DE2718588A1 - Verfahren und reagens zur bestimmung von harnsaeure - Google Patents

Verfahren und reagens zur bestimmung von harnsaeure

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K.Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 int. Nr. 2126 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
BOEHRINGER MANNHEIM GMBH Sandhofer Straße 112-132, 6800 Mannheim
Verfahren und Reagens zur Bestimmung von Harnsäure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Reagens zur störungsfreien Bestimmung von Harnsäure, insbesondere in Serum und Plasma, mit Hilfe des Uricase/Katalase/Aldehyddehydrogenase-Systems.
Ein erhöhter Harnsäurespiegel im Serum (Plasma) stellt einen wichtigen Hinweis auf das Bestehen einer Gichtkrankheit dar. Die quantitative Analyse der Harnsäure im Serum gehört daher zu den im klinisch-chemischen Laboratorium häufig auszuführenden Untersuchungen.
Zur enzymatischen Bestimmung der Harnsäure werden bisher in der Praxis im wesentlichen zwei Methoden angewendet, die als
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Uricase-Methode und Urica-quant-Methode bekannt sind (vgl. "Methoden der enzymatischen Analyse" (Bergmeyer, H.U., Ed.), Band 2, (1974) 1999 bis 2005, Verlag Chemie). Neuerdings wurde ein neues enzymatisches Verfahren bekannt (DT-OS 24 50 726), das auf dem folgenden Prinzip beruht:
üricase
Harnsäure + 2 H3O + O3 Allantoin + CO2 + H3O2
Katalase
H2O2 + Alkohol Aldehyd + 2 H2O
Aldehyd-Dehydrogenase
Aldehyd + NAD(P) + Carbonsäure +
NAD(P)H + H+
Die Bildung von NAD(P)H, gemessen an der Extinktionszunahme bei 340 nm, Hg 334 nm oder Hg 36 5 nm, ist der Harnsäuremenge proportional.
Verglichen mit der als Referenzmethode angesehenen Uricase-Methode zeichnet sich dieses neuere Verfahren nach Haeckel durch eine geringere Störanfälligkeit gegenüber Verunreinigungen im Analysenansatz aus, da die Messung im längerwelligen UV-Bereich durchgeführt wird (334 bis 365 nm anstelle von 293 bis 297 nm). Im Vergleich zum Urica-quant-Verfahren ist der Zeitbedarf pro Analyse wesentlich geringer, wodurch diese neuere Methode besonders gut für schnell laufende Analysenautomaten geeignet ist.
Bei Anwendung der oben beschriebenen Harnsäuretests nach Haeckel stellte sich heraus, daß in vielen Fällen, insbesondere bei Seren von Nierenkranken oder Leberkranken, erhebliche Störungen des Tests durch Schleichreaktionen auftraten. Beim Arbeiten nach der Endwert-Methode findet man bereits vor Zugabe der als Starter dienenden Uricase-Lösung eine NAD(P)H-
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Zunahme bzw. NADH-Abnahme. Ferner kommt die Reaktion auch nach Umsetzung der gesamten Harnsäure nicht zum Stillstand, sondern es wird weiterhin NAD(P)H gebildet. Die Geschwindigkeit dieser Schleichreaktionen beträgt bei 25° C ca. 0,001 bis 0,004ÖE/min, wobei außerdem auch noch die Geschwindigkeiten vor dem Start und nach Ablauf der Harnsäurereaktion oft voneinander verschieden sind. Dies erschwert die genaue Auswertung der Meßergebnisse sehr, da man die der umgesetzten Harnsäuremenge entsprechende Extinktionsdifferenz nur ungenau feststellen kann. Aus dieser Extinktionsdifferenz, dem Analysenansatz und dem molaren Extinktionskoeffizienten von NADH ist jedoch das Analysenergebnis zu berechnen.
