Ausscheidungen führen zu einem iatrogenen Carnitin-Mangel.

Hämodialyse: Störungen des Carnitinpools treten bei Hämodialyse Patienten auf. Sie sind ein Grund für Probleme dieser Patienten wie Myopathie der Skelettmuskulatur, verminderte Ausdauer beim Sport, Kardiomyopathie und Komplikationen unter der Dialyse wie niedriger Blutdruck, Krämpfe, Schwäche und Müdigkeit. Im Vergleich zu Normalpersonen ist bei Hämodialyse Patienten der Pool an freiem Carnitin (L-Carnitin) vermindert. Trotz einer deutlichen Verminderung von L-Carnitin im Plasma bleibt die Konzentration des Total-Carnitins relativ stabil. Ursache ist ein Anstieg von Acylcarnitinen (Fettsäure-Carnitinester) auf Werte von 33–47,6 % bei Hämodialyse Patienten im Vergleich zu 11,6–17,4 % bei Normalpersonen. In einer Studie /27/ war die Zusammensetzung des Carnitinpools wie folgt: Dialysepatienten 57,2 % L-Carnitin und 42,8 % Acylcarnitin; Normalpersonen 82,6 % L-Carnitin und 17,4 % Acylcarnitin. Die Anhäufung von Acylcarnitin bei chronischen Hämodialyse Patienten ist abhängig von der Kettenlänge der Fettsäure-Carnitinester, dem damit verbundenen erhöhten Molekulargewicht und der Lipophilie, die ebenfalls von der Fettsäurekettenlänge abhängig ist.

Zwischen der Konzentration von L-Carnitin im Plasma und der osmotischen Resistenz der roten Blutzellen besteht eine Beziehung; je höher das Carnitin, desto höher die Resistenz. Dialyse Patienten, die mit L-Carnitin supplementiert werden, benötigen eine etwa 20 % niedrigere Erythropoetin-Dosis zur Behandlung der renalen Anämie als diejenigen ohne Supplementierung.

Schwanger­schaft /28/: Bereits in der 12. SSW ist das L-Carnitin (freies Carnitin) im Serum erniedrigt. Zum Geburtstermin ist es auf einen Level abgefallen, wie er auch beim systemischen primären Carnitin Mangel bekannt ist (10,0 ± 5,1 μmol/l). Die Konzentration von Acylcarnitin ist jedoch gleich geblieben, so dass der veresterte Anteil über 50 % des Total-Carnitins ausmacht. Der hohe Acylcarnitin Anteil resultiert aus verstärktem Fettsäurestoffwechsel in der Schwangerschaft, der sekundäre Carnitin Mangel aus erhöhter renaler Clearance für L-Carnitin (über 3 fach) und dem Carnitin Bedarf des Feten.

Diabetes Typ 1: Bei Kindern und jugendlichen Typ 1-Diabetikern sind die Plasmawerte von Total-Carnitin und L-Carnitin (freies Carnitin) vermindert. Die Verminderung ist abhängig von der Dauer des Diabetes und könnte in Beziehung zu den Komplikationen dieser Erkrankung stehen. In einer Studie /29/ waren die Konzentrationen von Total-Carnitin, L-Carnitin und Acylcarnitin jeweils in μmol/l 30,1 ± 7,26; 20,0 ± 4,5 und 10,2 ± 6,47. Das Verhältnis Acylcarnitin/L-Carnitin war 0,544 ± 0,369.

Tabelle 5.4-1 Kinetische UV-Methode zur Bestimmung von Harnsäure /2/

Harnsäure + 2H 2 O + O 2 Urikase Allantoin + CO 2 + H 2 O 2 H 2 O 2 + Äthanol Katalase Acetaldehyde + 2H 2 O Acetaldehyd + NADP + ADH Acetat + NADP + + H +

Tabelle 5.4-2 Referenzbereiche von Harnsäure

Serum, Plasma

Erwachsene /6/

2,3–6,1 (137–363)

3,6–8,2 (214–488)

Medizinisch sind die oberen Referenzbereichswerte zu hoch. Festgelegte obere Grenzwerte sind:

≤ 6,0 (357)

≤ 7,0 (416)

Kinder /7/

  • 1–30 Tg.

1,0–4,6 (59–271)

1,2–3,9 (71–230)

  • 31–365 Tg.

1,1–5,4 (65–319)

1,2–5,6 (71–330)

  • > 1–3 J.

1,8–5,0 (106–295)

2,1–5,6 (124–330)

  • 4–6 J.

2,0–5,1 (118–301)

1,8–5,5 (106–325)

  • 7–9 J.

1,8–5,5 (106–325)

1,8–5,4 (106–319)

  • 10–12 J.

2,5–5,9 (148–348)

2,2–5,8 (130–342)

  • 13–15 J.

2,2–6,4 (130–378)

3,1–7,0 (183–413)

  • 16–18 J.

2,4–6,6 (142–389)

2,1–7,6 (124–448)

Angaben in mg/dl (μmol/l). Die 2,5. und 97,5. Perzentilen sind für Kinder aufgeführt, bei Erwachsenen x ± 2 s. Umrechnung: mg/dl × 59,485 = μmol/l

Harnsäure-Ausscheidung Erwachsener /8/:

+ bis 800 mg (4,76 mmol) unter normaler Kost bis 600 mg (3,57 mmol) unter Purin armer Kost

Harnsäure-Clearance Erwachsene /6/: + 5–12 ml/min

Harnsäure-Creatinin Quotient Erwachsener /8/:

+ < 0,80 (mg/mg) unter Normalkost

Fraktionierte Exkretion von Harnsäure (FEHS): 4–10 %

Harnsäure-Clearance bei männlichen Kindern im 1. Lebensjahr /9/: 0,14–2,02 mmol/l; 0,03–0,58 mmol/24 h; 3,8–111 μmol/kg; Harnsäure/Creatinin Ratio 0,03–1,03 mmol/mmol; Clearance 0,09–1,79 ml/min oder 0,41–10,3 ml/min × 1,73 m2; fraktionelle Ausscheidung 0,84–21,5 %.

Tabelle 5.4-3 Ursachen der Hyperurikämie /11/

  • Nahrung: Vermehrte Aufnahme von Purinen aus zellreichen tierischen Produkten (Innereien), Alkoholkonsum
  • Vermehrte Aufnahme von Fructose mit der Nahrung
  • Verminderte Ausscheidung durch Niereninsuffizienz
  • Verstärkter Zellumsatz (Polycythämia vera, hämolytische Anämie), Chemotherapie maligner Tumoren
  • Diuretika, low-dose Aspirintherapie

Mutation von Genen wie:

  • XO, kodiert Xanthinoxidase
  • URAT1, kodiert den Urattransporter, der Harnsäure in das Tubuluslumen sezerniert
  • OAT1 und OAT3, kodieren organische Anionentransporter, die im Austausch gegen Anionen Harnsäure aus dem Tubuluslumen aufnehmen
  • SCL2A9 kodiert den Fructosetransporter

Tabelle 5.4-4 Klassifizierung der Hyperurikämien /1416/

Klassifizierung

Überproduktion

Verminderte renale Elimination

Primär

Idiopathisch

HGPRT-Mangel

  • Komplett (Lesch-Nyhan Syndrom)
  • Partiell (Kelley-Seegmiller Syndrom)

Vermehrte PRPP-Synthase Aktivität

Genetisch bedingte Polymorphismen in den Genen der Harnsäuretransporter (Tab. 5.4-3 – Ursachen der Hyperurikämie) führen zu einer verstärkten renal-tubulären Reabsorption von Harnsäure mit konsekutiver Harnsäureakkumulation im Plasma und Gichtdiathese.

Sekundär

Myeloproliferative Erkrankungen

Lymphoproliferative Erkrankungen

Hämolytische Erkrankungen

Polycythämia vera

Polyglobulie

Psoriasis, schwere Form

Glucose-6-Phosphatase-Mangel

(Glykogenose I)

Reichlicher Alkoholgenuss

Purin-reiche Kost

Zytostatische Therapie, Bestrahlung

Remission von Anämien (Perniziosa, hämolytische)

Körperliche Anstrengung

Rhabdomyolyse

Verminderte renale Ausscheidung durch chronische Nephropathie, verminderte Nierendurchblutung oder tubuläre Funktionsstörung, z.B.

Fasten

  • Ketoazidose (diabetische, alkoholische)
  • Lactatazidose (Ursachen siehe Beitrag 5.6 – Lactat),
  • Medikamente, z.B. Salizylate (< 2 g/Tag), Pyrazinamid, Diuretika, Levodopa, Carbidopa, Ethambutol, Nikotinsäure, Cyclosporin, Alkohol
  • Hyperparathyreoidismus, Hypothyreose
  • EPH-Gestose
  • Bleinephropathie
  • Bartter-Syndrom, Down-Syndrom

Harnsäure-Ausscheidung erhöht

Harnsäure-Ausscheidung vermindert/normal

HGPRT, Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase; PRPP, Phosphoribosylpyrophosphat

Tabelle 5.4-5 Einfluss von Arzneimitteln auf die Harnsäure im Serum /26/

Erhöhend

Erhöhend

Salicylate < 2 g/Tag

Methoxyfluran

Zytostatika

Cyclosporin A

L-Dopa

Nikotinsäure

Pyrazinamid

Omeprazol

Ethambutol

Saluretika

Fructose

Sorbit-, Xylit-Infusionen

Phenylbutazon*

Oxyphenbutazon*

Probenecid*

Niridazol*

Senkend

Senkend

Salicylate > 2 g/Tag

Urikosurika

Kumarine

Phenylbutazon

Allopurinol

Phenylindandion

Kortikosteroide**

Oxyphenbutazon**

* in niedriger Dosierung, ** in höherer Dosierung

Tabelle 5.4-6 Berechnung der fraktionellen Harnsäure-Clearance (FEHS)

FE (%) = 100 × Urin-HS (mg/dl) × Serum-Cr (mg/dl) Serum-HS (mg/dl) × Urin-Cr (mg/dl)

Tabelle 5.4-7 Häufigkeit der Arthritis urica in Abhängigkeit von der Harnsäure im Serum /25/

Konzentration

Häufigkeit (%)

< 6

(357)

0,6

6–6,9

(357–410)

1,9

7–7,9

(416–470)

16,7

8–8,9

(476–529)

25

≥ 9,0

(535)

90

Angaben in mg/dl (μmol/l)

Tabelle 5.4-8 Häufigkeit der Nephrolithiasis in Abhängigkeit vom Harnsäurewert im Serum und der Harnsäure-Ausscheidung im Urin /25/

Messgröße

Häufigkeit (%)

Harnsäurekonzentration im Serum*

  • 5,1–7,0

(303–416)

12

  • 7,1–9,0

(422–535)

19

  • 9,1–11,0

(541–654)

26

  • > 11,0

(654)

35

Harnsäure-Ausscheidung im Urin**

  • < 300

(1,78)

11

  • 300–499

(1,78–2,96)

21

  • 500–699

(2,97–4,16)

21

  • 700–899

(4,16–5,34)

34

  • 900–1.099

(5,35–6,53)

41

  • > 1.100

(6,54)

50

* Angaben in mg/dl (μmol/l); ** Angaben in mg (mmol/l)

Tabelle 5.4-9 Erkrankungen und Zustände, die mit einer Hyperurikämie einhergehen können

Primäre Hyperurikämie – Akute Gichtarthritis /1314/: Die Erstpräsentation der akuten Gichtarthitis ist gewöhnlich eine anfallsartige, nächtlich beginnende Monarthritis mit den klinischen Zeichen von Schmerz, Entzündung, Schwellung und Rötung. Das Grundgelenk der Großzehen und andere Gelenke der unteren Extremitäten werden zuerst befallen. Auslöser eines Anfalls sind: Überreichliche Mahlzeit, stärkerer Alkoholgenuss, körperliche und psychische Belastungen, Temperatur- und Klimawechsel. Unter ausreichender Therapie des akuten Anfalls mit einem NSAID kommt es innerhalb von 24 h zur Beschwerdefreiheit.

Labordiagnostik: Als Zeichen der Entzündung treten eine leichte Neutrophilie mit eventueller Linksverschiebung sowie eine Erhöhung der Blutsenkungsreaktion auf. Obwohl bei Vorliegen einer akuten Arthritis und Harnsäure über 9 mg/dl (535 μmol/l) mit hoher Wahrscheinlichkeit eine akute Gichtarthritis vermutet werden kann, ist das kein Beweis. Auch schließen normale Werte die Gichtarthritis nicht aus. So ist im akuten Anfall bei 43 % der Patienten die Harnsäure im Serum im Referenzbereich und bei etwa 70 % im Mittel um 2,0 mg/dl (119 μmol/l) niedriger als im beschwerdefreien Intervall /28/. Bei unklaren Fällen muss eine Gelenkpunktion erfolgen um andere Kristallarthropathien wie die akute Pseudogicht/Chondrokalzinose auszuschließen. Der Nachweis von doppelbrechenden Mononatriumurat Kristallen, die von polymorphkernigen neutrophilen Granulozyten (PMN) phagozytiert wurden und deren Spitzen aus den PMN herausragen, ist ein sicherer Hinweis auf Gicht (siehe auch Kapitel 49 – Synovialflüssigkeit).Weiterführende Untersuchungen zur Abklärung der Genese der Gicht sind Blutbild, LDH, Serumprotein Elektrophorese, Creatinin, fraktionelle Harnsäure-Clearance.

– Lesch-Nyhan-Syndrom: Es handelt sich um eine X-chromosomal rezessiv vererbte Störung, die zur Gicht im Kindesalter führt. Es liegt ein Aktivitätsmangel der Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyl-Transferase (HGPRTase) vor. Klinisch stehen im Vordergrund: Ablagerungen der Harnsäure in Nieren und ableitenden Harnwegen, Gelenksymptome, Wesensveränderungen und megaloblastäre Anämie /29/. Bei heterozygoten Merkmalsträgern mit HGPRTase-Mangel können Hyperurikämie, Nierensteine und Gichtanfälle die einzigen Symptome sein.

Sekundäre Hyperurikämie: Sekundäre Hyperurikämien sind weniger häufig als die primären Formen und treten als Folge bestimmter Erkrankungen auf.

