DE102011012674B3

DE102011012674B3 - Verfahren und Nachweisvorrichtung zur Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters

Info

Publication number: DE102011012674B3
Application number: DE201110012674
Authority: DE
Inventors: Alexander Frorip; Christoph Nacke; Aleksei Talisainen
Original assignee: LDIAMON AS
Current assignee: LDIAMON AS
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2031-03-01

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters, über einen kombinierten quantitativen Nachweis eines ersten, zweiten und dritten Inhaltstoffes in Urin, wobei UV-Messstrahlung einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge in einem Bestrahlungsabschnitt in den Urin eingestrahlt und die Absorption durch diesen bei der ersten und zweiten Wellenlänge sowie die Intensität einer durch die Messstrahlung der zweiten Wellenlänge angeregten UV-Fluoreszenzstrahlung bei einer dritten Wellenlänge gemessen werden und aus dem Absorptionsgrad bei der ersten Wellenlänge der Gehalt des ersten Inhaltsstoffes, aus dem Absorptionsgrad bei der zweiten Wellenlänge der Gesamt-Gehalt des ersten undnsität bei der dritten Wellenlänge der Gehalt des dritten Inhaltsstoffes oder dessen Verhältniswert zum Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes bestimmt wird und wobei dieser Verhältniswert den Nierenfunktionsparameter darstellt oder ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters sowie eine Nachweisvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Für die frühzeitige und somit aussichtsreiche Behandlung von Nephropathien, die häufig symptomlos verlaufen und unbehandelt drastische Spätkomplikationen für den Patienten zur Folge haben können, ist eine frühzeitige und gesicherte Diagnose wesentlich. Besonders bedeutsam ist das für Diabetes-Patienten oder Hypertoniker, die als Risikogruppen gelten. Ein wichtiger Hinweis auf die beginnende Entwicklung einer Nephropathie und früher Marker für glomeruläre Schädigungen ist die Mikroalbuminurie, d. h. erhöhte Albuminkonzentration im Urin.
Für die Untersuchung des Urins, speziell zur Feststellung einer Albuminurie, haben sich als kostengünstiges und einfach zu handhabendes Mittel, welches zudem automatisiert ausgewertet werden kann, Urinteststreifen etabliert; vgl. H. J. Lambers Heerspink et al. „Screening and monitoring for albuminuria: the performance of the HemoCue point-of-care system”, Kidney International (2008) 74, 377–383 (siehe auch www.nature.com/ki/journal/v74/n3/abs/ki2008186a.html). Diese haben allerdings eine relativ geringe Genauigkeit. Wesentlich genauer, aber auch erheblich teurer sind etablierte Laborverfahren, die allerdings zumeist nur einen indirekten Marker-Nachweis über die Reaktion mit Reagenzien erlauben. Des Weiteren haben sich kostengünstigere Tischgeräte zum Nachweis einzelner Substanzen (z. B. Albumin) in der Praxis bewährt. Derartige Geräte sind relativ teuer, arbeiten dafür aber präzise. Den sogenannten „Goldstandard” stellen Nierenfunktionstests mit exogenen Marker dar, die allerdings relativ kompliziert und extrem teuer sind; vgl. C. Thomas, L. Thomas „Niereninsuffizienz Bestimmung der glomerulären Funktion”, Deutsches Ärzteblatt, Jg. 106, Heft 51–52, 21. Dezember 2009 (www.aerzteblatt.de/u4/archiv/artikel.asp?id=67175).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges und dennoch auch für relativ geringe Konzentrationen hinreichend genau arbeitendes Nachweisverfahren für diagnostisch relevante Urin-Inhaltsstoffe bereitzustellen. Des Weiteren soll eine entsprechende Nachweisvorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Nachweisvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schließt den Gedanken ein, ein einfaches UV-optisches Messverfahren für die Urinanalyse bereitzustellen, welches sinnvoll Absorptions- mit Fluoreszenzmessungen kombiniert und zugleich die Ausschaltung bzw. Berücksichtigung von Nulllinien- bzw. „Untergrund” effekten ermöglicht. Hierzu ist die Einstrahlung von UV-Messstrahlung einer ersten und zweiten Wellenlänge in den Urin und die Bestimmung der Absorption sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Wellenlänge und zusätzlich die Bestimmung der Intensität von durch die Messstrahlung angeregter Fluoreszenzstrahlung aus dem Urin vorgesehen. Aus den ermittelten Absorptionsgraden bei der ersten und zweiten Wellenlänge werden ein erster und zweiter Inhaltsstoff quantitativ bestimmt, und aus der Strahlungsintensität bei der dritten Wellenlänge wird ein dritter Inhaltsstoff oder das Verhältnis von dessen Gehalt zum Gehalt eines der beiden Inhaltsstoffe bestimmt. Dieses Verfahren hat Anwendungen, bei denen nur zwei der drei Inhaltsstoffe diagnostisch relevant sind, während die Bestimmung des verbleibenden nur der Beseitigung der erwähnten Nulllinien- bzw. Untergrundeffekte dient.
