Grundlagen der klinischen Chemie und Analytik

Konzept der Enzyme und Proteine

Enzyme sind eiweißhaltige Substanzen, die an chemischen Reaktionen beteiligt sind. Es handelt sich um Proteine, die aus Aminosäuren gebildet werden. Wenn sie aus Ketten von etwa 100 Aminosäuren bestehen, werden sie als Polypeptide bezeichnet. Die lineare Abfolge der Aminosäuren wird als Primärstruktur bezeichnet; sie ist für jedes Protein einzigartig und bestimmt dessen Funktion. Enzyme können sich nur mit einem bestimmten Substrat verbinden und bilden dabei einen reversiblen Enzym-Substrat-Komplex. Sie wirken als Reagenzien in chemischen Reaktionen, wobei jedes Enzym hochspezifisch und quantitativ mit seinem Substrat reagiert. Eine weitere katalytische Funktion ist es, die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu erhöhen oder zu verringern.

Spektrophotometrische Analysetechniken

In der klinischen Analytik werden verschiedene spektrophotometrische Techniken eingesetzt:

• Endpunkt-Analyse: Hierbei wird die Substanz gemessen, nachdem die chemische Reaktion vollständig abgeschlossen ist und die zu analysierende Substanz im Spektrophotometer umgewandelt wurde.
• Klinische Kinetik: Hierbei werden die Veränderungen der Substanzen während der laufenden chemischen Reaktion durch Messungen in zeitlichen Abständen ermittelt.

Kohlenhydrate und Energiestoffwechsel

Kohlenhydrate sind organische Moleküle aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Sie sind wasserlöslich und werden nach der Anzahl der Kohlenstoffatome oder ihrer funktionellen Gruppen in Monosaccharide und Polysaccharide eingeteilt. Glukose ist eine Form der Energiespeicherung und des Energieverbrauchs. Sie wird im Dünndarm resorbiert und in das Polysaccharid Glykogen umgewandelt, welches sich in den Zellen der Leber und Muskeln als Energiereserve des Körpers anreichert. Um Energie zu gewinnen, wird Glykogen wieder zu Glukose hydrolysiert (Glukosestoffwechsel: Glykolyse).

Blutzuckerregulation und Diabetes mellitus

Der Blutzuckerspiegel bleibt bei einem gesunden Menschen im Fastenzustand durch hormonelle Kontrolle konstant. Die Stabilität wird durch Hormone wie Insulin (synthetisiert in der Bauchspeicheldrüse) gewährleistet. Wenn der Blutzuckerspiegel hoch ist, bewirkt Insulin eine Senkung des Blutzuckers und die Synthese von Glykogen. Wenn die Glukosewerte niedrig sind, wirkt Glukagon entgegen. Der Normalwert liegt bei 70–110 mg/dl. Ein Absinken führt zu Hypoglykämie, ein Anstieg zu Hyperglykämie oder Diabetes.

Arten von Diabetes

• Typ 1: Tritt meist in jungen Jahren auf; es findet keine Insulinproduktion statt, da die Betazellen der Bauchspeicheldrüse autoimmun zerstört werden.
• Typ 2: Tritt meist bei Erwachsenen auf und wird durch einen Insulinmangel oder eine Insulinresistenz der Gewebe verursacht.
• Schwangerschaftsdiabetes: Tritt während der Schwangerschaft (meist 24.–28. Woche) aufgrund von metabolischem Stress auf, da der Körper der Mutter Energie für den Fötus bereitstellt.

Symptome: Polyurie (vermehrte Urinausscheidung), Polydipsie (gesteigertes Durstgefühl) und Polyphagie (gesteigerte Nahrungsaufnahme).

Lipide, Lipoproteine und Hyperlipidämie

Lipide sind eine Gruppe von Molekülen mit unterschiedlichen Strukturen, die jedoch alle gemeinsam haben, dass sie teilweise oder vollständig wasserunlöslich sind. Daher müssen sie an Proteine binden, um als Lipoproteine im Körper transportiert werden zu können. Sie werden nach ihrer Dichte klassifiziert:

• Chylomikronen: Transportieren Triglyzeride vom Darm zur Leber.
• VLDL (Very Low Density): In der Leber gebildet, transportiert Triglyzeride.
• LDL (Low Density): Transportiert Cholesterin von der Leber zu den Geweben für Hormone und Vitamine. Ein Übermaß führt zu Herzinfarkt und Arteriosklerose.
• HDL (High Density): Transportiert Cholesterin zurück zur Leber, wo es über die Galle ausgeschieden wird („gutes Cholesterin“). Es schützt vor Herzerkrankungen, da es Fettmoleküle stabilisiert.

Atherosklerose: Dies ist die Anreicherung von Fett und Bindegewebe in den inneren Schichten der Arterien, was den Blutfluss behindert. Hauptfaktor ist Cholesterin; es ist ein langsamer Prozess, der zu Gefäßproblemen, Infarkten oder Schlaganfällen führen kann.

Grundlagen der Spektroskopie

Die Spektroskopie misst die Energiemenge, die eine Substanz in Lösung passiert. Wenn wir eine Probe mit Licht bekannter Energie bestrahlen, wird ein Teil der Energie absorbiert (Absorbanz). Ein Spektrophotometer besteht aus einer Lampe, einem Kollimator, einem Hebel/Gitter, einem Probenhalter und einem Detektor.

Lambert-Beersches Gesetz: Es beschreibt die Beziehung zwischen der Lichtintensität, der Schichtdicke und der Konzentration einer Substanz: A = a · b · c (wobei c die Konzentration in mol/l, b die Schichtdicke in cm und a der Absorptionskoeffizient ist).

Konzept der Trockenchemie

Die Trockenchemie ist eine Technik, bei der Reagenzien auf einem festen Träger (z. B. Teststreifen) verwendet werden, um beispielsweise den Blutzuckerspiegel eines Patienten zu kontrollieren. Der dehydrierte Streifen wird in die Probe eingeführt, man wartet einige Sekunden, und die Reaktion findet durch die Rehydrierung der Reagenzien mit dem Wasser aus der Probe statt. Das Ergebnis wird durch Vergleich mit einer Farbkarte ermittelt.