Diese Schleichreaktionen machen sich bei der Harnsäurebestimmung auf kinetischer Basis noch weitaus störender als bei der Bestimmung nach dem Endwert-Verfahren bemerkbar. Bei den kinetischen Verfahren muß man bekanntlich zur stets erforderlichen Kalibrierung eine Standardbestimmung durchführen, wozu man im allgemeinen einen wäßrigen Standard einsetzt (J. Ziegenhorn in "Grundlagen der enzymatischen Analyse" H. Bergmeyer, Seite 81 bis 85, Verlag Chemie (1977). Da bei dieser Standardanalyse keine Schleichreaktionen auftreten, erhält man bei der Analyse der oben erwähnten Seren, in denen Schleichreaktionen auftreten, falsch positive bzw. negative Resultate; denn der auf die Harnsäure-Umsetzung zurückgehenden Reaktion überlagert sich die Schleichreaktion. Die kinetischen Tests sind jedoch für das automatisierte Laboratorium von großer Bedeutung. Sie ermöglichen es, den Zeitbedarf pro Analyse drastisch zu reduzieren und nutzen somit die Analysenautomaten besser aus. Darüber hinaus sind sie im allgemeinen weniger anfällig gegen Störungen durch Trübungen oder Eigenfarbe der Probe als Endwert-Verfahren.
Wie beim Endwert-Verfahren können zwar auch bei den kinetischen Verfahren die durch Schleichreaktionen bedingten Störungen bis zu einem gewissen Grade durch die Bestimmung von
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Proben-Leerwerten berücksichtigt werden. Dies hat jedoch Nachteile; denn Proben-Leerwert-Bestimmungen bedeuten immer eine Verdoppelung des Zeit- und Reagensbedarfs bei der Durchführung der Analyse. Vor allem an modernen, schnell laufenden Analysenautomaten (Centrifugal Fast Analyzer und verwandte Geräte), beeinträchtigen Proben-Leerwert-Analysen die optimale Ausnutzung der Geräte sehr.
Je nach Ausmaß der Schleichreaktion wurden Fehler von 5 bis 20 % für die Analysenresultate festgestellt. Dies bedeutet eine starke Einschränkung der Anwendbarkeit der Haeckel'sehen Methode zur Harnsäurebestimmung in der Routinediagnostik, wo bekanntlich Harnsäuretests besonders oft an Seren von Nierenkranken vorgenommen werden müssen. Gerade bei Gicht ist eine Erkrankung der Niere außerordentlich häufig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich die geschilderten Störungen bei der Harnsäurebestimmungsmethode nach Haeckel vermeiden lassen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung von Harnsäure in biologischem Material mittels Uricase, Katalase und Aldehyddehydrogenase in Gegenwart von Alkohol und Nicotinamid-adenin-dinucleotid bzw. -phosphat (NAD(P)), welches dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe Oxalat, Malonsäuremono(niedrig)-alkylester, Trihalogenäthanol, gegebenenfalls mit ein oder mehreren Niedrigalkylgruppen oder/und Halogenatomen substituiertes Pyrazol oder Pyridin, gegebenenfalls durch eine Niedrigalkylgruppe substituierte Pyridincarbonsäure, deren Amid oder Niedrigalkylester, Thioharnstoff, Isobutyramid oder chelatbildendes Komplexierungsmittel, wie Nitrilotriessigsäure oder Äthylendiamintetraessigsäure zugesetzt wird.
Als biologisches Material kommen insbesondere Serum und Blut in Frage, es können jedoch auch Harn, durch Zellaufschluß ge-
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wonnene Flüssigkeiten oder dergleichen, als Ausgangsmaterial eingesetzt werden.