– Präeklampsie (PE) /30/: Die PE wird aufgrund einer ab der SSW 20 auftretenden Hyperurikämie, Hypertonie und Proteinurie diagnostiziert. Bei unkomplizierter Schwangerschaft fällt die Harnsäure im ersten Trimenon um 25–35 % ab, steigt dann kontinuierlich an und erreicht am Entbindungstermin Werte von gleichaltrigen Nicht-Schwangeren. Die Hyperurikämie bei PE hat eine multifaktorielle Genese. Eine Rolle spielen die vermehrte mütterliche, fetale oder plazentare Harnsäurebildung durch Ischämie oder Reperfusionsschaden sowie eine reduzierte antioxidative Kapazität. Die Harnsäure vor der 25. SSW ist kein zuverlässiges Kriterium für das Auftreten einer PE. Bei präeklamptischer Schwangerschaft geht der Anstieg der Harnsäure meist der Entwicklung der Hypertonie und Proteinurie voraus. Auch liegt bei einem Teil ein Anstieg des Creatinins, von Cholesterin und Triglyceriden vor. Am höchsten ist aber die Assoziation zwischen Harnsäure und PE; Odds-Ratios Hyperurikämie, Hypercholesterinämie, Hypertriglyzeridämie jeweils 35,3; 6,9 und 5,6. Während bei einer komplikationsfreien Schwangerschaft die Harnsäure in der SSW 38 bei 5,1–5,8 mg/dl (297–345 μmol/l) liegt, beträgt sie 6,6–8,3 mg/dl (393–494 μmol/l) bei denjenigen mit PE.

– Tumorlyse-Syndrom (TLS) /31/: Hyperurikämie, Hyperphosphatämie, Hyperkaliämie und Hypokalziämie sind die wesentlichen labordiagnostischen Kriterien des TLS. Sie treten auf, wenn die Nieren die anfallenden Mengen an Harnsäure, Phosphat und Kalium nicht ausscheiden können bei Therapie-induzierter Zelllyse. Die Ausscheidungs Mechanismen der Nieren können so stark überfordert werden, dass ein akutes Nierenversagen die Folge sein kann. Prädisponierende Faktoren sind eine hohe Tumormasse, schnelles Tumorwachstum, hohe Sensitivität des Tumors gegenüber einem Chemotherapeutikum, eine bestehende Dehydratation, Hyperurikämie oder eingeschränkte Nierenfunktion. B- und T-Zell-Leukämien haben den höchsten Anteil an rasch proliferierenden Tumorzellen und führen auch ohne Chemotherapie schon zum deutlichen Anstieg der Harnsäure. Bei diesen malignen Erkrankungen ist die LDH hoch und bei Patienten mit prä-existenter hoher LDH vor Beginn einer Chemotherapie muss generell häufiger mit einem Therapie induzierten TLS gerechnet werden.

Labordiagnostik: Der Verdacht auf ein TLS sollte bestehen bei Werten der Harnsäure über 10 mg/dl (595 μmol/l), Kalium über 6 mmol/l und Phosphat über 5 mg/dl (1,62 mmol/l). Nach Beginn der Chemothrapie ist der Anstieg von Kalium nach 6–72 h, von Phosphat nach 24–48 h und Harnsäure nach 48–72 h zu erwarten. Bei der akuten myeloischen und akuten lymphatischen Leukämie können Werte um 20 mg/dl (1.190 μmol/l) und höher auftreten. Regelmäßig werden schwere Hyperurikämien auch bei chronisch myeloischer Leukämie gemessen, selten bei der chronisch lymphatischen. Eine multivariate Analyse /32/ bei Patienten mit akuter myeloischer Leukämie hat gezeigt, dass folgende Laborbefunde vor Beginn der Therapie auf das Risiko eines TLS hinweisen: Erhöhte LDH, Harnsäure über 7,5 mg/dl (446 μmol/l) und eine Leukozytenzahl über 25 × 109/l. Unter Strahlentherapie maligner Tumoren, z.B. von malignen Non-Hodgkin-Lymphomen, können Werte der Harnsäure im Serum bis 50 mg/dl (2.970 μmol/l) auftreten.

– Zyanotische kongenitale Herzerkrankung (CCHD): Bei Patienten mit CCHD entwickeln sich eine Polycythämie und Einschränkung der Nierenfunktion mit zunehmenden Lebensalter. Es bildet sich ebenfalls eine Hyperurikämie aus. So hatten 10 von 59 Patienten im Alter von 1 Monat bis 30 Jahren eine Harnsäure > 8,0 mg/dl (476 μmol/l) /33/. Bei dekompensierter Herzinsuffizienz beruht die Hyperurikämie auf einer verminderten renalen Ausscheidung von Harnsäure, bedingt durch eine reduzierte tubuläre Sekretion.

– Zyanotische kongenitale Herzerkrankung (CCHD): Bei Patienten mit CCHD entwickeln sich eine Polycythämie und Einschränkung der Nierenfunktion mit zunehmenden Lebensalter. Es bildet sich ebenfalls eine Hyperurikämie aus. So hatten 10 von 59 Patienten im Alter von 1 Monat bis 30 Jahren eine Harnsäure > 8,0 mg/dl (476 μmol/l) /33/. Bei dekompensierter Herzinsuffizienz beruht die Hyperurikämie auf einer verminderten renalen Ausscheidung von Harnsäure, bedingt durch eine reduzierte tubuläre Sekretion.

– Transplantat-bezogene Hyperurikämie: Cyclosporin behandelte Patienten entwickeln nach Herztransplantation und Nierentransplantation eine Hyperurikämie. In einer Studie /34/ hatten 35 Monate nach Transplantation 81 % der Frauen und 72 % der Männer mit normaler Harnsäure vor der Transplantation Anstiege auf Werte über 7,5 mg/dl (446 μmol/l) bzw. 8,5 mg/dl (506 μmol/l). Verschiedene Faktoren tragen zur Hyperurikämie bei, z. B. Hypertonie, verminderte Transplantatfunktion, die Anwendung von Diuretika und von Cyclosporin.

– Nulldiät: Nulldiät führt zu erheblichen Veränderungen der Messgrößen des Stoffwechsels. So kommt es innerhalb von 2 Wochen zum Anstieg der Harnsäure um 35 %, auf im Mittel Werte von 8,7 mg/dl (514 μmol/l), zu einem Anstieg des Creatinins im Serum um etwa 11 % und Abfall des Harnstoffs um 26 % /35/.

– Vergiftungen: Substanzen, die eine primäre Schädigung der Nierentubuli verursachen, wie Blei, Cadmium, Beryllium, führen durch eine verminderte renal tubuläre Sekretion von Harnsäure zur Hyperurikämie.

– Störungen der Schild­drüsen­funktion: Es liegt eine Beziehung zwischen Hypothyreose und Hyperurikämie vor, nicht jedoch zwischen Hyperthyreose und Hyperurikämie /36/. Die hypothyreote Hyperurikämie soll auf einem verminderten renalen Plasmafluss und einer Abnahme der glomerulären Filtrationsrate beruhen.

– Alkohol: Alkohol führt über einen vermehrten Anfall von Lactat zu einer Hemmung der renalen Harnsäure-Ausscheidung. Daneben enthalten alkoholhaltige Getränke, vor allem Bier, erhebliche Mengen an Purinen. Alkoholiker erkranken durchschnittlich häufiger an Gicht.

– Diuretika: Bei etwa 30 % der Patienten unter Diuretikatherapie, insbesondere Thiazid Behandlung, steigt die Harnsäure um maximal 1 mg/dl (59 μmol/l) an. Bei bis zu 5 % der Hypertoniker unter jahrelanger Behandlung mit Thiaziden wird eine Hyperurikämie beobachtet. Diuretika vermindern die renale Harnsäure Ausscheidung auf Grund kompetitiver Hemmung der tubulären Sekretion von Harnsäure und gesteigerter tubulärer Reabsorption in Folge einer Diuretika induzierten Volumendepletion /37/.

– Peritonealdialyse: Eine Hyperurikämie über 7,0 mg/dl (416 μmol/l) wird bei etwa 30 % der Patienten mit Peritonealdialyse diagnostiziert und steigt mit Abnahme der renalen Restfunktion an. Patienten mit Hypertonie haben gegenüber denjenigen mit normalem Blutdruck höhere Werte /38/.

– Angeborene Stoffwechselstörung: Medium-chain-acyl-CoA dehydrogenase deficiency (MCAD): Der Defekt gehört mit einer Inzidenz von 1 : 23.000 in Nordeuropa zu den häufigsten Defekten im Stoffwechsel der Fettsäuren. Es handelt sich dabei um einen Defekt der Acyl-CoA-Dehydrogenase im Abbau mittelkettiger Fettsäuren. In 80–90 % der Fälle liegt eine Punktmutation der Position 985 A>G vor, wodurch die Proteinstruktur fehlgefaltet wird. Es besteht ein autosomal rezessiver Modus der Vererbung. Die Patienten werden gewöhnlich im Kleinkindalter auffällig und erscheinen in der Klinik mit einer nicht azidotischen, hypoketonämischen Hypoglykämie und einer leichten Aminotransferasen Erhöhung /39/. 85 % haben eine Hyperurikämie mit Werten von 10–25 mg/dl (595–1.487 μmol/l).

Weitere Stoffwechseldefekte mit der Kombination von Hypoglykämie, Hyperurikämie, Lactatazidose, aber ohne Hypoketonämie, sind: Glykogenspeicher Krankheiten, Reye Syndrom, Glucose-6-phosphatase Mangel und die hereditäre Fructose Intoleranz /40/.

Tabelle 5.4-10 Assoziation der Hyperurikämie mit anderen Erkrankungen /1112/

Hyperurikämie und Assoziationen: Es besteht eine begründete Vermutung, dass die Hyperurikämie eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Hypertonie, der Nierenerkrankung und kardiovaskulärer Erkrankungen spielt. Mechanismen, die in der Entwicklung dieser Störungen eine Rolle spielen, sind das Renin-Angiotensin-Aldosteron System und die endotheliale Dysfunktion der Gefäße mit verminderter Bildung von NO.

– Hypertonie: Zahlreiche Studien sprechen dafür, dass die Hyperurikämie mit einem erhöhten Risiko des Bluthochdrucks assoziiert ist und innerhalb von 5 Jahren nach deren Diagnostik auftritt. Die Assoziation ist stärker zur primären als zur sekundären Hypertonie. So haben 90 % der Adoleszenten mit Erstmanifestation der Hypertonie eine Harnsäure über 5,5 mg/dl (330 μmol/l). Die Blutdruckwerte korrelieren dabei linear mit den Werten der Harnsäure. Pathophysiologisch läuft der Vorgang in zwei Schritten ab, zuerst kommt es zu einer Hyperurikämie bedingten renalen Vasokonstriktion, wodurch eine verminderte endotheliale Bildung von NO resultiert. Aktiviert wird das Renin-Angiotensin-Aldosteron System mit konsekutivem Anstieg des Blutdrucks. Histologische Untersuchungen zeigen eine Arteriolosklerose wie sie klassischer weise bei der essentiellen Hypertonie auftritt. Eine weitere Ursache für die weltweite Zunahme der Hypertonie soll die vermehrte Aufnahme von Fruktose in den letzten Jahrzehnten sein. Sie bewirkt eine Verminderung des ATP-Pools und fördert die Synthese von Harnsäure. Zwischen Fruktoseaufnahme, Hypertonie und Hyperurikämie soll eine Beziehung bestehen.

– Akute und chronische Niereninsuffizienz: Die Harnsäure ist bei der Mehrzahl der Nieren insuffizienten Patienten erhöht, wobei aber selten Werte von 10 mg/dl (595 μmol/l) überschritten werden. Die Höhe der Harnsäure weist keine direkte Beziehung zur Progredienz der Niereninsuffizienz auf.

Die Inzidenz der akuten Niereninsuffizienz beträgt bei Krankenhauspatienten 3–7 % und erhöht sich auf Intensivstationen auf 20–30 %. Neben der Kristallpräzipitation bei deutlicher Hyperurikämie sind ebenfalls nicht-Kristall induzierte Mechanismen bedeutsam. In einer Studie war bei Patienten eine Harnsäure über 9,4 mg/dl (564 μmol/l) mit dem erhöhten Risiko einer akuten Niereninsuffizienz assoziiert, Odds ratio 1,79 (95 % CI 1,13-2,82) /41/.

– Metabolisches Syndrom: Epidemiologische Studien haben eine Beziehung zwischen der Konzentration der Harnsäure und dem metabolischen Syndrom aufgezeigt. So korreliert der Harnsäurewert positiv mit dem Blutdruck, der Obesitas, dem HOMA-Index (ein Maß der Insulinresistenz), der Nüchternglucose, der Höhe von Insulin und der Triglyceride und negativ mit dem HDL-Cholesterin. Eine Hyperurikämie kann aber auch bei Personen mit metabolischem Syndrom ohne Obesitas vorliegen. Nur 5,9 % der Patienten mit normalem Body mass index und einer Harnsäure unter 6 mg/dl (360 μmol/l) haben ein metabolisches Syndrom, aber 59 % derjenigen mit einer Konzentration über 10 mg/dl (595 μmol/l).

Der Hyperinsulinismus beim metabolischen Syndrom soll die Hyperurikämie fördern, denn Insulin steigert die renal tubuläre Reabsorption von Na+, wodurch die Sekretion von Harnsäure vermindert wird.

In der Finish Diabetes Prevention Study /42/ entwickelten Personen mit gestörter Glucosetoleranz innerhalb von 4,1 J. zweimal so häufig einen Diabetes Typ 2, wenn der Ausgangswert der Harnsäure 6,4–10,5 mg/dl (381–622 μmol/l) betrug im Vergleich zu Personen mit einer Konzentration von 1,6–5,2 mg/dl (99–310 μmol/l). Eine Harnsäure über 5,7 mg/dl (340 μmol/l) bei Frauen und über 7,0 mg/dl (420 μmol/l) bei Männern hatten 31,9 % der Typ 2-Diabetiker.

