Biomarker und Laborparameter

Notfalldiagnostik, Vitalparameter

Die unverzügliche Labordiagnostik spielt eine wesentliche Rolle für die Beurteilung von Patienten insbesondere bei der notfallmässigen Spitalaufnahme und bei kritischer Krankheit. Deswegen bietet das IKC während 24 Stunden an sieben Tagen in der Woche die Analytik von etwa 60 vital notwendigen oder diagnostisch dringlichen Parametern an, wie z.B. Herzmarker, Entzündungsmarker, Nierenfunktion, Liquormarker, drugs-of-abuse. Ausserhalb der routinemässigen Arbeitszeiten führt das Institut für Klinische Chemie als Interdisziplinäres Notfalllabor zeitkritische Virus- und Autoantikörperdiagnostik (Hepatitis, HIV, EBV, CMV, PCR-Schnelltests für Influenza oder SARS-CoV2) für die Klinik für Immunologie und das Institut für Medizinische Virologie durch. Mehr als 90% der Notfallanalysen werden im IKC innerhalb einer Stunde durchgeführt und das Ergebnis den behandelnden Ärzten mitgeteilt.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigsten Todesursachen und Gründe für Spitaleinweisungen. Die typischen Symptome – Brustschmerz oder Atemnot – können verschiedene Ursachen haben, die durch labormedizinische Diagnostik ausgeschlossen oder bestätigt werden können: Nebst dem EKG spielt die hochsensitive Messung von Troponin T  eine Schlüsselrolle in der Diagnostik des Akuten Herzinfarktes. Die Bestimmung natriuretischer Peptide (NT-proBNP) erleichtert die Diagnostik der „Herzschwäche“ (dekompensierte Herzinsuffizienz). D-Dimer ist ein wertvoller Marker für den Ausschluss einer Lungenembolie oder Aortendissektion.

Dem Herzinfarkt und oft auch der Herzinsuffizienz liegt die koronare Herzkrankheit zugrunde, d.h. eine Arteriosklerose der Herzkranzgefässe. Viele Risikofaktoren der Arteriosklerose werden im Labor festgestellt und kontrolliert, nämlich Diabetes (Glukose, HbA1c) und Fettstoffwechselstörungen (erhöhte Blutspiegel für Gesamt- und LDL-Cholesterin oder Triglyceride sowie niedriges HDL-Cholesterin). Auch neuere Risikofaktoren wie C-reaktives Protein (CRP), Apolipoproteine, Lipoprotein (a) und Homocystein werden im Institut für Klinische Chemie gemessen.

Über die Diagnostik hinaus sind Risikofaktoren und Biomarker von Herz-Kreislauf-Erkrankungen Forschungsschwerpunkte des Institutes für Klinische Chemie.

Nieren- und Harnwegserkrankungen

Die Niere spielt eine herausragende Rolle bei der Homöostase des Wasser-, Elektrolyt- und Säure-Basen-Haushalts und ist für die Ausscheidung vieler potenziell toxischer Stoffwechselprodukte und Medikamente verantwortlich. Zudem übernimmt die Niere einige endokrine Funktionen, wie zum Beispiel die Synthese von Erythropoietin für die Blutbildung und die Aktivierung von Vitamin D. Die Niere wird bei vielen Erkrankungen und Therapien in Mitleidenschaft gezogen und die erkrankte Niere beeinträchtigt häufig die Funktion anderer Organe. Deswegen sind Laboruntersuchungen der Nierenfunktion und des Urins häufig und vielfältig.

Die Bestimmung des Kreatinins zur Abschätzung der glomerulären Filtrationsrate (GFR), welche das pro Minute in der Niere filtrierte Plasmavolumen angibt, ist eine der häufigsten Laboruntersuchungen. Albumin im Urin ist ein wichtiger Screeningtest, z.B. bei Diabetikern, der bereits bei einer leichten strukturellen Schädigung der Niere im Urin nachgewiesen werden kann. Beide Tests zusammen sind heute Grundlage für die Einteilung der Nierenschädigung in Schweregrade.

