Theoretische Grundlagen
Die 4-5 g Eisen im menschlichen Körper sind verteilt auf
- O2-Transport (Hämoglobin – 66%)
- O2-Speicherung (Myoglobin – 4,5%)
- Eisenspeicherungsproteine (Transferrin, Ferritin und Hämosiderin – 19%)
- Atmungskettenproteine (Nicht-Häm-Proteine – 10%)
- Hämproteine (Katalasen, Peroxidasen – 0,5%).
Wir nehmen täglich 10-20 mg Eisen mit der Nahrung auf. Davon reabsorbiert werden aber lediglich 10%. Nur im Falle eines Eisenmangels kann die Reabsorption bis gegen 40% angsteigen. Das Eisen,
das durch den Abbau von Erythrozyten freigesetzt wird, bleibt dem Körper erhalten. Nur das durch Harnausscheidung und Stuhlgang bzw. durch Blutverluste (Menstruation) ausgeschiedene Eisen muss
deshalb mit der täglichen Nahrung aufgenommen werden.
Reabsorption, Transport und Eisenbindungsfähigkeit
Eisen-Ionen werden vorwiegend im Duodenum und im Jejunum aufgenommen. Um das mit der Nahrung aufgenommene Eisen reabsorbieren zu können, muss es in die Fe2+-Form überführt werden.
Nur so kann es biologische Membranen durchqueren. Zwei Reaktionen finden deshalb im Dünndarm statt:
- Freisetzung des Eisens aus den Nahrungsproteinen durch den Magensaft
- Reduktion von Fe3+ zu Fe2+ durch Cystein, Vitamin C, Glutathion etc.
Nach der Reabsorption wird das Eisen in der Dünndarmmukosa wieder zu Fe3+ oxidiert und an Apoferritin gebunden. Der Eisentransport im Blut geschieht unter Bindung an Transferrin (2 Fe3+ pro
Transferrin-Molekül). Nur gerade 1/3 der totalen Eisen-Bindungskapazität des Blutes wird ausgenützt! Täglicher Umsatz:
- Ein gesunder Mann (ohne Blutverlust) benötigt pro Tag etwa 1mg Eisen, d.h. er muss gegen 10mg Eisen mit der Nahrung aufnehmen.
- Eine Frau benötigt etwas mehr Eisen, da sie über
die Menstruationsblutungen regelmässig Blut und damit Eisen verliert (25mg/mt). Auch während der Schwangerschaft steigt der
Eisenbedarf (Fetus, Plazenta, Muttermilch etc.). Deshalb kommen Eisenmagel-Anämien bei Frauen häufiger vor als bei Männern.
- Mit dem Wachstum nimmt auch das Blut- und Organvolumen
zu, weshalb Kinder mehr Eisen benötigen als ein Erwachsener.
Serumeisendosierung
Prinzip der Dosierung:
Transferrin wird mit Hilfe von chaotropen Detergentien denaturiert (keine Ausfällung!), wobei Eisen und Apotransferrin freigesetzt werden. Beschleunigt wird die Reaktion noch durch die gleichzeitige
Reduktion von Fe3+ zu Fe2+ durch Ascorbinsäure. Das Fe2+ reagiert anschliessend mit einem Chelator (Ferrozin), wodurch sich ein photometrisch messbarer roter Komplex bildet.
Ausführung:
Die Reagenzgläser müssen vorgänglich mit Säure gewaschen werden, um Eisenrückstände zu entfernen.
Bemerkungen:
- Mögliche Verfälschungen durch Eisenrückstände
- Blutentnahme mit nicht reduzierenden Nadeln
- Verfälschung der Resultate durch Trübung des Blutes (z.B. Lipoproteine)
- Hämoglobin reagiert nicht mit dem Denaturierungsdetergens, folglich wird nur das ans Transferrin gebundene
Eisen gemessen.
- Normalwerte von Serumeisen: 16-25 mmol/l (sehr variabel!)
Totale und latente Eisenbindungskapazität
Prinzip der Messung:
Neben dem Transferrin findet sich auch Apotransferrin im Blut. Um die totale und latente Eisenbindungskapazität bestimmen zu können, wird das vorhandene Apotransferrin mit einem Eisenüberschuss
abgesättigt. Das überschüssige Eisen wird durch Eisencarbonat-Komplexierung entfernt. Der Niederschlag wird durch Zentrifugation von der Lösung getrennt. Daraufhin lässt
sich das ganze an Transferrin gebundene Eisen messen.
Auswertung:
Totale Eisenbindungskapazität = latente Eisenbindungskapazität + Serumeisenkonz.
