2005

Institut für Mikrobiologie, Immunologie und KrankenhaushygieneStädtisches Klinikum Braunschweig gGmbH

Teil 1 (11:00-11:50 Uhr)

LEBERDIAGNOSTIK I

&Teil 2 (12:00-12:30 Uhr)

Therapeutisches Drug MonitoringMHH

2005

Katalytische Enzym-KonzentrationKatalytische Enzym-Konzentration

Substrat Substrat (Art, Konzentration)(Art, Konzentration)

KofaktorenKofaktoren (Art, Konzentration)(Art, Konzentration)

Puffer Puffer (Art, Konzentration)(Art, Konzentration)

TemperaturTemperaturpHpH--WertWertHilfsHilfs--, Indikatorreaktion, IndikatorreaktionWellenlänge der MessstrahlungWellenlänge der MessstrahlungProbeProbe--, Endvolumen, Endvolumen

InIn--house Methodenhouse MethodenKonventionelle StandardmethodenKonventionelle StandardmethodenOptimierte Standardmethoden der DGKCOptimierte Standardmethoden der DGKCIFCCIFCC--MethodenMethoden ((IInternational nternational FFederation ederation of of CClinical linical CChemistry hemistry

and Laboratory and Laboratory MedicineMedicine))

U/l x 0.0167 = µU/l x 0.0167 = µkatkat/l/l

2005

Messung im FließgleichgewichtMessung im Fließgleichgewicht

MichaeliskonstanteMichaeliskonstante

2005

Auswertung der EnzymkinetikAuswertung der Enzymkinetik

.700.700 .650.650 .600.600 .550.550

11

22

33

44

Ext.Ext.

t [min]t [min]∆∆EE

∆∆tt

Start der Start der Reaktion

[S] >> K[S] >> Kmm

⇒⇒ [E] [E] ≈≈ vvmaxReaktion

max

AusgangswertAusgangswert

ααTangens (Tangens (αα) = ) = ∆∆E/ E/ ∆∆tt

2005

Ermittlung der ReaktionsgeschwindigkeitErmittlung der Reaktionsgeschwindigkeit

AbsorptionsAbsorptions--ZeitZeit--KurveKurveKontinuierliche AufzeichnungKontinuierliche AufzeichnungDiskontinuierliche AufzeichnungDiskontinuierliche AufzeichnungZweipunktkinetik (z.B. gestoppter Test)Zweipunktkinetik (z.B. gestoppter Test)

Ggf. LeerwertGgf. Leerwert--ReaktionReaktion

2005

γγGTGTChromogenes Chromogenes Substrat Substrat (5(5--AminoAmino--22--NitrobenzoatNitrobenzoat, , Absorptionszunahme)Absorptionszunahme)

APAPChromogenes Chromogenes Substrat Substrat (4(4--NitrophenolatNitrophenolat, Absorptionszunahme), Absorptionszunahme)

GLDHGLDHEinfacher optischer Test Einfacher optischer Test (NADH, Absorptionsabnahme)(NADH, Absorptionsabnahme)

ALTALTGekoppelter optischer Test Gekoppelter optischer Test (NADH, Absorptionsabnahme)(NADH, Absorptionsabnahme)

ASTASTGekoppelter optischer Test Gekoppelter optischer Test (NADH, Absorptionsabnahme)(NADH, Absorptionsabnahme)

2005

Messung der ALT: gekoppelter optischer Test

ALTALT

AlaninAlanin + 2+ 2--Oxoglutarat Oxoglutarat ↔↔ Pyruvat Pyruvat + Glutamat + Glutamat MessreaktionMessreaktion

Messung der LD: einfacher optischer Test

LDLD

PyruvatPyruvat + NADH + H+ NADH + H+ + ↔↔ LactatLactat + NAD+ NAD++ IndikatorreaktionIndikatorreaktion

2005

Reaktionsablauf bei der Bestimmung der ALT

Reaktionsablauf bei der Bestimmung der ALT

2005

Isoenzyme Isoenzyme sind gekennzeichnet durchsind gekennzeichnet durch

„gleiche“ Substrat„gleiche“ Substrat--SpezifitätSpezifitätgleiche gleiche enzymatischeenzymatische WirkungWirkungverschiedene Geneverschiedene Geneunterschiedliche Primärstrukturunterschiedliche Primärstrukturunterschiedliches unterschiedliches physikochemischesphysikochemisches Verhalten Verhalten