Der Urinstatus ist eine wichtige Screening- und Diagnostikuntersuchung für Nieren- und Harnwegserkrankungen. Dabei wird der Urin mithilfe eines semiquantitativen Streifentests sowie mikroskopisch untersucht. So lassen sich zum Beispiel bakterielle Infekte des Harntraktes oder entzündliche Nierenerkrankungen erkennen. Strukturelle Schädigungen der Niere können auch durch die Bestimmung von Leitproteinen im Urin erkannt und differenziert werden.
Neben diesen relativ häufigen Tests werden im Institut für Klinische Chemie viele (Spezial-)Untersuchungen zur Differenzierung von Erkrankungen der Niere und Harnwege (siehe z.B. auch Konkremente) und zur Erkennung von Folgeschädigungen (Elektrolyte und Mineralien, einige Hormone) durchgeführt.
Da das Plasma des Blutes täglich viele Male durch die Nieren filtriert wird, dient der dadurch gebildete Urin als wichtiges Probenmaterial für die Diagnostik vieler Stoffwechsel-, Hormon- und Systemerkrankungen.

Konkremente

Um eine geeignete Vorbeugung oder Therapie bei Patienten mit Harnsteinen gewährleisten zu können, ist es wichtig, die Zusammensetzung des Harnsteins zu kennen. Zur Bestimmung der qualitativen wie quantitativen Zusammensetzung verschiedener Konkremente wie vor allem Harnsteinen, aber auch Gallensteinen sowie anderer Konkremente setzen wir die Röntgendiffraktion sowie die Infrarot-Spektroskopie ein. Medikamentensteine können mittels LC-MS identifiziert werden.

Abklärungen im Rahmen eines rezidivierenden Auftretens von Nierensteinen umfassen u.a. die Bestimmung bestimmter Parameter im Blut und/oder Urin (z.B. Calcium, Oxalat, Citrat, Harnsäure), die wir mit Hilfe klinisch-chemischer Methoden durchführen.

Lebererkrankungen

Die Leber ist das zentrale Organ des gesamten Stoffwechsels und ist unter anderem für die Produktion lebenswichtiger Eiweisse (z.B. Gerinnungsfaktoren oder Albumin) sowie den Abbau und die Ausscheidung von Stoffwechselendprodukten, Medikamenten und Giftstoffen verantwortlich.

Die Vielzahl der Lebererkrankungen äussert sich in vier pathobiochemischen Reaktionen, die mit labormedizinischen Methoden nachgewiesen werden können, zum Teil bevor sie klinisch manifest sind:

• Sterbende Leberzellen (Nekrose) setzen Enzyme  ins Blut frei, die im Institut für Klinische Chemie gemessen werden: Alanin-Aminotransferase (ALT, GPT), Aspartat-Aminotransferase (AST, GOT) und Glutamatdehydrogenase (GLDH)
• Störungen in der Bildung und Ausscheidung der Galle (Cholestase) äussern sich durch  erhöhte Plasmakonzentrationen von Bilirubin und Gallensäuren sowie durch erhöhte Aktivitäten der Gamma-Glutamyl-Transferase (GT) und Alkalische Phosphatase
• Die funktionelle Kapazität der Leber kann durch die Messung der Plasmakonzentrationen des Albumins und Ammoniaks sowie durch die Aktivitäten der Cholinesterase und der Thromboplastinzeit (Gerinnungslabor der Klinik für Hämatologie) abgeschätzt werden
• Die bindegewebige Umwandlung der Leber (Fibrose, Spätstadium Zirrhose) lässt sich nicht direkt durch spezifische Labortests nachweisen. Als indirekte Methoden werden einige der  zuvor genannten und auch andere Laborparameter (z.B. Plättchenzahl) in Algorithmen kombiniert.

Neben diesen allgemeinen Leberfunktionsparametern bietet das Institut für Klinische Chemie ein grosses Spektrum für die Diagnostik und das Monitoring spezifischer Lebererkrankungen, z.B. toxikologische Nachweismethoden, Spurenelementanalytik, Stoffwechselerkrankungen, Alkoholabstinenzmarker (CDT, Ethylglucuronid). Die Labordiagnostik von Virus- oder Autoimmunhepatitiden wird in der Klinik für Immunologie durchgeführt.

