AT511663B1 - Verfahren zur bestimmung der nierenfunktion - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Nierenfunktion eines Probanden durch Bestimmung der Menge eines Biomarkers charakteristisch für die Reinigungsleistung der Niere, wobei die Menge an einem extrakorporalen Körperfluid ermittelt wird, wobei der Biomarker ein Aldehyd oder ein Keton mit vier bis acht Kohlenstoffatomen ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Nierenfunktion eines Probandendurch Bestimmung der Menge eines Biomarkers charakteristisch für die Reinigungsleistung derNiere, wobei die Menge an einem extrakorporalen Körperfluid ermittelt wird. Die Erfindungbetrifft weiters eine medizintechnische Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Bestimmung desDialysefortschritts bei einem Probanden und ein Verfahren zur Bestimmung der Nierenfunktionbei einem Probanden unter Verwendung einer medizintechnischen Vorrichtung.

[0002] Eine wichtige Funktion der Niere ist die Reinigung des Blutes von Giftstoffen und Ab¬bauprodukten. Eine gesunde Niere filtert ununterbrochen eine Vielzahl von im Blut zirkulieren¬den Stoffen, und scheidet diese mit dem Urin aus. Funktioniert die Reinigung schlecht bzw. garnicht mehr, so werden Giftstoffe im Blut und im gesamten Körper angereichert, selbst wenn eineDialysebehandlung durchgeführt wird. Die Blutreinigungskraft der Dialyse beträgt ca. 10% dernormalen Nierenleistung. Niereninsuffizienz ist ein komplexer Zustand progressiver Intoxikationund führt unweigerlich zu einer Vielzahl von Spätschäden.

[0003] Von urämischen Giften ist dann die Rede, wenn diese im Körper angereicherten Stoffeauch eine schädigende Wirkung ähnlich eines Giftes haben. Von anderen Stoffen wiederum,wie z.B. von Kreatinin, dessen Konzentration im Blutserum Aufschluss über die Filtrationsleis¬tung der Niere gibt, ist keine schädigende Wirkung bekannt, weshalb man hier von „uremicsolute“, einem im Rahmen der Urämie in erhöhter Konzentration vorliegenden Stoff spricht.

[0004] In der wissenschaftlichen Literatur sind ein Vielzahl von urämischen Giften dokumentiert(Uremia, Timothy W. Meyer, Thomas H. Hostetter, The New England Journal of Medicine357(2007) 1316-1325).

[0005] Nierenerkrankungen werden in der wissenschaftlichen Literatur in Zusammenhang mitoxidativem Stress genannt, wie auch eine Vielzahl anderer Erkrankungen und auch normaleVorgänge im Körper wie z.B. das Altern. Oxidativer Stress ist ein sehr unscharf definierter Zu¬stand, mit dem eine Vielzahl von Vorgängen im Körper gemeint ist. Zugrunde liegt all diesenVorgängen eine Imbalanz zwischen oxidativen Verbindungen und anti-oxidativen Schutzme¬chanismen, was letztendlich zur Beschädigung von Geweben, z.B. Zellmembranen führenkann. Da die oxidativen Substanzen (reaktive Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen) sehrinstabil (reaktiv) sind, werden an ihrer Stelle die Produkte des oxidativen Angriffes auf biologi¬sche Strukturen (z.B. Lipide, Proteine) als Biomarker bestimmt (Critical Reviews in ClinicalLaboratory Science, 2009; 46(5-6): 241-281 Oxidative stress and human diseases: Origin, link,measurement, mechanisms, and biomarkers” Daniela Giustarini, Isabella Dalle-Donne, DimitriosTsikas, and Ranieri Rossi).

[0006] Aus der Verbindungsklasse der Aldehyde und Ketone werden Malondialdehyd und 4-Hydroxyl-2-Nonenal als Biomarker für den Oxidativen Stress in der Literatur gelistet, die auchbei Nierenerkrankungen im Blut erhöht sind (vorhergehendes Zitat). Auch bei Dialysepatientenwird ein erhöhtes Plasmalevel an 4-Hydroxyl-2-Nonenal gefunden (Free Radical Research,February 2006; 40(2): 207-212 „Vitamin E-coated filter decreases levels of free 4-hydroxyl-2-nonenal during haemodialysis sessions“, Patrizio Odetti, Nicola Traverso, Fiammetta Monacelli,Stefano Menini, Jana Vazzana, Bruno Tasso, Maria Adelaide Pronzato, Cristina Robaudo,Giacomo Deferrari). Diese Stoffe werden als urämische Toxine angesehen, die unter anderemfür cardio-vasculäre Komplikationen bei Dialysepatienten verantwortlich gehalten werden.

