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Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik
Teil 8Urindiagnostik
Niere
Prof. Dr. Ralf LichtinghagenMedizinische Hochschule Hannover
Klinische ChemieTel.: 0511-5323940
Niere: Grundlagen
Feinbau:Glomerulum, proximaler Tubulus, Henlesche Schleife, distaler Tubulus, Sammelrohr.
Aufgaben der Niere:Kontroll- und AusscheideorganKonstanthaltung der BlutzusammensetzungKonstanthaltung des Blut-pH-WertesAufrechterhaltung der charakteristischen
ElektrolytzusammensetzungAusscheidung unter beträchtlicher
Konzentrierung:1. glomeruläre Filtration2. tubuläre Rückresorption3. tubuläre SekretionHormonbildung (Renin, Erythropoetin)
Erkrankungen der Niere oft lange lange Zeit ohne typische Beschwerden,deshalb Nierenfunktionsstörungen und Niereninsuffizienz oft jahrelang unerkannt.Auffällige Zunahme von diabetischen Nephropathien
Kosten in Deutschland:300 Millionen € / Jahr(30.000 € / Patient)
Ursachen für dialysepflichtiges Nierenversagen in Europa 2000
Labormedizinische Untersuchungen auf derBasis pathobiochemischer Erkenntnisse
Untersuchungen zur Früherkennung von Nierenerkrankungen im Frühstadium (Bessere Zugänglichkeit für Therapie)
Differenzierung verschiedener Formen von Nierenerkrankungen mit verschiedener Prognose
Therapieüberwachung
Verlaufskontrolle (einschließlich der Überwachung von Dialyse- undtransplantierten Patienten)
Überwachung der Nierenfunktion zusätzlich bei folgenden Krankheiten
•Hypertonie•D. mellitus•Hyperurikämie, Gicht•Urolithiasis•Prostatahypertrophie•akute oder chronisch rezidivierende Infekte•TBC•chronische Anwendung potentiell nephrotoxischer Medikamente•Hyperparathyreoidismus•maligne Erkrankungen mit Nierenbeteiligung (z.B. Myelom)
sowie in der Schwangerschaft
UrinstatusUrinstatus umfasst Makroskopische Harnbeurteilung
TeststreifenuntersuchungMikroskopische Sedimentuntersuchung
Makroskopische BeurteilungUrinmenge Beitrag zur Wasserbilanz des Körpers
Normal M 800 – 1600 ml / TagW 600 – 1600 ml / Tag
Polyurie > 2500 ml / TagOligurie < 400 ml / TagAnurie < 100 ml / Tag
Urinfarbe/Trübung Der frische Urin (Mittelstrahlurin) von Gesunden ist klar und strohgelbFarbabweichungen beachten (Hämoglobin, Bilirubin, Porphyrine, Medikamente, Nahrungsmittel).Bei jeder Trübung muss an pathologische Ursachengedacht werden. Trübungen nach längerem Stehenlassen meist ohne pathologische Bedeutung.
Uringeruch nach Ammoniak: bakterielle Zersetzung von Harnstoffnach Aceton: Ketonurie bei z.B. D. mellitus
UrinstatusTeststreifenuntersuchungen
Urindichte Test auf Konzentrierleistung der Niere, abhängig von Flüssigkeitsaufnahme und Krankheiten wie: D. mellitus, D. insipidus, Hyperaldosteronismus.(besser: Osmolalität über Bestimmung der Gefrierpunktserniedrigung)
pH-Wert pH-Wert frischer Harnproben zwischen 4,5 und 7,5Nachweis mittels Gemisch von IndikatorfarbstoffenEinflussgrößen: Ernährung (vegetarisch-fleischhaltig)Diäten, Fieber, Harnwegsinfekte, Lagerdauer des Urins
Glucose Suchtest auf D. mellitus, renale Glucosurie
Ketonkörper Diabetes , Azidosen, Nachweis von Aceton und Acetoacetat
Bilirubin Hepatopathien, Differentialdiagnostik des Ikterus(Prähepatisch, hepatisch, posthepatisch)
Urobilinogen Hepatopathien, Differentialdiagnostik des Ikterus
UrinstatusTeststreifenuntersuchungen II
Protein Wichtige Untersuchung zum Ausschluss von Nierenerkrankungen,erfasst Proteinurien > 200 mg/l, Albumin besser als Globuline erfasst, Bence-Jones-Proteine werden nicht erfasst,alkalischer pH-Wert kann bei positivem Protein negativen Befund verursachen.Proteindifferenzierung bei positivem Befund!