– Diabetes mellitus Typ 1: Harnsäure verursacht ab einer bestimmten Serumkonzentration und abhängig vom Patientenkollektiv eine endotheliale Dysfunktion der Gefäße und Erkrankung der Nieren. So haben Patienten mit Diabetes Typ 1 und Harnsäure im oberen Referenzbereich eine verminderte glomeruläre Filtrationsrate. Die Werte der Harnsäure sind beim Diabetikes Typ 1 ein prädiktiver Parameter zur Vorhersage einer Albuminurie in den folgenden 6 Jahren. So hatten in der Coronary Artery Calcification in Type 1 Diabetes study /43/ Patienten, die eine Mikro- oder Makro-Albuminurie entwickelten, Werte von 5,3 ± 1,2 mg/dl, (315 ± 54 μmol/l) während diejenigen die keine Albuminurie entwickelten Werte von 4,8 ± 0,9 mg/dl (286 ± 71 μmol/l) hatten. Mit jedem Anstieg der Harnsäure um 1 mg/dl ( 59 μmol/l) nahm das Risiko um 80 % zu.

– Kardiovaskuläre Erkrankung: Die Rolle der erhöhten Harnsäure als ein Risikofaktor der koronaren Herzkrankheit (KHK) wurde in mehreren Studien bestätigt. In der Rotterdam Studie wurden 4.385 Frauen und Männer mit Harnsäurewerten von jeweils 2,3–7,6 mg/dl (198–453 μmol/l) und 4,1–8,0 mg/dl (245–476 μmol/l) über 8,6 Jahre untersucht /44/. Für Frauen mit einer Harnsäure über 5,4 mg/dl (321 μmol/l) und Männern mit einer Konzentration über 6,3 mg/dl (375 μmol/l) betrug die Hazard ratio für KHK 1,68 und für den Herzinfarkt 1,87. Die Konzentration der Harnsäure der Frauen und Männer mit einer Hazard-Ratio von 1,0 waren jeweils ≤ 4,4 mg/dl (263 μmol/l) und ≤ 5,2 mg/dl (310 μmol/l).

 In einer anderen Studie /45/ an 83.683 Personen wurde gezeigt, dass diejenigen mit eine Harnsäure über 6,7 mg/dl (399 μmol/l) eine erhöhte kardiovaskuläre Mortalität mit einer Hazard ratio von 1,51 im Vergleich zu denjenigen mit einem Wert unter 4,6 mg/dl (274 μmol/l) aufwiesen.

– Schlaganfall: In der ARIC Studie /46/ betrug die 10-Jahres-Wahrscheinlichkeit für den <Schlaganfall bei Personen mit einem mittleren Alter von 54 J. bei Harnsäurewerten ≤ 4,8 mg/dl (286 μmol/l), 4,9–5,8 mg/dl (291–345 μmol/l), 5,9–6,8 mg/dl (351–404 μmol/l) und ≥ 6,9 mg/dl (410 μmol/l) jeweils 2,0 %, 2,7 %, 3,4 % und 4,6 %.

In einer anderen Studie /45/ wurde gezeigt, dass diejenigen mit eine Harnsäure über 6,7 mg/dl (399 μmol/l) eine erhöhte Schlaganfall-Mortalität mit einer Hazard ratio von 1,59 im Vergleich zu denjenigen mit einer Konzentration unter 4,6 mg/dl (274 μmol/l) aufwiesen.

Tabelle 5.4-11 Erkrankungen und Zustände, die eine Hypourikämie verursachen können

Verminderte Harnsäuresynthese – Xanthinurie: Durch verminderte Aktivität der Xanthinoxidase erniedrigte Harnsäure im Serum und verminderte Harnsäure Ausscheidung im Urin. Gleichzeitig Anstieg der Oxypurine im Serum und Urin. Der Wert der Harnsäure liegt meist unter 1 mg/dl (59 μmol/l), kann jedoch zwischen 0,05 und 1,6 mg/dl (3 bis 95 μmol/l) schwanken. Viele Patienten mit dieser Erkrankung sind asymptomatisch /47/.

– Allopurinol-Übermedikation: Ein Abfall der Harnsäure unter 2 mg/dl (119 μmol/l) ist nicht selten. Allopurinol hemmt die Xanthinoxidase und vermindert die Purinbiosynthese durch Bildung von Allopurinolphosphoribosylpyrophosphat.

– Schwere Lebererkrankung: Wahrscheinlich Verminderung der Aktivität der Xanthinoxidase in der Leber bei Erkrankungen mit Leberzerfall.

Erhöhte renale Ausscheidung: Die erhöhte renale Ausscheidung von Harnsäure kann bei isolierten oder generalisierten Defekten des Tubulus auftreten und idiopathischer wie symptomatischer Natur sein.

Einzelne Patienten mit einer Harnsäure unter 2 mg/dl (119 μmol/l) und erhöhter (idiopathischer) Harnsäure Ausscheidung wurden beschrieben. In einer Serie von 64 Patienten mit Hypourikämie wurden in einer Studie /39/ neun Patienten mit einer malignen Erkrankung gefunden. Die Ursache ist ebenso unklar wie die erhöhte Harnsäure Ausscheidung bei einigen Patienten mit schweren Lebererkrankungen.

Hypophosphatämie, renale tubuläre Azidose, renale Glucosurie, Aminoazidurie und erhöhte Harnsäure-Clearance mit Hypourikämie sind Kennzeichen des Fanconi Syndroms. Bei inkompletten Formen finden sich die verschiedenen Abweichungen in unterschiedlicher Kombination.

Eine erhöhte renale Harnsäure Ausscheidung mit Hypourikämie wird auch bei M. Wilson, Zystinose und der Intoxikation mit Schwermetallen gefunden.

Medikamente: Hypourikämien sind zu 2/3 durch Medikamente bedingt, vorwiegend durch Salizylate (über 2 g/Tag), Röntgenkontrastmittel (besonders solche zur Darstellung von Galle und Nieren), Glyzerin-Guajakolat haltige Expektorantien, Urikosurika, Phenylbutazon, Antiepileptika und Östrogene.

Tabelle 5.5-1 Referenzbereiche für Ketonkörper

Nach nächtlichem Fasten /5/:

  • β-Hydroxybutyrat im Serum/Plasma: < 3,5 mg/dl (340 μmol/l)
  • Acetacetat im Serum/Plasma: < 0,67 mg/dl (66 μmol/l)
  • Acetacetat im Urin: < 50 mg/dl (4,9 mmol/l)
  • Aceton im Urin: < 0,25 mg/dl (43 μmol/l)

Umrechnung von β-Hydroxybutyrat: mg/dl × 96,1 = μmol/l

Umrechnung von Acetacetat: mg/dl × 98,0 = μmol/l

Umrechnung von Aceton: mg/dl × 172,4 = μmol/l

Tabelle 5.5-2 Verhalten von Ketonkörpern bei Hyperglykämien

Diabetische Ketoazidose (DKA): In den USA und Europa präsentieren sich 15–67 % der Patienten mit neu aufgetretenem Diabetes Typ 1 mit einer DKA, und diese bedingt 65 % aller Krankenhauseinweisungen bis zum 19. Lj. Die Mortalitätsrate der DKA bei Kindern ist 0,1–0,31 % /15/. Das Risiko einer DKA bei bestehendem Diabetes Typ 1 beträgt bei Kindern 3–30 Episoden pro Patient und Jahr, bei Erwachsenen 4,6–8 Episoden pro Jahr, und 2–8 % der Krankenhauseinweisungen bei Diabetikern beruhen auf einer DKA /14/. Nach der Eurodiab Studie /16/ lag die Inzidenz der diabetischen Ketoazidose mit erforderlichem Krankenhausaufenthalt bei 8,5 %. Die DKA beruht auf einem absoluten oder relativen Insulinmangel und wird beim Diabetes Typ 1, dem Ketone-prone Diabetes und viel seltener dem Typ 2 gefunden. Wesentliche Gründe für das Auftreten einer DKA sind: Erstdiagnose eines Diabetes, Vergessen der Injektion von Insulin bei bekanntem Diabetes, Infektionen (Pneumonie, Harnwegsinfekt, Gastroenteritis, Otitis, Appendicitis), Pankreatitis, Herzinfarkt, Trauma, psychologischer und emotionaler Stress, Kortikosteroid Therapie /914/.

Die DKA entwickelt sich innerhalb von 24 h und die metabolischen Veränderungen treten bei Patienten, die eine Therapie mit kurzzeitig wirkendem Insulin haben, 1–2 h früher auf als mit Insulinen wie Lispro.

Klinik: Patienten mit DKA haben Polyurie, Polydipsie, Polyphagie, Schwäche und Kussmaul’sche Atmung. Übelkeit und Erbrechen haben 50–80 % und Abdominalschmerz 30 % /9/. Bei Kindern hat die DKA ein nicht-symptomatisches Fenster von 4–12 h. Bei diesen kann es bei 1 % zu cerebralen Ödemen mit Störungen der neurologischen Funktionen und einer Mortalitätsrate von 21–50 % kommen. Als Ursache werden neben vasogenen Mechanismen mit Ischämie sekundäre Ursachen wie Dehydratation, Azidose, Hypokapnie und die therapeutische Anwendung von Bikarbonat angesehen. Zu leichten cerebralen Schädigungen soll die DKA bei allen Kindern führen, auch wenn keine Änderungen im mentalen Status feststellbar sind /17/.

Labordiagnostik: Diagnostische Kriterien sind: Ketonämie > 3,0 mmol/l oder Ketonurie (2+Reaktion mit Urinstix), Blutglucose > 200 mg/dl (11 mmol/l), metabolische Azidose (pH < 7,3 oder Bikarbonat < 15 mmol/l) /18/. Weitere Befunde sind: Erweiterte Anionenlücke, Hyperosmolalität, Hyponatriämie, Hypophosphatämie, Hyperamylasämie, Leukozytose.

Blutglucose: Die Glucosewerte betragen bei Kindern über 200 mg/dl (11,1 mmol/l) und bei Erwachsenen über 250 mg/dl (13,9 mmol/l), gewöhnlich 400–500 mg/dl (22,2–27,8 mmol/l). Glucosewerte über 600 mg/dl (33,3 mmol/l) sind ungewöhnlich, es sei denn, es liegt auf Grund einer Dehydratation eine Einschränkung der GFR um etwa 25 % vor. Bei einer Einschränkung der GFR auf 50 % in Folge einer Dehydratation kann die Glucose über 800 mg/dl (44,4 mmol/l) betragen. 15 % der Patienten haben eine Glucose unter 350 mg/dl (19,4 mmol/l) /1418/. Das wird gesehen, wenn die Glukoneogenese vermindert ist (Alkoholabusus, Lebererkrankung, Nahrungsentzug, prolongiertes Fasten), in der Schwangerschaft, bei mit Insulin anbehandelten Patienten vor Klinikaufnahme und nach häufigem Erbrechen. Die Glucosewerte beeinflussen die glomeruläre Filtrationsrate. Diese ist um 30–40 % vermindert bei einer Glucose von 500–600 mg/dl (27,8–33,3 mmol/l) und um 50 % bei Werten von über 800 mg/dl (44,4 mmol/l) /19/. Die Höhe der Glucose sollte aber kein wichtiger Faktor in der Beurteilung des Schweregrades der DKA sein /20/.

Ketonkörper: Die Konzentration der Ketonkörper im Serum ist ein wichtiges Kriterium zur Diagnostik und Abschätzung des Schweregrads der DKA. Eine Ketonämie liegt vor, wenn die Konzentration von AcAc und β-HB über 3 mmol/l beträgt . Das wesentliche metabolische Produkt bei der diabetischen Ketoazidose ist β-HB, das jedoch von den Schnelltests im Urin, die als Prinzip die Nitroprussidnatrium-Reaktion haben, nicht detektiert wird, sondern nur das AcAc. Das spielt bei einer typischen DKA keine Rolle, denn das Verhältnis von β-HB zu AcAc beträgt 3 : 1. Nur der Schweregrad einer Ketonämie kann mit dem Schnelltest nicht erkannt werden. Anders ist die Situation, wenn zusätzlich ein Alkoholexzess oder eine Lactatazidose vorliegen. Hier ist das Verhältnis stark zu Gunsten des β-HB verschoben und das Ausmaß der Ketonämie wird nicht erkannt /14/. Die direkte Bestimmung von β-HB ist in solchen Fällen erforderlich.

Azidose: Sie wird an Hand einer Erniedrigung von Bikarbonat, PCO2 und des pH diagnostiziert und wird bei der DKA durch die Anhäufung von β-HB und AcAc verursacht. In Fällen von milder DKA ist der pH unter 7,3 und das Plasma-Bikarbonat im Bereich unter 15 mmol/l, bei moderater DKA ist der pH unter 7,2 und das Plasma-Bikarbonat unter 10 mmol/l und bei schwerer DKA ist der pH unter 7,1 und das Bikarbonat unter 5 mmol/l. Zu berücksichtigen ist, dass die DKA in Kombination mit anderen Störungen des Säuren-Basen-Haushaltes auftreten kann. So können pH und Bikarbonat abhängig von der respiratorischen Kompensation normal oder sogar erhöht sein, wenn gleichzeitig eine metabolische Alkalose durch gehäuftes Erbrechen, Diuretika Abusus, schwere Volumenkontraktion oder Alkalieinnahme vorliegen. Die Diagnostik gemischter Säuren-Basen-Störungen ist wichtig, sie weisen darauf hin, dass neben der DKA noch andere Störungen vorliegen /20/.

Anionenlücke: Sie kann als Indikator für die Konzentration der Ketonkörper im Plasma bei der DKA dienen. Der Referenzbereich ist 8–16 mmol/l. Bei unkomplizierter DKA entspricht die Zunahme der Anionenlücke um 1 mmol/l einem Abfall des Bikarbonats um ebenfalls 1 mmol/l (∆Lücke = ∆Anionenlücke – ∆Bikarbonat). Ist ∆Lücke positiv (über +6), liegt zusätzlich eine metabolische Alkalose vor, denn der Anstieg der Anionenlücke ist höher als der Abfall des Bikarbonats. Ist ∆Lücke negativ (unter –6), so liegt zusätzlich eine hyperchlorämische Azidose vor, denn der Anstieg der Anionenlücke ist geringer als der Bikarbonatabfall /20/. Bei therapeutischem Ansprechen der DKA nimmt die Anionenlücke ab.

