Klinische enzymologie 

Dr J. Kortleven

Enzymen en enzyme-eenheden

Enzymen zijn katalysatoren: zij katalyseren de omvorming van een substantie (het substraat) in een andere (het product).
De concentraties van enzymen in het serum zijn te klein om bepaald te kunnen worden, en we moeten ons dan ook tevreden stellen met het meten van de activiteit van het enzyme, bepaald uit de snelheid van het verdwijnen van het substraat of het verschijnen van het produkt. We meten dus enzyme-activiteit. Enzyme-activiteit wordt uitgedrukt in internationale eenheden (I.U. = International Unit). 1 IU is de enzyme-activiteit waardoor 1 micromol substraat per minuut wordt omgezet.
De hoeveelheid omgezet substraat hangt af van de temperatuur, de pH, het type en de concentratie van het substraat. Normale waarden verschillen dan ook van labo tot labo.
Er is een zekere tendens om alle gemeten grootheden uit te drukken in SI-eenheden (Système Internationale). Dan worden er geen mU/ml meer gebruikt maar katal/liter.

Verhoogde enzyme-activiteit

Enzyme-activiteit is in het algemeen hoog in cellen, laag in serum. Normale serum enzyme-activiteit is het gevolg van een voortdurend "uitzweten" van enzymen uit cellen en van een natuurlijke afbraak van cellen. (Enkele enzymen komen vooral of uitsluitend in serum of plasma voor (pseudocholinesterase, enzymen van de bloedstolling), of worden door exocriene klieren uitgescheiden (amylase, lipase)).

In de cellen komen de enzymen vrij voor, of gebonden aan intracellulaire organellen (microsomen, mitochondriën). De instandhouding van de cel vraagt een voortdurende metabole inspanning. Wanneer een cel beschadigd wordt of aan zuurstofgebrek lijdt breekt de celmembraan, en lekken intracellulaire bestanddelen het serum in. Ernstige letsels, die tot celdood leiden beschadigen ook de mitochondriën, en veroorzaken een vrijkomen van de mitochondriale enzymen.

Het stijgen van de serumenzymen kan ook voorkomen zonder celbeschadiging: gestegen aanmaak in de cel zal ook een stijging van het uitlekken uit de cel veroorzaken. Dit is het geval bij alcoholgebruik, cholestase, sommige anticonvulsiva. Hierbij ziet men de alkalische fosfatasen en de gamma-glutamyltransferase stijgen, zowel in de levercellen als in het serum.

Enzymen die vrijkomen in het bloed worden zeer vlug geïnactiveerd en opgenomen in het reticuloëndotheliaal stelsel.

Staalname

Enzymen kunnen bepaald worden in serum, plasma, of andere lichaamsvochten. De meeste anticoagulantia inhiberen in meerdere of mindere mate sommige enzymen, en men verkiest dan ook meestal de dosering uit te voeren op serum.

Enzymen zijn in hoge concentratie aanwezig in de cellen, ook in de rode bloedcellen, en het is dus uiterst belangrijk hemolyse te vermijden. Vooral LDH stijgt sterk bij hemolyse.

Over het algemeen zijn enzymen stabiel in serum (afgescheiden van RBC) gedurende 24 uur op kamertemperatuur, vijf dagen in de koelkast, 2 tot 3 maanden in de diepvriezer.

Natuurlijk bestaan er uitzonderingen op deze regel: zure fosfatasen verminderen zeer sterk tenzij men het serum aanzuurt of in contact laat met de bloedklonter.

Stalen voor LDH-isoënzymen moeten op kamertemperatuur bewaard worden: LDH5 wordt gedenatureerd bij koelkast of diepvries temperatuur.

