Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten

1. Gliederung 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten 1. Enzyme 2. Marker im Blut 3. Myokardinfarkt 4. Leberschaden

2. 1. Enzyme: Aufbau 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Ein Enzym ist ein Protein, welches eine chemische Reaktion katalysiert. 1. Reine Protein-Enzyme bestehen ausschließlich aus Protein, z.B. Chymotrypsin. 2. Holoenzyme bestehen aus einem Proteinanteil, dem Apoenzym, sowie aus einem Cofaktor (z. B. Vitamin C). Enzyme, welche die gleiche Reaktion katalysieren, aber eine verschiedene Struktur (Aminosäurensequenz) aufweisen, bezeichnet man als Isoenzyme.

3. 1. Enzyme: Funktion 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Enzyme sind Biokatalysatoren, dass heißt sie können die Aktivierungsenergie einer Reaktion so herabsetzen, so dass sie unter physiologischen Bedingungen ablaufen kann. Für die katalytische Wirksamkeit eines Protein-Enzyms ist das aktive Zentrum verantwortlich.

4. 1. Enzyme: Funktion 2 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten

5. 2. Marker: Allgemein 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Marker werden in der Medizin zur Diagnostik bestimmter Krankheiten benutzt. Ein Marker ist eine Körpersubstanz, deren Vorhandensein auf Erkrankungen hinweist. Die meisten der Substanzen treten gelöst in Körperflüssigkeiten auf, sie werden als humorale Marker bezeichnet. Einige Markersubstanzen finden sich aber auch in oder auf Zellen (zelluläre Marker). Enzyme im Blut spielen hierbei eine große Rolle. Dabei ist die Funktion des einzelnen Enzyms nicht von diagnostischer Bedeutung, viel mehr kommt es auf die Herkunft dieses Enzyms an. Herz:CKMB Leber: ALT!, GLDH, LDH

6. 2. Marker: Enzymdiagnostik 01.12.2005 mmol 1 U (Unit) = 1 min S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Kommt es im Körper zu einer Gewebeschädigung, dann ergießen die abgestorbenen Zellen ihr Zytoplasma unter anderem ins Blut. So gelangen zytoplasmatische, teils organspezifische Enzyme ins Blut, wo sie zum Beispiel photometrisch nachgewiesen werden können. Die absolute Menge eines Enzyms ist sehr aufwendig zu bestimmen. Einfacher ist es, die Aktivität dieses Enzyms zu bestimmen: Dem Enzym wird ein Substrat zugesetzt und es wird beobachtet, wieviel davon pro Zeiteinheit umgesetzt wird. hjhjhjhjhjh(siehe Praktikum Enzyme, Laktatdehydrogenase-Versuch)

7. 3. Myokardinfarkt: Allgemein 01.12.2005 • Bei einem Herzinfarkt stirbt ein Teil des Herzmuskels durch den Verschluß eines Herzkranzgefäßes ab. • Die häufigste Ursache des Herzinfarktes ist die Arteriosklerose. • Folgende Untersuchungen sind wegweisend: • Elektrokardiogramm (EKG) • Konzentration der Herzenzyme und Proteine im Blut • In Deutschland erleiden jährlich mehr als eine halbe Million Menschen einen Herzinfarkt. S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten

8. 3. Myokardinfarkt: Herzenzyme 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Bei einem Herzinfarkt kommt es zur Schädigung der Herz-muskelzellen. Enzyme und Proteine werden freigesetzt und können dann im Blutserum nachgewiesen werden. • Es gibt Enzyme und Proteine bzw. ganz bestimmte Isoformen bestimmter Enzyme oder Proteine, die fast nur oder überwiegend im Herzmuskel vorkommen. • Die Höhe des Anstiegs gibt Hinweise auf das Ausmaß der Schädigung. • Die Enzymwerte steigen erst mit einer Verzögerung von einigen Stunden an und müssen daher unmittelbar nach einer Schädigung noch nicht erhöht sein.

9. 3. Myokardinfarkt: Kardiale Marker 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Anforderungen an einen idealen kardiale Marker: • spezifisch für Herzmuskel • schneller Anstieg im Blut nach kardialem Ereignis • deutlicher Anstieg bereits bei geringer Myokardschädigung • nicht nachweisbar bei Gesunden • einfache und schnelle Bestimmung • geringe Kosten

10. 3. Klassische kardiale Marker 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Folgende kardialen Marker werden häufig zur Diagnose eines Herzinfarktes gemessen: • Kreatinkinase CK • Gesamt-CK-Aktivität [U/l] • CK-MB-Aktivität [U/l] • CK-MB-Masse [mg/l] • Kardiales Troponin T und Troponin I [mg/l] • Myoglobin [mg/l] • Laktat-Dehydrogenase LDH-Aktivität [U/l]