Plasmaosmolalität: Sie ist gewöhnlich erhöht und bei Werten unter 320 mmol/kg sollten auch andere Ätiologien als eine DKA in Erwägung gezogen werden. Ein Anstieg bzw. Abfall der Blutglucose um 100 mg/dl (5,6 mmol/l) ändert die Plasmaosmolalität um 5,6 mmol/kg. Die effektive Osmolalität wird wie folgt berechnet: mmol/l = 2 × Na (mmol/l) + Glucose (mmol/l) /21/.

Natrium: Die DKA bewirkt einen Flüssigkeitsverlust von 30–100 ml und einen Na+-Verlust von 5–13 mmol pro kg Körpergewicht. Gleichzeitig bewirkt aber die Hyperglykämie eine Verdünnungs-Hyponatriämie, und zwar von 1,6 mmol/l für jede Erhöhung der Blutglucose um 100 mg/dl (5,6 mmol/l) über normal, trotz Vorliegens einer Dehydratation. Ursache ist der Hyperglykämie bedingte osmolare Gradient, der eine Verschiebung von Flüssigkeit vom intra- in den extrazellulären Raum bewirkt. Liegen bei DKA und deutlicher Hyperglykämie normale Natriumwerte oder gar eine Hypernatriämie vor, so ist das ein Zeichen für eine erhebliche Hyperosmolalität und einen massiven Wasserverlust /1418/.

Kalium: Der K+-Verlust bei einer DKA beträgt 3–6 mmol/kg Körpergewicht und generell besteht ein Kaliummangel des Organismus. Gewöhnlich liegt eine Normo- oder leichte Hyperkaliämie vor. Die Hyperkaliämie resultiert aus der Kombination von Azidose, Insulinmangel und Erhöhung der Osmolalität, die eine Verschiebung von K+ von intra- nach extrazellulär verursacht. Liegt Erbrechen vor, kann eine Hypokaliämie resultieren. Vor Beginn der Behandlung einer DKA muss Kalium substituiert werden, wenn der Serumwert unter 5,0 mmol/l beträgt /1418/.

Phosphat: Azidose und Hyperglykämie führen zum renalen Phosphatverlust des Organismus. Er resultiert aus einer Verschiebung von Phosphat von intra- nach extrazellulär. Die Phosphat Konzentration im Serum bei DKA ist, wie der Kaliumwert, kein Indikator des Phosphatdefizits /14/.

Leukozytenzahl: Bei Erwachsenen tritt eine Leukozytose von (10–15) × 109/l auf, Werte von 25 × 109/l sind selten. Bei Kindern können Leukozytosen von (40–60) × 109/l vorkommen. Stress und Dehydratation führen zur Demarkation der polymorphkernigen Granulozyten und Monozyten. Während einer erfolgreichen Behandlung fällt die Leukozytenzahl rasch ab /1418/.

Hyperglykämisches hyperosmolares nicht-ketotisches Syndrom (HHNS) /11/: Die wesentlichen Merkmale des HHNS sind Hyperosmolalität, Hyperglykämie, starke Dehydratation, keine oder nur geringe Ketose und milde neurologische Veränderungen. Das HHS tritt gewöhnlich nach längerzeitiger Polyurie und Polydypsie auf, woraus eine starke Dehydratation mit Flüssigkeitsverlust resultiert, der etwa doppelt so hoch ist wie bei der DKA. Die Hypertonizität des hyperosmolaren Status hält das intravaskuläre Volumen längere Zeit aufrecht, woraus eine Maskierung der klinischen Symptome der Dehydratation resultiert. Während die DKA vorwiegend beim Insulin pflichtigen Diabetiker auftritt, kommt das HHNS gewöhnlich beim nicht Insulin pflichtigen Diabetiker vor. Auch bei Kindern wird das HHNS beobachtet. In einer Studie /22/ betrug das mittlere Alter 14,8 Jahre und bei den schlanken Kindern handelte es sich um den Diabetes Typ 1, bei den obesen um den Typ 2. Bei den obesen Kindern betrug die Mortalitätsrate 53 %. Die Inzidenz des HHNS in Nordamerika ist 17,5 auf 100.000 Personen und Jahr. Der typische Patient ist 55–70 Jahre alt, meist ist ein Diabetes Typ 2 bekannt, 39 % haben eine akute Infektion, 18 % eine Demenz und 28 % kommen aus einem Altenheim. Die Mortalitätsraten betragen 12–46 % /14/. Die Entwicklung eines HHNS von der schlechten Einstellung der Glucose bis zur starken Hyperglykämie mit extremer Hyperosmolalität und Dehydratation dauert 2 Tage bis 2 Wochen /13/.

Blutglucose: Die Werte sind beim HHNS gewöhnlich höher als bei der DKA und ein arbiträrer Wert von 600 mg/dl (33,3 mmol/l) wurde als ein diagnostisches Kriterium festgelegt /20/.

Ketonkörper: Sie können bei einigen Patienten mit dem Schnelltest im Urin nachweisbar sein.

Metabolische Azidose: Liegt nicht vor. Der pH ist gewöhnlich über 7,3 und Bikarbonat über 20 mmol/l. Ist der pH unter 7,3 sollten zusätzlich Ketonkörper und Lactat bestimmt werden, da eine Kombination von DKA und HHNS vorliegen kann.

Anionenlücke: Ist normal oder gering erhöht. Beträgt sie über 12 sollten differentialdiagnostisch eine Lactatazidose oder eine andere Ursache in Erwägung gezogen werden.

Plasmaosmolalität: Als diagnostisches Kriterium wurde ein Wert über 320 mmol/kg festgelegt. Die Kalkulation der effektiven Plasmaosmolalität ist bei der DKA beschrieben. Die Mortalitätsrate ist abhängig von der Plasmaosmolalität. Sie beträgt 7 % bei unter 350 mmol/kg, 14 % bei 350–374 mmol/kg, 32 % bei 375–399 mmol/kg und 37 % bei über 400 mmol/kg /14/.

Andere Parameter: Erhöht sind Creatinin, Harnstoff, Totalprotein und der Hämatokrit.

Tabelle 5.5-3 Erkrankungen und Zustände mit Ketonurie und/oder Ketonämie bei Nicht-Diabetikern

Alkoholische Ketoazidose: Die alkoholische Ketoazidose ist eine wichtige Differentialdiagnose der metabolischen Azidosen mit erweiterter Anionenlücke. In der Regel tritt sie bei Patienten mit langjährigem Alkoholabusus auf, die auf Grund Alkohol-induzierter Gastritis 2–3 Tage keine Nahrung zu sich nehmen und erbrechen.

Klinik: Übelkeit, Erbrechen, Bauchschmerzen, Tachykardie und Kussmaul’sche Atmung sind die Leitsymptome.

Labordiagnostik: Erweiterte Anionenlücke, metabolische Azidose, die in der Regel von einer kompensatorischen respiratorischen Alkalose mit tiefem PO2 begleitet wird. Eine Hypoglykämie liegt in 10 % der Fälle vor, der Nachweis von Ketonkörper im Urin ist zu 90 % positiv. Sind keine Ketonkörper nachweisbar, so kann vorliegen /1421/:

  • Eine leichtere alkoholische Ketoazidose, bei der nur β-HB im Serum erhöht ist.
  • Eine metabolische Azidose anderer Ursache mit erweiterter Anionenlücke, z.B. Urämie, Intoxikation mit Methanol, Glykol oder Salizylaten.
  • Eine vorwiegende Bildung von β-HB. Auf Grund des hohen NADH/NAD-Quotienten beim Alkoholiker wird im 5–7 fachen Überschuss β-HB gegenüber AcAc gebildet. Nur letzteres wird mit den Schnelltests nachgewiesen und kann unter der Nachweisbarkeitsgrenze liegen.

Alkohol ist bei einem Teil der Patienten nicht mehr nachweisbar. In einer Studie /21/ war er bei zwei von drei Patienten unter 0,5 ‰ (11 mmol/l), und seine Konzentration verhielt sich invers zu der von β-HB. Störungen des Elektrolythaushalts mit Erniedrigung von Na+, K+, Phosphat, Ca++ und Mg2+ im Serum sind bei stationärer Aufnahme häufig, ebenso eine mäßige Erhöhung der Aminotransferasen. Die Lactatwerte sind nur leicht oder nicht erhöht.

Angeborene Stoff­wechsel­erkrankungen: Jede Ketonurie bei Neugeborenen ist ein wichtiger Hinweis auf eine Stoffwechselerkrankung. Sie wird gefunden bei Organoazidurien, Lactatazidosen, Glukoneogenese-Defekten, Fruktosämie, Ahornsirupkrankheit, teilweise bei Galaktosämie und Tyrosinämie /23/. Signifikante Erhöhungen von Succhinylaceton (über 5 μmol/l) in den ersten 12 Stunden des Lebens sind der Befund bei einer hereditären Tyrosinämie Typ 1 /24/.

Pankreatische Ketoazidose: Bei Patienten mit akuter Pankreatitis sind Fälle mit metabolischer Azidose, erweiterter Anionenlücke, Ketonämie und Ketonurie beschrieben. Als Ursache wird angenommen, dass durch die erhöhte Lipase in der Zirkulation Fettsäuren aus den Fettdepots mobilisiert und verstoffwechselt werden, woraus ein erhöhter Anfall von Ketonkörpern resultiert /25/.

Extreme körperliche Belastung, Fasten: Posthypoglykämisch, als Folge mangelnder Insulin- und verstärkter Glucagonwirkung, resultiert die Ketonkörperbildung aus einer verstärkten Lipolyse. Bei Hungerzuständen tritt eine Ketonurie gewöhnlich nach 48 h auf.

Tabelle 5.5-4 Differenzierung von Coma diabeticum, HHNS und Azidosen /6, 9, 11, 14/

Untersuchung

Diabetische Ketoazidose

HHNS*

Alkoholische Ketoazidose

Lactat-Azidose

Blutglucose mg/dl (mmol/l)

> 250 (13,9)

> 600 (33,3)

< 200 (11,1)

< 200 (11,1)

Glucosurie

Positiv

Positiv

Negativ

Negativ

Anionenlücke (mmol/l)

> 16

< 16

> 16

> 16

Ketonämie/Ketonurie

Positiv

Negativ

Positiv

Negativ

Serum-Osmolalität (mmol/kg)

< 320

> 320

< 320

< 320

Bicarbonat (mmol/l)

< 15

> 20

< 15

< 15

pH-Wert

< 7,30

7,30–7,40

< 7,30

< 7,25

PCO2 (mmHg)

PCO2 (kPa )

< 35

< 4,67

35–45

4,67–6,00

< 35

< 4,67

< 35

< 4,67

Lactat mg/dl (mmol/l)

< 35 (3,9)

< 35 (3,9)

< 35 (3,9)

> 45 (5,0)

C-Peptid μg/l (nmol/l)

< 0,7 (0,2)

> 1,8 (0,5)

> 1,8 (0,5)

> 1,8 (0,5)

* Hyperglykämisches hyperosmolares nicht-ketotisches Syndrom

Tabelle 5.6-1 Referenzbereiche Lactat

Neugeborene (Kapillarblut) /4/

2,4–20 (0,27–2,2)

Erwachsene und Kinder:

  • Arterielles Vollblut oder Plasma

< 16 (1,8)

  • Venöses Vollblut oder Plasma /2/

4,5–20 (0,5–2,2)

Liquor cerebrospinalis /5/

  • 0–15 J.

9,9–16,2 (1,1–1,8)

  • 16–50 J.

13,5–18,9 (1,5–2,1)

  • Über 50 J.

15,3–23,4 (1,7–2,6)

Angaben in mg/dl (mmol/l). Umrechnung: mg/dl × 0,11 = mmol/l.

Tabelle 5.6-2 Ursachen und Krankheiten, die zur Hyperlactatämie, seltener zur Lactatazidose führen /8/

Muskelarbeit, z.B. Leistungssport, Grand mal-Anfall: Die vermehrte Freisetzung von Lactat aus dem Muskel bei Arbeit wird gewöhnlich durch den Anstieg der Lactatoxidation kompensiert. Trotz eines verstärkten Lactatturnovers resultiert nur ein bis etwa 3 facher Anstieg des Lactats im Plasma gegenüber dem Ruhewert, also eine milde Hyperlactatämie. Bei sportlicher Betätigung, z.B. einem ein-stündigen Dauerlauf, kommt es nach 10 min zu einem Anstieg des Lactats auf etwa 55 mg/dl (6 mmol/l) mit einem danach folgenden Abfall auf etwa 18 mg/dl (2 mmol/l) nach 30 min. Diese Konzentration bleibt auf Grund der zwischenzeitlich gesteigerten aeroben Bereitstellung von Energie bis Ende des Laufes in etwa erhalten. Bei intensiver Leistung, wenn die Muskelarbeit etwa 50–80 % des maximalen O2-Verbrauchs erfordert, steigt Lactat stark an, und eine Lactatazidose mit Werten über 135 mg/dl (15 mmol/l) tritt auf. Armtätigkeit führt zu einer stärkeren Erhöhung von Lactat als Beintätigkeit /13/. Nach intensiver Aktivität wird eine Lactatazidose bei leichter körperlicher Tätigkeit schneller normalisiert als in Ruhe.

Infusionen: Übermäßige Zufuhr von Alkali (Natriumbicarbonat, Natriumpyruvat, Natriumlactat) und die Infusion von Kohlenhydraten (Glucose, Fructose, Sorbit, Xylit) verursachen eine Hyperlactatämie ohne Lactatazidose.

Hohe Insulingaben: Hohe Insulindosierung kann bei Diabetikern zu einer Hyperlactatämie bis 72 mg/dl (8 mmol/l) und kurzzeitigem Abfall des pH führen. Ursachen sind die gesteigerte periphere Produktion von Lactat und die Hemmung der Glukoneogenese.

Hyperventilation: Hyperventilation, z.B. bei Intensivpatienten oder bei Erkrankungen des Zentralnervensystems, führt zu einer respiratorischen Alkalose. Zur Kompensation wird verstärkt Lactat gebildet.

Intra- und postoperativ: Post- und intraoperativ können Hyperlactatämien bis zu 45 mg/dl (5 mmol/l) innerhalb von 48 h auftreten, so z.B. bei koronaren Bypass Operationen /14/. Meist können diese durch körpereigene Regulationsmechanismen kompensiert werden, ohne dass es zur Lactatazidose kommt.