Erkrankungen des Pankreas und Magen-Darm-Trakts

Das Institut für Klinische Chemie bietet für die Diagnostik der Ulcuskrankheit (des Magengeschwürs) die Untersuchung des 14C-Harnstoff-Atemtests an.

Eine akute Bauchspeicheldrüsenentzündung (Pankreatitis) kann durch eine Erhöhung der Enzymaktivitäten von Pankreasamylase oder Lipase im Plasma oder Urin diagnostiziert werden. CRP hilft den Schweregrad zu differenzieren. Die Pankreaselastase im Stuhl ist ein wichtiger Verlaufsparameter für die chronische Pankreatitis.

Viele Erkrankungen des Dünndarms äussern sich durch die gestörte Aufnahme von Mineralien, Vitaminen oder Spurenelementen sowie durch einen Mangel an Proteinen die im Institut für Klinische Chemie untersucht werden. Als relativ häufige spezifische Assimilationsstörung wird die Laktoseintoleranz genetisch untersucht. Für die Diagnostik und das Monitoring entzündlicher Darmerkrankungen (Colitis ulcerosa und Morbus Crohn) bietet das Institut für Klinische Chemie die Untersuchung des Calprotectins im Stuhl an. Schliesslich bietet das Institut verschiedene Tumormarker zur Nachsorge von Karzinomen des Magen-Darm-Traktes an.

Neurologische Erkrankungen

Etlicher Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS) werden mit Hilfe von Laboruntersuchungen der Cerebrospinalfüssigkeit (CSF, Liquor) diagnostiziert. Das IKC bietet hierfür Eildiagnostik an. Bei einer gestörten Blut-Liquor-Schranke (u.a. bei Entzündungen) treten vermehrt Proteine im Liquor auf. Zur Abschätzung einer Schrankenstörung wird in der klinischen Liquordiagnostik der Albumin-Liquor/Serum-Quotient eingesetzt. Glukose und Laktat sind wichtige diagnostische Parameter bei Verdacht auf infektiösen ZNS-Erkrankungen. Neben diesen wichtigsten Notfallanalysen im Liquor, bietet das IKC Liquoruntersuchungen von verschiedene Elektrolyten, Metaboliten, Enzymen und Hormonen an, z.B. Orexin für die Diagnose der Narkolepsie.

Weitere Liquoruntersuchungen finden in anderen Laboren des UZL statt, nämlich in der Klinik für Hämatologie (notfallmässige Zellzählung oder Gramfärbung), im Liquorlabor der Neurologischen Klinik (quantitative Bestimmung von Liquor/Serum-Quotienten von Albumin und Immunglobulinen, der qualitative Nachweis von oligoklonalen Banden, Zellzählungen und -differenzierungen sowie der spektrometrische Nachweis von Hämoglobin und Abbauprodukten), im Institut für Neuropathologie (Protein 14-3-3 bei Verdacht auf Creutzfeld-Jakob-Krankheit), sowie in den Instituten für Medizinische Mikrobiologie und Medizinische Virologie für die Erregersuche.

Entzündungen

Die Entzündung ist eine lokale oder systemische Immunreaktion des Organismus auf einen endogenen (z.B. Stoffwechselprodukte wie Harnsäurekristalle und Gewebszerfallsprodukte) oder exogenen (z.B. Viren/Bakterien, Allergenen und Kälte/Wärme) Reiz. Die fünf klassischen Leitsymptome der Entzündung – Rötung, Schwellung, Schmerz, Überwärmung und eingeschränkte Funktion des Gewebes oder des Organes – und Allgemeinreaktion des Körpers, wie Fieber, Nachtschweiss und allgemeines Krankheitsgefühl sind oft unspezifisch und treten häufig erst spät auf. Im Blut bestimmbare Biomarker (z.B. CRP, Interleukin 6, Procalcitonin) helfen eine Entzündung früher und spezifischer zu erkennen und erlauben eine grobe Unterscheidung  zwischen bakeriellen Infektionen, viralen Entzündungen und nicht-infektiösen Entzündungen. Eine frühe Erkennung von Entzündungen ermöglicht frühe Therapien, die Langzeitschäden oder gar Tod verhindern. Ein früher Ausschluss von bakteriellen Entzündungen kann den Einsatz von Antibiotika vermeiden.

