Proteindiagnostik

Das Blut besteht aus den Blutzellen, also aus den Erythrozyten, Thrombozyten und Leukozyten sowie aus dem Blutplasma.

Das Blutplasma besteht zu 90% aus Wasser. Der Rest wird durch verschiedene gelöste Substanzen, unter anderem die Plasmaproteine, gebildet. Die Plasmaproteine werden überwiegend in der Leber synthetisiert. Auch in den 
B-Lymphozyten werden Gamma-Globuline, also Antikörper synthetisiert, die ebenfalls einen wichtigen Anteil der Plasmaproteine bilden.

Physiologisch liegen im Blutplasma um die 60 Gramm Proteine pro Liter vor.

Als Blutplasma wird der zellfreie Anteil des Blutes inklusive der Gerinnungsfaktoren bezeichnet. Dieses besteht hauptsächlich aus Wasser. Daneben enthält es Serumproteine und andere Bestandteile wie Hormone und Elektrolyte.

Das Blutserum bezeichnet die Blutflüssigkeit, die keine Zellen und keine Gerinnungsfaktoren enthält.

 Merke

Blutplasma = zellfreie Blutflüssigkeit mit Gerinnungsfaktoren

Blutserum = zellfreie Blutflüssigkeit ohne Gerinnungsfaktoren

Das Albumin wird in der Leber hergestellt. Es stellt mit 60% den größten Teil der Plasmaproteine dar. Albumin dient im Plasma zur Aufrechterhaltung des kolloidosmotischen Drucks und als Puffer für pH-Wert-Schwankungen.

Ein Albuminmangel führt daher zur Abnahme des kolloidosmotischen Drucks und damit zu einem Verlust von Flüssigkeit in das Gewebe und somit zu Ödemen.

Albumin fungiert weiterhin als Transportprotein. So bindet es z.B. Bilirubin, freie Fettsäuren, verschiedene Hormone und Medikamente.

Erhöhung

• Dehydratation

Verminderung

• Synthesedefekt der Leber
• Proteinverlust über den Magen-Darm-Trakt
• Nephrotisches Syndrom
• Mangelernährung
• Verbrennungen
• Malabsorption

Die Immunglobuline werden von den Plasmazellen (spezielle B-Lymphozyten) gebildet und ins Blut sezerniert. Sie können spezifische Antigene binden und gehören daher zur spezifischen Immunabwehr.

Antikörper bestehen aus zwei schweren und zwei leichten Ketten.

Die leichten Ketten lassen sich in Kappa- und Lambda-Leichtketten unterteilen.

Anhand der Struktur der schweren Ketten werden die Immunglobuline in die folgenden Isotypen unterteilt:

• IgA: an mukosalen Oberflächen
• IgD: B-Zell-Rezeptor
• IgE: Parasiten & allergische Reaktionen
• IgG: sekundäre Immunantwort (Gedächtnis)
• IgM: primäre Immunantwort

Die Gerinnungsfaktoren bestehen aus Eiweißen, die durch eine Spaltung aktiviert werden. Über eine Gerinnungskaskade kommt es zur Entstehung eines Blutgerinnsels.

Laborchemisch ist insbesondere das Fibrinogen (Faktor I) von Relevanz, da dieses eine lange Halbwertszeit von ca. 8 Stunden hat. Dieses wird in der Leber synthetisiert und von Thrombin zu Fibrin gespalten. Die einzelnen Fibrin-Monomere lagern sich zusammen, werden verknüpft und bilden gemeinsam mit den Thrombozyten einen Thrombus.

Eine geringe Fibrinkonzentration gibt Hinweise auf eine verlängerte Blutungszeit. Dies ist insbesondere vor Operationen von Relevanz.

Eine erhöhte Fibrinogenkonzentration kann zu einer erhöhten Gerinnungsneigung führen.

Das Prothrombin (Faktor II) wird zu Thrombin gespalten. Es wird Vitamin-K-abhängig in der Leber synthetisiert. Thrombin katalysiert den letzten Schritt der Gerinnungskaskade.