Katechol­amin­infusion: Die Infusion von Katecholaminen oder anderen Sympathikomimetika sowie die Einnahme oder die Gabe von Substanzen, die Katecholamine freisetzen, wie Theophyllin, Kokain, Äther können eine Hyperlactatämie bewirken. Diese resultiert aus einer Konstriktion der Gefäße, mit der Folge einer Minderdurchblutung von Skelettmuskel und Leber. Die Hyperlactatämie ist die Folge einer verstärkten muskulären Abgabe von Lactat und der verminderten Aufnahme durch die Leber /8/.

Tabelle 5.6-3 Einteilung der Lactatazidosen, modifiziert nach Lit. /8/

Erworbene Formen, Typ A: Gewebshypoxie

Verminderte Gewebsdurchblutung

  • Verminderter Gefäßtonus, erhöhte Gefäßpermeabilität
  • Linksherzversagen, vermindertes Herzminutenvolumen
  • Septischer Schock

Reduzierte arterielle O2-Sättigung

  • Asphyxie
  • Hypoxämie (pO2 unter 35 mm Hg)
  • CO-Vergiftung
  • Starke, Lebens-bedrohende Anämie

Erworbene Formen, Typ B: Keine Gewebshypoxie

  • Sepsis, Infektionen wie Malaria, Cholera
  • Niereninsuffizienz, schwere Leberfunktionseinschränkung, Krebserkrankung, diabetische Ketoazidose
  • Medikamente und toxische Substanzen wie Biguanide, Alkohol, Salizylate, Methanol, Ethylenglykol, Zyanide, Niacin, Katecholamine, Papaverin, Diethylether, Paracetamol, Nalidixinsäure, Isoniazid, Streptozotozin, Sorbitol, parenterale Ernährung, Lactulose, Theophyllin, Kokain, Vitamin B Mangel, Paraldehyd, Reverse Transcriptase Inhibitoren
  • Verschiedenes, z.B. epileptischer Anfall, D-Lactatazidose

Tabelle 5.6-4 Hyperlactatämien mit häufigem Übergang in die Lactatazidose /6/

Schock: Pathophysiologische Ursachen des Schocks können beruhen auf /9/:

  • Einem verminderten kardialen Fördervolumen und reduzierter O2-Versorgung der Gewebe: Hypovolämie (interner oder externer Flüssigkeitsverlust), kardial bedingt (Myokardinfarkt, schwere Kardiomyopathie, Myokarditis, kardiale Arrhythmie, schwere Erkrankung der Herzklappen), obstruktive Erkrankung (Lungenembolie, Spannungspneumothorax, Herztamponade).
  • Zirkulationsstörung mit systemischer Reduktion des Gefäßwiderstandes und verminderter O2-Extraktion der Gewebe, bedingt durch inflammatorische Zytokine bei schwerer Sepsis oder anaphylaktischem Schock. In der Regel ist das kardiale Fördervolumen erhöht.

Auf Intensiveinheiten dominiert der septische Schock, gefolgt vom kardiogenen und hypovolämischen Schock. Die Erhöhung des Lactats zeigt einen abnormen Zellstoffwechsel an. Bei vermindertem kardialen Fördervolumen beruht die Hyperlactatämie auf einem Hypoxie bedingten anaeroben Metabolismus. Bei der Zirkulationsstörung sollen zusätzlich eine verstärkte Glykolyse und eine Hemmung der Pyruvatdehydrogenase eine Rolle spielen. Bei Leberzirrhose ist die Lactatelimination reduziert, und es besteht keine gute Korrelation des Blut-pH zur Lactatkonzentration /6/.

Die Hyperlactatämie ist ein unabhängiger prognostischer Marker zur Beurteilung der Wahrscheinlichkeit des Überlebens. Patienten mit zirkulatorischem Schock und einem Lactat < 18 mg/dl (2,0 mmol/l), 18–36 mg/dl (2–4 mmol/l) und 37–72 mg/dl (4–8 mmol/l) haben Mortalitätsraten von jeweils 10 %, 50 % und 90 % /15/. Werte des Lactats > 36 mg/dl (4 mmol/l), die beim postoperativen Patienten gewöhnlich nicht auftreten, haben bei normotensiven Patienten mit Systemic inflammatory response syndrome (SIRS) eine erhöhte Rate an Intensivpflichtigkeit. Über 24 h persistierende Werte in dieser Höhe gehen mit einer hohen Mortalitätsrate einher /16/. Der Lactatwert ist ein besserer Indikator der Gewebshypoxie als die Anionenlücke und der pH des Blutes, da Erkrankungen wie akutes Leberversagen oder septischer Schock die Tendenz zur Alkalose haben. Unter schwerem Schock wird ein Lactatanstieg von 7,2 mg/dl (0,8 mmol/l) pro 10 min gemessen. Bei einem Lactat > 27 mg/dl (3 mmol/l) ist die Abnahme von ≥ 20 % innerhalb von 2 h mit einer verminderten stationären Mortalität assoziiert.

Lactat-Clearance (LC): Zur frühen Abschätzung der Situation bei schwerer Sepsis und dem septischen Schock wird die Ermittlung der LC empfohlen. Sie wird berechnet aus dem Lactat bei Aufnahme auf die Intensivstation (LC0) und dem Lactat nach 6 h (LC6) und nach folgender Formel berechnet: LC(%)=(LC0 – LC6) × 100/LC0. Bei Abnahme der LC(%) um jeweils 10 % verringert sich die Mortalitätsrate um etwa 11 %. Patienten mit einer LC ≥ 10 % hatten im Vergleich zu denjenigen mit einer LC unter 10 % ein stärkeres Absinken des APACHE Scores über 72 h und eine niedrigere 60 Tage Mortalitätsrate /17/.

Intensivpatienten /18/: Für auf die Intensivstation Eingewiesene, besteht die Notwendigkeit einen prognostischen Marker zu haben, um eventuell mit einer aggressiven Therapie zu beginnen. Neben den Scoring-Systemen APACHE, SOFA, SAPS wird auch die Konzentration von Lactat empfohlen. Bei allen Patientengruppen mit dem schlechtesten Outcome sind zwar die Lactatwerte am höchsten, es gibt aber keinen Grenzwert, der vorhersagt, wer innerhalb von 28 Tagen ein Multiorganversagen entwickelt oder stirbt.

Biguanid-assoziierte Lactatazidose: Metformin ist im Unterschied zu den anderen Biguaniden nicht mit einer signifikanten Lactatazidose assoziiert. Der typische Diabetiker hatte bei Therapie mit den nicht mehr zugelassenen Biguaniden u Komplikationen (Entzündungen, Herz, Nieren, Leber) und Symptome wie abdominelle Beschwerden, Tachypnoe und Somnolenz.

Labordiagnostik: Metabolische nicht ketotische Azidose, pH unter 7,25, Lactat 90–180 mg/dl (10–20 mmol/l), Creatinin erhöht.

Erkennung akuter intraabdomineller Gefäßverschlüsse: Bei Patienten mit akutem Abdomen und intestinalem Gefäßverschluss beträgt die Konzentration von Lactat 68 ± 26 mg/dl (7,5 ± 2,9 mmol/l) im Vergleich zu 18 ± 10 mg/dl (2,0 ± 1,1 mmol/l) bei denjenigen ohne Gefäßverschluss. Wurde postoperativ über 24 h bei Patienten mit Rekonstruktion an Aorta und Eingeweidearterien der Lactatverlauf bestimmt, so ergaben sich bei unkompliziertem Verlauf Konzentrationen von 39 ± 9 mg/dl (4,3 ± 1,0 mmol/l), bei akuten Eingeweideverschlüssen jedoch bis 500 mg/dl (60 mmol/l) /19/.

Organtransplantation: Nach Herztransplantation entwickeln etwa 20 % der Patienten in der ersten Stunde ein erhöhtes Lactat. Bei zwei Drittel lag die Konzentration unter 45 mg/dl (5 mmol/l), beim Rest bis zu 133 mg/dl (14,6 mmol/l). Innerhalb von 24 h kam es zur Normalisierung /20/. Bei Lebertransplantation ist das 24 h nach Reperfusion gemessene Lactat ein prognostischer Indikator. Patienten mit funktionierendem Transplantat hatten Werte unter 18 mg/dl (2,0 mmol/l), diejenigen mit Transplantat Versagen Konzentrationen über 36 mg/dl (4,0 mmol/l) /21/.

Fetale Notsituationen unter der Geburt: Während der Geburt sind die Konzentration von Lactat und der pH-Wert im Blut, gewonnen aus der Kopfschwarte, wichtige Messgrößen zur Beurteilung einer fetalen Notsituation. Ein pH über 7,25 und Lactat unter 18 mg/dl (2,0 mmol/l) sprechen gegen eine fetale Notsituation, wie eine Studie zeigte /22/. Die Konzentrationen von Lactat in der Nabelschnurarterie waren in diesen Fällen unter 25 mg/dl (2,8 mmol/l) kurz nach der Entbindung.

Intoxikation – Alkohol, CO-Vergiftung, schwere akute Anämie: Bei der akuten Alkohol Intoxikation soll die Lactatazidose auf der Oxidation von Alkohol zu Acetaldehyd beruhen. Beide Reaktionen führen zur Bildung von NADH2. Dadurch nimmt im Zytoplasma der NADH/NAD-Quotient zu, und wenn der Transportmechanismus für NADH in die Mitochondrien gestört ist, wird mehr Lactat gebildet. Außerdem soll Alkohol die Synthese von Glucose aus Pyruvat über den Cori-Zyklus hemmen /8/.

Bei CO-Vergiftung soll der Austausch von Sauerstoff gestört sein, da CO vergleichbar dem Zyanid mit den Cytochromen der Atmungskette reagiert /8/.

Schwere Anämien mit Hb-Werten unter 50 g/l, wie sie z.B. bei Kindern in Afrika mit Pl. falciparum-Malaria gesehen werden, verursachen einen Lactatanstieg bis 135 mg/dl (15 mmol/l), der sich nach einer Bluttransfusion binnen Stunden normalisiert /23/.

– Methanol, Ethylenglykol, Azetaminophen, Salizylate: Intoxikationen mit diesen Substanzen bewirken eine Anionenlücke von oft über 20 mmol/l und eine Lactatazidose. Klinisch sind die Patienten durch eine Vielfalt neurologischer Symptome bis zum Koma auffällig. Methanol wird zu Formaldehyd und Ameisensäure, Ethylenglykol zu Glykolsäure und Oxalsäure verstoffwechselt /8/. Diese Metabolite oder ihre Ausgangssubstanzen, beide als nicht-messbare Anionen die Anionenlücke stark erweiternd, hemmen die mitochondriale Oxidation von Pyruvat. Es resultiert die Ausbildung einer Lactatazidose. Intoxikationen mit Salizylaten gehen mit Salizylat Konzentrationen über 300 mg/l einher. Bei Kindern dominiert die metabolische Azidose. Erwachsene zeigen ein gemischtes Bild aus respiratorischer Alkalose und metabolischer Azidose.

Akutes Leberversagen, resultierend aus einer schweren hepatotoxischen Wirkung von Paracetamol ist eine kurze und intensive Erkrankung mit rascher Progression. Sie beginnt mit dem akuten Versagen der Leber und anderer Organsysteme wie der Nieren, bewirkt eine hämodynamische Instabilität und Enzephalopathie. Das Ausmaß der Hyperlactatämie ist ein Indikator der hepatischen Schädigung, der systemischen Störung der Perfusion und der Hypoxie. Patienten mit höheren Lactatwerten haben eine geringere Wahrscheinlichkeit zu Überleben. So beträgt für einen kurz nach der Klinikaufnahme bestimmten Lactatwert von ≥ 31,5 mg/dl (3,5 mmol/l) die diagnostische Sensitivität für eine kürzere Wahrscheinlichkeit zu Überleben 67 % bei einer Spezifität von 95 %. Die positive Likelihood-Ratio ist 13, die negative 0,35 /7/.

Thiamin (Vitamin B1)-Mangel – Intensivpatienten, chronische Alkoholiker, Beri-Beri: Thiamin ist der Kofaktor der Pyruvatdecarboxylase, die das Pyruvat in den Zitronensäurezyklus und somit den aeroben Stoffwechsel einschleust. Der Mangel an Thiamin vermindert den Verbrauch von Pyruvat und führt zu einem Lactatanstieg. Ein Thiaminmangel tritt bei Intensivpatienten und chronischen Alkoholikern auf. Letztere bieten das Bild der Wernicke’schen Enzephalopathie oder einer Neuritis. Der ausgeprägte Thiaminmangel bewirkt eine der Beri-Beri vergleichbare Lactatazidose. Nach Therapie mit Thiamin kommt es bei Intensivpatienten mit Lactatazidose und nachgewiesenem Thiaminmangel nach 40 min zum Abfall des Lactats von etwa 90 mg/dl (10 mmol/l) auf 18 mg/dl (2,0 mmol/l) /24/.

Therapie – Isoniazid, Nikotinsäure, Lactulose: Bei vorbestehenden Erkrankungen wie Leberleiden oder hepatischer Enzephalopathie bzw. Auslösung eines akuten Leberschadens durch Isoniazid können diese Pharmaka Lactatazidosen mit Lactatwerten bis 90 mg/dl (10 mmol/l) bewirken /8/.

Maligne Tumoren, Tumorlysis Syndrom: Hyperlactatämien treten vorwiegend bei malignen Tumoren des hämatopoetischen Systems wie Leukosen und malignen Hodgkin- und Non-Hodgkin-Lymphomen auf, sowie bei großen Lebertumoren und Metastasenleber. Eine Lactatazidose entwickelt sich oft, wenn eine eingeschränkte Nierenfunktion oder eine Sepsis den Zustand komplizieren /8/.

 Beim Tumorlysis Syndrom, das durch die rasche Entwicklung von Hyperurikämie, Hyperkaliämie, Hyperphosphatämie, Hypokalziämie und Azotämie gekennzeichnet ist, kann es zur Lactatazidose mit Werten von 135 mg/dl (15 mmol/l) kommen /25/.