Die Herdsuche und Differenzialdagnostik einer Entzündung umfassen viele labormedizinische Untersuchungen, die nur zum Teil im Institut für Klinische Chemie durchgeführt werden. Die Keimsuche  bei Infektionen erfolgt in den Instituten für Medizinische Mikrobiologie oder Medizinische Virologie, die Diagnostik entzündlicher oder bösartiger Systemerkrankungen in den Laboren der Klinik für Immunologie bzw. der Klinik für Hämatologie.

Anämien

Unter Anämie versteht man eine Erniedrigung der Hämoglobinkonzentration bei Männer unter 130 g/L  und bei Frauen unter 120 g/L. Mögliche Ursachen sind Blutungen, Störungen der Erythrozytenbildung (Erythropoese) oder eine verkürzter Erythrozytenlebensdauer (hämolytische Anämien).

Im Institut für Klinische Chemie werden eine Reihe von Laboruntersuchungen durchgeführt, welche mögliche Ursachen der Anämie aufklären helfen, z.B. Eisenmangel, Mangel an Vitamin B12, Folsäure oder Vitamin B6, oder Hämolyse.

Tumorerkrankungen

Tumormarker sind Eiweisse, die entweder von malignen Tumorzellen direkt oder von tumorfremden Zellen als Reaktion des Körpers auf den Tumor gebildet werden und im Blut oder anderen Körperflüssigkeiten gemessen werden können. Die hauptsächliche Indikation  einer Tumormarker-Bestimmung ist die Therapie- und Verlaufskontrolle einer bekannten Krebserkrankung,  also die Früherkennung von Rezidiven oder Metastasen. Dabei können Tumormarker eine Progression, ein Rezidiv oder Metastasen oft früher anzeigen als andere Diagnoseverfahren.

Tumormarker sind mit wenigen Ausnahmen (z.B. PSA) nicht organspezifisch. Weder schliesst ein normales Messergebnis einen Tumor aus, noch beweist eine erhöhte Tumormarker-Konzentration eine maligne Erkrankung. Deswegen sind Tumormarker in der Regel nicht zum Screening von Krebserkrankungen bei symptomlosen Patienten geeignet.

Hormondiagnostik

Das IKC bietet ein grosses Spektrum von Hormonuntersuchungen an:

• Schilddrüsenhormone (TSH, freies T3 und T4, Thyreoglobulin, Calcitonin)
• Geschlechts- und Schwangerschaftshormone (Estradiol, Progesteron, freies und totales Testosteron, Sexualhormonbindendes Globulin, DHEAS, 17-OH-Progesteron, Androstendion, Dihydrotestosteron, LH, FSH, Anti-Müller-Hormon)
• Nebennierenrindenfunktion (ACTH, Cortisol)
• Blutdruckregulation (Aldosteron, Renin, Katecholamine, Metanephrine)
• Insulin und Wachstumshormone (Insulin, C-Peptid, hGH, IGF1)
• Calcium- und Knochenstoffwechsel (Parathormon, 25-OH-Vitamin D, 1,25-(OH)2-Vitamin D, Knochenspezifische Alkalische Phosphatase, b-Crosslabs)
• Hormone neuroendokriner Tumore (Chromogranin A, Gastrin, Glukagon, Vasoaktives Intestinales Peptid, Pankreatisches Polypeptid, Katecholamine, Metanephrine, Hydroxyindolessigsäure).

Bei der Auswahl und Interpretation dieser Laborparameter arbeitet das IKC eng mit den Spezialisten aus den USZ-Kliniken für Innere Medizin, Diabetologie und Endokrinologie, Reproduktions-Endokrinologie, Nuklearmedizin oder Gastroenterologie zusammen.