Isoenzyme

2005

IsoenzymeIsoenzymeGenetisch unabhängige Enzyme verschiedener GeneGenetisch unabhängige Enzyme verschiedener GeneVerschiedene Allele eines Gens (Verschiedene Allele eines Gens (AllelozymeAllelozyme))Heteropolymere (Hybride)Heteropolymere (Hybride)

AlloenzymeAlloenzymeUnterschiede im NichtUnterschiede im Nicht--Proteinanteil (Kohlenhydrat)Proteinanteil (Kohlenhydrat)Spaltung eines Spaltung eines Proenzyms Proenzyms an verschiedenen Stellenan verschiedenen StellenPolymere aus identischen UntereinheitenPolymere aus identischen UntereinheitenUnterschiedliche räumliche Anordnung Unterschiedliche räumliche Anordnung Komplexbildung mit Komplexbildung mit ImmunglobulinenImmunglobulinen

Multiple Formen von Enzymen

2005

Klinische Konsequenzen nicht erkannter Makroenzyme

Klinische Konsequenzen nicht erkannter Makroenzyme

MakroMakro--AmylaseAmylaseRöntgenuntersuchungen, Szintigramme, Röntgenuntersuchungen, Szintigramme, Sonographien, Gastroskopien, u.a.Sonographien, Gastroskopien, u.a.

MakroMakro--ASTASTLeberbiopsienLeberbiopsien

MakroMakro--APAPMakroMakro--SPSP

ProstataProstata--Biopsien, AntiandrogenBiopsien, Antiandrogen--TherapieTherapie

2005

Verfahren zur „Isoenzymbestimmung“

ElektrophoretischeElektrophoretische Trennung Trennung CK, APCK, APChromatographieChromatographie MakroamylaseMakroamylaseImmuninhibitionImmuninhibition CK, CK, AmylaseAmylaseIsoenzymspezifischeIsoenzymspezifische SubstrateSubstrate LDHLDHSelektive InhibitionSelektive Inhibition SP, SP, AmylaseAmylaseThermische InaktivierungThermische Inaktivierung APAPImmunologische MassenImmunologische Massen--BestimmungBestimmung CK, APCK, AP

2005

IsoenzymeIsoenzyme der Alkalischen der Alkalischen PhosphatasePhosphatase

Plazentare Plazentare APAPIntestinale Intestinale APAPUnspezifische APUnspezifische AP

LeberLeberKnochenKnochenNiereNiere

AP-Aktivitäten im Serum

GesamtaktivitätGesamtaktivität ((≈≈100 %)100 %)LeberfraktionLeberfraktion ((≤≤ 50 %)50 %)KnochenfraktionKnochenfraktion ((≤≤ 70 %)70 %)IntestinalfraktionIntestinalfraktion ((≤≤ 20 %)20 %)

2005

Erhöhte Aktivität der Alkalischen PhosphataseErhöhte Aktivität der Alkalischen Phosphatase

KnochenumbauprozesseKnochenumbauprozesseM.M. PagetPagetSkelettmetastasen, PrimärtumorenSkelettmetastasen, PrimärtumorenRachitis,Rachitis, OsteomalazieOsteomalazie(Frakturen,(Frakturen, HyperparathyreoidismusHyperparathyreoidismus))NICHT bei Osteoporose, Zysten,NICHT bei Osteoporose, Zysten, MyelomMyelom

HepatoHepato--biliärebiliäre ProzesseProzesseIntraIntra-- undund extrahepatischeextrahepatische GallengangsprozesseGallengangsprozesseHepatitis, ZirrhoseHepatitis, ZirrhoseLebertumoren Lebertumoren

AndereAndereKarzinome, Karzinome, Kollagenosen Kollagenosen ((AmyloidoseAmyloidose), Medikamente), Medikamente

2005

Ursachen für erhöhte Aktivitäten der Gamma-Glutamytransferase im SerumUrsachen für erhöhte Aktivitäten der

Gamma-Glutamytransferase im Serum

HepatoHepato--biliäre biliäre ProzesseProzesseIntraIntra-- undund extrahepatischeextrahepatischeGallengangsverschlüsseGallengangsverschlüsseLebermetastasen und Lebermetastasen und ––tumorentumorenHepatitis, Zirrhose (Alkohol)Hepatitis, Zirrhose (Alkohol)

AndereAndereAlkoholAlkoholMedikamente (Enzyminduktion)Medikamente (Enzyminduktion)Diabetes mellitus, Hypertonie, koronare Diabetes mellitus, Hypertonie, koronare HerzkrankheitHerzkrankheit

2005

Charakteristische Organ-Muster?