[0007] Die US 5,174,959 beschreibt die nasschemische Untersuchung von Aldehyden undKetonen in Urin, Serum und Atem. Dabei werden der Aldehyd oder das Keton mit Nitroprussidumgesetzt, um in Lösung eine Farbreaktion zu beschreiben. Die Farbänderung wird zur Ermitt¬lung der Konzentration an Aldehyd oder Keton herangezogen. Die US 5,174,959 beschreibtkeine Zusammenhänge zwischen dem Auftreten von Aldehyden und Ketonen zu bestimmtenKrankheiten, sondern lediglich die Bestimmung von Aceton, welches beim Hungern zur Gewin¬nung von Energie aus Fettreserven aktiviert wird. Auch ist die nasschemische Bestimmung der

Aldehydkonzentration oder der Ketonkonzentration, wie in der US 5,174,959 beschrieben, mitder Aufkonzentration mittels Adsorptionsmaterialien sehr aufwändig.

[0008] Es ist hinlänglich bekannt, dass Ammoniak in der Ausatemluft von Nierenkranken bis aufppm Konzentrationen erhöht ist (aber auch bei Leberkranken, oder Halitosis) (Narasimhan LR,Goodman W, Patel CK, Correlation of breath ammonia with blood urea nitrogen and creatinineduring hemodialysis. Proc Natl Acad Sei USA (2001) 98(8) 4617-4621).

[0009] Wichtige Aldehyde/Ketone, die in der Ausatemluft detektiert werden können, und in derLiteratur beschrieben sind: [0010] - Acetaldehyd ist ein Abbauprodukt des Ethanols (Aldehyde dehydrogenase) undwird für toxische Effekte des Alkoholkonsums (Kopfschmerz) verantwortlich gemacht, Acetalde¬hyd ist karzinogen (Alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase as tumour markersand factors intensifying carcinogenesis in liver cancer, Jelski W, Kedra B, Szmitkowski M. PolMerkur Lekarski. 2008 Aug;25(146):141-4).

[0011] - Acrolein ist im Blutserum von Nierenkranken (end stage renal disease, ESRD)erhöht und wird teilweise durch die Hämodialyse entfernt. Acrolein reduziert die Paraoxanase-1Aktivität und ist somit ein urämisches Gift (Clin Chim Acta. 2007 Sep; 384(1-2): 105-12. Acroleininactivates paraoxonase 1: changes in free acrolein levels after hemodialysis correlate withincreases in paraoxonase 1 activity in chronic renal failure patients. Gugliucci A, Lunceford N,Kinugasa E, Ogata H, Schulze J, Kimura S.).

[0012] - Formaldehyd hat als industrielle Chemikalie Relevanz bei Allergien und dem „sickbuilding“ Syndrom. Formaldehydbelastung und Krebs stehen vermutlich in Zusammenhang.

[0013] Derzeit wird in der medizinischen Praxis der Beginn einer Dialysebehandlung von Nie¬reninsuffizienzpatienten nach teils subjektiven Parametern entschieden. Neben anerkanntenNierenfunktionsparametern wie den Harnstoffwerten und Kreatininwerten im Blutserum, derKreatininclearance und der Menge an ausgeschiedenem Urin, fließen auch subjektive Ein¬schätzungen, wie z.B. das allgemeine Wohlbefinden der Patientin, Auftreten von Ausschlägenund Juckreiz, Unruhe und Schlafstörungen und dergleichen, in die ärztliche Entscheidung ein,um den Startpunkt einer Dialysebehandlung festzulegen. Wünschenswert im Sinne einer opti¬malen Entscheidung wären Parameter, die den Grad der Vergiftung objektiv erfassen können.Es geht dabei darum, den Patienten einerseits nicht früher als nötig einer Dialysebehandlungzuzuführen, denn sie reduziert die Lebensqualität und ist teuer, und andererseits darum, diePatientin nicht einer permanenten Vergiftung mit allen negativen Folgen unnötig lange auszu¬setzen. Die Bestimmung von Giftstoffen im Blut, im Harn, in der Ausatemluft, oder allgemeingesprochen, im Körper, könnte eine Methode zur objektiven Quantifizierung des Ausmaßes derurämischen Vergiftung darstellen.