Antithrombin gehört zu den Enzyminhibitoren. Es hemmt insbesondere Thrombin und den Faktor-Xa und führt somit zu einer Hemmung der Blutgerinnung. Seine Affinität wird durch die Bindung von Heparin um das bis zu 1000-fache verstärkt.

Antithrombin spielt eine wichtige Rolle in der laborchemischen Thrombophiliediagnostik. Ein erblich bedingter Antithrombin-Mangel ist ein Risikofaktor für Thrombembolien.

Ein Antithrombinmangel kann ebenfalls Hinweise für eine verminderte Lebersyntheseleistung oder eine Verbrauchskoagulopathie liefern.

Erhöht

• Medikamente: orale Antikoagulation (z.B. Vitamin-K-Antagonisten, Heparine)
• Vitamin-K-Mangel

Erniedrigt

• Erblich bedingter Antithrombin-Mangel
• Lebererkrankungen
• Nephrotisches Syndrom (Proteinverlust)
• Verbrauchskoagulopathie
• Sepsis

Auch das α1-Antitrypsin gehört wie das Antithrombin zu den Serinproteasen. Es hemmt die Wirkung der Trypsine, die zu den eiweißspaltenden Enzymen gehören. Eine Veränderung der α1-Antitrypsin Konzentration kann zu einem Ungleichgewicht im Protease-Antiprotease-System führen.

Ein α1-Antitrypsinmangel führt zu einer Überaktivität der Trypsine und in der Folge zu einer Schädigung des Alveolar- und Lebergewebes. Dieser Mangel ist meistens erblich bedingt und beruht auf einer fehlerhaften Synthese in der Leber.

Da es weiterhin eine wichtige Rolle in der Immunmodulation einnimmt, steigt es bei einer Entzündung als Akute-Phase-Protein an.

Im Plasma liegen weiterhin zahlreiche Bindungsproteine vor.

Das Haptoglobin bindet freies Hämoglobin. Laborchemisch wird das Haptoglobin gemessen, das kein Hämoglobin gebunden hat. Eine Erniedrigung spricht daher für die Bindung von vielen Hb-Molekülen an das Haptoglobin und somit für eine Hämolyse.

Haptoglobin ist der sensitivste Parameter für eine intravasale Hämolyse. Bereits bei einer Hämolyse von 2% der Erythrozyten sind sämtliche Haptoglobin-Moleküle gebunden.

Haptoglobin ist weiterhin ein Akutes-Phase-Protein. Daher spricht eine Erhöhung für eine akute Entzündung oder eine Tumorerkrankung.

 Achtung

Bei schweren Entzündungen kann trotz normwertigen oder erhöhten Haptoglobin-Konzentrationen eine Hämolyse vorliegen!

 Tipp

Da das Haptoglobin schnell gesättigt ist, sollte für die Bestimmung des Ausmaßes einer Hämolyse das Hämopexin bestimmt werden.

Im Blut gibt es viele weitere Bindungsproteine, die spezifische Transportaufgaben übernehmen:

• Thyroxin-bindendes Globulin (TBG): T3 & T4
• Transcortin: Cortisol
• Albumin: Medikamente, Fettsäuren
• Transferrin: Eisen
• Coeruloplasmin: Kupfer

Im Plasma sind ebenfalls Strukturproteine vorhanden:

Lipoproteine

Die verschiedenen Fette sind im Blut an verschiedene Apolipoproteine gebunden. Zu den Apolipoproteinen gehören Apo A, Apo B und Apo E. Diese Komplexe aus Fetten und Apolipoproteinen werden als Lipoproteine bezeichnet. Je nach Zusammensetzung werden die Lipoproteine unterschiedlich benannt. Chylomikronen enthalten insbesondere Triglyceride. Das LDL enthält verhältnismäßig viel Cholesterin und das HDL besteht vor allem aus Phospholipiden und Apolipoproteinen.

