Praktikum in Klinischer Chemie - Institut für Klinische Chemie ...

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Praktikum in Klinischer Chemie Andrea Wampfler, Claudia Bruckner, Arnold von Eckardstein Stephanie Bligh, Raffaele Curcio, Danielle Hof, Thorsten Hornemann, Lanja Saleh, Katharina Spanaus, Alexander Wepf Ausgabe 2011


Ziele des Praktikums in Klinischer Chemie Ziele Das Praktikum in Klinischer Chemie hat folgende Ziele: � Sie kennen die Unterschiede, Vor- und Nachteile der Organisationsprinzipien in der medizinischen Labordiagnostik. Die Organisationsprinzipen beinhalten die Patientenselbstkontrolle, die point-of-care Diagnostik im ärztlichen Praxislabor und das professionelle labormedizinische Institut. � Sie kennen die Prinzipien der Qualitätssicherung und verstehen die Bedeutung von Richtigkeit und Präzision. Sie können erklären, unter welchen Bedingungen ein diagnostischer Cutoff (z.B. der Glukose-Cutoff für die Diagnose eines Diabetes mellitus) überschritten ist und die Diagnose gestellt werden kann. � Sie kennen die präanalytischen Fehlerquellen der Blutgasanalytik und können deren Auswirkung auf die Untersuchungsergebnisse erklären. � Sie können einfache Blutgasbefunde richtig interpretieren. Organisation Das Praktikum ist in vier Themen aufgeteilt: 1. Laborführung: Auf einer Führung durch das Institut für Klinische Chemie erhalten Sie einen Einblick in die Routine- und die Notfallanalytik. 2. Glukosemessung: Sie bestimmen die Glukosekonzentration mit unterschiedlichen point of care testing-Geräten (Patienten-Selbstmessgeräte, Arztpraxisgeräte) und vergleichen die Mess-ergebnisse mit dem Labor-Automaten des IKC (Daten geliefert). 3. Blutgasanalytik: Sie führen eine kapilläre Blutentnahme durch und messen die Probe mit einem Blutgasgerät. Der Einfluss von präanalytischen Faktoren (Untersuchungsmaterial, Blutentnahme, Luftkontakt,…) auf die Messergebnisse wird aufgezeigt. Sie interpretieren verschiedene Blutgasbefunde. 4. Auswertung: Die von Ihnen gemessenen Daten und Blutgasbefunde werden im Plenum diskutiert. 1


Blutzucker-Messung Der Name Glukose kommt vom griechischen Wort für “süss”, glykys. Die Glukose im Blut (Blutglukose, Blutzucker) ist der wichtigste Energielieferant für unsere Zellen. Die Glukose entstammt der Nahrung (Kohlenhydrate, z.B. Stärke oder Milchzucker), den Glukosespeichern (Glykogen in Leber und Muskel) und in kleineren Mengen – vor allem nach längerer Nahrungskarenz – den Fett- und Eiweissreserven des Körpers. Die Glukosekonzentration im Blut wird durch verschiedene Regelmechanismen weitgehend konstant gehalten. Es gilt vorrangig für den Organismus, den ständigen Glukosebedarf des Zentralnervensystems – das nur über minimale Glukosereserven verfügt – sowie den Bedarf der Erythrozyten zu decken. Hormonsysteme mit Einfluss auf den Blutzuckerspiegel: – Insulin (Hormon der �-Zellen des Pankreas, stark blutzuckersenkend) – Glukagon (Hormon der �-Zellen des Pankreas, erhöht den Blutzuckerspiegel) – Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin (Ausschüttung bei Stress, Angst und körperlicher Aktivität � erhöhen den Blutzuckerspiegel) – Wachstumshormon Somatotropin (� erhöht den Blutzuckerspiegel) – Glucocorticoide (� erhöhen den Blutzuckerspiegel) – Schilddrüsenhormone (� können den Blutzuckerspiegel erhöhen, haben aber für die normale Regulation wenig Bedeutung) Indikation – Diagnostik, Verlaufs- und Therapiekontrolle des Diabetes mellitus – Diagnostik nicht-diabetischer Hyperglykämien – Verdacht auf Hypoglykämie In der Praxis wird die Glukose ohne besonderen Verdacht oft routinemässig analysiert, weil viele Diabetiker unerkannt sind und deswegen ein erhöhtes Risiko für Komplikationen haben. Untersuchungsmaterial – Venöses Plasma: Vacutainer versetzt mit Fluorid (Glykolysehemmer und Antikoagulanz) – Kapillarblut: Kapillare beschichtet mit Heparin (Antikoagulanz) 2