Bei der eingangs erwähnten, für die frühzeitige Diagnostik beginnender Nephropathien speziell in Risikogruppen besonders bedeutsame Albuminurie-Diagnose werden als erster Inhaltsstoff Harnsäure, als zweiter Inhaltsstoff Kreatinin und als dritter Inhaltsstoff Albumin bestimmt. Speziell hierbei dient die Bestimmung der Harnsäure nicht einem diagnostischen Zweck, sondern sichert eine hinreichende Genauigkeit der Bestimmung der Inhaltsstoffe Albumin und Kreatinin bzw. von deren Verhältnis.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die erste Wellenlänge im Bereich 230 ... 245 nm, die zweite Wellenlänge im Bereich 280 ... 300 nm und die dritte Wellenlänge im Bereich 330 ... 350 nm gewählt sind. In diesen Bereichen liegen speziell die relevanten Wellenlängen für die Bestimmung von Albumin und Kreatinin bzw. des Albumin/Kreatinin-Verhältnis.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Nierenfunktionsparameter, insbesondere zusätzlich zum Verhältniswert zwischen dem Gehalt des dritten und dem Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes, ein Näherungswert der glomerulären Filtrationsrate, GFR, aufgrund des Gehalts von Kreatinin bestimmt wird.
Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich unmittelbar aus den vorstehend erwähnten Verfahrensaspekten und werden insoweit hier nicht nochmals erläutert. Hinzuweisen ist jedoch darauf, dass die Nachweisvorrichtung besonders einfach und kostengünstig aufzubauen ist, wenn als UV-Lichtquellen UV-LEDs eingesetzt werden. Für die relevanten Nachweis-Wellenlängen sind in ihrer Empfindlichkeit speziell angepasste Photodetektoren einzusetzen, oder es werden breitbandigere Detektoren mit vorgeschalteten, geeignet ausgewählten Bandpassfiltern verwendet.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass im Strahlengang der ersten und zweiten UV-Lichtquelle zum Bestrahlungsabschnitt ein Strahlteiler zur Auskopplung eines Teilstrahls aus der UV-Messstrahlung vor Erreichen des Bestrahlungsabschnitts und in Ausbreitungsrichtung des Teilstrahls eine Referenz-Photodetektoreinrichtung zur Bestimmung der Intensität der Messstrahlung bei der ersten und zweiten Wellenlänge. Dieser liefert ein Referenzsignal für die Nachweisstrahlung, und ist mit einem Referenz-Eingang der Verarbeitungseinrichtung.
Vorteilhaft in der Praxis einsetzbar ist eine Vorrichtung mit einer der Verarbeitungseinrichtung nachgeschaltenen Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines oder mehrerer Nierenfunktionsparameter, insbesondere des Verhältniswertes zwischen dem Gehalt des dritten und dem Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes als eines ersten Nierenfunktionsparameters. Wertvolle zusätzliche Aussagen für eine Nierendiagnose liefert die Nachweisvorrichtung in einer weiteren Ausgestaltung, bei der die Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Näherungswertes der glomerulären Filtrationsrate unter Nutzung des bestimmten Gehalts des zweiten Inhaltsstoffes aufgrund eines vorbestimmten Berechnungsalgorithmus ausgebildet ist.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nachweisvorrichtung und
2 eine graphische Darstellung zur Illustration eines wesentlichen Aspekts einer wichtigen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt in einer Prinzipskizze das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Nachweisvorrichtung 1 zum kombinierten quantitativen Nachweis von Albumin und Kreatinin in Urin. Eine Lichtquelle 1 mit einer bei einer ersten Wellenlänge λ1 emittierenden UV-LED 3a und einer bei einer zweiten Wellenlänge λ2 emittierenden UV-LED 3d strahlt eine Messstrahlung M in eine Messküvette 5 mit darin enthaltenem Urin U ein, die als Bestrahlungsabschnitt fungiert. Ein Teil M_R der Messstrahlung wird vor Erreichen des Bestrahlungsabschnitts durch einen teildurchlässigen Spiegel 7 zu einem Referenz-Photodetektor 9 abgezweigt, der zwei für die Wellenlängen λ1 und λ2 empfindliche Detektorabschnitte 9a, 9b umfasst und zur Bereitstellung einer Referenz die Intensität der Messstrahlung erfasst.