Stoffwechselerkrankungen

Diabetes mellitus und Fettstoffwechselstörungen sind die häufigsten Stoffwechselkrankheiten und bedeutsame Risikofaktoren für Herz-Kreislauf- und Nierenerkrankungen. Neben der Glukose-Konzentration im Plasma ist seit einigen Jahren auch die HbA1c-Konzentration ein diagnostisches Kriterium des Diabetes mellitus. HbA1c ist zudem bedeutsam für das Therapie-Monitoring des Diabetes mellitus. Als zusätzliche Parameter für Diagnostik und Monitoring des Diabetes und seiner Entgleisungen bietet das Institut für Klinische Chemie die Bestimmung von Fruktosamin, Insulin und C-Peptid oder des Hydroxbutyrats an.

Neben dem routinemässigen Lipidstatus (Gesamt-, LDL- und HDL-Cholesterin sowie Triglyceride) werden im Institut für Klinische Chemie Apolipoproteine, freie Fettsäuren und Gallensäuren gemessen und die Lipoprotein-Elektrophorese durchgeführt.

Neben weiteren klassischen Stoffwechselparametern wie Harnsäure, Harnstoff, Homocystein bietet das IKC auch Laborparameter für die Diagnostik seltenerer Stoffwechselerkrankungen, z.B. freie Fettsäuren, Gallensäuren, Citrat, Pyruvat, Porphyrine, Homocystein, oder Methylmalonsäure. Die Massenspektrometrie eröffnet neue Möglichkeiten und Indikationen der Stoffwechselanalytik, die zunächst für wissenschaftliche Studien eingesetzt werden (Metabolomics und Lipidomics).

Vitamine und Spurenelemente

Vitamine üben essentielle Funktionen aus können aber vom Menschen entweder gar nicht oder nicht in ausreichender Menge hergestellt werden. Unter den heutigen Ernährungsbedingungen sind die ausgeprägten Vitaminmangelzustände (Avitaminosen), wie z.B. Rachitis bei Vitamin D Mangel oder Skorbut bei Vitamin C Mangel, sehr selten. Jedoch können auch leichte Mangelzustände Symptome hervorrufen. In der Schweiz ist eine Unterversorgung an Vitamin D oder Folsäure, sowie bei Vegetariern auch an Vitamin B12, am häufigsten. Diese und auch viele andere Vitamine werden im IKC bestimmt. Zusätzlich werden einige funktionelle Stoffwechselmarker bestimmt, die einen bestimmten Vitaminmangel besser als die Blutkonzentration des jeweiligen Vitamins nachweisen (z.B. die Methylmalonsäure für den Vitamin B12 Mangel).

Spurenelemente, wie Eisen, Kupfer, Zink und Selen, finden sich sowohl in Körperflüssigkeiten als auch im Gewebe nur in relativ geringen Mengen. Bestimmt wird die Konzentration der Spurenelemente in Blut, Urin oder auch Lebergewebe um einen Mangel (z.B. Selen oder Zink) oder Überschuss (z.B. Eisen- und  Kupferspeicherkrankheiten) zu diagnostizieren. Der Eisenmangel wird durch die Messung eines erniedrigten Ferritin-Spiegels diagnostiziert (Anämien). Die erbliche Eisenüberladungskrankheit (Hämochromatose) wird im IKC auch genetisch diagnostiziert.

Labordiagnostik in der Schwangerschaft

Therapeutisches Drug Monitoring

Unter therapeutischem Drug Monitoring versteht man die Dosisoptimierung von Medikamenten anhand ihrer Konzentration im Serum, Plasma oder Vollblut. Dies ist vor allem bei Medikamenten mit engem therapeutischem Bereich wichtig, wenn die klinische Wirksamkeit einer medikamentösen Therapie trotz angemessener Dosierung nicht eintritt oder aber bereits unerwünschte Arzneimittelwirkungen auftreten. Durch frühzeitige Spiegelbestimmungen und entsprechenden Dosisanpassungen im Rahmen des therapeutischen Drug Monitorings ist von Anfang an eine optimale Therapie möglich.