Patiënten-variabelen

Enzyme-testen als hulpmiddel bij diagnose

De concentratie van enzymen in cellen is veel hoger dan in serum, en het is dan ook begrijpelijk dat enzymtesten zeer gevoelige indicatoren zijn voor celletsels. Men mag rekenen dat enzymtesten een gevoeligheid hebben van méér dan 90%: dit betekent dat er zeer weinig vals-negatieve uitslagen zijn (een negatieve uitslag sluit ziekte uit).
Enzymtesten missen echter specificiteit: abnormale resultaten zijn dikwijls vals-positief, vooral als de prevalentie van de ziekte laag is.
De specificiteit kan verhoogd worden door het bepalen van isoënzymen: bij verschillende enzymen is de totale activiteit de som van de activiteit van meerdere fracties, die verschillen in fysico-chemische eigenschappen. Zeer dikwijls is een bepaalde fractie orgaan-specifiek. Het bepalen van de isoënzym-activiteit van LDH, CPK en ALP is klinisch zinvol.

Bespreking van enkele serumenzymen

1. Transaminasen (GOT of ASAT : glutamaat oxaalacetaat transaminase of aspartaat aminotransferase en GPT of ALAT : alanine amino-transferase of glutamaat pyruvaattransferase).

GOT komt vooral voor in hart en lever, minder in de gestreepte spieren, nieren en pancreas. Het bevindt zich zowel in het cytoplasma als in de mitochondriën.

GPT komt vooral in de lever voor, minder in de nieren en de skelet-spieren. Het bevindt zich vooral in het cytoplasma.

De lever bevat ongeveer driemaal zoveel GOT als GPT. Bij lichte leverbeschadiging zal vooral GPT vrijkomen en de waarden van GPT liggen dan hoger dan die voor GOT. Bij ernstige leverbeschadiging (met celnecrose) zal ook mitochondriaal GOT vrijkomen, en zal de GOT-waarde de GPT-waarde overtreffen. De verhouding tussen deze twee enzymen (De Ritis quotiënt = GOT/GPT) is dus een maat voor de ernst van de celbeschadiging.

Klinisch nut:

2. Lactaat dehydrogenase (LDH)

LDH komt voor in skeletspieren, lever, hart, nieren, rode bloedcellen, hersenen, tumorcellen, atypische lymfocieten. Het is dus een weinig specifiek enzyme. Zijn stijging kan wijzen op een brede waaier van aandoeningen: hemolyse, lever- of hartziekten, ook andere aandoeningen. Zijn specificiteit wordt vergroot door het scheiden van de isoënzymen:

LDH-isoenzymen

LDH heeft vijf isoënzymen: genummerd van 1 tot 5 volgens de mobiliteit in een elektrisch veld (elektroforese): de snelst bewegende fractie is LDH1: LDH1 komt vooral voor in het hart en in de rode bloedcellen (LDH1 = HBDH = Hydroxy boterzuur dehydrogenase).
Het traagste isoënzyme is LDH5: LDH5 komt vooral voor in de lever en de skeletspieren.
Wanneer de totale LDH-activiteit gestegen is kan men een viertal patronen herkennen: stijging van LDH1, zodat LDH1 hoger wordt dan LDH2 ("flipped") is het hart en hemolyse patroon. Stijging van LDH5 duidt op letsels van de lever of van de skeletspieren. Stijging van LDH2, LDH3 en LDH4 ("Midzone increase") wordt voornamelijk gezien bij aantasting van de bloedplaatjes of van het lymfatisch systeem. Het niet specifieke patroon (isomorf patroon) komt overeen met de normale verdeling en laat geen specifieke diagnose toe.

Klinisch nut:

3. Creatinine kinase (CK of CPK : creatinine phospho-kinase)

Creatine fosfokinase komt voor in de gestreepte spieren, de hartspier, de darm en de hersenen. Na beschadiging van een gestreepte spiercel komt het CK zeer snel vrij in het serum, na hersenbeschadiging stijgt CK langzaam. Het enzyme wordt zeer vlug uit het bloed verwijderd.
CK is waarschijnlijk een van de beste indicatoren van hartinfarct: het stijgt zeer vlug en het komt zeer weinig in andere weefsels voor.
Het feit dat minimale traumata van de skeletspieren ook CK stijging kunnen veroorzaken maakt deze gevoelige indicator echter weinig specifiek: spierarbeid, een val, een intramusculaire injectie zijn voldoende om de CK-spiegels omhoog te jagen.