Die Blutglukosewerte sind abhängig von der Art des Untersuchungsmaterials. Aufgrund des Volumenverdrängungseffektes der Zellen im Vollblut und der leicht unterschiedlichen Glukosekonzentration in den Erythrozyten sind gemessene Glukosewerte im Plasma ca. 10% höher als im Vollblut. In den letzten Jahren hat sich jedoch auch bei den in der patientennahen Diagnostik (POCT = point of care testing) oder in der Patientenselbstkontrolle eingesetzten Geräten, bei welchen in der Regel (kapillare) Vollblutproben analysiert werden, immer mehr die Angabe von plasmareferenzierten Konzentrationen durchgesetzt. So können die Resultate vom Labor direkt mit denjenigen der POCT Geräte verglichen werden. Falls die Probe nicht unmittelbar gemessen werden kann, muss der Blutprobe ein Glykolysehemmer beigegeben werden. Dies wird für Routineproben durch die Verwendung von Natriumfluorid erreicht, was gleichzeitig auch die Gerinnung hemmt. Bestimmungsmethoden Zur quantitativen Bestimmung der Blutglukose sind hauptsächlich drei enzymatische Verfahren im Einsatz: � Glukose-Oxidase (GOD) / Peroxidase (POD)-Methode (SPOTCHEM ® , REFLOTRON ®) ) GOD Messreaktion: Glukose + O + H O Gluconat + H O 2 2 2 2 POD Indikatorreaktion: H O + Chromogen (farblos) Farbstoffbildung 2 2 Als Chromogen (Farbbildner) wird oft p-Aminophenazon/Phenol verwendet. Die Intensität des in der Indikatorreaktion gebildeten Farbstoffs ist der Glukosekonzentration proportional und wird photometrisch gemessen. Die Indikatorreaktion unterliegt einer Reihe von Störeinflüssen durch reduzierende Blutbestandteile wie z.B. Ascorbinsäure (CAVE: ‚Therapie’ mit hohen Dosen Vitamin C) � Glukose-Dehydrogenase (GDH)-Methode (ASCENSIA ® , ACCUCHECK ® ) Während der enzymatischen Reaktion werden Elektronen frei, welche einen messbaren Strom erzeugen. Je mehr Glukose enthalten ist, desto grösser wird der Stromfluss. Je nach verwendetem Enzym können auch andere Zucker wie zum Beispiel Maltose (Icodextrin- Therapie bei Peritonealdialyse) fälschlicherweise hohe Glucose-Konzentrationen vortäuschen. Moderne Geräte verwenden jedoch spezifischere Varianten der GDH. 3


� Hexokinase (HK) / Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase (Glu-6-P-DH)-Methode (IKC) 4 HK Hilfsreaktion (unspezifisch): Glukose + ATP Glukose-6-Phosphat + ADP Mess-/Indikatorreaktion: Glukose-6-P + NADP + Gluconolacton-6-Phosph. + NADPH + H + Die Bildung von NADPH wird photometrisch gemessen. Dabei ist die Menge des gebildeten NADPH der Glukosekonzentration proportional. Diese Methode ist für Glukose spezifisch und wird als Referenzmethode betrachtet. Referenzbereiche � Hyperglykämie: Die Hyperglykämie ist der diagnostisch entscheidende Laborbefund beim Diabetes mellitus. Glukosekonzentrationen im Nüchternplasma >7 mmol/l oder im postprandialen Plasma >11.1 mmol/l sprechen für einen Diabetes mellitus. Eine Glukosekonzentration zwischen 5.6 mmol/l und 7 mmol/l im Nüchternplasma spricht für einen Prädiabetes mellitus (=Impaired fasting glucose) und sollte mit einem oralen Glukose-Toleranztest (oGTT) weiter abgeklärt werden. Empfehlungen: American Diabetes Association (Diabetes Care 2002;25:213-228 / Diabetes Care 2006;29:suppl.1). Nicht-diabetische Hyperglykämien: Hyperglykämien, die primär nicht auf einem Insulinmangel beruhen, aber in einen manifesten Diabetes mellitus übergehen können, kommen bei verschiedenen endokrinen Erkrankungen vor. Ursachen sind ständig erhöhte Konzentrationen eines Insulin-Antagonisten, z.B. erhöhter Cortisolspiegel beim Cushing-Syndrom, erhöhte Wachtumshormone bei Akromegalie, erhöhte Spiegel der Catecholamine bei Phäochromozytomen oder erhöhte Schilddrüsenhormone bei Thyreotoxikose. Einige Insulinantagonisten (Glucocorticoide, Adrenalin, Schilddrüsenhormone) werden auch als Medikamente verabreicht und können daher eine Hyperglykämie verursachen. � Hypoglykämie: Glu-6-P-DH Eine Glukosekonzentration im Nüchtern-Plasma (venös)