Unter Niedrigalkylgruppen werden im Rahmen der Erfindung solche mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden. Halogenatome sollen im Rahmen der Erfindung Chlor-, Brom- und Jodatome sein. Bei den Pyrazolderivaten werden solche bevorzugt, bei welchen ein Substituent in Stellung 4 steht. Bei den Pyridincarbonsäuren steht die Carboxylgruppe in Stellung 3. Typische Beispiele für geeignete Verbindungen sind Pyrazol, 4-Brompyrazol, 4-Jodpyrazol, 4-Chlorpyrazol, 4-Methylpyrazol, 4-fithylpyrazol, 4-Propylpyrazol, 3,4-Dibrompyrazol, Pyridin, N-MethyInicotinamid u.a..
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Zusatzmittel können einzeln oder in Kombination zugegeben werden. Während in vielen Fällen ein einziges Zusatzmittel ausreicht, um eine Schleichreaktion vollständig zu unterdrücken, wird doch der Zusatz von wenigstens zwei der erfindungsgemäßen Mittel bevorzugt. Besonders bevorzugt wird die Verwendung eines Mittels aus der Gruppe Oxalat und Malonsäuremono(niedrig)alkylester zusammen mit einem oder mehreren Mitteln aus der Gruppe der Trihalogenäthanole, Isobutyramid, Thioharnstoff substituierten oder unsubstituierten Pyrazole, Pyridine oder Pyridincarbonsäuren. Unter den Oxalaten werden die Alkalisalze bevorzugt.
Das Verfahren kann nach dem Endwert-Verfahren durchgeführt werden, bei dem die Konzentration der Harnsäure nach Ablauf der Reaktion aus der gemessenen Extinktionsdifferenz ermittelt wird. Ferner können kinetische Verfahren angewendet werden, bei denen die Geschwindigkeit der Reaktion als Meßgröße dient. Die Lehre, wie derartige kinetische Testsysteme beim Vorliegen von gekoppelten Enzymreaktionen aufzubauen sind, ist aus der DT-OS 25 58 536 bekannt. Außerdem ist aus DT-PS 24 40 011 bereits bekannt, daß die an sich für die Anwendung von kinetischen Verfahren zu niedrige Michaelis-Konstante der Uricase in bezug auf Harnsäure durch Zusatz eines kompetitiven Inhibi-
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tors scheinbar erhöht werden kann, so daß kinetische Meßprinzipien benutzt werden können. Ein solcher kompetitiver Inhibitor ist z. B. Xanthin.
Die erfindungsgemäß zugesetzten Verbindungen werden in solchen Mengen verwendet, daß vorkommende Schleichreaktionen vollständig unterdrückt werden. Die erforderlichen Mengen lassen sich leicht durch einen einfachen Vorversuch bestimmen. Im allgemeinen reichen jedoch Zusätze zwischen 0,005 und 0,5 Mol Zusatzverbindung pro Liter Reagens vollständig aus. In Einzelfällen können größere oder kleinere Zusätze in Betracht kommen.
Die Verfahrensbedingungen hinsichtlich pH-Wert, Zeit, Temperatur und dergleichen entsprechen den aus der DT-OS 24 50 726 bekannten. Vorzugsweise wird bei pH 8,0 bis 9,O gearbeitet unter Verwendung eines in diesem Bereich seine maximale Kapazität aufweisenden Puffers. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Diphosphatpuffer (K-P-O./HCl) erzielt. Zweckmäßig erfolgt die Bestimmung bei Raumtemperatur.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Reagens zur Bestimmung von Harnsäure, enthaltend Uricase, Katalase, Aldehyddehydrogenase, Alkohol, NAD(P) und Puffer, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe Oxalat, Malonsäuremono(niedrig)alkylester, Trihalogenäthanol, gegebenenfalls mit ein oder mehreren Niedrigalkylgruppen oder/und Halogenatomen substituiertes Pyrazol oder Pyridin, gegebenenfalls durch eine Niedrigalkylgruppe substituierte Pyridincarbonsäure, deren Amid oder Niedrigalkylester, Thioharnstoff, Isobutyramid oder chelatbildendes Komplex!erungsmittel, wie Nitrilotriessigsäure oder Äthylendiamintetraessigsäure enthält.