Die verschiedenen Fette sind im Blut an verschiedene Apolipoproteine gebunden. Zu den Apolipoproteinen gehören Apo A, Apo B und Apo E. Diese Komplexe aus Fetten und Apolipoproteinen werden als Lipoproteine bezeichnet. Je nach Zusammensetzung werden die Lipoproteine unterschiedlich benannt. Chylomikronen enthalten insbesondere Triglyceride. Das LDL enthält verhältnismäßig viel Cholesterin und das HDL besteht vor allem aus Phospholipiden und Apolipoproteinen.

Löslicher Transferrinrezeptor

Auch der lösliche Transferrinrezeptor ist ein Strukturprotein. Er vermittelt die Aufnahme von Transferrin und somit Eisen in die Zelle. Bei einem Eisenmangel kommt es zu einer vermehrten Exprimierung des Rezeptors auf der Zellmembran und somit ebenfalls zu einer erhöhten Konzentration des Rezeptors im Blut.

Eine Erhöhung des löslichen Transferrinrezeptors (sfTR) im Blut deutet daher auf einen Eisenmangel hin. Eine Erhöhung besteht meistens schon vor einem Abfall des Hb-Wertes.

 Tipp

Anhand des sfTR lässt sich eine Aussage über den aktuellen Eisenbedarf treffen, während der Ferritinwert eine Aussage über den Eisenspeicher ermöglicht.

Akute-Phase-Proteine werden bei Gewebeschädigungen im Rahmen von Traumata oder Operationen und insbesondere im Rahmen von akuten Entzündungen ins Blut freigesetzt. Sie sind in der Regel innerhalb von 6 Stunden bis 2 Tage nach dem schädigenden Ereignis im Blut nachweisbar.

Konzentrationsabnahme bei Entzündung (Anti-Akute-Phase-Proteine)

• Albumin: Kompensatorische Verminderung zur Konstanthaltung des kolloidosmotischen Drucks bei erhöhten Immunglobulinkonzentrationen
• Transferrin: Vermindert, um Eisenkonzentration im Blut gering zu halten

Konzentrationszunahme bei Entzündung

• CRP: Aktiviert das Komplementsystem – hängt 2 Tage hinterher
• Ferritin: Bindet Eisen
• Haptoglobin: Bindet Hämoglobin und somit Eisen
• Hepcidin: Hemmt die Eisenaufnahme aus dem Darm
• Interleukine: Vermitteln Kommunikation zwischen Leukozyten
• Fibrinogen: Thrombusbildung – verhindert Ausbreitung der Erreger
• Procalcitonin: Sehr spezifisch für bakterielle Entzündungen – Verlaufsmarker bei Sepsis
• a1-Antitrypsin: Hemmung der Proteasen und somit der Gewebeschädigung

Proteine lassen sich nicht nur im Blutplasma, sondern auch im Urin nachweisen. Physiologisch befinden sich nur geringe Mengen an Proteinen im Urin (<100 mg/Tag). Bei Nierenschäden, wie z.B. dem nephrotischen Syndrom, kann es zu einer signifikanten Eiweißausscheidung von bis zu 20g/Tag kommen.

Im Liquor cerebrospinalis befinden sich physiologisch nur geringe Mengen an Proteinen oder Zellen. Bei dem Verdacht auf eine neurologische Erkrankung, wie z.B. einer Multiplen Sklerose oder einer Meningitis erfolgt häufig eine Liquorpunktion. Stellen sich vermehrt Proteine im Liquor cerebrospinalis (>500 mg/l) dar, so kann dies ein Hinweis auf eine Störung der Blut-Liquor-Schranke, eine Synthese von Antikörpern im Liquorraum oder Blutungen sein.

Liquorpunktion:
Die Liquorpunktion, auch Lumbalpunktion genannt, ist ein diagnostisches Verfahren zur Gewinnung von Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor). Diese Flüssigkeit wird aus dem Rückenmarkskanal entnommen, meist im unteren Rückenbereich. Die Untersuchung des Liquors kann wichtige Informationen über Erkrankungen des zentralen Nervensystems, wie Entzündungen, Infektionen oder Blutungen, liefern.