11. 3. CK – Allgemein 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Die cytosolische Kreatinkinase CK katalysiert die Reationvon ADP und Kreatinphosphat zu ATP und Kreatin. • Die Kreatinkinase wird aus den genetisch determinierten Untereinheiten CK-M und CK-B gebildet. Daraus werdendie drei dimeren Isoenzyme CK-MB (Myokardtyp), CK-MM (Muskeltyp) und CK-BB (Gehirntyp) gebildet. • Entscheidend für die Diagnose eines Herzinfarkts bei einer Erhöhung der Gesamt-CK ist die Bestimmung des Untertyps CK-MB. • Liegt der Anteil der CK-MB an der Gesamt-CK zwischen 6 und 20 Prozent, spricht das für eine Enzymfreisetzung aus der Herzmuskulatur.

12. 3. CK – im Serum 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Gesamt-CK-Wert Anstieg nach 4 bis 6 StundenMaximum nach 16 bis 36 Stunden • CK-MB-Wert Anstieg nach ca. 4 StundenMaximum nach 12 bis 18 StundenZusätzlich kann auch die so genannte CK-MB-Masse im Blut bestimmt werden. • CK ist 2-3 Tage nachweisbar.

13. 3. CK – Bewertung 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • EinMyokardinfarkt ist sehr wahrscheinlich, wenn Gesamt-CK erhöht ist und CK-MB mehr als 6% ausmacht (hohe Spezifität & Sensitivität). • relativer Frühmarker für kardiales Ereignis • Die CK-Aktivität korreliert mit der Nekrosegröße. • Die Kreatinkinase ist zwar ein sensitiver enzymatischer Detektor des akuten Myokardinfarkts, ihre diagnostische Spezifität wird jedoch dadurch eingeschränkt, daß sie z. B. nach sportlicher Anstrengung ihren Referenzwert überschreitet und so hinsichtlich der myokardialen Schädigung zu falsch-positiven Ergebnissen führt. • Für die Spätdiagnose ist die CK und die CK-MB nicht geeignet.

14. 3. Cardiales Troponin - Allgemein 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Troponin bildet einen myofibrillären regulatorischen Proteinkomplex im kontraktilen Apperat der quergestreiften Muskulatur, der aus den Einheiten Troponin T (TnT), Troponin I (TnI) und Troponin C (TnC) besteht. • Die kardialen Troponine unterscheiden sich in ihrer Aminosäure-sequenz von den Troponinen der Skelettmuskulatur (Isoenzyme). Durch die Entwicklung monoklonaler Antikörper gegen die kardiospezifischen Untereinheiten von TnT und TnI ist es möglich, kardiales TnT und TnI selektiv zu bestimmen. • TnT und TnI sind die einzigen herzmuskelspezifischen Marker!

15. 3. Cardiales Troponin – im Serum 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Anstieg nach ca. 3,5 Stunden • Maximumnach ca. 20-40 Stunden • Troponin bleibt ca. 6–14 Tage nachweisbar, was sich bei der Spätdiagnose des Infarkts als nützlich erweist.

16. 3. Cardiales Troponin – Bewertung 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Cardiales Troponin ist der einzige reine hermuskelspezifischeMarker. • Die prolongierte Erhöhung des kardialen Troponin erlaubt die retrospektive Diagnose eines länger zurückliegenden Infarkts. • Die Troponin-Konzentration korreliert mit der Infarktgröße(zuverlässiger als CK). • Die CK-MB hat einen Vorteil gegenüber dem Troponin:Sie fällt nach dem Infarkt früher ab als das Troponin. Sollte der Patient also frühzeitig einen 2. Infarkt (Re-Infarkt) erleiden, sieht man das besser mit der CK-MB.

17. 3. Myoglobin - Allgemein 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Myoglobin besteht aus einem Polypeptidanteil (Globin) und einer Hämgruppe. Es ist ein Muskelfarbstoff, welcher für die reversible Bindung und den Transport des Sauerstoffs in quergestreifter Muskulatur verantwortlich ist. • Das bei Gesunden im Plasma zirkulierende Myoglobin stammt ausschließlich aus dem Skelettmuskel. • Myokardnekrosen bewirken einen Anstieg von Myoglobin. • Myoglobin ist aber ein nicht herzspezifischer Marker für Muskelschäden.

18. 3. Myoglobin - im Serum 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Anstieg nach 2–3 Stunden • Maximumnach 7 Stunden • Spitzenkonzentrationen des Myoglobins werden deutlich früher (ein bis vier Stunden) nach dem Beginn der Symptome erreicht, als dies bei dem Enzym Kreatinkinase (CK) der Fall ist. • Aufgrund seiner geringen Größe bei einem Molekulargewicht von nur 18 kD wird es schnell über den Urin ausgeschieden.