Sehr viel seltener tritt die tumorbedingte Hyperinsulinämie (Insulinom, Hyperplasie der �-Zellen des Pankreas) oder die endokrin bedingte Hypoglykämie (Hypophysen-Insuffizienz, Morbus Addison, Hypothyreose) auf. Eine funktionelle Hypoglykämie lässt sich nach übermässiger körperlicher Arbeit, durch Mangelernährung oder bei Malabsorptionssyndromen beobachten. Einige angeborene Stoffwechselstörungen (Lactoseintoleranz, Fructoseintoleranz) führen ebenfalls zu schweren Hypoglykämien. Messungen während des Praktikums Messung 1 Messung 2 Messung 3 Messung 4 Messung 5 Mittelwert Std.-Abw. VK (%) Patienten-Selbstmessgeräte Arztpraxisgeräte Ascensia Contour mmol/l Accucheck Aviva mmol/l Reflotron mmol/l Spotchem mmol/l 5


Aufgabe: � 5 Wiederholmessungen mit Ascensia Contour oder Accucheck Aviva � 5 Wiederholmessungen mit Reflotron oder Spotchem � Berechnung des Mittelwertes, der Standardabweichung und des Variations- 6 koeffizienten (VK). Diese Daten werden bei der Praktikumsauswertung (4. Stunde) unbedingt gebraucht! Mittelwert: Standardabweichung: x � � x ... x 1 n ( � ) � �1 � x x s n s Variationskoeffizient: VK � �100% x n 2


Qualitätssicherung Das zentrale Anliegen der Qualitätskontrolle im klinischen Labor ist es sicherzustellen, dass der gemessene Wert innerhalb vorgegebener Unsicherheit stimmt und medizi- nisch interpretiert werden kann. Grundsätzlich sind alle Messungen im medizinisch-analytischen Labor mit einem mehr oder weniger grossen Messfehler behaftet. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Messgerät fehleraft ist. Es bedeutet nur, dass jedem Resultat ein bestimmter Fehler zugeordnet ist, welcher durch die Messtechnik gegeben ist. Zu jeder Messung gibt es deshalb die beiden Kriterien Präzision und Richtigkeit, welche den Bezug zwischen dem wahren Wert und dem gemessenen Wert herstellen. Diese Beschreibung setzt dabei voraus, dass keine groben Fehler wie z.B. eine Probenverwechslung gemacht wurden. Präzision / Impräzision Bei der wiederholten Messung der selben Probe zeigen sich leichte Abweichungen zwischen den Resultaten. Die Streuung der Messwerte wird als „zufälliger Fehler“ bezeichnet und resultiert aus der Summe aller minimen Abweichungen, die während einer Analyse auftreten, wie z.B. geringe Temperaturschwankungen, kleine Ungenauigkeiten beim Pipettieren, Sauberkeit der Küvette, Instabilität optischer Messvorrichtungen usw. Die Streuung der Resultate um ihren Mittelwert kann im Allgemeinen durch eine Gauss’sche Glockenkurve angenähert beschrieben werden. Damit kann für eine Messserie zum Mittelwert auch die Standardabweichung als Mass für die Impräzision angegeben werden. Mittelwert: x � � x ... x 1 n n Standardabweichung: ( � ) � �1 � x x s n niedrige Impräzision hohe Impräzision (hohe Präzision) (niedrige Präzision) 2 7