Pleurapunktion:
Bei der Pleurapunktion handelt es sich um eine Methode, um Flüssigkeit aus dem Pleuraspalt, dem Raum zwischen Lunge und Brustwand, zu entnehmen. Dies kann therapeutisch notwendig sein und/oder um die Ursache des Pleuraergusses zu identifizieren.

Perikardpunktion:
Die Perikardpunktion dient der Entnahme von Flüssigkeit aus dem Herzbeutel (Perikard). Dieses Verfahren ist wichtig zur Diagnose und Behandlung von Perikardergüssen, die durch verschiedene Erkrankungen wie Infektionen, Entzündungen oder Tumore verursacht werden können.

Aszitespunktion:
Die Aszitespunktion ist ein Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeit aus der Bauchhöhle. Diese Flüssigkeitsansammlung kann durch Lebererkrankungen, Herzinsuffizienz oder Krebserkrankungen verursacht werden. Durch die Punktion kann die Flüssigkeit abgelassen und untersucht werden, um die Ursache der Aszitesbildung zu bestimmen und geeignete therapeutische Maßnahmen zu ergreifen.

Bei der Analyse von Pleura-, Perikard- oder Aszitespunktaten ist die Kenntnis der Eiweißkonzentrationen wichtig.

Man unterscheidet ein Transsudat von einem Exsudat.

Transsudat

Bei einem Transsudat wird die eiweißarme Flüssigkeit in die seröse Höhle „hineingepresst“. Ursachen hierfür sind entweder ein verringerter kolloidosmotischer Druck, z.B. im Rahmen eines Eiweißmangels bei einem nephrotischen Syndrom oder einer Leberzirrhose oder ein erhöhter hydrostatischer Druck, z.B. bei einer Herzinsuffizienz.

Exsudat

Bei einem Exsudat kommt es zu einem Austritt von eiweißreicher Flüssigkeit. Dies ist meistens durch Entzündungen oder Gewebeverletzungen, z.B. im Rahmen einer Tumorerkrankung bedingt.

Unterscheidung von Transsudat und Exsudat

Laborchemisch lassen sich ein Transsudat und ein Exsudat anhand des Proteinverhältnisses im Serum und Punktat unterscheiden.

Transsudat: Proteine im Punktat/Proteine im Serum: ↓

Exsudat: Proteine im Punktat/ Proteine im Serum: ↑

Auch diverse Enzyme und Hormone lassen sich im Blutplasma nachweisen. Hormone werden von endokrinen Drüsen oder spezialisierten Zellen gebildet und ins Blut abgegeben. Sie dienen als Signaltransduktoren und vermitteln verschiedene Stoffwechselvorgänge. Einige Beispiele sind das TSH, das eine wichtige Rolle in der Diagnostik von Schilddrüsenerkrankungen spielt, das Insulin, das den Zuckerhaushalt steuert oder das Cortisol, das als Stresshormon bekannt ist und insbesondere katabole, also abbauende Stoffwechselvorgänge fördert.

Zur Bestimmung der Proteine werden Heparin-Plasma oder Serum-Röhrchen benutzt. Nachfolgend stellen wir euch die wichtigsten laborchemischen Analyseverfahren kurz vor.

Photometrie

Die Photometrie eignet sich zur Bestimmung von Proteinkonzentrationen im Grammbereich. Sie wird insbesondere zur Bestimmung des Gesamteiweißes genutzt. Bei der Photometrie wird ein Lichtstrahl durch die Probe geleitet. Anhand der Menge des absorbierten Lichtes lässt sich ein Rückschluss auf die Proteinkonzentration ziehen. Die Korrelation erfolgt mit dem Lambert-Beerschen Gesetz.