Ein bevorzugtes Reagens der oben genannten Art enthält etwa 1 χ 102 bis 1 χ 103 U/l Uricase, 500 bis 1500 kU/1 Katalase,
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500 bis 1000 U/l Aldehyddehydrogenase, 0,3 bis 2 Mol/l Äthanol, 0,5 bis 1,5 mMol/1 NAD+ oder NADP+, 20 bis 100 mMol/1 Puffer pH 8,0 bis 9,0 und 0,005 bis 0,5 Mol/l erfindungsgemäßes Zusatzmittel.
Erfindungsgemäß gelingt es, wie oben beschrieben, störende Schleichreaktionen bei der Bestimmung auszuschließen und damit die Genauigkeit des Verfahrens zu verbessern und durch Einsparung von Proben-Leerwert-Bestimmung den Zeit- und Reagentienbedarf herabzusetzen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter. Beispiele 1 bis 27
Die nachstehend beschriebenen Beispiele wurden nach dem Endwert-Verfahren durchgeführt unter Verwendung folgender Reagentien:
Reagens 1
K4P2O7/HCl-Puffer (30 bis 50 mMol/1, pH 8,0 bis 9,0), Äthanol (0,3 bis 2 Mol/l), NAD+ (= 0,5 mMol/1), Katalase aus Rinderleber (= 500 kU/1), Aldehyddehydrogenase aus Hefe (^ 500 U/l).
Reagens 2
Uricase aus Schweineleber (- 1.6 χ 10 U/l).
Bestimmungsansatz
Meßstrahlung: Hg 334 nm, 340 nm, Hg 365 nm; Schichtdicke der Küvette: 1 cm; Inkubationstemperatur: Raumtemperatur.
2,0 ml des Reagens 1 in Küvette pipettieren, 0,1 ml Probe zusetzen und mischen. Extinktion ca. 3 Minuten lang registrieren, auf Zeitpunkt der Zugabe von Reagens 2 extrapolieren und E^ be-
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stimmen. 10,ul des Reagens 2 einmischen. Extinktion ca. 2 bis 10 Minuten lang registrieren, durch Extrapolation auf den Zeitpunkt der Zugabe von Reagens 2 E_ ermitteln.
Berechnung der Konzentration (c) der Harnsäure im Serum:
c = (E2-E1) . 3,41 mMol/1 (λ = Hg 334 nm)
c = (E2-E1) . 3,35 mMol/1 (λ = Hg 340 nm)
c = (E2-E1) . 6,20 mMol/1 (λ = Hg 365 nm, NAD)
c = (E2-E1) . 6,03 mMol/1 (λ = Hg 365 nm, NADP)
Probenmaterial
Serum, Plasma, verdünnter Harn.
Bei dem wie oben beschrieben durchgeführten Verfahren wurden die aus der folgenden Tabelle ersichtlichen erfindungsgemäßen Zusatzmittel eingesetzt. Die Tabelle gibt an die Art des verwendeten Probenmaterials, das eingesetzte Coenzym, die Verwendung des Zusatzmittels sowie die unspezifische Extinktionsänderung (Schleichreaktion) in E pro Minute. Die Beispiele 1, 4, 6, 8, 10, 13, 17, 22, 24 und 26 sind Vergleichsbeispiele, die übrigen Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel
Nr.
Probe Coenzym Zusatzmittel
(Mol/l)
Schieichreaktion
Δ E/Minute
1 Urämikerserum Nr.1 NAD ^ 0,004
2 ürämikerserum Nr.1 NAD Pyrazol
(0,05-0,3)
0,000
3 Urämikerserum Nr.1 NAD Pyridin
(0,05-0,20)
Ο,ΟΟΟ
4 Urämikerserum Nr.2 NAD - + 0,002
5 Urämikerserum Nr.2 NAD 4-Methylpyri-
din (0,1-0,3)
0,0OO
6 Urämikerserum Nr.3 NAD - + 0,003
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Beispiel
Nr.