19. 3. Myoglobin - Bewertung 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Geeignet für Frühdiagnose • durch die Menge des freigesetzten Myoglobins lässt sich die Infarktgröße bestimmen • Die klinische Wertigkeit des Myoglobins ist eingeschränkt durch seine nur kurzdauernde Erhöhung (< 24 Stunden) im Serum, die die Diagnose eines länger zurückliegenden Infarkts nicht zuläßt (schnelle glomeruläre Aussscheidung). • Mangel an Spezifität: Bereits eine intramuskuläre Injektion oder größere körperliche Anstrengung lassen die Myoglobinkonzentration ihren Referenzwert übersteigen als eine Folge des hohen Myoglobingehaltes der Skelettmuskulatur ist.

20. 3. LDH – Allgmein 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Die Laktatdehydrogenase katalysiert die Reduktion von Pyruvat zu Laktat und damit die Oxidation von NADH/H+zu NAD+. Sie ist unentbehrlich für die anaerobe Glykolyse und kommt in allen Zellen unseres Körpers vor. • Es lassen sich die fünf zytoplasmatisch vorkommenden Isoenzyme LDH-1, LDH-2, LDH-3, LDH-4 und LDH-5 unterscheiden. • Die Gesamt-LDH ist ein organunspezifischer Parameter, die Isoenzyme LDH-1 und LDH-2 kommen allerdings hauptsächlich im Herzmuskel und im Erythrozyten vor. (Sie werden häufig auch als HBDH zusammengefasst.) • Aus der relativen Verteilung der Isoenzyme kann man Schlüsse bezüglich des Herkunftsorgans – hier Herz – ziehen.

21. 3. LDH – im Serum 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Anstieg nach nach 6 bis 12 Stunde • Maximum nach 24-60 Stunden • Es kommt vor allem zu einem prozentualen Anstieg des Unterenzyms LDH-1. Dabei ist der LDH-1 Anteil meist über 45 Prozent der Gesamt-LDH. • Die Werte normalisieren sich erst nach ein bis zwei Wochen wieder, daher dient LDH-1 vor allem der Spätdiagnostik eines Herzinfarkts.

22. 3. LDH – Bewertung 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Spätdiagnostik durch lange Nachweisbarkeit im Serum möglich. • Wegen der sehr geringen Organspezifität der LDH sind diagnostische Spezifität gering. Die Verhältnisse von LDH-1 und LDH-2 (Herzmuskel, Erythrozyten) zu Gesamt-LDH erhöhen den Aussagewert der LDH.

23. 3. Herzmarker-Diagramm 01.12.2005 Vielfache der Normwerte Zeit: Tage nach Myokardinfarkt S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten

24. 4. Leberschaden: Allgemein 01.12.2005 • Bei Schädigung der Leberzellen treten Enzyme im Blutserum erhöht auf. Je nach dem, welche Enzyme erhöht sind, kann man oft auf die Art der Erkrankung schließen. Die Höhe des Enzymanstiegs im Serum entspricht dabei dem Ausmaß der Schädigung der Leberzellen • Alle Enzyme in den Leberzellen kommen auch in anderen Körperzellen vor (z.B. Muskel,Herz). Dennoch sind manche Enzyme nur bei Leberzellschäden im Serum erhöht: AST = Aspartat-Aminotransferase ALT = Alanin-Aminotransferase Gamma-GT= Gamma-Glutamyl-Transferase S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten

25. 4. Ursachen für Leberschäden 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Alkoholmissbrauch • Infektion mit Hepatitis-Viren • Vergiftungen(z.B. mit Chemikalien oder Giftpilzen) • Regelmäßige Einnahme bestimmter Medikamente (z.B. Schmerz- und Rheumamittel) • Tumoren

26. 4. Gamma-GT 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Gamma-Glutamyl-Transferase (GGT) hilft, Gamma-Glutamyl-Gruppen von einem Stoff zu einem anderen zu übertragen • Die GGT kommt in sehr vielen Organen vor (z.B.Niere). Die GGT, die man im Blut messen kann, stammt aber praktisch nur aus der Leber • In der Leber sind es vor allem die Zellen, die die kleinen Gallengänge auskleiden, auf denen man besonders viel GGT Aktivität findet. • Ist die GGT normal, bedeutet das mit 99%er Sicherheit, dass keine Leber oder Gallenwegserkrankung vorliegt. Das heißt, dass der normale GGT-Wert eine Erkrankung der Leber oder Gallenwege fast ausschließt Normalwerte