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Relative Enzym-Konzentrationen der Organe

0 20 40 60 80 100

AST

ALT

GLDH

APDuodenumKnochenPankreasLungeGehirnNiereHerzMuskelLeber

[%][%]

2005

LeberLokalisation & Organspezifität

LeberLokalisation & Organspezifität

AST

ALT

GLDH

2005

Lokalisation & OrganspezifitätLokalisation & Organspezifität

ASTASTMitochondrien (70%), Zytoplasma (30%)Mitochondrien (70%), Zytoplasma (30%) Herz, Leber, MuskelHerz, Leber, Muskel

ThrombozytenThrombozyten

ALTALTZytoplasmaZytoplasma LeberLeber

GLDHGLDHMitochondrienMitochondrien--Matrix, Matrix, zentrolobulärzentrolobulär⇑⇑ LeberLeber

γγGTGTZellmembranZellmembran LeberLeber

APAPZellmembranZellmembran--gebunden, löslichgebunden, löslich Leber, Knochen, Leber, Knochen,

Plazenta, (Tumor)Plazenta, (Tumor)

2005

Hohe GLDH-Aktivität

• Leberdystrophie• Hepatitis• Lebermetastasen• Verschlussikterus• Abstoßungsreaktion• Hypoxische Leberschäden

(Rechtsherzversagen, resp. Insuffzienz, Kreislaufversagen)

2005

Halbwertzeit

0

50

100

150

200

250

LDH 5

Lipase

CK

AST

Amylase

GLDH

ALT

GGT

LDH 1

AP

CHE

[h]

2005

Akute Virushepatitis

2005

Alkoholhepatitis

2005

Chronische Hepatitis, Zirrhose

2005

2005

Verschlussikterus

2005

Toxische Leberschäden: BeispieleToxische Leberschäden: Beispiele

2005

HerzinfarktHerzinfarkt

2005

2005

2005

SchockSchock

2005

SchockSchockvs.vs.LeberstauungLeberstauungvs.vs.HerzHerz--KreislaufKreislauf--InsuffizienzInsuffizienz

2005

Zusammenfassung: Klinisch-chemische Diagnostik bei V.a. Lebererkrankung

Zusammenfassung: KlinischZusammenfassung: Klinisch--chemische chemische Diagnostik bei V.a. LebererkrankungDiagnostik bei V.a. Lebererkrankung

„„ScreeningScreening““ALTALT

LeberzellschLeberzellschäädigungdigungγγ--GTGT

GallengangsbeteiligungGallengangsbeteiligungCHECHE

SynthesekapazitSynthesekapazitäätt

WeiterfWeiterfüührende Diagnostikhrende DiagnostikAST, GLDH, AP, Bilirubin, Albumin, AST, GLDH, AP, Bilirubin, Albumin, Gerinnungsfaktoren, etc.Gerinnungsfaktoren, etc.

2005

10 min Pause10 min Pause

2005

Teil 2:Therapeutisches Drug Monitoring (TDM)

Bestimmung der Serumkonzentration

verschiedener Pharmaka, die zu

therapeutischen Zwecken eingesetzt wird

2005

Allgemeine Auswahlkriterien zum TDM

• hohes Wirkpotential, gefährliche Toxizität • enger therapeutischer Bereich, steile Dosis-Wirkungskurve• keine definierte (biologische) Zielgröße (RR, Quick, Glucose)• hohe (biologische) Variabilität der Pharmakokinetik• nicht-lineare Pharmakokinetik• prophylaktische Anwendung (Asthma, Epilepsie)• Compliance Kontrolle• Zuverlässige Nachweisverfahren

2005

2005

2005

ProteinbindungProteinbindung

AlbuminAlbuminsauressaures αα11--GlykoproteinGlykoproteinLipoproteineLipoproteine

Freie KonzentrationFreie KonzentrationFreie FraktionFreie Fraktion

2005

Pharmakokinetik & Pharmakodynamik

• Pharmakokinetik (Absorption, Verteilung, Clearance)→ Bioverfügbarkeit→ Aufsättigungskinetik

• Pharmakodynamik(pharmakologischer Effekt)

Begriffe: Therapeutische BreiteTherapeutischer Bereich

• Faktoren, die die Wirkung von Digoxin beeinflussen

Verstärkung der WirkungHypokaliämieHypomagnesiämieHyperkalzämieHypothyreoseMyokardiale IschämieStörungen des Säure-Basen-Haushalts etc.