Nitrit Suchtest für Harnwegsinfekte durch nitritbildende Bakterien (z.B. E. coli). Negativ bei Bakterien, die kein Nitrit bilden und bei hoher Ascorbatkonzentration.
Hämoglobin Pseudoperoxidaseaktivität des Hämoglobins als Grundlage des Nachweises, Erythrozyten lysieren auf dem Testfeld und werden auch erfasst. Nachweis von Mikrohämaturie (Erythrozyturie, Hämoglobinurie) bei glomerulären Schäden, Tumoren der Niere und ableitenden Harnwege, Steinleiden.
Leukozyten Esteraseaktivität des (intrazellulären) granulozytären Enzyms wird erfasst. Suchtest auf Entzündungen im Bereich der Niere und ableitenden Harnwege.
Urinstatus: SedimentIndiziert bei positiven Ergebnissen im Teststreifen.Besonders geeignet für eine Untersuchung ist der konzentrierte erste Morgenurin.
10 ml Urin mischen, 5 min bei 800 g zentrifugieren, Überstand dekantieren, Ein Tropfen der Suspension auf Objektträger.Betrachtung von 20 Gesichtsfeldern bei 400facher Vergrößerung.Organisierte Bestandteile: Erythrozyten, Leukozyten, Zylinder und andere Zellen.Nicht organisierte Bestandteile: Kristalle.
Herkunft:aus der Niere (renal)aus den Harnwegen (postrenal)aus Vagina, Prostata (nicht renal)
Urinstatus: Sediment
Proteinurie
Leitsymptom fast aller Nierenerkrankungen
Einfache Ergänzung der nephrologischen Diagnostik (Verlaufsbeobachtung, präventive Reihenuntersuchung)
Ursachen der Proteinurie sind renaler, prärenaler und postrenaler Genese
Niere ist, neben hereditären und erworbenen Erkrankungen,Manifestationsort vieler systemischer und generalisierter Prozesse
Renale Beteiligung nimmt oft entscheidenden Einfluss auf Prognose dieser Erkrankungen
Proteinurie
Renale Ursachen einer Proteinurie: Glomerulopathien
Glomerulonephritiden (Immunk.typ (postinf.), IgA-Nephritis, Antibasalmembrantyp)
erbliche Nephropathien (Zystennieren, α1-Antitrypsinmangel)
Kollagenosen (Lupus erythematodes, Sklerodemie)
Degenerative Erkrankungen (Sarkoidose, Wegeners Granulomatose)
Nierenstauung (Rechtsherzinsuffizienz, Nierenvenenthrombose)
Diabetische Nephropathie, Schwangerschaftnephropathie,EPH-Gestose, Amyloidose
Renale Ursachen einer Proteinurie: Tubulopathien
Erbliche Tubulopathie (Fanconi-Syndrom, Renal-tubuläre Azidose)
Interstitielle Nephritis (viral (Hantavirus), bakteriell (Pyelonephritis),
allergisch (Medikamente))
Toxische Tubulopathie (chronisch-kumulativ (Analgetika), akut (Aminoglykoside ))
Prä- und postrenale Ursachen einer Proteinurie
Prärenal Postrenal
Immunglobulinleichtketten- Harnwegsinfekte
AusscheidungTumoren (Niere, Blase, Prostata)
Intravasale HämolyseSteinleiden
RhabdomyolyseVerletzungen
Münchhausensyndrom
Proteinurieformen Größen Ausscheidung[kDa] g/24h
Selektive glomeruläre Proteinurie 50-70 0,03-0,3
Nicht selektive glom. Proteinurie 50->150 1,5-20
Tubuläre Proteinurie 10-70 0,15-1,5
Mischproteinurie 10->150 0,15-20
Prärenale Proteinurie 0,1-50
Postrenale Proteinurie variabel
Prognose
Qualität der Filtration (neben Menge) von diagnostischer BedeutungKationische Moleküle passieren eher glomer. Basalmembran.Verminderung der ionischen Komponente: selektive glomeruläre ProteinurieZusätzlich Strukturveränderungen durch entzündliche oderimmunologische Faktoren: Verlust der Porengrößenselektivität
(unselektive glomeruläre Proteinurie)
Differentialdiagnostik einer Proteinurie
Teststreifen Screening auf Proteinurie bei asympotischen Patienten, gleichzeitig Erfassung von Leukozytenesterase sowie Hämoglobin und Myoglobin
Gesamtprotein Quantifizierung und Verlaufsbeurteilung bekannter Proteinurie, Grobeinteilung von Typ und Schweregrad einer Nephropathie Aufdeckung einer Bence-Jones-Proteinurie (vgl. Teststreifen).