Probe Coenzyn Zusatzmittel
(Mol/l)
Schleichreaktion
Δ E/Minute
7 Urämikerserum Nr.3 NAD a) Pyrazol
(0,05-0,15)
:>) Natrium-
oxalat
(0,05-0,15)
0,001
0,000
8 Urämikerserum Nr.4 NAD - f 0,002
9 Urämikerserum Nr.4 NAD Trichlorätha-
iol (0,01-0,07)
Ο,ΟΟΟ
10 Urämikerserum Nr.5 NAD - - 0,003
11 Urämikerserum Nr.5 NAD Natriumoxalat
(0,05-0,15)
0,000
12 Urämikerserum Nr.5 NAD Malonsäure-
monoäthyl-
ester (K-SaIz)
(0,05-0,15)
0,000
13 Urämikerserum Nr.6 NAD - + 0,003
14 Urämikerserum Nr.6 NAD a) Pyrazol
(0,05-0,15)
b) Malonsäure-
monoäthyl-
ester (K-
salz) (0,05-
0,15)
0,001
0,000
15 Urämikerserum Nr.6 NAD a) Pyrazol
(0,05-0,15)
b) Pyridin
(0,05-0,10)
0,001
0,000
16 Urämikerserum Nr.6 NAD Thioharnstoff
(0,1-0,2)
0,000
17 Urämikerserum Nr.6 NADP - + 0,002
18 Urämikerserum Nr.6 NADP Trichloräthanol
(0,01-0,07)
0,000
19 Urämikerserum Nr.6 NADP a) Pyrazol
(0,05-0,15)
3) Malonsäure-
monoäthyl-
ester
(K-SaIz)
(0,05-0,15)
0,001
Ο,ΟΟΟ
20 Urämikerserum Nr.6 NADP a) Pyrazol
(0,05-0,15)
b) Natriumoxa
lat (0,05-
0,15)
0,001
0,000
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Δ*
Beispiel
Nr.
Probe Nr. 6 Coenzym Zusatzmittel
(Mol/l)
Schleichreaktion
Δ E/Minute
21 ürämikerserum Nr. 7 NADP a) Pyrazol
(0,05-0,15)
b) Pyridin
(0,05-0,10)
0,001
O,000
22 ürämikerserum Nr. 7 NADP - + 0,003
23 Urämikerserum Nr. 8 NADP a) Trichlor-
äthanol
(0,01-0,07)
b) Malonsäure-
monoäthyl-
ester
K-SaIz
(0,05-0,10)
0,001
0,000
24 Urämikerserum Nr. 8 NAD - + 0,002
25 Ur ämi ke rs er um Nr. 9 NAD EDTA (0,05-0,20) 0,000
26 Serum Nr. 9 NAD - + 0,001
27 Serum NAD Isobutyramid
(0,1-0,3)
0,000
+ = Extinktionszunahme
- = Extinktionsabnahme
Aus den Beispielen 1 bis 27 geht hervor, daß erfindungsgemäß die störende Schleichreaktion vollständig unterdrückt werden kann, gleichgültig, ob es sich dabei um eine Extinktionszunahme oder Extinktionsabnahme handelt.
Beispiel 28
Zur Harnsäurebestimmung auf kinetischer Basis kann das folgende Reagens eingesetzt werden:
Reagens
K4P2O7/HCl-Puffer (3O bis 5O mMol/1, pH 8,0 bis 9,O), Äthanol (0,3 bis 2 Mol/l), NAD+ (= 0,5 mMol/1), Katalase aus Rinderleber (= 500 kü/1), Aldehyddehydrogenase aus Hefe (^ 500 U/l),
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Uricase (470 bis 710 U/l), Xanthin, K-SaIz (180 bis 240 .umol/1) Bestimmungsansatz
Durchführung der Analyse nach dem kinetischen "fixed-time-Verfahren" (vgl. DT-OS 25 58 536.8) unter Benutzung eines GEMSAEC Fast Analyzers.