Die berechnete Standardabweichung gilt nur für eine bestimmte Konzentration. Um dennoch einen Anhaltspunkt für die Impräzision eines beliebigen Messwertes zu erhalten wird häufig der Variationskoeffizient (VK) angegeben. Der VK entspricht der relativen Standardabweichung in Prozent des Messwertes. Der VK steigt mit abnehmender Konzentration des Analyten, besonders ausgeprägt im Bereich der Nachweisgrenze. s Variationskoeffizient: VK � �100% x Richtigkeit / Unrichtigkeit Selbst die beste Schätzung eines Wertes stimmt nie ganz richtig mit dem wahren Wert überein, sondern weist eine gewisse Abweichung vom wahren Wert auf. Diese Abweichung wird als „systematischer Fehler“ bezeichnet. Die beste Schätzung eines Wertes erhält man durch wiederholte Messung der selben Probe und anschliessende Berechnung des Mittelwertes aller Messresultate. Der Unterschied zwischen der besten Schätzung und dem wahren Wert wird durch die Richtigkeit (bzw. Unrichtigkeit) beschrieben: Unrichtigkeit [%] = wahrer Wert – beste Schätzung wahrer Wert x 100 8 niedrige Unrichtigkeit hohe Unrichtigkeit (hohe Richtigkeit) (niedrige Richtigkeit) beste Schätzung Messwerte Der ‚wahre Wert’ des zu messenden Analyten in einer Probe ist in den allermeisten Fällen nicht bekannt. Man behilft sich in der Praxis damit, dass man für die Kalibration der Geräte Standardproben verwendet, deren Konzentrationen auf einen allgemein anerkannten und bestmöglich charakterisierten Standard zurückgeführt werden können. Für viele Parameter gibt es so genannte Goldstandard-Methoden, welche zu einer anerkannt guten Richtigkeit der Ergebnisse führen. Die Unkenntnis des wahren Wertes führt im klinischen Alltag oft dazu, dass Ergebnisse, welche mit einer bestimmten Methode gemessen wurden, nicht direkt mit denjenigen von anderen


Methoden verglichen werden können. Dies kann zu methodenspezifischen Referenzwerten führen, was den Vergleich der Resultate unterschiedlicher Labors erschwert. Besonders relevant ist dies für die Bestimmung von Proteinkonzentrationen mit Immunoassays, z.B. Tumormarker oder spezielle Entzündungsmarker. Die zulässigen Grenzen für den „systematischen Fehler“ werden als „maximal zulässige Unrichtigkeit“ bezeichnet. Die zulässigen Grenzen werden von der Schweizerische Kommission für Qualitätssicherung im medizinischen Labor (QUALAB) festgelegt und auf der Internetseite www.qualab.ch auf der Liste „obligatorische externe Qualitätskontrolle“ publiziert. Für z.B. Glucose ist eine Unrichtigkeit von +/- 10 % zulässig. 9