Differentialdiagnostik der Proteinurie(wichtige Markerproteine)
Albumin (64 kD, Marker einer glomerulären Proteinurie)
Nachweis einer Mikroalbuminurie (20-200 mg/l, M 30-300 mg/g Kreatinin
30-300 mg/24h, W 20-200 mg/g Kreatinin
IgG (145 kD, Beurteilung der Selektivität einer glomerulären Proteinurie)
α1-Mikroglobulin (31 kD, Marker einer tubulären Proteinurie, Resorptionskapazität)
N-Acetyl-β-D-Glucosaminidase (β-NAG) (akuter Schädigungsgrad proximaler(Tubulusenzym) Tubuluszellen)
α2-Makroglobulin (720 kD, Differenzierung renaler/postrenaler Hämaturien)
Urinproteindiffenzierung mittels Elektrophorese
Zelluloseacetat-Folie
Trennung der Proteine primär nach Ladung oder Größe
SDS-PAGE besser geeignet für Differenzierung der Proteinurie
Problem:Quantifizierbarkeit und Objektivität der Aussage
Albumin
⊕
SDS-PAGE
1 2 3
66 kDa,Albumin
45 kDa,Ovalbumin
30 kDa,Carbonic Anhydrase
97 kDa,Phophoryl. B
Urin von Patientin.,verdünnt (1)
Molekulargewichts-marker, (2)
Vergleichsurin (3)B.J.-Proteinurie
1 2 3 4 5Kontrollserum (1, 5)
Marker, Ovalbumin (a) und Lysozym (b) (2)
Urin von Patientin.,verdünnt und unverdünnt (3, 4)
(b)
(a)
Patientin, 27 Jahre(in Behandlung wegen V. a. SLE mit Nierenbeteiligung)
Weitere Befunde: Vaskulitis, Mikrohämaturie, blutiger Stuhl, Serologie: AK-negativ
V. a. Münchhausen-Syndrom
Befunde: (Serum-Werte,Serum-E‘pho unauffällig)
U-Protein [g/l] 5,03U-Albumin [g/l] 0.025U-Transferrin [g/l] <0.002U-IgG [g/l] 0.005U-α1-Mikroglobulin[g/l] 0.007
E‘pho auf Celluloseacetatmembran
SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese
Wann ist welcher Marker erhöht?
Albumin: Bei glomerulärer Filtrationsstörung
α1-Mikroglobulin: Bei tubulärer Resorptionsstörung
Aber auch bei Einschränkung der tubulären Rückresorption vermehrt im Harn ausgeschieden
Erhöhte Urinkonzentrationen auch bei glomerulärerProteinurie (>100facher Anstieg der Albuminurie)ohne histopathol. Veränderungen des Interstitiums(Überlastung der Resorptionskapazität der Tubuli)
Vergleich von Albumin- und α1-Mikroglobulin-Ausscheidungsmustern
Nephropathien
Glomerulopathien,primär
Glomerulopathien,sekundär
Dysfunktionskollektiv
Exponentialfunktion
Logarithmische Funktion
http://wilas.zait.uni-bremen.de/upes/upes_info.htm
Festlegung der Bereiche
3
1
Glomerulopathie (1)
Glomerulopathie mit tubulo-interstitiellerBeteiligung (2)
Tubulo-interstitiellerNephropathie (3)
Auswertung inkl. Diagnosestellung im Idealfall mittels ExpertensystemHofmann et al. Lab.med.1993; 17:502
Selektivität der glomerulären Proteinurie
IgG/Albumin
Selektiv <0,03Nicht-selektiv >0,03
Gültig für eine Albuminurie > 500 mg/g Kreatinin
Entscheidungskriterien zur Leukozyturiedifferenzierung
Leukozytenesterase: positiv
Gesamtprotein: normalAlbumin: normalα1-Mikroglobulin: normal
Leukozytenesterase: positiv
Gesamtprotein: normalAlbumin: 30-100 mg/g Krea.α1-Mikroglobulin: normal
Leukozytenesterase: positiv
Gesamtprotein: >150 mg/g Krea.Albumin: >100 mg/g Krea.α1-Mikroglobulin: >14 mg/g Krea.
