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Wichtige Parameter im Nachweis und der Therapie des Diabetes mellitus:

Bestimmungen einst und heute

(14.05.2009) In der Erkennung bzw. Früherkennung eines Diabetes mellitus (DM) kannte man bereits vor vielen Jahrzehnten den Zusammenhang zwischen Glukose (Zucker), der in der Leber als Glykogen gespeichert wird und dem Bauchspeicheldrüsen-Hormon Insulin. Auch Proinsulin, der Vorgänger des Insulins, ist schon länger bekannt. Aus Proinsulin entsteht durch enzymatische Abspaltung des C-Peptids das aktive Hormon Insulin.





Foto: DDZ

Es waren auch Veränderungen durch den DM in der Ausscheidung von Mikroalbumin, Glukose und deren Abbauprodukten wie Ketonkörper im Harn bekannt; auch von bestimmten glykolysierten Hämoglobinfraktionen der A1 Reihe (HbA1c), genauso von Insulin-regulierenden Hormonen und Peptiden. Das Problem all dieser Bestimmungen lag darin, dass die Menge der vorhandenen, obig erwähnten Substanzen für die im 19. bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts verwendeten chemisch-analytischen Methoden wie Gravimetrie oder Komplexometrie entweder zu gering oder nur mit erheblichem Aufwand messbar war. Die Bestimmungen konnten zwar für Publikationen, nicht jedoch für die Therapie herangezogen werden.

Glukose aus Blut wurde mittels der o-Toluidin Methode bestimmt, indem man Vollblut mittels einer Säure (Perchlorsäure) von Eiweißen befreite, eine Teilprobe des zentrifugierten Gemisches mittels Toluidin im Wasserbad kochte und die resultierende grüne Komplexfarbe photometrisch gegen einen Glukose-Standard auswertete (1-3). Neben der aufwendigen Methodik waren auch die schlechten Variationskoeffizienten (VK) von 15 bis 25 % *) ein Grund, die erhaltene Glukosekonzentration nicht alleine zur Diagnostik eines DM, sondern auch noch einen 2-Stunden postprandialen Wert, der über 140 mg/dl liegen musste, heranzuziehen.

Frühe enzymatische (Eiweiß-spaltende) Methoden wie die GOD-Methode (Glukose-Oxidase) korrelierten zwar gut mit der Toluidin Methode, wiesen aber die gleichen Schwächen in der Aufarbeitung auf.

Die späteren enzymatischen Methoden wie die Hexokinasemethode, die ohne Enteiweissung arbeiten konnten, reduzierten den Arbeitsaufwand auf 1/10 der Zeit und den VK auf 2-3 %, sodass eine Nüchtern-Glukose Bestimmung heute zwar den momentanen Echtwert, nicht jedoch Schwankungen der letzten Tage reflektiert. Diese werden erst durch den DM-Langzeitparameter HbA1c mit ca. 6 Wochen biologischer Halbwertszeit entdeckt.

Glukose im Harn wurde nach Enteiweißung und Zentrifugation mittels Drehwinkel im Reflektometer bestimmt. Größte Fehlerquellen waren verabreichte Antibiotika, die den entgegengesetzten Drehwinkel zur Glukose aufweisen.

Insulin aus Blutserum wurde beispielsweise mittels Glukose-Oxidationim im Serum von Rattenfettgewebe nachgewiesen und quantifiziert. Die Methode war sehr aufwendig und hatte VKs von ca 15 % (4).

Durch die Etablierung der ersten Immunoassays, wie Radioimmunoassay (RIA) und Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA), gelang es, die Qualität (VK zwischen 4 und 8 %) und die Quantität der Bestimmungen entscheidend zu verbessern (5-6). Man konnte erstmals Quantifizierungen im Nano- oder Piko-molaren Bereich (10-10 oder 10-12 mol/l **) durchführen und völlig neue Erkenntnisse in der Forschung gewinnen. Allerdings musste man auch lernen, mit falschen Ergebnissen, die durch die extreme Sensitivität der Systeme und dadurch anfälligen Kreuzreaktionen mit ähnlichen Substanzen gegeben war, umzugehen.

Erst die Etablierung von vollautomatischen, enzymatischen Systemen für die Quantifizierung der Glukose, deren Zwischenprodukten wie Laktat und Butyrat und auch freien Fettsäuren und Mikroalbumin sowie die Nutzung von RIA und ELISA für die Bestimmung diabetogener Hormone und Peptide wie Insulin, C-Peptid, Glukagon und Amylin und die Etablierung der High Performance Liquid Chromatographie (HPLC) für die Quantifizierung des Langzeitparameters HbA1c, erlauben heute eine exakte Einstellung bei Diabetes mellitus Typ 1 und 2.

*)       VK von 20 % bei einem Blutzucker von 100 mg/dl bedeutet, dass das Ergebnis zwischen 80 und 120 mg/dl liegen kann
**)      Nano 10-9 g Piko 10-12 g
  Micro  10-6 g Milli 10-3 g

Peter Nowotny, Deutsches Diabetes Zentrum an der Heinrich-Heine Universität, Institut für Klinische Diabetologie, Leibniz-Zentrum für Diabetes-Forschung.

Quellen:
1.   E. Hultman, Nature 183, 108 (1959)
2.   J. Bergström et all,  Nature 198, 97 (1963)
3.   H. Mehnert, Dtsch. Med. Wschr. 91, 744 (1966)
4.   E. Siess, A.Teinzer und O. Wieland, Springerverlag 1965
5.   Yalow, RS and Berson, SA, Nature 184, 1959
6.   D. Wild, The Immunoassay Handbook, 2005

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