Turbidimetrie

Die Turbidimetrie eignet sich zur Messung bei Konzentrationen im Milligrammbereich. Hierbei werden der Probe spezifische Antikörper zugesetzt. Diese führen zu einer Antikörper-Antigen-Reaktion und somit zur Bildung von Immunkomplexen, die ausfallen. Auch hier wird die Absorption der Probe mittels photometrischen Verfahren bestimmt. Je mehr Proteine in der Probe vorliegen, desto höher die Anzahl der Immunkomplexe und desto höher die Absorption.

Nephelometrie

Bei der Nephelometrie werden der Probe ähnlich zur Turbidimetrie Antikörper zugesetzt. Diese führen zu einer Bildung von Immunkomplexen, die ausfallen und das Licht in Abhängigkeit ihrer Größe seitlich streuen (Tyndall-Effekt). Bei der Nephelometrie wird die seitliche Streuung (Mie-Streuung) von Laserlicht gemessen.

Immunoassays

Die Immunoassays eignen sich für eine Proteinbestimmung im Mikrogrammbereich. Hierbei werden spezifische Antikörper hinzugesetzt, die an die zu bestimmenden Proteine in einer Antikörper-Antigen-Reaktion binden. Anschließend werden der Probe Detektions-Antikörper hinzugegeben, die an die Antikörper-Antigen-Komplexe binden. Die Detektions-Antikörper tragen eine spezielle Markierung, die gemessen werden kann. Übliche Messmethoden sind:

Radioaktivität: Radioimmunoassay (RIA)

Enzymaktivität: Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA)

Fluoreszenz: Fluoreszenz-Enzym-Immunoassay (FEIA), Fluoreszenz Polarisations Immunoassay (FPIA)

Lumineszenz: Lumineszenz-Immunoassay (CLIA → Chemilumineszenz-Immunoassay; ECLIA → Elektrochemilumineszenz-Immunoassay)

Bei der Elektrophorese werden die Proteine auf ein Elektrophoresegel aufgetragen. Anschließend wird ein elektrischer Strom an das Gel angelegt. Die negativ geladenen Proteine wandern abhängig von ihrer Größe und ihrer Ladung unterschiedlich schnell durch das Gel in Richtung des positiven Pols.

Die Serum-Elektrophorese wird primär als Screening-Tool eingesetzt.

Die Serum-Proteine werden durch die Serum-Elektrophorese in 6 Gruppen aufgetrennt:

• Albumin
• α1-Globuline: Akute-Phase-Proteine
• (Erhöht: Entzündung – Erniedrigt: a1-Antitrypsin-Mangel)
• α2-Globuline: Akute-Phase-Proteine
• (Erhöht: Entzündung, nephrotisches Syndrom – Erniedrigt: Leberschaden)
• ß1-Globuline & ß2-Globuline: Transferrin, Fibrinogen, CRP, ß-Lipoprotein, ß-2-Mikroglobulin (Leichtkette) (Erhöht: Cholestase, Eisenmangel, Hyperlipoproteinämie)
• γ-Globuline: Immunglobuline

Bei der Serum-Elektrophorese stellen die γ-Globuline eine Gruppe dar. Hierdurch lassen sich jedoch keine Rückschlüsse auf das Vorliegen von monoklonalen Antikörpern ziehen. Monoklonale Antikörper liegen z.B. bei einer hämatologischen Erkrankung, dem Multiplem Myelom, vor. Durch die Erhöhung der Antikörper in der γ-Fraktion stellt sich in der Elekotropherese  ein sogenannter M-Gradient dar. Anhand der Immunfixationselektrophorese lassen sich die verschiedenen Antikörperklassen, also IgG, IgA, IgM und die leichten Ketten „Kappa“ und „Lambda“ weiter unterteilen.

Scharf abgegrenzte Banden, nur eines Immunglobulins und einer leichten Kette deuten auf ein pathologisches Vorliegen von monoklonalen Antikörpern hin.

Auch der Urin kann anhand dieser Methode untersucht werden. Ist die Resorptionsfähigkeit der Niere überschritten, so gelangen die freien Ketten in den Urin. Dies nennt man Bence-Jones-Proteinurie.