Die durch die Messküvette 5 hindurchgehende und durch den Urin U geschwächte Strahlung gelangt in der ursprünglichen Strahlungsrichtung als Nachweisstrahlung D zu einer Photodetektoreinrichtung 11, die (ebenso wie die Referenz-Photodetektoreinrichtung 9) einen ersten, für die Wellenlänge λ1 empfindlichen Photodetektor 11a und einen zweiten, für die Wellenlänge λ2 empfindlichen Photodetektor 11b umfasst. Außerdem umfasst der optische Teil der Nachweisvorrichtung 1 eine Fluoreszenz-Photodetektoreinrichtung 13, welche bei einer dritten Wellenlänge λ3 einer Fluoreszenzstrahlung F empfindlich ist, die durch die eingestrahlte Messstrahlung angeregt wird und die in der hier gezeigten Vorrichtung im rechten Winkel zur Einstrahlungsrichtung der Messstrahlung M nachgewiesen wird.
Die Signale der Photodetektoreinrichtungen 9, 11 und 13 werden einer Verarbeitungseinrichtung 15 zur zusammenfassenden Verarbeitung zugeführt. Diese Verarbeitung, die an sich bekannter Weise abläuft, liefert zunächst die Absorptionsgrade bei den Wellenlängen λ1 und λ2 und einen bewerteten Intensitätswert der Fluoreszenzstrahlung bei der Wellenlänge λ3 und schließlich aufgrund der Absorptionsgrade bzw. Fluoreszenzintensität quantitative Aussagen zu zwei oder drei Inhaltsstoffen des Urins U bzw. einen Verhältniswert ihrer Anteile.
Der Verarbeitungseinheit 15 ist eine Anzeigeeinheit 17 nachgeordnet, mit der ein oder mehrere aus der quantitativen Analyse abgeleitete Nierenfunktionsparameter angezeigt werden können. Anstelle der Anzeigeeinrichtung oder zusätzlich zu dieser können eine Speichereinrichtung und/oder eine Sendeeinrichtung zur Übertragung an einen entfernten Ort der Verwendung der Ergebnisse vorgesehen sein. In der Figur ist bei der Verarbeitungseinheit 15 und der Anzeigeeinheit 17 symbolisch eine Unterteilung in Bereiche gezeigt. Diese soll illustrieren, dass die Verarbeitung und Anzeige sich auf mehrere Nierenfunktionsparameter erstrecken kann, beispielsweise auf die Bestimmung des Albumin/Kreatinin-Verhältnisses als eines ersten und der glomerulären Filtrationsrate als eines zweiten Nierenfunktionsparameters.
Zur Erläuterung eines Aspekts der Signalauswertung wird auf 2 verwiesen welche die spektralen Absorptionskurven zweier Urin-Inhaltsstoffe „Stoff 1” und „Stoff 2” sowie schematisch die Emissionsbereiche zweier UV-Lichtquellen LED 1 und LED 2 (entsprechend Ziffer 3a und 3b in 1) synoptisch darstellt. Der Figur ist zu entnehmen, dass bei einem Nachweis der Absorption in den Emissionsbereichen der beiden UV-Lichtquellen einerseits ein Gesamt-Absorptionsgrad aufgrund der Absorption durch die Stoffe 1 und 2 (im Bereich der LED 1) und andererseits der allein durch den Stoff 1 bewirkte Absorptionsgrad (im Bereich der LED 2) bestimmt werden kann. Für den Fachmann ist damit klar, dass sich im Absorptionskanal der Nachweisvorrichtung 1 der Gehalt der Stoffe 1 und 2 im Urin (oder der um Einflüsse durch den Stoff 1 bereinigte Gehalt des Stoffs 2) ermitteln lässt. Im weiter oben erwähnten Anwendungs-Kontext handelt es sich bei Stoff 1 um Harnsäure und bei Stoff 2 um Kreatinin. Der Albumin-Gehalt wird in diesem Anwendungsfall aus der Intensität der mit der Messstrahlung der Wellenlänge λ2, speziell 289 nm, angeregten Fluoreszenzstrahlung der Wellenlänge λ3, speziell 340 nm, bestimmt.
Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf das oben erläuterte Beispiel und den erwähnten Anwendungsfall beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters, über einen kombinierten quantitativen Nachweis eines ersten, zweiten und dritten Inhaltstoffes in Urin, wobei UV-Messstrahlung einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge in einem Bestrahlungsabschnitt in den Urin eingestrahlt und die Absorption durch diesen bei der ersten und zweiten Wellenlänge sowie die Intensität einer durch die Messstrahlung der zweiten Wellenlänge angeregten UV-Fluoreszenzstrahlung bei einer dritten Wellenlänge gemessen werden und aus dem Absorptionsgrad bei der ersten Wellenlänge der Gehalt des ersten Inhaltsstoffes, aus dem Absorptionsgrad bei der zweiten Wellenlänge der Gesamt-Gehalt des ersten und zweiten Inhaltsstoffes und aus der Strahlungsintensität bei der dritten Wellenlänge der Gehalt des dritten Inhaltsstoffes oder dessen Verhältniswert zum Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes bestimmt wird und wobei dieser Verhältniswert den Nierenfunktionsparameter darstellt oder ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als erster Inhaltsstoff Harnsäure, als zweiter Inhaltsstoff Kreatinin und als dritter Inhaltsstoff Albumin bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Wellenlänge im Bereich 230 ... 245 nm, die zweite Wellenlänge im Bereich 280 ... 300 nm und die dritte Wellenlänge im Bereich 330 ... 350 nm gewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei als Nierenfunktionsparameter, insbesondere zusätzlich zum Verhältniswert zwischen dem Gehalt des dritten und dem Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes, ein Näherungswert der glomerulären Filtrationsrate, GFR, aufgrund des Gehalts von Kreatinin bestimmt wird.
Nachweisvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit – einer ersten UV-Lichtquelle zur Aussendung der UV-Messstrahlung der ersten Wellenlänge, – einer zweien UV-Lichtquelle zur Aussendung der UV-Messstrahlung der zweiten Wellenlänge, – einem in einer Emissionsrichtung der ersten und zweiten UV-Lichtquelle liegenden Bestrahlungsabschnitt zur Aufnahme von Urin, – einem im Wesentlichen in der Emissionsrichtung der ersten und zweiten UV-Lichtquelle und bezüglich des Bestrahlungsabschnitts der ersten und zweiten UV-Lichtquelle gegenüber liegenden Photodetektoreinrichtung zum Nachweis der Intensität der den Bestrahlungsabschnitt verlassenden Nachweisstrahlung bei der ersten und zweiten Wellenlänge, – einer nicht in der Emissionsrichtung der ersten und zweiten UV-Lichtquelle angeordneten, mit ihrer Empfangsrichtung aber auf den Bestrahlungsabschnitt ausgerichteten Fluoreszenz-Photodetektoreinrichtung zur Erfassung von den Bestrahlungsabschnitt verlassender Nachweisstrahlung bei der dritten Wellenlänge und – einer der Photodetektoreinrichtung und der Fluoreszenz-Photodetektoreinrichtung nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des Gehalts des ersten Inhaltsstoffes, des Gesamt-Gehalts des ersten und zweiten Inhaltsstoffes und des Gehalts des dritten Inhaltsstoffes oder von dessen Verhältniswert zum Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes aus den Intensitäten der Nachweisstrahlung bei der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge.
Nachweisvorrichtung nach Anspruch 5, wobei als erste UV-Lichtquelle eine UV-LED, die im Bereich 230–245 nm emittiert, und als zweite UV-Lichtquelle eine UV-LED vorgesehen ist, die im Bereich 280 ... 300 nm emittiert.
Nachweisvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Photodetektoreinrichtung einen ersten Photodetektor, der im Bereich 230 ... 245 nm empfindlich ist, und einen zweiten Photodetektor, der im Bereich 280 ... 300 nm empfindlich ist, und die Fluoreszenz-Photodetektoreinrichtung einen dritten Photodetektor aufweist, der im Bereich 330 ... 350 nm empfindlich ist.
Nachweisvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste und zweite Photodetektor durch eine breitbandige Detektoreinrichtung mit zwei vorgeschalteten Bandpassfiltern realisiert ist, die auf die erste und zweite Wellenlänge abgestimmt sind.
Nachweisvorrichtung nach einem der Ansprüche 5–8, wobei im Strahlengang der ersten und zweiten UV-Lichtquelle zum Bestrahlungsabschnitt ein Strahlteiler zur Auskopplung eines Teilstrahls aus der UV-Messstrahlung vor Erreichen des Bestrahlungsabschnitts und in Ausbreitungsrichtung des Teilstrahls eine Referenz-Photodetektoreinrichtung zur Bestimmung der Intensität der Messstrahlung bei der ersten und zweiten Wellenlänge, als Referenz für die Nachweisstrahlung, vorgesehen ist, welcher mit einem Referenz-Eingang der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist.
Nachweisvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, mit einer der Verarbeitungseinrichtung nachgeschaltenen Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines oder mehrerer Nierenfunktionsparameter, insbesondere des Verhältniswertes zwischen dem Gehalt des dritten und dem Gehalt des zweiten Inhaltsstoffes als eines ersten Nierenfunktionsparameters.
Nachweisvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Näherungswertes der glomerolären Filtrationsrate unter Nutzung des bestimmten Gehalts des zweiten Inhaltsstoffes aufgrund eines vorbestimmten Berechnungsalgorithmus ausgebildet ist.