Blutgasanalytik: Säure-Basen-Parameter & Elektrolyte Die Stabilität des pH-Wertes ist entscheidend für viele vitale Funktionen. Deshalb wird der pH in engen Grenzen konstant gehalten. Dabei spielen vier Regulationsvorgänge eine zentrale Rolle: 10 (1) Puffersubstanzen des Blutes Im Blut wirken im Wesentlichen vier Puffersysteme zusammen. Die wichtigsten Puffersubstanzen mit abnehmender Pufferkapazität sind Bicarbonat, Hämoglobin, Plasmaproteine und Phosphat. Die Pufferwirkung kann am Beispiel von Bicarbonat anhand der Dissoziationsgleichung beschrieben werden: - CO + H O H CO HCO + H 2 2 2 3 3 + (2) respiratorische Regulation durch Abatmung von CO2 - Durch die Fähigkeit, CO über die Lungen abzuatmen und die HCO -Ausscheidung über 2 3 die Nieren zu regulieren (siehe Punkt (3)), hat das Kohlensäure-Bicarbonatsystem die wichtigste Bedeutung. Die Beziehung zwischen CO und pH lässt sich durch die 2 Henderson-Hasselbach Puffergleichung beschreiben: (b) pH = 6.1 + log - [HCO ] 3 = 6.1 + log 20 = 7.4 [H CO ] 2 3 1 - (3) renale Regulation durch H+ -Sekretion und HCO -Rückresorption 3 Die renale Regulation des Säure-Base-Gleichgewichts entfaltet ihre volle Wirkung im Vergleich zu der respiratorischen verzögert. Sie umfasst 3 Mechanismen: � H + + -Elimination über Bildung und Sekretion von Ammoniumionen (NH ) 4 � H + -Elimination über Bildung und Sekretion titrierbarer Säuren (v.a. Phosphat) � Bicarbonatrückresorption im proximalen Tubulus - + (4) hepatische Regulation durch HCO -Freisetzung und NH -Elimination 3 4 In der Leber fallen beim Abbau von Aminosäuren CO und NH an, die normalerweise bei 2 3 der Harnstoffsynthese verbraucht werden. Bei unvollständigem Verbrauch wird das + NH zu NH protoniert und über die Glutaminsynthese eliminert. Glutamin wird über 3 4 die Nieren ausgeschieden.


Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichtes Durch Nettozufuhr von Säuren (oder Nettoverlust von Basen) fällt der extrazelluläre pH unter 7.35 und es kommt es zu einer Azidose. Analog führt ein Nettoanfall von Basen (oder ein Nettoverlust von Säuren) zum Anstieg des extrazellulären pH über 7.45 und damit zur Alkalose. Säure- Base-Störungen können basierend auf der Ursache eingeteilt werden in: Einfache Störungen � Respiratorische Störungen mit primärer Veränderung des pCO entstehen durch 2 verminderte oder vermehrte Abatmung von CO . 2 - � Metabolische Störungen mit primärer Veränderung von [HCO ] 3 Komplexe Störungen Metabolische Azidosen entstehen durch: - verminderte renale Säureausscheidung - endogene Säureakkumulation (Ketone, Laktat) - exogene Säurezufuhr (Abbauprodukte von Salizylat, Alkoholen und Glykolen) - renalen oder extrarenalen Bicarbonatverlust Metabolische Alkalosen werden verursacht durch: - exogene Bicarbonatzufuhr - renale Bicarbonatretention - renalen oder extrarenalen Säure- und/oder Chloridverlust � gleichzeitiges Vorliegen einer metabolischen und einer respiratorischen Störung � Kombination von zwei metabolischen Störungen � Tripelstörungen Kompensation Metabolische Störungen können respiratorisch kompensiert werden und umgekehrt. Eine Kompensation von primär metabolischen Störungen kann innerhalb weniger Stunden durch eine entsprechende Veränderung der alveolären Ventilation erreicht werden: Die Kompensation einer metabolische Azidose erfolgt durch vermehrte CO - Abatmung, die Kompensation einer 2.. metabolische Alkalose entsprechend durch vermehrte CO - Retention. 2 Primär respiratorische Störungen können innerhalb von einigen Tagen durch die Nieren über eine veränderte Bicarbonat-Resorption oder H + -Sekretion kompensiert werden: Bei einer - respiratorischen Azidose wird vermehrt HCO rückresorbiert, und bei einer respiratorischen 3 - Alkalose wird vermehrt HCO ausgeschieden. 3 11