Postrenale EntzündungKein Hinweis auf Störung der glomerulärenund tubulären Proteinreabsorption.Klinisch relevante Nierenparenchymerkrankung mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen.
Urineiweißdifferenzierung nach Abklingen derLeukozyturie wiederholen.Auch Entzündungen der ableitenden Harnwegekönnen mit geringen Albumin- und/oderIgG-Erhöhungen einhergehen.
Zur Abschätzung des Ausmaßes der renalenBeteiligung bei Entzündungen im Bereichder ableitenden HarnwegeUrineiweißdifferenzierung nach Abklingen der Leukozyturie wiederholen.
Ursachen der Hämaturie
Mikrohämaturie (mikroskopisch)
Makrohämaturie (roter Urin)
Prärenal: Hämolyse
Renal: EntzündungenTumore, Steine, Nieren-Parenchymschaden
Postrenal: Steine, Tumore, Entzündungen
Entscheidungskriterien zur Hämaturiedifferenzierung
1 2 3
IgG/Albumin >0,2 <0,2 >0,2α2-Makrogl./Albumin >0,02 <0,02 <0,02α1-Mikrogl./Albumin <1,0 <1,0 >1,0
Für U-Albumin > 100 mg/l
1 Mit großer Wahrscheinlichkeit postrenale Hämaturie, Kontrolle nach Abklingen
2 Mit großer Wahrscheinlichkeit renale (glom.) Hämaturie,zusätzliche postrenale Blutbeimengung nicht ausgeschlossen(zusätzl. Proteinurie bewerten)
3 Mit großer Wahrscheinlichkeit renale (tubulo-interstit.) Hämaturie,zusätzliche postrenale Blutbeimengung nicht ausgeschlossen(zusätzl. Proteinurie bewerten)
Differenzierung einer Bence-Jones-Proteinurie
Albumin + α1-Mikrogl. + Transferrin + IgG
Gesamtprotein
Cut off: 0,69
Sensitivität: 100%Spezifität: 76,8%
Immunfixation: Kappa/Lambda
Sensitivität: 100%Spezifität: 98,6%
SDS-PAGE:
Sensitivität: 67,5%Spezifität: 100%
Boege et al. J Clin Chem Clin Biochem 1990; 28:37-42
Mikroalbuminurie
Urinausscheidung von Albumin in einer Konzentration von 20 – 200 µg/lFrüher und sensitiver Nachweis einer diabetischen Nephropathie
Bestimmung
Semiquantitativ: Albuminteststreifen
Quantitativ: 24-Std.-Urin
Ref.bereich:12 – 19 mg / 24 Std.
Messung der Konzentration von glomerulär filtrierten Substanzen im Blut: Aussagen über glom. Filtration, nicht über Art der Nierenerkrankung
Entsteht im Muskelgewebe aus Kreatin (Energiespeichersubstanz)Höhere Werte mit zunehmender Muskelmasse, Abnahme im Alter(Muskelzerfall (Myopathie): Anstieg des S-Kreatinins)
Bestimmung entweder photometrisch mit Pikrinsäure (Jaffé-Reaktion) oder enzymatisch (höhere Spezifität, keine Reaktion mit Pseudo-Kreatininen)
Kreatinin orangefarbene VerbindungenPseudokreatinine
Kreatinin
Funktionsdiagnostik
Pikrinsäure, OH-
Referenzintervall:(enzymatisch)Serum bis 6J. 21 - 53 µmol/l Urin: 0,07-0,14 mmol/ (kg x d)2
6-12 40 - 60 µmol/l 0,07-0,18 mmol/ (kg x d)2
M 59 – 104 µmol/l 9,0-14,0 mmol/dW 45 – 84 µmol/l 9,0-14,0 mmol/d
Anstiege (renal bedingt): akutes Nierenversagenchronische NiereninsuffizienzHerz-Kreislauf-Insuffizienzpostrenale harnwegsobstruktionZytostatika-, Aminoglykosidtherapie
(prärenal bedingt): MuskeltraumenVerbrennungenMuskeldystrophieBodybuilding,
Funktionsdiagnostik
Konstitution des Patienten sollte einbezogen werden(Extremfälle: Bodybuilder vs. muskelarmer altersschwacher Patient)
Kreatinin-Anstieg im Serum erst bei einer Reduktion der GFR unter 50%
Zunehmende Serumkonzentration bei eingeschränkter Nierenfunktion führt zu Überschätzung der GFR: glomeruläre Filtration + tubuläre Sekretion + Ausscheidung über Darmschleimhaut (linear bis etwa 20 ml/min).