Meßstrahlung: 340 nm; Inkubationstemperatur: 25°C. Probe bzw. Standard 50,ul
NaCl-Lösung, 0,9 % 200,ul
Reagens 500.ul
Die erste Ablesung E1 wird 35 bis 100 Sekunden nach dem Start der Reaktion, die zweite Ablesung E- 150 bis 200 Sekunden später durchgeführt. Unter Bezugnahme auf einen Standardansatz berechnet der Computer des Automaten die Harnsäurekonzentration ) nach der Formel:
cStandard* *E2~E1*Probe cProbe = (E2-E1> Standard ol/1
Probenmater ial
Serum, Plasma, verdünnter Harn.
Die Durchführung der Versuche erfolgte analog wie bei den Beispielen 1 bis 27 mit und ohne Zusatz der erfindungsgemäßen Zusatzmittel. Die Ergebnisse entsprachen dabei völlig denen, die mit den entsprechenden Zusätzen nach den Beispielen 1 bis 27 erzielt wurden.
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Claims (6)

Patentansprüche
1.) Verfahren zur Bestimmung von Harnsäure in biologischem iaterial mittels Uricase, Katalase und Aldehyddehydrogenase in Gegenwart von Alkohol und Nicotinamid-adenin-dinucleotid bzw. -phosphat (NAD(P)), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe Oxalsäure, Malonsäuremono (niedrig) alkylester , Trihalogenäthanol, gegebenenfalls mit ein oder mehreren Niedrigalkylgruppen oder/und Halogenatomen substituiertes Pyrazol oder Pyridin, gegebenenfalls durch eine Niedrigalkylgruppe substituierte Pyridincarbonsäure, deren Amid oder Niedrigalkylester, Thioharnstoff, Isobutyramid oder chelatbildendes Komplexierüngsmittel, wie Nitrilotriessigsäure oder Äthylendiamintetraessigsäure zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,005 bis 0,5 Mol/l Zusatzmittel verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Zusatzmittel aus der Gruppe Oxalat und Malonsäuremono (niedrig) alkylester zusammen mit einem oder mehreren Zusatzmitteln aus der Gruppe Thioharnstoff, Isobutyramid, Komplexbildner der substituierten Pyrazole, Pyridine oder Pyridincarbonsäuren zugesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei pH-Werten von 8,0 bis 9,0 gearbeitet wird.
5. Reagens zur Bestimmung von Harnsäure, enthaltend Uricase, Katalase, Aldehyddehydrogenase, Alkohol, NAD(P) und Puffer, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe Oxalat, Malonsäuremono(niedrig)alkylester, Trihalogenäthanol, gegebenenfalls mit ein oder mehreren Niedrigalkyl-
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-J-
gruppen oder/und Halogenatomen substituiertes Pyrazol oder Pyridin, gegebenenfalls durch eine Niedrigalkylgruppe substituierte Pyridincarbonsäure, deren Amid oder Niedrigalkylester, Thioharnstoff, Isobutyramid oder chelatbildendes Komplexierungsmittel,
wie Nitrilotriessigsäure oder Äthylendiamintetraessigsäure enthält.
6. Reagens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es
etwa 1 χ 102 bis 1 χ 103 U/l Uricase, 500 bis 1500 kü/1 Katalase, 500 bis 1000 U/l Aldehyddehydrogenase, 0,3 bis 2 Mol/l Äthanol, 0,5 bis 1,5 mMol/1 NAD+ oder NADP+, 20 bis 100 mMol/1 Puffer pH 8,0 bis 9,O und 0,005 bis 0,5 Mol/l erfindungsgemäßes Zusatzmittel enthält.
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