2005

Therapeutischer Bereich: empirisch

2005

Erreichen des Plateauwertes

2005

GleichgewichtskonzentrationGleichgewichtskonzentration

Halbwertzeit [h]Halbwertzeit [h] Zeit bis Zeit bis Steady Steady State [d]State [d]

DigoxinDigoxin 3232--3636 6.56.5--7.57.5DigitoxinDigitoxin 140140--190190 2929--4040PhenytoinPhenytoin 1010--4040 55--1010PhenobarbitalPhenobarbital 4040--120120 2121--2828GentamicinGentamicin 0.50.5--1515 11--33VancomycinVancomycin 44--1010 11--22SalizylsäureSalizylsäure 33--2020 11--55

2005

Verteilungs- und Eliminationsphase

K = 0.693 / t1/2

linearlinear HalblogarithmischHalblogarithmisch

Kinetik 1.OrdnungKinetik 1.Ordnung

2005

Zusammenhang: Dosis vs. Konzentration

2005

Beispiel: Ethylalkohol

Lineare Auftragung (Reaktion 0. Ordnung)Lineare Auftragung (Reaktion 0. Ordnung)

2005

Reaktion 0. Ordnung

Ethanol:

bis 20 mg/dl = 200 mg/l = 0.2 g/l ≈ 0.2 °/oo

⇒ Reaktion erster Ordnung

ab >0.2 °/oo ⇒ Reaktion nullter OrdnungMänner: 16 (10-25) mg/dl/hFrauen: 10-20% niedriger

Bei Werten über 3.0 °/oo ergeben sich durch Aktivierungeines zweiten, induzierbaren Abbauweges in der Leberunvorhersehbare Abbauraten.

2005

Biologische Variabilität: CL, VdBiologische Variabilität: CL, Vd

Zunahme des Verteilungsraums für Zunahme des Verteilungsraums für Aminoglykoside Aminoglykoside bei kritisch Krankenbei kritisch Kranken

2005

2005

Verfahren zur DosisvorhersageVerfahren zur Dosisvorhersage

Empirische Empirische VerahrenVerahrenNomogrammeNomogrammeTabellenTabellen

Einfache Einfache pharmakokinetischepharmakokinetische MethodenMethodenEinEin--PunktPunkt--MethodenMethodenZweiZwei--PunktPunkt--MethodenMethodenDreiDrei--PunktPunkt--MethodenMethoden

BayesBayes--VerfahrenVerfahren

2005

Theophyllin-NomogrammTheophyllin-Nomogramm

2005

Regeln für die Blutabnahme bei der Anforderung von PharmakaspiegelRegeln für die Blutabnahme bei der Anforderung von Pharmakaspiegel

DauertherapieDauertherapieImIm SteadySteady--State, d.h. State, d.h. nachnach 44--5 Halbwertzeiten abnehmen5 Halbwertzeiten abnehmen

Intravenöse GabeIntravenöse GabeNach der Verteilungsphase abnehmen, d.h. ca.1Nach der Verteilungsphase abnehmen, d.h. ca.1--2 h 2 h nach Beendigung der Infusion. Ausnahmennach Beendigung der Infusion. AusnahmenDigoxinDigoxin//DigitoxinDigitoxin: 6: 6--8 h8 h

Messung der maximalen Messung der maximalen PlasmakonzentrationPlasmakonzentrationZeit ist vom Zeit ist vom Pharmakon Pharmakon abhängig (1abhängig (1--18 h)18 h)

Messung der minimalen Messung der minimalen PlasmakonzentrationPlasmakonzentrationIn der Regel vor der nächsten EinnahmeIn der Regel vor der nächsten Einnahme

2005

„TDM in der Praxis“„TDM in der Praxis“

2005

„TDM in der Praxis“„TDM in der Praxis“

Digoxin therapeuticDigoxin therapeutic drugdrug monitoringmonitoring: an: an auditaudit andand reviewreviewSidwellSidwell et al. 2003, N Zet al. 2003, N Z MedMed J 116:U708J 116:U708

53% der Messungen ohne klare Indikation53% der Messungen ohne klare Indikation32% der 32% der Messungen innerhalb der VerteilungsphaseMessungen innerhalb der Verteilungsphase19% 19% der Messungen nicht imder Messungen nicht im steady statesteady state5% 5% der Messungen resultiertender Messungen resultierten in in falschen Konsequenzenfalschen Konsequenzen

In 29% In 29% der Fder Fäälle korrekte Indikationlle korrekte Indikation, , ProbennahmeProbennahme, Interpretation, Interpretation

2005

Danke für die Aufmerksamkeit!

Danke für die Aufmerksamkeit!