AUFGABE 10: Endogene Kreatinin-Clearance als Nierenfunktionsprüfung

Kreatinin entsteht im Muskelstoffwechsel irreversibel aus Kreatinphosphat und wird durch die Niere ausschließlich glomerulär und ohne tubuläre Sekretion oder Rückresorption ausgeschieden. Die Messung der Ausscheidung dieser endogenen Verbindung kann daher zur quantitativen Beschreibung der Nierenfunktion mittels der endogenen Clearance-Bestimmung dienen. Vorteil: der Patient wird nicht durch diagnostische Injektion einer Teststubstanz belastet, der Körper selbst liefert kontinuierlich endogen die Meßsubstanz (vgl. damit Harnstoff-, Inulin-, PAH-Clearance). Der Kreatinin-Blutspiegel und die Ausseidungsrate sind relativ konstant und ernährungsunabhängig.

A) Pathophysiologisches Lernziel

Definition der Nierenfunktion und Begriff der (renalen) Clearance
Die Leistung eines Organs (hier der Niere) läßt sich beschreiben durch den Flux oder die Geschwindigkeit des "Durchsatzes" einer Substanz (hier des Kreatinin), d.h. durch die Fähigkeit, eine bestimmte Menge (Masse, Mol) pro Zeiteinheit zu verarbeiten oder auszuscheiden (Einheit des Flux mol/l).
Bezieht man diesen Durchsatz auf die Konzentration der Substanz im Plasma (evtl. Blut), aus dem heraus ja die Elimination erfolgen muß, so gilt
1. Definition: Die (renale) Clearance ist der Durchsatz (die Ausscheidungsgeschwindigkeit) (der Niere) bezogen auf die Plasmakonzentration der jeweiligen Substanz (linke Seite der Gleichung).
2. Definition und übliche medizinische Deutung: Die renale Clearance (ml/min) einer Substanz entspricht dem fiktiven Plasmavolumen (ml), das pro Zeiteinheit (min) in der Niere von dieser Substanz gereinigt ("gecleart") wird (rechte Seite der Gleichung). Der Begriff der Clearance gilt auch für andere Organe (z.B. Leber), die Clearance kann allgemein substanz- und organunabhängig definiert werden. Für die Niere entspricht die Kreatinin-Clearance dem glomerulären Filtratvolumen pro Minute. Manche harnpflichtigen bzw. harnfähigen Substanzen haben varia-ble, konzentrationsabhängige Clearancewerte (vgl. Abb. 10.1, S. 48), wenn aktive Sezernierung (Phenolrot) oder Rückresorption (Glucose) bzw. passive Rückdiffusion (Harnstoff) hinzukommen.
Die von der Niere ausgeschiedene Menge läßt sich im Harn einer Sammelperiode aus Konzentration cH und Volumen VH bestimmen:

Formel 12

Damit wird die Bestimmung der Clearance zurückgeführt auf die einfache Messung der Konzentrationen (des Kreatinins) im Plasma (cP) und Harn (cH), des Volumens des Sammelharns (VH) und der Zeit (t) der Sammelperiode. Die Differenz zwischen Kreatininclearance, d.h. glomerulärer Filtrationsrate und Urinproduktionsrate ist ein Maß für die renale Wasser-Resorption (ml/min):

Formel 13

Um Unterschiede zwischen verschieden großen Species und Individuen auszugleichen, ist zusätzlich eine Standardisierung der Clearance notwendig nach dem Gesetz der Stoffwechselreduktion (Abb. 10.2, S. 48, vgl. Vorlesung Physiologie).

Formel 14

V = Körper-Volumen

In der Medizin wird üblicherweise noch auf die sog. "Körperoberfläche" (nach Rubner) normiert, die sich beim Menschen nach Größe und Gewicht aus entsprechenden Nomogrammen bestimmen läßt. (Zum Gesetz der Stoffwechselreduktion und den Begriffen "Stoffwechselexponent", "Körperoberfläche" und "Aktive Zellmasse" s. Diskussionsvorschläge).