Hepatitis B-Therapie mit Entecavir /26/: Bei Patienten mit chronischer Hepatitis B wird eine Therapie mit Entecavir erwogen, wenn die Konzentration von HBV-DNA über 2.000 IU/ml beträgt, die ALT erhöht ist und die Leberhistologie eine medorate Nekroinflammation oder Fibrose zeigt. In einer Studie entwickelten 5 von 16 Patienten mit fortgeschrittener Leberzirrhose und chronischer Hepatitis und einem Model for Endstage Liver Disease (MELD) score ≥ 20 im Zeitraum von 4 und 240 Tagen nach Therapiebeginn eine Lactatazidose. Die Laborwerte waren: Lactat 26–200 mg/dl (2,6–22 mmol/l), pH 7,02–7,4, Basenexzess –5 bis –18 mmol/l.

HIV-Infektion: Bei Behandlung von HIV infizierten Patienten mit nukleosidanalogen Reverse-Transkriptase Inhibitoren (NRTIs) kann es zu einem mitochondrialen Toxizitäts Syndrom kommen, das durch eine Lactatazidose und eine hepatische Steatose charakterisiert ist. Die Ursache ist eine Schädigung der mitochondrialen DNA (mtDNA). Die Potenz der NRTIs in der Reduzierung der mtDNA ist:

Zalcitabin > Didanosin > Stavudin > Ziduvudin > Abacavir.

Unterschieden werden /27/:

  • Schwere Fälle mit Lactatazidose und Lactatwerten über 45 mg/dl (5 mmol/l). Sie haben eine Inzidenz von 1,7–25,2 Fälle auf 1.000 Patientenjahre und sind mit einer Mortalitätsrate von 30–60 % assoziiert. Sie präsentieren sich primär mit gastrointestinalen Beschwerden oder unspezifischer Symptomatik. Die Symptome sind Übelkeit, Erbrechen, Anorexie, Abdominalschmerz, leichte Hepatomegalie und Übelkeit. Dann entwickelt sich eine metabolische Azidose mit Hyperventilation, Arrhythmie und Organversagen. Auch kommt es zur Ausbildung einer Pankreatitis, Neuropathie und hohen CK-Aktivitäten. Bevorzugt kommt die Symptomatik bei Frauen vor und bei AIDS-Kranken mit vorbestehender Lebererkrankung, z.B. Hepatitis B- oder -C-Koinfektion.
  • Leichtere symptomatische Fälle mit einer Hyperlactatämie von 26–56 mg/dl (2,9–6,2 mmol/l) mit moderaten bis milden der zuvor beschriebenen Symptome und ohne Azidose. Die Inzidenz der symptomatischen Hyperlactatämie beträgt 14,5 auf 1.000 Patientenjahre.
  • Kompensierte asymptomatische Hyperlactatämie. Bei diesem dritten Typ werden milde bis moderate Erhöhungen von Lactat bis etwa 135 mg/dl (15 mmol/l) gefunden, die auch nur intermittierend auftreten können. Klinische Beschwerden, wie zuvor geschildert, kommen nicht vor. Oft treten die Erhöhungen von Lactat nur in den ersten 6–12 Monaten auf.

Überwucherung des Dünndarms mit anaeroben Bakterien – Längere Einnahme von L. acidophilus: Die Keime bilden D-Lactat, das intestinal reabsorbiert wird. Es entwickelt sich eine D-Lactatazidose mit erweiterter Anionenlücke /8/. Da die gewöhnlich im Labor verwendeten Bestimmungsmethoden nur L-Lactat erfassen, muss bei nicht erklärbar verbreiterter Anionenlücke an eine D-Lactatazidose gedacht werden. D-Lactat kann gaschromatographisch bestimmt werden.

Ketoazidose – Diabetische Ketoazidose, alkoholische Ketoazidose: Die Lactatkonzentration kann ein Mehrfaches des oberen Referenzbereichswerts betragen, ist aber gewöhnlich nicht höher als 45 mg/dl (5,0 mmol/l). Die Hyperlactatämie trägt bei diesen Zuständen zur Erweiterung der Anionenlücke und zur Verstärkung der Azidose bei.

 Ursache der Hyperlactatämie soll eine Hemmung der hepatischen Aufnahme von Lactat durch Ketonkörper sein. Patienten mit einem nicht Insulin abhängigen Diabetes mellitus können leichte Erhöhungen von Lactat haben /28/.

Leberzirrhose: Unter Ruhebedingungen ist die Leber zu über 50 % für die Lactatclearance verantwortlich. Das ist auch bei Leberzirrhose unter stabilen Bedingungen der Fall. Treten erhöhte Werte im Blut auf, so ist das ein Zeichen, dass diese erst kürzlich, bedingt durch eine Verschlechterung der Leberfunktion, aufgetreten sind /29/.

Hypoxie des Neugeborenen: Die Hypoxie Neugeborener ist mit einem hohen Grad an Mortalität und Morbidität, insbesondere mit Entwicklungsstörungen des Zentralnervensystems, verbunden. Die extrakorporale Membranoxygenation wird in dieser Situation erfolgreich angewendet. Die Lactatkonzentration ist ein guter Indikator zur Vorhersage des Therapieerfolgs. So wurden bei hypoxämischen Neugeborenen mit einem Gestationsalter von 36–42 Wochen bei einem Lactat von ≥ 135 mg/dl (15 mmol/) bei Klinikaufnahme folgende Daten für einen frühen Tod oder die Entwicklung von Schäden des Zentralnervensystems erhoben: Die diagnostische Sensitivität ist 93 % bei einer Spezifität von 100 %, positiver prädiktiver Wert 100 %, negativer 90 % /30/.

Tabelle 5.6-5 Gleichungen zur Vorhersage einer metabolische Azidose /45/

Gleichung 1: pCO2 = 7,..; pCO2 entspricht dem Wert der beiden Stellen hinter dem Komma.

Gleichung 2: pCO2 = 1,5 × Plasma HCO3 + 8 ± 2

ad Gleichung 1: Ist der gemessene pCO2 niedriger als vorhergesagt, wird die metabolische Azidose durch eine respiratorische Alkalose überlagert.

ad Gleichung 2: Ist der gemessene pCO2 höher als vorhergesagt, liegt eine primäre respiratorische Azidose auf Grund einer CO2-Retention vor.

Tabelle 5.6-6 Hereditäre metabolische Störungen, die eine Lactatazidose verursachen

Organoazidurien, Fettsäuren-Oxidations-Defekte, Harnstoff­zyklus-Defekte: Bei diesen Defekten ist die Hyperlactatämie ein sekundäres Phänomen und tritt nicht regelmäßig auf. So verursachen z.B. die Methylmalonazidämie, die Propionsäureazidämie, die Isovlerianazidämie und Störungen der Fettsäureoxidation eine Lactatazidose durch Störung des Acetyl-CoA-Metabolismus, wodurch der Eintritt des Pyruvats in den Zitronensäurezyklus behindert wird und eine vermehrte Lactatbildung die Folge ist /31/. Siehe Abb. 5.6-2 – Die Zelle gewinnt ihre Energie aerob durch Oxidation.

Glykogen-Meta­boli­sierungs­defekte: Bei den Glykogen-Speicherkrankheiten kann es beim Typ III und dem Glykogensynthase-Mangel nach reichlicher Nahrungsaufnahme zur Hyperlactatämie bis 63 mg/dl (7,0 mmol/l) kommen /31/.

Glykogenose Typ III (M. Cori-Forbes): Ein Defekt der Enzyme des Glykogen-Debranching Systems besteht. Dadurch wird die Freisetzung von Glucose aus Glykogen gestört, nicht aber die Bildung von Glucose über die Glukoneogenese (Abb. 5.6-2 – Energiegewinnung der Zelle). Hepatomegalie, Wachstumsverzögerung und distal betonte Myopathien mit deutlicher Muskelschwäche, besonders unter Belastung, sind typische klinische Symptome. Die meisten Patienten haben die Typ IIIa Erkrankung, die den Muskel und die Leber betrifft, beim Typ IIIb ist nur die Leber involviert. Die Lebersymptomatik nimmt mit zunehmendem Alter ab und verschwindet nach der Pubertät. Die Muskelschwäche, die in der Kindheit minimal ist, kann im Erwachsenenalter dominant werden und zum distalen Muskelschwund führen /32/.

Labordiagnostik: Abhängig von der Nahrungsaufnahme und der körperlichen Aktivität können Nüchternhypoglykämie mit Ketonurie und Hyperlactatämie auftreten. Die ALT kann bis zu 5 fach erhöht sein, die CK bis zu 200 fach. Kein Lactatanstieg nach Muskelkontraktion im Belastungstest (Tab. 5.6-7 – Ischämischer Vorderarm-Test und Tab. 5.6-8 – Nicht-Ischämischer Vorderarm-Test).

Glykogen-Synthase-Mangel: Die Glykogen-Synthase (EC 2.4.1.11) katalysiert die Glykogensynthese durch Übertragung von UDP-Glucose auf Glykogen. Ein Enzymmangel führt zu einer verminderten Glykogensynthese. Die Patienten werden klassischer Weise in der Kindheit durch eine Fastenhypoglykämie und eine Hyperketonämie auffällig. Nach den Mahlzeiten kann es zu einer Hyperglykämie und Hyperlactatämie kommen. Die Ursache ist, dass die Glucose bevorzugt in Lactat umgewandelt wird und nicht zur Glykogensynthese verwendet werden kann /32/.

Gluko­neo­genese-Defekte: Hereditäre Störungen der Glukoneogenese umfassen den Mangel der Enzyme Glucose-6-phosphatase, Fructose-Bisphosphatase (EC 3.1.3.11) und Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase (EC 4.1.1.32). Die Patienten werden auffällig durch eine Fastenhypoglykämie und Lactatazidose, die sekundärer Natur ist auf Grund des Unvermögens, Lactat via Glukoneogenese über den Cori-Zyklus in Glucose zurückzuführen (Abb. 5.6-2 – Die Zelle gewinnt ihre Energie aerob durch Oxidation/31/.

Glucose-6-phosphatase Mangel: Der Mangel des Enzyms führt zur Typ-Ia-Glykogen-Speicherkrankheit. Die Typen Ib–Id betreffen den Mangel an Transportproteinen im endoplasmatischen Retikulum, die für den Transport von Glucose, Glucose-6-phosphat und Phosphat verantwortlich sind. Die Glykogenosen Typ I, auch von Gierke-Erkrankung genannt, werden entweder in der Neonatalperiode durch Hypoglykämie und Lactatazidose auffällig oder präsentieren sich im Alter von 3–4 Monaten mit Hepatomegalie und/oder hypoglykämischen Krämpfen. Die Hypoglykämie und Hyperlactatämie treten in kurzen Episoden auf. Oft bestehen Hyperurikämie, Hyperlipidämie (LDL erhöht, HDL erniedrigt, Apolipoprotein C-III erhöht) und beim Typ I b zusätzlich eine Neutropenie /32/. Die Neutropenie ist mit einer Störung der Granulozytenfunktion und bakteriellen Infektionen verknüpft /33/.

Fructose-Bisphosphatase Mangel: In der Leber steht das Enzym gemeinsam mit der Phosphofruktokinase (EC 2.7.1.11) im Zentrum der Regulation von Glykolyse und Glukoneogenese. Die Phosphofruktokinase überführt bei der Glykolyse Fructose-6-phosphat in Fructose-1,6-bisphosphat und bei der Glukoneogenese katalysiert die Fructose-Bisphosphatase die Rückreaktion von Fructose-1,6-bisphosphat zu Fructose-6-phosphat. Ein Mangel an Fructose-Bisphosphatase stört die Balance mit der Ausbildung von Lactatazidose, Hypoglykämie und Ketonämie beim fastenden Patienten /34/.

Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase Mangel: Das Enzym katalysiert im Zytoplasma die Umwandlung von Oxalacetat in Phosphoenolpyruvat, das dann zur Glukoneogenese verwendet wird. Der Mangel von Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase ist selten und tritt mit Hypoglykämie, Lactatazidose, Hypotonie und Hepatomegalie auf /31/.

Pyruvat-Stoff­wechsel Defekte: Pyruvat markiert den Endpunkt der Glykolyse. Es kann weitergehend auf vier metabolischen Wegen verstoffwechselt werden: (i) zu Lactat, katalysiert durch die LDH, (ii) in Alanin transformiert werden, katalysiert durch die ALT, (iii) zu Oxalacetat carboxyliert, katalysiert von der Pyruvatcarboxylase und (iv) oxidativ decarboxyliert werden zu Acetyl-CoA, katalysiert durch das mitochondriale Pyruvat-Dehydrogenase (PDH)-System (Abb. 5.6-2 – Die Zelle gewinnt ihre Energie aerob durch Oxidation ...).

Pyruvat-Dehydrogenase (PDH) Defekt: Das PDH-System besteht aus drei Enzymen (E1–E3) mit sechs Komponenten: PDH (EC 1.2.4.1), Lipoat-Acetyltransferase (EC 2.3.1.12) (E2), Liponamid-Dehydrogenase (EC 1.6.4.3), PDH-Phosphatase (EC 3.1.3.43), PDH-Kinase (EC 2.7.1.99) und Protein-X. Der PDH-Komplex (E1), ein Tetramer, bestehend aus 2α (E1α)- und 2β (E1β)-Untereinheiten wird inaktiviert vermittels Phosphorylierung durch die PDH-Kinase und aktiviert vermittels Dephosphorylierung durch die PDH-Phosphatase. Defekte des PDH-Systems sind eine häufige Ursache hereditärer Hyperlactatämien.