CK heeft drie isoënzymen: MM, MB, BB. Ze kunnen met verschillende technieken gescheiden worden. MM (M voor muscle) komt voor in spier- en hartweefsel. BB (B voor brain) komt voor in de hersenen. MB komt uitsluitend voor in de hartspier.
In normaal serum vindt men MM en een spoortje MB. MB komt in grote hoeveelheden in het serum na myocardinfarct. BB wordt soms gevonden na acuut hersenletsel, maagcarcinoma, prostaat carcinoma, en bij patiënten die chronische dialyse of coronaire bypasschirurgie ondergaan.

Wij gebruiken voor het bepalen van CK-MB een immunologische techniek waarbij alle M-componenten geïnactiveerd worden (MM en het M-deel van MB). Daarna wordt de overblijvende activiteit gemeten, die dus (meestal) een maat is voor de activiteit van CK-MB.

Klinisch nut:

4. Gamma Glutamyl Transferase (GGT of Gamma Glutamyl Transpeptidase,GGTP)

Gamma glutamyl transferase is een enzyme dat in hoge concentratie voorkomt in de lever en in mindere mate in de nieren. Het heeft een grote, zij het niet volledige, lever- en galwegenspecificiteit, en de bepaling is in de eerste plaats te beschouwen als een levertest.
Eigenaardig genoeg dalen de GGT-concentraties bij zwangerschap of inname van orale contraceptiva, en een patiënte met leverpathologie kan dus in deze omstandigheden normale GGT-waarden hebben.

Klinisch nut:

5. Fosfatasen

Alkalische fosfatasen

Alkalische fosfatasen komen voor in lever, beenderen, darm, placenta. De normale serumactiviteit van ALP is afkomstig van de lever en de beenderen. Bij kinderen en adolescenten predomineert vooral de beender-ALP. Intestinaal ALP komt soms in het serum na een maaltijd en placentair ALP tijdens het derde trimester van de zwangerschap. Verhoogde ALP-waarden bij nuchtere, niet zwangere volwassenen zijn meestal terug te voeren tot lever- of beenderletsels.

Klinisch nut:

Bepaling van iso-enzymen van alkalische fosfatasen is mogelijk, maar heeft eerder beperkte indicaties.

Zure fosfatasen (ACP of Acid phosphatase)

Komt voornamelijk voor in de prostaat, in zeer geringe mate in rode bloedcellen, bloedplaatjes, etc.

Duidelijk verhoogde waarden duiden praktisch altijd op prostaatcarcinoom. Prostaathypertrofie en prostatitis veroorzaken geen verandering van de enzym-spiegels.

Na prostaatmassage, of zelfs na onderzoek van de prostaat, kan de ACP-waarde binnen enkele uren stijgen. Men raadt dan ook aan bloed voor ACP af te nemen vóór onderzoek van de prostaat, of minstens 24 uur na het onderzoek. Prostaatinfarct, transurethrale resectie van de prostaat veroorzaken ook ACP-stijging.

Bij 19 % van patiënten met beendermetastasen, 2 % met levermetastasen, 6 % met tumoren zonder lever- of beenderinvasie, 10 % met primaire beenderkankers is de ACP-activiteit verhoogd. Ook bij ziekte van Paget (21 %), bij hyperparathyroidie (3/9) en sommige andere beenderziekten ziet men de ACP-waarde stijgen.

De bepaling van totale zure fosfatasen wordt niet meer uitgevoerd. Dit onderzoek is vervangen door de bepaling van tartraat-zure fosfaten en van PSA (Prostaat Specifiek Antigeen)

Meer uitleg over der verschillende testen en een verduidelijking van de nomenclatuur vindt men in "Laboratoriumonderzoeken bij prostaatkanker).

6. Amylase

Amylase is een enzyme dat afgescheiden wordt door sommige exocriene klieren: pancreas en speekselklieren. Veel lagere activiteit komt voor in de ovaria, de dikke en de dunne darm, spierweefsel.

Bij celbeschadiging komt niet-gesecreteerd enzyme in de bloedbaan en bij opstoppen van de afvoerwegen zal enzyme doorsijpelen naar het serum. De hoeveelheid enzyme die bij celbeschadiging vrijkomt hangt af van het trauma, en van de functionele toestand van de cellen.

Amylase wordt snel uit het serum verwijderd door de nieren.

Klinisch nut: