Untersuchungen über die normale Konstellation der Kupfer- und Coeruloplasmin-Konzentrationen im Serum des Menschen

Pelz, Reta (2006): Untersuchungen über die normale Konstellation der Kupfer- und Coeruloplasmin-Konzentrationen im Serum des Menschen. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Kupfer im Serum des Menschen lässt sich zwei Kompartimenten zuordnen: dem Coeruloplasmin-Kupferkompartiment, welches das meiste Kupfer des Serums gebunden an das Cuproprotein Coeruloplasmin enthält, und dem Nicht-Coeruloplasmin-Kupferkompartiment, dem alles übrige Kupfer gebunden vorwiegend an Albumin und Aminosäuren zugerechnet wird. Über die Kupfermengen in den beiden Kompartimenten gibt es sehr widersprüchliche Meinungen. So werden die Zahl der Kupferatome im Cpl-Molekül mit 6 bis 8 und der Anteil des nichtCplCu am gesamten Serumkupfer mit 1 bis 40% angegeben. Von einzelnen Untersuchergruppen durchgeführte Berechnungen und Messungen haben jedoch ergeben, dass das Cpl-Molekül sechs Kupferbindungsstellen besitzt, die unter normalen Bedingungen immer besetzt sind, und dass mit hochempfindlichen Nachweismethoden selbst geringe Kupfermengen wie 0,1 µmol/l in coeruloplasminfreien Seren nicht gefunden werden. Wegen dieser widersprüchlichen Angaben ist eine sinnvolle Bewertung von Cu- und Cpl-Messungen bei Patienten nicht möglich. Es gibt zwar jeweils Normbereiche für Cu und für Cpl im Serum. Diese erlauben jedoch lediglich eine getrennte Einstufung der Messwerte beider Faktoren und lassen die Abhängigkeit der Cu- von der Cpl-Konzentration unberücksichtigt. Störungen im Kupferhaushalt bleiben deshalb häufig unerkannt. In dieser Arbeit wird versucht, die Gründe für die widersprüchlichen Angaben in der Literatur aufzudecken, in dem nach Gesetzmäßigkeiten zwischen den Konzentrationen von Cu und Cpl im Serum von gesunden Menschen und von Patienten mit verschiedenen Erkrankungen gesucht wird. Denn erst wenn die Gesetzmäßigkeiten bekannt sind, können normale und pathologische Verhältnisse von Cu und Cpl im Serum des Menschen von einander abgegrenzt und Störungen im Kupferhaushalt aufgedeckt werden. Überprüft werden in dieser Arbeit die folgenden drei Hypothesen. Hypothese I: „Nahezu das gesamte Cu des Serums ist Cpl gebunden“ oder „Unter normalen Bedingungen lassen sich im Serum des Menschen keine signifikanten Konzentrationen von nichtCplCu nachweisen.“ Hypothese II: „Die Cu- und Cpl- Konzentrationen im Serum des Menschen stehen in einem festen, positiven linearen Verhältnis zueinander.“ Hypothese III: „Das Coeruloplasminmolekül im Serum des Menschen enthält konstant sechs Atome Kupfer.“ Dem Dokumentationszentrum für Kupfervergiftungen im Dr. von Haunerschen Kinderspital wurden von fünf Klinisch-chemischen Instituten in fünf Städten Deutschlands Serien (Datensätze) von Cu- und Cpl-Messwerten aus den Jahren 1988 bis 2004 für weitere Berechnungen überlassen. Aus den Datensätzen wurden in dieser Arbeit alle Parallelmessungen von Cu und Cpl in jeweils ein und derselben Serumprobe (sog. CuundCpl-Messungen) mit Hilfe der linearen Regressionsanalyse (OSL) untersucht und entsprechend der Formel „Y = a + b * X“ die Mittelwerte für „a“ = intercept = (hier:) das nichtCplCu und für „b“ = Steigung der Regressionsgeraden = (hier:) der Cu/Cpl-Koeffizient = Zahl Cu-Atome pro Cpl-Molekül berechnet. Die Regressionsformel lautet dann: „Cu = nichtCplCu + Cu/Cpl-Koeffizient * Cpl“; das Produkt „Cu/Cpl-Koeffizient * Cpl“ repräsentiert das CplCu. Analysiert wurden insgesamt 1239 CuundCpl-Messwertepaare. Das aus methodischer Sicht wichtigste Ergebnis der Untersuchung war, dass eine gemeinsame Analyse aller Datensätze zu nicht plausiblen Ergebnissen führt, weil – bei nahezu identischen mittleren Messwerten für Cu – die mittleren Cpl-Messwerte der einzelnen Institute, aber auch ein und desselben Institutes aus verschiedenen Jahren erheblich von einander abweichen. Diese offensichtlich systematische Abweichung der Cpl-Messungen hatte zur Folge, dass sich für die Datensätze unterschiedliche Cu/Cpl-Koeffizienten und damit unterschiedliche Zahlen von Cu-Atomen pro Cpl-Molekül errechneten. Getrennte Regressionsanalysen der Datensätze ergaben dann übereinstimmend für die überwiegende Zahl (mehr als 90%) der Messungen in den Seren keine statistisch signifikanten Cu-Konzentrationen im nichtCplCu-Kompartiment (mittlere Konzentrationen unter 0,2 µmol/l) und für die einzelnen Datensätze (also für jedes Labor für bestimmte Zeitabschnitte) konstante Cu/Cpl-Koeffizienten zwischen 6,0 und 8,8. Bei einer mittleren GesCu-Konzentrationen von ca. 20 µmol/l im Serum errechnet sich somit für das nichtCplCu ein Anteil von weniger 1%. Das Ergebnis bestätigt die Hypothese I dieser Arbeit und die Mittelung von Evans et al. (1989) die bei direkten Messungen in Seren von Menschen kein nichtCplCu (untere Nachweisgrenze: 0,1 µmol/l) nachweisen konnten. Die für jedes Labor (und für bestimmte Zeitperioden) als Konstante zu errechnenden Cu/Cpl-Koeffizienten (Bestätigung der Hypothese II dieser Arbeit) weisen daraufhin, dass die Cpl-Messmethoden nicht ausreichend standardisiert und ihre Ergebnisse deshalb nicht geeignet sind, die Hypothese III dieser Arbeit zu überprüfen: nur in einem der fünf Datensätze konnte der erwartete Cu/Cpl-Koeffizient von 6 gefunden werden. Im Verlauf der Untersuchungen dieser Arbeit erwies sich die Ermittlung des Cu/Cpl-Koeffizienten mittels Regressionsanalyse (OLS) als immer dann nicht möglich ist, wenn sich unter den CuundCpl-Messwertepaaren stark abweichende Messungen, wie solche mit einem Kupferüberschuss, befanden. Die Arbeit zeigt jedoch Verfahren auf, wie diese Messungen im Datensatz erkannt und entfernt werden können. Ein solches Vorgehen erwies sich jedoch als überflüssig, weil sich herausstellte, dass der nach Berechnung des Cu/Cpl-Quotienten für alle Serumproben eines Datensatzes ermittelte Median der Quotienten (MedianCu/Cpl-Q) immer nahezu identisch ist mit dem zugehörigen Cu/Cpl-Koeffizienten. Der MedianCu/Cpl-Q kann in praxi in jedem Labor z. B. täglich oder wöchentlich anhand von Routinemessungen bei Patienten ermittelt und dann anstelle des Cu/Cpl-Koeffizienten verwendet werden. Ist der Cu/Cpl-Koeffizient oder der (hier als gleichwertig gefundene) Median der Cu/Cpl-Quotienten eines Laboratoriums bekannt, lässt sich aus den Messwerten Cu und Cpl der CuSOLL-Wert der Probe ermitteln und ein Überschuss an Cu, wie er z.B. bei Patienten mit Morbus Wilson oder mit einer Kupfervergiftung vorkommt, ermitteln. Die entsprechenden Formeln lauten: „deltaCu = CuIST- Cu/Cpl-Koeff. * CplIST“ bzw. „deltaCu = CuIST- MedianCu/Cpl-Q * CplIST“. Auf diese Weise lässt sich eine „echte“ Hypercuprämie (die hypercupraemia vera), die auf ein Missverhältnis zwischen Cu und Cpl im Serum hinweist, unterscheiden von der einfachen Hypercuprämie (der hypercupraemia simplex), die immer dann auftritt, wenn Cpl im Serum z.B. bei entzündlichen oder malignen Prozessen oder unter hormonellem Einfluss bei Schwangerschaft oder Antikonzeption, erhöht ist. Ausblick: Die in dieser Arbeit ermittelten Gesetzmäßigkeiten zwischen den Konzentrationen von Cu und Cpl im Serum gesunder und kranker Menschen erlaubt eine gezielte Suche nach Patienten/Krankheiten mit Störungen im Kupferhaushalt; sie ermöglicht insbesondere eine quantitative Bestimmung des Kupferüberschusses im Serum von Menschen mit Morbus Wilson und den Kupfervergiftungen als einen zur Diagnose führenden Befund.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Kupfer, Coeruloplasmin, Kompartimente, Hypercuprämie
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 23. März 2006
• 1. Bericht­erstatter:in: Eife, Rudolf