Achtung: Verdünnungsfaktor!
Bemerkungen:
- Normalwert totale Eisenbindungskapazität: 50-75 mmol/l.
- Serumeisen zu tief: Eisenmangelernährung, Eisenmalabsorption, chronischer Blutverlust, Niereninsuffizienz, Schwangerschaft etc.
- Serumeisen zu hoch: perniziöse und hämolytische Anämien,
Hepatitis etc.
- Eisenbindungskapazität vermindert: Hepatitis, Anämien etc.
- Eisenbindungskapazität erhöht: Eisenmangelernährung, chronischer Blutverlust, Malabsorption etc.
Fragen:
- Kinetische Reaktionen – Zeit und Temperatur abhängig!
- Endpunktbestimmung – Zeit und Temperatur unabhängig!
- Chaotrope Agenzien: - hohe Konzentration an Harnstoff (verhindert Ausfällung von
Proteinen im Harn!)
- Chlorhydrid-Guanidin
Calciumdosierung im Serum
Theoretische Grundlagen
Absorption und Exkretion von Calcium:
Mit der Nahrung nehmen wir täglich etwa 1g Calcium auf. Gegen 50% werden davon im Duodenum reabsorbiert. Die Calcium-Aufnahme ist 1,25-Dihydroxycholecalciferol-abhängig. Im Wachstum und
in der Schwangerschaft steigt die Calcium-Nachfrage des Körpers. 99% des im Körper vorhandenen Calciums ist in den Knochen gespeichert. Das restliche 1% befindet sich im Extrazellulärraum
(Plasma, Interstitium):
- Calcium-enthaltende Proteine (vor allem Albumin)
- Freie Calcium-Ionen (wichtig für Neurotransmission und Muskelkontraktion)
- Nicht-ionisiertes, gebundenes Calcium (Citrat, Phosphat etc.)
Innerhalb der Zellen befindet sich das Calcium hauptsächlich in den Mitochondrien und im rauhen endoplasmatischen Retikulum. Das Zytoplasma ist Calcium-arm.
Die über die Nieren ausgeschiedene Calciummenge ist gering, da der grösste Teil im proximalen Tubulus wieder reabsorbiert wird. Trotzdem stellt die Urinausscheidung den grössten Calciumverlust
des Körpers dar. Calcium- und Phosphatregulation im Blut:
Calcium- und Phosphatkonzentration werden durch drei Hormone geregelt:
- Parathormon (bei Hypocalcemie)
- 1,25-Dihydroxycholecalciferol (bei Hypocalcemie) – Aktivierung des D3-Vitamins durch Hydroxylierung in Leber und Niere
- Thyreocalcitonin (bei Hypercalcemie) – aus den parafollikulären
C-Zellen der Schilddrüse.
Funktionen des Calciums:
- Calcium und Phosphat sind die Hauptbestandteile der mineralen Knochenmaterie (Hydroxyapatit-Kristalle). Der organische Anteil besteht aus Kollagen.
- Calcium ist wichtig für eine normale
Blutgerinnung. Calcium-Chelatoren sind Antikoagulatoren (Citrat, EDTA etc.).
- Calcium ist second messenger für Sekretions- und Kontraktionsvorgänge.
Prinzip der Messung:
Calcium reagiert mit einem Chelator und bildet einen photometrisch messbaren Komplex. Da Methylthymol als Chelator nicht Calcium-spezifisch ist, muss zuerst das Magnesium mit einem spezifischen
Chelator aus dem Blut entfernt werden. Da das Messergebnis leicht durch Trübungen (Hämoglobin, Bilirubin etc.) verfälscht werden kann, wird eine zweite Messung nach Zugabe von EDTA durchgeführt,
wobei die ganzen farbigen Calcium-Komplexe durch das starke EDTA aufgelöst werden.
Diese Messung ermöglicht die Dosierung der Gesamtcalcium-Konzentration, da Methylthymol eine grössere Affinität für Calcium besitzt als die Serumproteine (z.B. Albumin). Bemerkungen:
- Normalwerte: 2.25 – 2.75 mmol/l
- Hypocalcemie – bei Hypoparathyroidie, Vitamin D-Mangel oder Niereninsuffizienz. Bei verminderter Calciumkonzentration steigt neuromuskuläre
Erregbarkeit. Es kann dadurch leicht zu Krämpfen
kommen.
- Hypercalcemie – bei Hyperparathyroidie, verstärktem Knochenabbau und D-Hyper-vitaminose. Eine Hypercalcemie senkt die Erregbarkeit der Zellen.