Interpretation von Blutgasbefunden Säure-Basen-Störungen werden mit Hilfe der Blutgasanalyse aus arteriellem Vollblut diagnostiziert. Zur primären Interpretation von Blutgasbefunden hat es sich bewährt, die einzelnen Parameter der Blutgasanalytik in festgelegter Reihenfolge durchzugehen: 12 1. pH-Wert Normal: Keine Störung oder die Störung ist kompensiert. Pathologisch: Die Störung ist dekompensiert. - pH7.45 � Alkalose 2. a) [HCO 3 ] std. 1 Das Standard-Bicarbonat gibt Auskunft über den metabolischen Anteil der Störung. - Erniedrigt � primär metabolische Azidose, oder im Rahmen einer Kompensation einer respiratorischen Alkalose - Erhöht � primär metabolische Alkalose, oder im Rahmen einer Kompensation einer respiratorischen Azidose b) Basenexzess Der Basenüberschuss gibt ebenfalls Auskunft über den metabolischen Anteil der Störung. Der Basenexzess ist die Differenz der Konzentration an Pufferbasen, die zwischen der aktuell gemessenen und der normalen extrazellulären Flüssigkeit besteht. 3. pCO2 Der pCO gibt Auskunft über den respiratorischen Anteil der Störung. 2 - Erniedrigt � primär respiratorische Alkalose (Hyperventilation), oder im Rahmen einer Kompensation einer metabolischen Azidose - Erhöht � primär respiratorische Azidose (Hypoventilation), oder im Rahmen einer Kompensation einer metabolischen Alkalose 4. pO2 Dieser gibt Informationen über die Sauerstoffversorgung bei respiratorischen Störungen. - Erniedrigt � Sauerstoffmangel (Diffusions- und Ventilationsstörungen, Kurzschluss von Lungen- und Körperkreislauf) - Erhöht � Maschinelle Beatmung 1 - Das Standard-Bicarbonat ist die HCO -Konzentration des Blutplasmas, das zuvor bei 37°C durch 3 Äquilibrieren auf einen pCO von 40 mmHg eingestellt und vollständig mit Sauerstoff gesättigt wurde. 2


5. Serumanionenlücke Metabolische Azidosen können anhand der Serumanionenlücke (serum anion gap, SAG) differential-diagnostisch weiter unterteilt werden. Die SAG errechnet sich wie folgt: SAG = Na + - Cl - - - HCO3 (Normalwert: 8-16 mmol/l) Eine vergrösserte Anionenlücke im Serum deutet auf eine Akkumulation von Säure. Dabei kann es sich um eine Akkumulation endogener Säuren (Laktat, Ketokörper), um eine exogene Säurezufuhr (Meatabolite von Salicylat, Alkoholen, Glykolen) oder um eine verminderte renale Säureausscheidung bei chronischer Niereninsuffizienz (Phosphorsäure, Schwefelsäure, organische Säuren) handeln. Im häufigeren Fall einer normalen Anionenlücke besteht in der Regel eine Azidose durch Bicarbonatverlust oder eine renal tubuläre Azidose (RTA). Typische Laborkonstellationen bei einfachen Störungen des Säure-Basen-Haushaltes Bei kompensierten Veränderungen kann der pH-Wert durch erhöhte oder erniedrigte CO – 2 Abatmung , bzw. erhöhte oder erniedrigte Bicarbonatausscheidung im Normbereich liegen. Keine Säure- Basen-Störung pH-Wert, pCO und 2 - HCO liegen im 3 Referenzbereich Metabolische Azidose pH ↓ (oder durch Kompensation normal) pCO normal oder 2 kompensatorisch ↓ - HCO ↓ 3 Metabolische Alkalose pH ↑ (oder durch Kompensation normal) pCO normal oder 2 kompensatorisch ↑ - HCO ↑ 3 Respiratorische Azidose pH ↓ (oder durch Kompensation normal) pCO ↑ 2 - HCO normal oder 3 kompensatorisch ↑ Respiratorische Alkalose pH ↑ (oder durch Kompensation normal) pCO ↓ 2 HCO 3 - normal oder kompensatorisch ↓ 13