Kreatinin: Diagnostische Wertigkeit
•Quantitativ wichtigstes Abbauprodukt des Eiweißstoffwechsels•in der Leber gebildet•glomerulär filtriert, zum großen Teil tubulär rückresorbiert•Ausscheidung ist von Diurese abhängig (im Gegensatz zu Kreatinin)•Enzym. Nachweis (Urease-Methode) Ref.bereich: 3,3-6,7 mmol/l•Üblicherweise Bestimmung zusammen mit Kreatinin
Weitere Faktoren, die [S-Harnstoff] beeinflussen:•Eiweißreiche Kost•Katabole Stoffwechsellage (z.B. bei Fieber)•Mangelnde Flüssigkeitszufuhr•Oligurie S-Harnstoff steigt
•Eiweissarme Ernährung•Vermehrte Flüssigkeitsausscheidung im Urin•fortgeschrittene Lebererkrankung (Synthese) S-Harnstoff sinkt
S-Harnstoff >30 mmol/l: in der Regel nur renale Ursache
Funktionsdiagnostik: Harnstoff
Funktionsdiagnostik: Renale ClearancePlasmavolumen in ml, das durch Harnbildung durch die Niere pro Minute von einer Substanz befreit wird.•exogen: Inulin•endogen: Kreatinin
•Kreatininclearance zur Beurteilung der glomerulären Filtration•Überprüfung der Nierenfunktion•Verlaufskontrolle bei Nierenerkrankungen•Überwachung nephrotoxischer Pharmaka
U-Kreatinin x U-Volumen (ml) x 1000 x 1,73C = ---------------------------------------------------------- ml/min
S-Kreatinin x Sammeldauer (min) x KOF (m2)
Referenzbereich: 80-170 ml/minKOF= 0,1672[KGW (kg) x KGR (m)]1/2
Funktionsdiagnostik: Cystatin C
•neuere Messgröße zur Abschätzung der GFR•kleinmolekularer Proteinaseinhibitor (13,4 kD)•in konstanter Menge im Blut•Konzentration im Blut hauptsächlich durch GFR bestimmt
Ref.bereich: Erwachsene <1,3 mg/l
Vorteile:•keine ausgeprägte Alters- und Geschlechtsabhängigkeit•keine Abhängigkeit von extrarenalen Faktoren (Muskelmasse)•Anstiege auch im kreatininblinden Bereich•deshalb direkte Abschätzung der Clearance möglich :
C (ml/min) = 74,8 / Cystatin C 1/0,75
Funktionsdiagnostik: Cystatin C
InulinInulin clearanceclearance (mL/min/1.73m(mL/min/1.73m22))
N L
atex
Cys
tatin
C (m
g/L)
N L
atex
Cys
tatin
C (m
g/L)
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
6
5
2
4
3
0
1
Paediatric patients (1-16 years)n = 42y = 18.3275 x -0.6762
Pearson r2 = 0.7480
Adult patients (<50 years)n = 94y = 26.6319 x -0.7651
Pearson r2 = 0.8234
Elderly patients (>50 years)n = 72y = 26.0710 x -0.7569
Pearson r2 = 0.7765
GFR =est.74.83
Cys C 1/0.75
Ausschluss einer Nierenerkrankung
Serum: KreatininCystatin C
Urin: HämoglobinLeukozytenesteraseGesamtproteinAlbuminα1-Mikroglobulin
Normalbefundunauffällig
Befundbeispiel
Patient, 30 J, seit einigen Tagen schmerzhafte häufige Blasenentleerungen. Ständiger Harndrang (Pollakisurie) sowie erschwerte Miktion (Dysurie). Kein Fieber, BSG nicht erhöht .
Cystitis
Befundbeispiel
Patient, 38 J, Seit einer Woche Pollakisurie und Brennen bei der Miktion.Seit zwei Tagen hohes Fieber, teils kolikartige Schmerzen im Rücken. Rechtes Nierenlager klopfempfindlich.
Pyelonephritis
Befundbeispiel
Patient, 38 J, Eine Woche nach einer Angina tonsilliaris plötzlich unbe-stimmte Schmerzen in der Nierengegend mit heftigen Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen. Der Patient bemerkte eine leichte rötlich-braune Verfärbung des Urins sowie Lidödeme.
Glomerulonephritis