Bestimmung des Bilirubins im Serum
Theoretische Grundlagen
Das beim Abbau von Hämoglobin über Biliverdin entstehende Bilirubin (wasserunlöslich) wird im Blut an Albumin gebunden und so im Blutplasma zur Leber transportiert. Dort erfolgt die
Assoziation mit Glucuronsäure, wodurch das Bilrubin wasserlöslich wird und über die Gallenwege ausgeschieden werden kann. Ein kleiner Teil des Bilirubindiglucuronids wird ins Blut
sekretiert. Da dieses Bilirubindiglucuronid im Plasma mit nur geringer Affinität am Albumin haftet, nennt man es auch freies Bilirubin. Während das Blutplasma normalerweise nur wenig freies
(konjugiertes) Bilirubin enthält, ist in der Galle nur konjugiertes Bilirubin (Bilirubindiglucuronid) vorhanden. Je nach dem ob das konjugierte Bilirubin, das unkonjugierte Bilirubin oder beide
im Blutplasma erhöht sind, muss eine unterschiedliche Diagnose gestellt werden. Deshalb ist es wichtig, das gesamte Bilirubin und das Bilirubindiglucuronid getrennt zu bestimmen. Dies ist mit
der Van der Bergh Diazoreaktion in ihrer Orginalausführung oder in der Modifikation nach Jendrassik möglich. Van der Bergh konnte zeigen, dass unkonjugiertes Bilirubin nicht mit dem Diazoreagens
reagiert, während das Bilirubindiglucuronid (freies Bilirubin) mit dem gleichen Reagens sofort einen rot-violetten Farbstoff entstehen lässt. Denaturiert man dagegen die Serumeiweisse mit
Methanol, so wird das unkonjugierte Bilirubin freigesetzt. Danach reagiert es mit dem Diazoreagens zum rot-violetten Farbstoff. Aus diesem Grund wurde das unkonjugierte, stark an Albumin gebundene
Serumbilirubin auch „indirektes“ (indirekt reagierendes) Bilirubin, das Bilirubindiglucuronid „direktes“ (direkt reagierendes) Bilirubin und die Summe beider Gesamtbilirubin
des Serums genannt.
Bemerkungen:
- Normalwerte: Gesamtbilirubin = 5-20 mmol/l, Bilirubindiglucuronid < 5 mmol/l.
- Gelbsucht (Icterus) bei Gesamtbilirubinkonzentration > 40 mmol/l.
- Hämolytische Gelbsucht: reine Erhöhung des indirekten Bilirubins.
- Hepatische Gelbsucht: direktes und indirektes Bilirubin sind erhöht (Lebererkrankung)
- Verschluss-Icterus: primäre Erhöhung der direkten Bilirubinkonzentration
- Neugeborenen-Icterus: Während des intrauterinen Lebens gibt der Fetus sein Bilirubin in unkonjugierter
Form durch die Plazenta ab. Nach der Geburt muss er sein Bilirubin selbst konjugieren, azu fehlt ihm zunächst aber das entsprechende Enzym. Zudem enthält das Blut des Neugeborenen mehr
Erythrozyten als für das extrauterine Leben nötig sind. Deshalb kommt es in
den ersten Tagen nach der Geburt zu einem relativ starken Erythrozytenabbau mit einem Anstieg der indirekten Bilirubinkonzentration (physiologischer Icterus). Noch stärker erhöht ist
das Bilirubin beim hämolytischen Icterus der Neugeborenen (z.B. bei Rhesus-Unverträglichkeit). In solchen Fällen ist ein vollständiger Blutaustausch notwendig.
- Wenn die Bilirubinkonzentration über
40 mmol/l im Blutplasma ansteigt, wird Bilirubin zunehmend in der Haut deponiert; man wird gelb (Gelbsucht). Am frühesten sieht man die gelbe Farbe
des eingelagerten Bilirubins in den normalerweise weissen Skleren der Augen.
- Da das indirekte Bilirubin an Albumin gebunden ist, kann es in den Nieren nicht filtriert werden. Freies Bilirubin
erscheint im Harn, wenn krankhafterweise grössere Mengen von Bilirubindiglucuronid
aus der (gestauten) Galle ins Blut zurückresorbiert werden, z.B. bei Verschluss-Icterus, besonders, da in diesem Falle auch Gallensäuresalze ins Blut übertreten und Bilirubin vom
Albumin verdrängen.
- Der physiologische Erythrozytenabbau beträgt etwa 1% der Erythrozyten pro Tag. Wenn durch chronische Hämolyse 5% der Erythrozyten pro Tag abgebaut werden, so
ist die Ausscheidungskapazität
der Leber überschritten und die Bilirubinkonzentration steigt an.
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