Bestimmungsmethoden � pH-Bestimmung (Potentiometrie) Zur pH-Messung wird eine Mess- und eine Referenzelektrode verwendet. Die Spannung (Potentialdifferenz) zwischen den beiden Elektroden ist proportional zur H + -Konzentration. 14 Abbildung 1: Potentiometrische Messanordnung Quelle: http://bildung.freepage.de/cgi-bin/feets/freepage_ext/41030x030A/rewrite/ctaars/Instrumentell/Analytik-Ars.htm (Abfrage vom 20.10.11) Die Messelektrode besitzt eine spezielle, elektrisch leitfähige Glasmembran. Die Glasmembran steht auf der Innenseite in Kontakt mit der Fülllösung und auf der Aussenseite mit der Testlösung (z.B. Blut). Aufgrund der besonderen Beschaffenheit der Glasmembran lagern sich auf beiden Seiten der Glasmembran Protonen (H + ) eng an die Membran. Wenn die H + - Konzentration (und somit der pH) in der Fülllösung und in der Testlösung (Probe) unterschiedlich gross ist, entsteht durch unterschiedliche H + -Adsorption an den beiden Membranoberflächen ein Potential. Ist die H + -Konzentrationen auf den beiden Seiten der Membran gleich gross, wird das Membranpotential 0 mV betragen. An der Referenzelektrode wird ein konstantes, bekanntes Potential aufrechterhalten. Die Potentialdifferenz von Mess- und Referenzelektrode wird mittels eines Voltmeters registriert und auf die H + -Konzentration der Probe bezogen. Der pH-Wert kann dann aus der H + - Konzentration berechnet werden: pH = -log [H + ] � CO 2 -Partialdruck (Potentiometrie) Die Messung des CO -Partialdruckes erfolgt über eine pH-Messung. Die Glaselektrode ist mit 2 einer Kunststoffmembran überzogen, die nur für CO durchlässig ist. Zwischen der 2 Kunststoffmembran und der besonderen Glasmembran der Glaselektrode befindet sich ein


kapillärer Spalt, der mit einer Natriumhydrogencarbonat-Lösung gefüllt ist. Wenn aus der Probe CO in diesen Spalt diffundiert, ändert sich der pH-Wert: 2 CO 2 + H 2 O H + - + HCO3 Die pH-Änderung ist direkt proportional dem pCO 2 in der Probenlösung. � Elektrolyte (Potentiometrie) Elektrolyte werden mit sogenannten ionensensitiven Elektroden (ISE) gemessen. Dort baut sich ähnlich wie bei der pH-Elektrode auf beiden Seiten einer Membran ein Potential auf, das gemessen wird. Die Membran ist nur durchlässig für das zu bestimmende Ion. Die Potentialmessung erfolgt wie bei der pH-Bestimmung relativ zu einer Referenzlösung. � O 2 -Partialdruck (Amperometrie) Bei der Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes wird der Stromfluss gemessen, der durch die chemische Umsetzung von Sauerstoff an einer Elektrode ensteht. Die Sauerstoffelektrode besteht aus einer Silberanode und einer Platinkathode, die in eine Elektrolyt-Innenlösung getaucht sind. Die Elektrode ist von der Probe durch eine sauerstoffdurchlässige Membran getrennt. Abbildung 2: Aufbau einer Sauerstoff-Elektrode Quelle: Klinische Chemie und Hämatologie, Klaus Dörner, Thieme Verlag Sauerstoff aus der Probe diffundiert durch die Membran in die Elektrolytlösung hinein und wird an der Kathode reduziert (d.h. Sauerstoff nimmt Elektronen auf): O + 4 H 2 + + 4e - � 2 H O 2 1 Platinkathode 2 Elektrolyt-Innenlösung 3 sauerstoffdurchlässige Membran 4 Anode (Ag/AgCl) 5 Messraum 15


Die H + -Ionen stammen aus der Elektrolytlösung. Die Sauerstoff-Reduktion erzeugt einen Fluss von Elektronen (elektrischer Strom). Die Stromstärke ist proportional zum Sauerstoffpartialdruck in der Probe und wird vom Amperemeter gemessen. Zur Vervollständigung des elektrischen Stromkreises ist eine Oxidationsreaktion, bei der Elektronen freigegeben werden, erforderlich. Diese bei der Silberanode vorkommende Reaktion ist die Umwandlung von Ag in Ag + : 16 Ag � Ag + + e - Die Ag + -Ionen werden in die Elektrolytlösung freigegeben, in der sie mit den vorhandenen Cl - - Ionen reagieren und unlösliches AgCl erzeugen, das sich auf dem Silberstift ablagert. � Bicarbonat und Basenexzess (abgeleitete Parameter) Abgeleitete Parameter werden mit Hilfe von gemessenen Daten berechnet oder geschätzt. Die Berechnungen werden anhand von Formeln, die im Analysator einprogrammiert sind, automatisch ausgeführt. Untersuchungsmaterial - Arterielles Vollblut (Vacutainer versetzt mit dem Antikoagulanz Heparin) - hyperämisiertes Kapillarblut (Kapillare beschichtet mit dem Antikoagulanz Heparin)