27. 4. Erhöhter Gamma-GT 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten -GGT eignet sich zum Ausschluss aber kaum zum Nachweis einer bestimmten Lebererkrankung (v.a. bei GGT als sensibelstem Marker für Leberschäden) -Je nach Höhe der GGT kann es 2 bis 3 Monate, bis sich die GGT wieder normalisiert. Grobe Abschätzung: Nach 3 Wochen sinkt die GGT auf die Hälfte ihres Ausgangswertes. Sinkt die GGT trotzdem nicht, besteht der Verdacht auf eine schwerere, evtl. bleibende Schädigung (Leberzirrhose)

28. 4. ALT und AST 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Der AST-Wert (Aspartat-Amino-Transferase): • Findet man vorwiegend in der Leber und in der Muskulatur (auch in der Herzmuskulatur) • Der ALT-Wert (Alanin-Amino-Transferase): • Findet man vorwiegend in der Leber und kaum in der Muskulatur • AST und ALT ermöglichen den Transfer von Stickstoffhaltige Gruppen von einer Aminosäure auf eine andere Normalwerte ALT Normalwerte AST

29. 4. ALT- und AST-Vorkommen 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Die ALT befindet sich in der Zellflüssigkeit (Zytosol). Sie tritt schon bei leichten Zellschäden aus der Zelle aus. • Die AST dagegen befindet sich vorwiegend in den Mitochondrien (zu 70%), sie kommt daher erst dann stärker ins Blut, wenn Zellen vollständig zerstört sind.

30. 4.Erhöhter ALT und AST 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten • Bei Hepatitis: Anstiege vom 5-fachen bis zum 100-fachen (!) des oberen Referenzbereichswertes. Der Anstieg erfolgt vor dem des Bilirubins, also vor der „Gelbsucht“ • Alkoholischer Leberschaden (Fettleber): AST steigt meist stärker an als ALT • Eine Vielzahl von Medikamenten kann zur Erhöhung der AST und/oder ALT führen. (z.B. Heparin auf das 2-3-fache der oberen Referenzbereiche) • Vergiftungen (sehr hohe Anstiege möglich),z.B.durch Chemikalien oder Pilzgifte: Die AST wird meist höher als die ALT sein • Mitbeteiligung der Leber bei anderen Erkrankungen=> sehr häufige Ursache von (eher leichten) AST bzw. ALT Erhöhungen • Differenzialdiagnosen bei isoliert erhöhtem AST: Herz-/Skelettmuskelschäden

31. 4. Der De-Ritis-Quotient 01.12.2005 AST ALT S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten De Ritis-Quotient = • Der De-Ritis-Quotient (der Quotient aus AST/ALT) kann Aufschluss über die Schwere des Leberschadens geben: • Bei Leberschäden leichteren Grades ist der Quotient meist kleiner als 1 • Ein hoher De-Ritis-Quotient (über 1) tritt eher bei schwereren Leberschäden auf • Dies hat seine Ursache in der unterschiedlichen Verteilung der AST (v.a. in Mitochondrien) und ALT (v.a. im Zytosol) innerhalb der Leberzelle • Einschränkungen: Ein Muskelschaden täuscht schwereren Leberschaden vor, da AST auch im Muskel vorhanden ist

32. 5. Backup 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Unsere Antworten auf Ihre Fragen

33. 1. Enzyme: Kinetik 01.12.2005 S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten Die Michaelis-Menten-Gleichung liefert den Zusammenhang zwischen Reaktionsgeschwindigkeit v1 und Substratkonzentration [S]. Der Km-Wert entspricht der Konzentration bei halbmaximaler Reaktionsgeschwindigkeit vmax/2. Das Enzym ist hier halbgesättigt.

34. 5. Messung der AST-Aktivität 01.12.2005 Messung der Aktivität der AST (=GOT)Bei der eigentlichen Reaktion des Enzyms (oben) bietet sich keine Möglichkeit einer photometrischen Beobachtung.Also gibt man noch Reagenzien für eine weitere Reaktion in den Testansatz, darunter auch ein Enzym, die Malatdehydrogenase (MDH). Diese wandelt das in der ersten Reaktion entstandene Oxalacetat in Malat um. Dabei wird NADH/H+ verbraucht. Die Abnahme des NADH/H+ kann man photometrisch bei 340 nm messen. S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten

35. 5. Messung der GGT-Aktivität 01.12.2005 Messung der Aktivität der Gamma-GT Oben sind die 2 Substrate, die im Testansatz im Überschuss enthalten sind. Unter Wirkung der Gamma-GT (aus dem beigemischten Serum) entstehen die 2 untenstehenden Produkte. Eines davon (violett unterlegt) kann man im Photometer bei 405 nm messen. S. Frechen & R. James Blutenzyme als Marker für menschliche Krankheiten