B) Methodisches Lernziel

Für die Kreatininbestimmung gibt es enzymatische und nichtenzymatische Methoden. Das Prinzip einer enzymatischen Kreatininbestimmung sei nur kurz dargestellt. Es werden hierbei vier Enzymreaktionen bis zur Meßreaktion gekoppelt (vgl. Aufg. 3, Enzymaktivitäten).

  1. KreatininKreatin
  2. Kreatin + ATPKreatinphosphat + ADP
  3. PEP + ADPATP + Pyruvat
  4. Pyruvat + NADHLactat + NAD+

Die Kreatininbestimmung erfolgt im Praktikum nach einer einfachen, schon relativ alten nichtenzymatischen Methode (Popper 1937): Kreatinin bildet in alkalischer Lösung mit Pikrinsäure (2,4,6-Trinitrophenol) eine orangerote Verbindung, die photometrisch gemessen werden kann. Als Beispiel einer nichtenzymatischen Methode ist sie natürlich nicht so hochspezifisch wie diese; reduzierende Substanzen könnten in hoher Konzentration stören, jedoch z.B. erst ab 3 g/l Glucose oder 100 mg/l Aceton. Wegen der Temperaturabhängigkeit ist auf gleiche Bedingungen für Probe und Kontrolle zu achten. Protein der Probe wird durch Trichloressigsäure vorab gefällt, da Protein mit Pikrinsäure selbst reagieren würde. Die meisten gebräuchlichen Antikoagulantien (z.B. EDTA, Oxalat, Citrat) stören den Test, Heparin kann verwendet werden.


Versuchsvorbereitung

  1. Nüchterner Patient (Hund), Wasser ad libitum, Körpergewicht wird angegeben
  2. Quantitative Harnsammlung mittels Katheter (und Fraktionensammler)
  3. Für jede Harnsammelperiode venöse Blutentnahme zur Plasmagewinnung
  4. Harn 1:10 mit physiologischer NaCl verdünnen
  5. Plasma unverdünnt verwenden

Reagentien

  1. Pikratlösung: 1,0 N NaOH und 0,6% Pikrinsäure im Verhältnis 1:6
  2. Kreatinin-Standard 176,8 mmol/l (= 20 mg/l)
  3. Säurereagens: Mischung aus Schwefelsäure und Essigsäure

Geräte
Mikroliterpipetten, Reaktionsgefäße, Rüttler, Wasserbad, Photometer


C) Diskussionsvorschläge

  1. Begriff der Clearance, Vergleich mit anderen Clearance-Methoden und Nierenfunktionsproben.
  2. Nierenphysiologie, Pathophysiologie
  3. Beurteilung der Ergebnisse der Patienten, Konstanz und Aussagekraft der Kreatininbestimmung, Bezug zum Körpergewicht
  4. Standardisierung, Exponent der Lebendmasse Gesetz der Stoffwechselreduktion, Bedeutung der "Körperoberfläche" als Bezugsmaß (vgl. M. Sernetz: Organisms as Open Systems. In Fractals in Biology and Medicine. Nonnenmacher, Loser, Weibel eds., Birkhäuser Basel 1993)
  5. Bedeutung von Clearance-Untersuchungen für die experimentelle Medizin, Pharmakologie und Pharmako-kinetik, Versuchstierkunde
  6. Interpretation der Clearance als eine Elimination nach einer Reaktion 1. Ordnung (Halbwertszeit, Eliminationskonstante), Clearance = Verteilungsvolumen Eliminationskonstante)
  7. Clearance anderer Verbindungen (s. Abb. 10.1), variable, konzentrationsabhängige Clearance, Wasser-Resorptionsrate (vgl. 10 A).

Abbildung 10.1

Abb. 10.1: Clearance verschiedener Stoffe in Abhängigkeit von der Plasma-Konzentration (aus Richterich, 1971).

Abbildung 10.2

Abb. 10.2: Grundumsatz als Funktion der Körpermasse, Gesetz der Stoffwechselreduktion.


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