Am häufigsten ist der E1-Mangel. Es werden zwei Gruppen von Patienten unterschieden. Die eine mit meist sehr niedriger in-vitro-Enzymaktivität entwickelt schon in der Neugeborenenperiode eine schwere Lactatazidose mit Multiorganversagen, zeigt dysmorphe faciale Züge und verstirbt innerhalb der ersten Lebenswochen. Eine zweite Gruppe überlebt die Neonatalperiode bis ins Jugendalter, zeigt aber erhebliche Entwicklungsstörungen. Einige Patienten haben eine subakute nekrotisierende Enzephalomyelopathie (Leigh’s Syndrom). Die Lactatazidose ist mit Konzentrationen von 27–54 mg/dl (3,0–6,0 mmol/l) gewöhnlich mild. Das Lactat/Pyruvat-Verhältnis ist normal, da beide gleichmäßig erhöht sind. Das ist jedoch nicht der Fall, wenn der Patient zusätzlich im Schock ist. Diagnostisches Fasten erhöht die Lactatkonzentration und verstärkt die klinische Symptomatik. Bei den Patienten ist meist die Anionenlücke vergrößert. Das Gehirn ist ein wesentlicher Produzent von Lactat, deshalb ist die Bestimmung von Lactat im Liquor cerebrospinalis ein empfindlicherer diagnostischer Indikator als Lactat im Plasma. Manche Patienten haben Liquorwerte über 180 mg/dl (20 mmol/l) /31/.

Pyruvat-Carboxylase Defekt: Dieses Biotin haltige Enzym bildet in Gegenwart von ATP und CO2 aus Pyruvat Oxalacetat. Dies ist der erste Schritt in der Glukoneogenese und ebenfalls bedeutsam für die Funktion des Zitronensäurezyklus.

Beim Pyruvat-Carboxylase Defekt werden zwei Gruppen von Patienten unterschieden:

  • Entwicklung einer schweren Lactatazidose schon in der Neonatalperiode mit Hypotonie, Krämpfen, psychomotorischer Retardierung und Hepatomegalie. Ammoniak ist im Plasma erhöht, ebenso die Aminosäuren Alanin, Prolin, Citrullin und Lysin. Das Lactat/Pyruvat Verhältnis ist erhöht auf Grund eines Aspartatmangels. Dieser ist auch die Ursache für die Hyperammonämie, da Aspartat in die Aufrechterhaltung des mitochondrialen Redoxstatus involviert ist. Dieser Typ des Pyruvat-Carboxylase-Defektes kommt hauptsächlich in Europa vor /31/.
  • Präsenz einer leichten Hyperlactatämie mit Konzentrationen von 27–54 mg/dl (3–6 mmol/l) und stärkeren Erhöhungen nur beim Fasten. Schwere acidotische Zustände treten vorwiegend in der Kindheit auf und führen längerfristig zu einer neurodegenerativen Symptomatik. Dieser Typ ist vorwiegend in den USA beschrieben /31/.

Zitronensäurezyklus-Defekte: Im Zitronensäurezyklus läuft die oxidative Decarboxylierung von Citrat zu Oxalacetat ab, und die Reduktionsäquivalente NADH2 und FADH2 werden gebildet (Abb. 5.6-2 – Die Zelle gewinnt ihre Energie aerob durch Oxidation). Diese werden in der Elektronentransportkette reoxidiert und die gewonnene Energie zur Bildung von ATP eingesetzt. Da ein komplettes Fehlen dieser Funktionen mit dem Leben nicht vereinbar ist, liegen meist partiale Defekte vor. Gut beschrieben sind die folgenden Defekte /31/.

Fumarase Mangel: Es kommt zu einer Anhäufung von Fumarsäure und weiter aufwärts liegender Metabolite. Die Patienten zeigen im Kindesalter Gedeihstörung, Enzephalopathie, Mikroenzephalie, Krämpfe und Hypotonie.

Labordiagnostik: Lactatazidose und im Urin besteht eine erhöhte Ausscheidung von Fumarsäure und Succinylsäuren.

α-Ketoglutarat-Dehydrogenase Mangel: Das Enzym ist Bestandteil eines Komplexes, der die oxidative Decarboxylierung von α-Ketoglutarat zu Acetyl-CoA katalysiert. Der Komplex enthält drei Enzyme: Pyruvat-Dehydrogenase, verzweigtkettige Ketonsäuren-Dehydrogenase und die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase. Der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase Mangel ist selten, entwickelt sich schon sehr früh mit einer Enzephalopathie, Mikroenzephalie und Fütterungsstörung. Gewöhnlich versterben die Kinder früh.

Labordiagnostik: Lactatazidose, erhöhte Konzentration von Pyruvat und Alanin im Plasma, im Urin besteht eine vermehrte Ausscheidung von α-Ketoglutarat und den Ketoderivaten verzweigtkettiger Aminosäuren /31/.

Atmungsketten-Defekte: Die Atmungskette ist in der inneren Membran des Mitochondriums gelegen. Auf ihrer Ebene läuft der Prozess der oxidativen Phosphorylierung ab. Darunter versteht man die mit der Zellatmung (O2-Verbrauch) verbundene Synthese von ATP aus ADP und anorganischem Phosphat. Die Atmungskette besteht aus 5 Komplexen /35/:

  • Komplex I (NADH-Coenzym Q-Reduktase) transportiert die Reduktionsäquivalente vom NADH zum Coenzym Q und beinhaltet verschiedene Polypeptide, von denen 7 von mitochondrialer (mt)-DNA kodiert werden.
  • Komplex II (Succinat-Coenzym Q-Reduktase) transportiert die Reduktionsäquivalente vom FADH2 zum Coenzym Q und enthält 5 Peptide, die alle von nukleärer DNA kodiert werden.
  • Komplex III (reduzierte Coenzym Q-Cytochrom c-Reduktase) transportiert Reduktionsäquivalente vom Coenzym Q zum Cytochrom c und besteht aus 11 Untereinheiten, von denen eine von der mt-DNA kodiert wird.
  • Komplex IV (Cytochrom c-Oxidase; COX) transportiert die Reduktionsäquivalente vom Cytochrom c zum O2 und besteht aus Cytochrom a, a3 und 13 Proteinuntereinheiten, von denen 3 von mtDNA kodiert werden.
  • Der letzte Komplex V ist die ATP Synthetase.

Es gibt drei klassische pathogene mtDNA-Mutationen /36/:

1. mtDNA-Rearrangements, bei denen mtDNA verloren geht oder dupliziert wird.

2. mtDNA-Punktmutationen in tRNA-Genen oder ribosomalen RNA-Genen, aus denen Defekte der mitochondrialen Proteinsynthese resultieren.

3. Missense-Mutationen, die eine Aminosäure ändern und damit eine wichtige Funktion der Polypeptide in der Atmungskette stören.

Labordiagnostik: Ein Enzymdefekt in der Atmungskette führt zu einer Zunahme der Reduktionsäquivalente NADH und FADH im Mitochondrium und Zytoplasma und zu einer Funktionseinschränkung des Zitronensäurezyklus. Im Mitochondrium induziert der NADH-Überschuss die vermehrte Bildung von β-Hydroxybutyrat aus Acetacetat und im Zytoplasma wird vermehrt Lactat aus Pyruvat gebildet. Diese Verschiebungen sind stärker ausgeprägt nach schwerer körperlicher Arbeit und nach der Nahrungsaufnahme, da vermehrt NAD für die Oxidation von aus der Glykolyse kommenden Substraten benötigt wird. Auf Grund einer verminderten Funktion des Zitronensäurezyklus wird Acetyl-CoA vermehrt der Ketogenese zugeführt und es resultiert ein Anstieg der Ketonkörper nach den Mahlzeiten. Deshalb sind eine Hyperlactatämie, eine paradoxe Ketonämie, der Anstieg des Quotienten Lactat/Pyruvat auf über 20 bzw. von NADH/NAD auf über 20 verdächtig auf einen Atmungskettendefekt /35/.

Verschiedene Defekte: Krankheits relevante Längenmutationen treten meist sporadisch auf und können weite Abschnitte des Genoms betreffen. Die bekannteste ist die etwa 5.000 bp lange Common deletion. Sie betrifft etwa ein Drittel des gesamten Genoms und führt zum Verlust von Genen, die für Untereinheiten der Komplexe I, IV, V sowie für 5 tRNA kodieren.

– Letale infantile Defekte: Diese Defekte werden in einer Inzidenz von 1 : 10.000 berichtet. Phänotypisch können je nach Organmanifestation auftreten /3637/:

  • Die chronisch progressive externe Ophthalmopathie (CPEO), eine okulare Myopathie mit retinaler Pigmentdegeneration und Dysfunktionen im Zentralnervensystem.
  • Kearns-Saire-Syndrom (KSS) mit CPEO, Retinitis pigmentosa, Kardiomyopathie, proximaler Muskelschwäche und sensineuralem Hörverlust.
  • Pearson-Syndrom (sideroachrestische Anämie, Panmyelophthisis, exokrine Pankreasinsuffizienz).
  • Alpers-Syndrom: Progressive cerebrale Degeneration, schwere Krämpfe und Leberschädigung.
  • Myoklone Epilepsie und Ragged Red Fiber Disease (MERRF), eine Erkrankung, die in jedem Lebensalter beginnen kann. Die Symptome sind Epilepsie, cerebellare Ataxie und Muskelrisse.
  • Mitochondriale Enzephalomyopathie, Lactatazidose und Schlaganfall-ähnliche Episoden (MELAS): Die Patienten sind gewöhnlich jünger als 45 Jahre und erscheinen wie junge Schlaganfallpatienten. Eine A3243G-Mutation im Gen der tRNA ist in 80 % der Fälle verantwortlich.
  • Das Leigh-Syndrom, auch als subakute nekrotisierende Enzephalopathie bekannt, wird vermutet, wenn kraniale Nervenstörungen und respiratorische Dysfunktionen bei Kleinkindern auftreten. Der COX-Defekt ist die häufigste biochemisch nachweisbare Störung bei Kleinkindern mit systemischer mitochondrialer Erkrankung. Als Ursache der hypertrophen Kardiomyopathie im Kindes- und Erwachsenenalter spielen Atmungskettendefekte ebenfalls eine Rolle /37/.

Tabelle 5.6-7 Ischämischer Vorderarm-Test (McArdle)

Prinzip: Unter Ischämie und Arbeit des Unterarmes kommt es beim Gesunden innerhalb von 2 min zu einem maximalen Anstieg von Lactat (5–25 fach) unterhalb der Stauung, der sich erst nach 20–30 min normalisiert. Bei Glykogenose Typ V (McArdle disease) bleibt der Anstieg aus oder ist gering /46/.

Durchführung:

  • Blutdruckmanschette anlegen, nicht stauen
  • Dauerkanüle in Ellenbeuge oder Unterarm legen
  • Lactat vor Belastung abnehmen
  • Manschette über systolischen Wert aufblasen zur Erzeugung einer Ischämie
  • Patient maximal die Hand komprimieren lassen, 2 min, z.B. Blutdruckmanschette eines 2. Blutdruckmessers auf über 300 mm Hg bringen lassen oder Vigosimeter nehmen
  • Ischämie lösen, ab diesem Zeitpunkt nach 1, 5, 10, 15 und 20 min Blut für Lactat abnehmen.

Tabelle 5.6-8 Nicht-ischämischer Vorderarm-Test

Prinzip: Bei liegendem Venenkatheter drückt der Proband mit mindestens 70 % seines Kräftevermögens für 30 sec mit der Hand einen an ein Dynamometer angeschlossenen Handgriff. Zu festgesetzten Zeitpunkten erfolgen Blutentnahmen für die Bestimmung von Lactat und Ammoniak. Die Blutentnahmen erfolgen vor, sowie 1, 2, 3, 4, 6 und 10 min nach Beendigung der Übung. Einzelheiten zur Durchführung siehe Lit. /12/.

Tabelle 5.6-9 Meningeale und cerebrale Erkrankungen, bei denen Lactat im Liquor bedeutsam für die Differentialdiagnose, Therapiekontrolle und Prognose ist

Meningitis – Bakterielle Meningitis: Liquorbefunde sind: Eine Leukozytenzahl über (0,7–1,2) × 109/l mit über 60 % Granulozyten, Protein über 50 mg/dl bis über 80 mg/dl, Glucose unter 45 mg/dl (2,5 mmol/l) bzw. ein Glucosequotient Liquor/Serum unter 0,5; außerdem der Nachweis von Bakterien im Gram-Präparat.

Die Bedeutung des Lactats bei der bakteriellen Meningitis ergibt sich aus folgenden Daten: Eine Lactatkonzentration über 32 mg/dl (3,5 mmol/l) hat eine diagnostische Sensitivität von 100 % bei einer Spezifität von 93 % und einen positiven prädiktiven Wert von 48 %. Wird die Kombination einer Liquorzellzahl über 0,8 × 109/l und zuvor genanntem Lactat herangezogen, steigt die Spezifität auf 99 % und der positive prädiktive Wert auf 88 %, die diagnostische Sensitivität nimmt jedoch auf 71 % ab /5/.

Lactat und die Leukozytenzahl normalisieren innerhalb von 10 Tagen nach effektiver antibiotischer Therapie.

– Virale Meningitis: Am ersten Tag können sowohl die Leukozytenzahl als auch der Granulozytenanteil erhöht sein. Mit der Bestimmung von Lactat ist keine sichere Abgrenzung zur bakteriellen Meningitis möglich, da leicht bis mäßig erhöhte Werte auftreten können. Unmöglich ist die Abgrenzung der viralen Meningitis von Patienten ohne Meningitis an Hand des Lactats, da eine starke Überlappung beider Kollektive vorliegt /38/.

– Tuberkulöse Meningitis, Pilzmeningitis: Es können Konzentrationen an Lactat gemessen werden mit Werten im unteren Bereich des Kollektivs der bakteriellen Meningitis. Unter effektiver Therapie bei tuberkulöser Meningitis kann die Normalisierung des Lactats mehrere Wochen dauern.

Insult – Ischämischer Insult: Liquorlactat steigt an, es besteht eine Beziehung zur Größe des Infarktödems und zum Ausmaß der Bewusstseinstrübung. Ein Lactatanstieg über 27 mg/dl (3,0 mmol/l) wird als prognostisch ungünstig angesehen /38/.

– Hämorrhagischer Insult: Besteht die Verbindung eines Blutungsherds mit den Ventrikeln, ist der Liquor blutig tingiert. Wird bei einem Insult-Patienten blutiger Liquor punktiert, ergibt sich die Fragestellung, ob ein hämorrhagischer Insult vorliegt oder eine artifizielle Blutbeimengung, die durch die Punktion erfolgte. Normale Lactatwerte sprechen für eine artifizielle Blutbeimengung /38/.