Pharmakokinetische Arzneimittelinteraktionen lassen sich mit Hilfe des therapeutischen Drug Monitorings ebenfalls identifizieren. Viele Medikamente werden ausserdem durch Enzyme metabolisiert, welche genetische Polymorphismen aufweisen (Pharmakogenetik). Auch hier kann therapeutisches Drug Monitoring helfen, die Arzneimitteltherapie optimal einzustellen.

Wir analysieren eine breite Palette von Medikamentenklassen zumeist mittels massen-spektrometrischer Methoden (LC-MS, GC-MS) an 365 Tagen im Jahr.

Pharmakogenetik

Nebst Faktoren wie Alter, Geschlecht, Grösse, Gewicht, Lebens- und Ernährungsgewohnheiten, Komedikationen und Begleiterkrankungen beeinflusst auch die genetische  Variabilität der Patienten die Wirksamkeit und Verträglichkeit von Medikamenten.

Ziel der pharmakogenetischen Diagnostik ist es, genetisch bedingte Unterschiede mit Einfluss auf Arzneimittelstoffwechsel (Pharmakokinetik) oder Arzneimittelwirkung(Pharmakodynamik) festzustellen. Die pharmakogenetische Information ermöglicht die Wahl und Dosierung von bestimmten Medikamenten individuell anzupassen. Dies wiederum hilft die die Wirksamkeit der  Medikation zu optimieren und Nebenwirkungen zu vermeiden.

Toxikologie

Für klinische Beratung bezgl. Vergiftungen wenden Sie sich bitte an Tox Info Suisse.
Je nach Fragestellung können verschiedene Techniken eingesetzt werden, um ein vermutetes toxisches Agens in einer Blut- oder Urinprobe nachzuweisen. Es ist leider prinzipiell unmöglich, mit einer analytischen Methode sämtliche in Frage kommenden Toxine abzudecken. Bitte nehmen Sie deshalb bei einem Verdachtsfall frühzeitig Kontakt mit uns auf, damit wir Sie bezgl. der zu wählenden analytischen Nachweismethode(n) beraten können.
Bei vermuteten Drogen- und Medikamentenintoxikationen können wir verschiedene Screeningverfahren basierend auf immunologischen Verfahren, LC-MS und/oder GC-MS einsetzen. Dadurch identifizierte oder bereits bekannte Toxine können mit unseren Methoden, welche normalerweise für das therapeutische Drug Monitoring zum Einsatz kommen, quantifiziert werden. Bei Verdacht auf Lösungsmittelintoxikationen (z.B. Methanol) oder Frostschutzmittelintoxikationen (z.B. Ethylenglycol) kommen Verfahren basierend auf der GC-MS zum Einsatz.
Intoxikationen mit Schwermetallen (z.B. Blei) können mit der Atomabsorptionsspektrometrie nachgewiesen werden.

Metabolomics und Lipidomics

Im Rahmen unserer Forschungsaktivitäten haben wir verschiedene massenspektrometrische Methoden für die Messung von ca. 100 verschiedenen Stoffwechselprodukten (Metabolomics), insbesondere Fetten (Lipidomics), etabliert. Ein besonderer Fokus liegt auf der Messung von atypischen Sphingolipiden, von denen einige eine Rolle in der Pathogenese einer erblichen sensorischen Neuropathie (HSAN1) spielen und mit Diabetes oder Herzinfarkt-Risiko assoziiert sind (Forschung Sphingolipide). Weitere Methoden zur Analyse von Aminosäuren und Metaboliten des zentralen Kohlenstoffwechsels sind im Aufbau. Die klinische Relevanz der meisten Metaboliten muss noch etabliert werden. Deshalb sind die meisten Analysen nicht im diagnostischen Angebot des IKC aufgeführt. Sie werden ausschliesslich im Rahmen von Forschungsprojekten durchgeführt, nach Rücksprache auch im Rahmen von Kooperationen.