Messungen während des Praktikums Aufgabe: Blutgase Elektrolyte � Kapilläre Blutentnahme Rapidpoint (Siemens) ABL90 Flex (Radiometer) � Durchführung der Blutgasanalyse mit Rapidpoint oder ABL90 Flex Referenzbereich Kapillarblut pH 7.37-7.45 pCO 2 35-46 [mmHg] pO 2 70-100 [mmHg] Base Excess +/- 2 [mmol/l] Standard-HCO 3 21-26 [mmol/l] Natrium 134-145 [mmol/l] Kalium 3.6-4.8 [mmol/l] Chlorid 95-105 [mmol/l] � Blutgas-Quiz. Die Befunde werden in der Praktikumsauswertung (4. Stunde) besprochen. 17


Präanalytik Die Präanalytik beinhaltet sämtliche Schritte, welche der eigentlichen Messung vorangehen. Dies schliesst die Vorbereitung des Patienten, die Blutentnahme, den Probentransport und die Vorbereitung der Messung mit ein. In keinem Gebiet der Laboratoriumsdiagnostik haben präanalytische Störfaktoren eine grösseren Einfluss als in der Blutgasanalytik. 50-70% (!) der Fehler in den Laborbefunden erfolgen durch Fehler in der Präanalytik. Bei POCT Blutgasanalysen ist diese Anzahl noch wesentlich höher. Die eigentliche Messung im Gerät ist sehr zuverlässig, wenn das Gerät gut gewartet wurde und die Qualitätskontrollen stimmen. Bei der kapillären Blutentnahme müssen zur Vermeidung präanalytischer Fehler folgende Punkte beachtet werden: 18 1. Kapillaren mit elektrolyt-kompensiertem Heparin verwenden Die Verwendung Li-Heparin, das nicht elektrolyt-balanciert ist, kann zu Verfälschungen der Elektrolyt-Parameter führen, da Heparin positive Ionen, besonders Ca2 + , im Blut bindet. 2. Punktionsstelle nicht quetschen Quetschen der Punktionsstelle führt zur Beimischung von Venolenblut und Gewebsflüssigkeit (↑ pCO , ↓ pO , …), sowie zur Hämolyse (↑ K 2 2 + ). 3. Desinfektionsmittel trocknen lassen Verunreinigung mit Desinfektionsmitteln führt zu Hämolyse und verdünnt die Probe. 4. Kapillare vollständig füllen und sofort versiegeln Luftkontakt führt zu ↑ pH, ↓ pCO 2 und ↑ pO 2 . 5. Probe sorgfältig mischen Mangelnde Durchmischung der Probe führt zu Gerinnseln, die das Gerät verstopfen. 6. Probe unmittelbar nach der BE, oder spätestens innerhalb 10 min analysieren Bei Lagerung der Probe haben Stoffwechselvorgänge Auswirkung auf mehrere Parameter, insbesondere auf ↓ Glucose, ↑ Lactat, ↓ pH, ↑ pCO und ↓ pO . 2 2


Literatur ABL800 FLEX Referenzhandbuch, Radiometer Medical ApS, DK-2700 Bronshoj, Dänemark Anal. Clin. Biochem. 1991; 28:207-211 Das Blutgas Handbuch, Radiometer 2009 Innere Medizin, Herold Gerd und Mitarbeiter, 2009 Klinische Chemie und Hämatologie für den Einstieg, Jürgen Hallbach, Georg Thieme Verlag Klinische Chemie und Hämatologie, Klaus Dörner, Georg Thieme Verlag Labor und Diagnose, Lothar Thomas, TH-Books Verlagsgesellschaft Siegenthalers Differenzialdiagnose, Innere Krankheiten – vom Symptom zur Diagnose, Walter Siegenthaler, Georg Thieme Verlag Vademecum IKC, Institut für Klinische Chemie, Universitätsspital Zürich Vermeidung präanalytischer Fehler bei der kapillären Blutgasanalyse, Radiometer Medical ApS, DK-2700 Bronshoj, Dänemark Herzlichen Dank an… … für die Unterstützung mit Analysegeräten, Verbrauchsmaterial und - technischem Support! 19

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