Epileptischer Anfall, transitorische Ischämien, Synkopen: Bei nur unzureichend möglicher Anamnese und fehlendem klinischen Befund kann ein generalisierter epileptischer Krampfanfall von Synkopen oder transitorischen ischämischen Attacken an Hand des Liquorlactats abgegrenzt werden. Der generalisierte epileptische Krampfanfall geht mit einem deutlich erhöhten Lactat und einem erhöhten Prolactin für 6–12 h einher /38/.

Hirntumoren, Gefäßerkrankungen des Gehirns: Bei Hirntumoren und Gefäßerkrankungen des Gehirns werden Konzentrationen von Lactat bis 84 mg/dl (9,3 mmol/l) gemessen /5/. Die Bestimmung von Lactat allein hätte in einer Studie /5/ in 3 % der Fälle zur Fehldiagnose einer akuten bakteriellen Meningitis geführt. Ist aber gleichzeitig die Leukozytenzahl über 0,8 × 109/l können Tumoren und Gefäßkrankheiten praktisch ausgeschlossen werden.

Angeborene Stoff­wechsel­erkran­kungen des Gehirns: Erhöhtes Lactat wird im Liquor cerebrospinalis bei angeborenen Stoffwechselerkrankungen unter Mitbeteiligung des Zentralnervensystems gemessen, z.B. beim Mangel an Pyruvatdehydrogenase. In einer Studie bei Kindern mit Atmungsketten Defekten war bei 8 von 11 Kindern Lactat im Liquor höher als 27 mg/dl (3,0 mmol/l). Im Serum hatten jedoch zwei Kinder keine Erhöhung von Lactat. Die Bestimmung von Lactat im Liquor wird deshalb als ein wichtiger primärer Test zur Erkennung dieser Erkrankungen angesehen /39/.

Glutamin Gewebe-NH 4 + NH 4 + Zytoplasma Glutamin Harnstoff Harnstoff α-Keto-glutarat Glutaminase Glutamin Glutamat Glutamin- Synthetase Gluta-minase Ketone Ketone Acylcarnitin Acyl-CoA Fettsäure- oxidation Acetyl-CoA α-Ketoglutarat GLDH ATP N-acetyl- glutamat CP S Harn-stoff Mitochondrium Acyl-CoA α-Ketoglutarat HCO 3 Zitronensäure-Zyklus Citrat Carbamoyl- phosphat α-Ketoglutarat Malat Oxalacetat Pyruvat Orotidin Pyrimidin Glucose Lactat Alanin Orotsäure Orotidin-5-P OTC Citrullin Citrullin Aspartat AST α-Ketoglutarat Oxalacetat ATP AS AL Arginin Fumarat Arginas e Ornithin Ornithin Glutamat Arginin-succinat Carnitin Harnstoff-Zyklus Harn Nierentubuluszelle Leberzelle NAGS Pyruvat 2NH 4 + 2NH 4 +

Abbildung 5.1-1 Strukturelle und funktionelle Organisation und Regulation des hepatischen und renalen Metabolismus von Ammoniak, modifiziert nach Lit. /1317/.

Beim Proteinabbau in der Leberzelle gebildete NH4+ werden entweder über den Harnstoffzyklus entgiftet oder in Form der Bildung von Glutamin kurzfristig intra mitochondrial gespeichert. In anderen Geweben entstehende NH4+ werden in Form von Glutamin zur Leber transportiert und dort wie endogen gebildetes Glutamin in den Harnstoffzyklus eingeschleust. Bei Azidose wird HCO3 konserviert und der Harnstoffzyklus herunterreguliert. Unter diesen Bedingungen halten die Nieren die NH4+-Homöostase aufrecht durch die verstärkte Aufnahme von Glutamin und die Freisetzung von NH4+ in den Harn.

Bei den Harnstoffzyklus Defekten besteht der Mangel eines der 5 Enzyme des Zyklus: Carbamoylphosphat Synthetase (CPS), Ornithin Transcarbamoylase (OTC), Argininsuccinat Synthetase (AS), Argininsuccinase (AL) und Arginase.

Die Funktion des Harnstoffzyklus ist von der Acetyl-CoA-Verfügbarkeit abhängig, die aus der Fettsäureoxidation und dem Pyruvatmetabolismus stammt. Störungen dieser Stoffwechselwege führen zur Entwicklung sekundärer Hyperammonämien.

NAGS, N-Acetyl-Glutamat-Synthetase; GLDH, Glutamat-Dehydrogenase; AST, Aspartat-Aminotransferase

Ammoniak-Puffer- undTransport- system Glutamin Glutathion Energie- bildung GABA Urea α-KG Aminosäuren N-acetylglutamat- Synthetase Aminotransferasen GAD Glutaminase Glutamin- Synthetase Glutamat Glutamat GLDH Proteinsynthese und Degradation Ammoniak-Entgiftung Neurotransmitter Zitronensäure- zyklus NAG + + NH3 NH3 NH2

Abbildung 5.1-2 Stoffwechselwege des Glutamats, modifiziert nach Lit. /24/. Aufgezeigt sind die Wege der Harnstoffbildung, zur Energiesynthese im Zitronensäurezyklus, zur Bildung des Neurotransmitters γ-Aminobuttersäure, zur Pufferung von Protonen sowie zur Bildung und Degradation von Aminosäuren. NAG, N-acetyl-Glutamat; α-KG, α-Ketoglutarat; GAD, Glutamat-Decarboxylase; GLDH, Glutamat-Dehydrogenase; GABA, γ-Aminobuttersäure.

Ikterus Pathologisch Erworbene Bilirubin-Stoffwechselstörung Normal Angeborene Bilirubin-Stoffwechselstörung wahrscheinlich Bilirubin vorzugsweise Konjugiert Unkonjugiert M. Gilbert Crigler-Najjar ICrigler-Najjar II SBP retention (45 min.) NormalDubin-Johnson(BSP-Retention 90 min > 45 min) Pathologisch(Rotor-Syndrom) Bilirubin < 6 mg/dL (103 μmol/L) Bilirubin > 6 mg/dL (103 μmol/L) ALT, GGT, ChE Ausschluss eines Bilirubin-Überangebotes, z.B. Bestimmung von Hämoglobin, Retikulozyten, LDH

Abbildung 5.2-1 Differentialdiagnose der hereditären Hyperbilirubinämie.

Serum-Bilirubin (mg/dL) Alter (Stunden) 0 10 15 20 5 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 Serum-Bilirubin (μmol/l) 85 170 255 340 Hoch-Risikobereich Niedrig-Risikobereich Anstiegsrate:0,2 mg/dl/h (hohes Risiko)0,15 mg/dl/h (mittleres Risiko)0,10 mg/dl/h (niedriges Risiko)

Abbildung 5.2-2 Stunden bezogenes Bilirubinnomogramm, das den Anstieg des Bilirubins reifer oder nahezu reifer Neugeborener zeigt. Der Anstieg der Niedrigrisiko-Linie (40. Perzentile) beträgt 0,1 mg/dl/h, der Linie mit dem intermediären Risiko (75. Perzentile) 0,15 mg/dl/h und der Linie mit dem hohen Risiko einer Bilirubin Enzephalopathie (95. Perzentile) 0,20 mg/dl/h. Mit freundlicher Erlaubnis nach Lit. /75/.

Häm Hämoxygenase NADPH NADP CO COHb Biliverdin Bilirubin Biliverdin Reduktase InhaliertesCO Interaktion mit anderen Enzymen(z.B. Guanyl- cyclase) Pulmonale Elimination NADPH Cytochrom P450-Reduktase

Abbildung 5.2-3 Abbau des Hämmoleküls.

CO 2 H CH 2 CH 2 NH O O NH NH NH CH 2 CO 2 H CH 2 CH 2 CH 2 CH Me Me Me CH Me CH 2 CH CH AB CD Vereinfachte Struktur Z-Z-Konfiguration A B C D

Abbildung 5.2-4 Struktur des unkonjugierten Bilirubins (Bu). Primär erscheint Bu auf Grund seiner beiden Propionsäure Seitenketten nicht apolar; vereinfachte Struktur oben. Die gefaltete Struktur in der ZZ-Konformation (unten) ist apolar, da die Propionsäure Seitenketten über Wasserstoffbrückenbindungen an die Pyrrolringe fixiert sind.

Acyl-CoA Acyl-CoA-Synthethase Freie Fettsäuren Carnitin- Palmitoyl- Trans- ferase I Carnitin- Palmitoyl- T ransferase II Äußere Mitochondrien-Membran Innere Mitochondrien- Membran Carnitin- Acetyl- T ransferase Acyl-CoA Adenin- nukleotid- T ranslokase Carnitin-/ T ranslokase Carnitin-/ Acylcarnitin- Translokase CoA Carnitin Malonyl- CoA Carnitin Carnitin Carnitin Acetylcarnitin Acetyl- carnitin Matrix AT P AT P CoA Carnitin Carnitin CoA Acetyl-CoA β-Oxidation O 2 Zitronen- säure - zyklus Carnitin Acylcarnitin Acylcarnitin Acyl-Co Acylcarnitin-

Abbildung 5.3-1 Mitochondriales Carnitin System. Erklärung siehe Pathophysiologie.

Acyl-CoA + L-Carnitin Acyl-L-Carnitin + CoA Proteine Kohlenhydrate Fette Aminosäuren Glukoneogenese Zitratzyklus Cholesterinsynthese Fettsäuresynthese Acetylierungen Ketogenese Abbau Glykolyse β-Oxidation 1. Carnitinmangel2. CPT-Mangel ↓ Glucose Fettsäuren

Abbildung 5.3-2 Angriffspunkte des Carnitins im Stoffwechsel sind:

– Seine essentielle Funktion bei der β-Oxidation der langkettigen Fettsäuren in den Mitochondrien, wobei die aktivierten Fettsäuren in Form der Acylcarnitine durch die innere Mitochondrienmembran transportiert werden. Diese Funktion kann durch Carnitinmangel oder durch verminderte Aktivität der Carnitin-Palmitoyl-Transferasen (CPT) gestört sein.

– Die Beeinflussung des Acetylierungsgrades, besonders des Coenzyms A, einer der zentralen Substanzen im Intermediärstoffwechsel. Viele der pleiotropen Wirkungen des Carnitins lassen sich auf die Regulierung der Verfügbarkeit von Coenzym A für essentielle Stoffwechselwege zurückführen.

S-Adenosyl-L-Methionin Protein-gebundenes 6-N-Trimethyllysin Protein-gebundenes L-Lysin 6-N-Trimethyllysin Protein-Hydrolyse 3-OH-6-N-Trimethyllysin 6-N-Trimethyllysin-Hydroxylase 4-Trimethylaminobutyraldehyd 3-OH-6-N-Trimethyllysin-Aldolase 4-Trimethylaminobutyrat (Butyrobetain) 4-Trimethylaminobutyral-dehyd-Dehydrogenase L-Carnitin Butyrobetain-3-Hydroxylase

Abbildung 5.3-3 Endogene Synthese des Carnitins. Mit freundlicher Genehmigung nach Lit. /30/. Die meisten Gewebe können die Syntheseschritte vom Protein gebundenen Trimethyllysin zum Butyrobetain durchführen, das wichtigste Organ ist jedoch der Skelettmuskel. Die Hydroxylierung vom Butyrobetain zum Carnitin ist auf das Leber- und Nierengewebe begrenzt. Der limitierende Schritt der endogenen Carnitin Synthese ist die Hydrolyse von Muskelprotein.

VLDL Triglyceride Acylcarnitine Ketonkörper Glycerate-3P Carnitin CPT I Glucose Pyruvat Fettsäure-acetyl-CoA Fettsäure ACC Insu-lin + Acetyl-CoA Acetyl-CoA Malonyl-CoA Zitronen-säure

Abbildung 5.3-4 Regulatorische Rolle der Carnitin-Palmitoyl-Transferase I (CPT I) in der Leber. Mit freundlicher Genehmigung nach Lit. /31/. Das Enzym unterliegt der Kontrolle von Malonyl-CoA. Eine ansteigende Konzentration hemmt die CPT I, wodurch die Synthese von Triglyceriden aus Fettsäureacyl-CoA und Glycerat-3-phosphat gefördert wird. Eine niedrige Konzentration aktiviert die CPT I. Es werden verstärkt Fettsäuren verbrannt und Ketonkörper gebildet. ACC, Acetyl-CoA Carboxylase.

876543 4764163574297238178 Harnsäurewerte (mg/dl; μmol/L) 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Jahre

Abbildung 5.4-1 Harnsäure im Serum in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und Rasse. Daten der Bogolusa Heart Study. Mit freundlicher Genehmigung nach Lit. /25/.

weiß und weiblich; weiß und männlich; schwarz und weiblich; schwarz und männlich.

Ribose-5-phosphat + ATP 5-Phosphoribosyl-pyrophosphat Glutamin 5-Phosphoribosyl-amin Guanylsäure Guanosin Guanin Inosinsäure Inosin Hypoxanthin Xanthin Harnsäure Adenylsäure Adenin Adenosin 2 5 5 4 7 7 6 3 1

Abbildung 5.4-2 Wichtige enzymatische Schritte in der Regulation des Purinstoffwechsels /20/:

1. Phosphoribosyl-pyrophosphat Synthetase (PRPP Synthetase);

2. Glutamin-Phosphoribosylpyrophosphat-Amidotransferase;

3. AMP-Desaminase,

4. Adenosindesaminase;

5. Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyl transferase (HGPRT);

6. Adenosin-Phosphoribosyltransferase (APRT);

7. Xanthinoxidase;

Rückkopplungshemmung.

Acetoacetat β-Hydroxybutyrat NADH + H + NAD + O = C - CH 3 CH 2 COO - - - H HO - C - CH 3 CH 2 COO - - - - CH 3 O = C CH 3 Aceton - - CO 2 (1) (2) (3)

Abbildung 5.5-1 Umwandlung des Ketonkörpers Acetacetat in β-Hydroxybutyrat und Aceton. Die Reaktionen 1 und 2 werden durch die β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase katalysiert, die Reaktion 3 läuft spontan ab.

NAD NADH β-HB AcAc Thio-NAD Thio-NADH

Abbildung 5.5-2 Prinzip der Bestimmung der Gesamt-Ketonkörper mit einer Recycling-Methode. Die Rate des Thio-NADH-Anfalls wird gemessen.