[0014] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen,mittels denen auf einfache Weise der Grad der urämischen Vergiftung bestimmt werden kann.

[0015] Diese Methode könnte auch dafür angewendet werden, den richtigen Zeitpunkt für dienächstfolgende Dialyse bei Patienten, die bereits in Dialysebehandlung sind, zu bestimmen.

[0016] Idealerweise würde nicht nur der Arzt, sondern auch der Patient selber mittels einfach zubedienenden Werkzeugen ermitteln können, wann die nächste Dialyse erforderlich ist. So eineMethode würde die Langzeitschäden, die Patienten trotz Dialysebehandlung erleiden, minimie¬ren, und dadurch die Morbidität und Mortalität senken, indem sie die individualisierte Frequenzder Dialysebehandlung festlegen kann.

[0017] Die einfache, unmittelbare Bestimmung des Vergiftungsgrades könnte auch währendeiner Dialysebehandlung den idealen Endpunkt der Blutwäsche bestimmen, wodurch wiederumdie individuell optimalste Dialysedauer gefunden werden soll.

[0018] Das Ziel ist es, die Behandlung optimal auf den jeweiligen Patienten abzustimmen, umnicht zu kurz bzw. zu selten zu dialysieren und dadurch vermeidbare Schäden zu verursachenbzw. zu lange und/oder zu oft zu dialysieren, was höhere Kosten und einen höheren Zeitauf- wand für die Patientin bedeuten würde.

[0019] Durch die Bestimmung des Grades der Vergiftung durch urämische Gifte könnte beiPatienten mit teilweiser Niereninsuffizienz allgemein die noch verbliebene Leistung der Nierequantifiziert werden. In bestimmten Patientengruppen, bei denen vermehrt Nierenschädigungenauftreten, wie z.B. bei Diabetikern, könnte anhand einer einfachen Methode ein Screening fürmögliche Nierenschäden durchgeführt werden, um jene Patienten zu erkennen, die eine Schä¬digung aufweisen, und diese einer Behandlung zuzuführen.

[0020] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Nierenfunktion einesProbanden durch Bestimmung der Menge wenigstens eines Biomarkers charakteristisch für dieReinigungsleistung der Niere, wobei die Menge an einem extrakorporalen Körperfluid ermitteltwird, wobei der wenigstens eine Biomarker ein Aldehyd und/oder ein Keton mit 4 bis 8 Kohlen¬stoffatomen ist.

[0021] Mit dem hier vorgestellten Verfahren werden flüchtige organische Moleküle in einemextrakorporalen Körperfluid ermittelt, ohne dass es aufwändiger Untersuchungen bedarf.

[0022] Dementsprechend wird die Aufgabe auch durch eine medizintechnische Vorrichtung,umfassend eine Aufnahmevorrichtung für Atemgas, ein medizintechnisches Gerät - insbesonde¬re eine Hämodialysevorrichtung, ein Narkosegerät, ein Patientenüberwachungsgerät für Opera¬tionen und Intensivstationen oder Kombinationen daraus - und einen Detektor zur Erfassungder Konzentration von Aldehyden und/oder Ketonen im Atemgas, gelöst. Besonders bevorzugtist das medizintechnische Gerät eine Hämodialysevorrichtung. Die Vorrichtung ist also bei¬spielsweise mit einem Hämodialysegerät, mit einem Narkosegerät, mit einem Überwachungsge¬rät, wie es auf Intensivstationen Verwendung findet, und ähnlichem, gekoppelt und nützt dieMessergebnisse des Detektors direkt aus.

[0023] In Untersuchungen hat sich gezeigt, dass Aldehyde und/oder Ketone Auskunft über dieNierenleistung eines Probanden geben. Besonders gute Biomarker sind Aldehyde, ausgewähltaus der Gruppe der Verbindungen mit der Summenformel C4H80, C6H10O, C7H140, C8H160.Beispielsweise zu nennen sind Butanal, 2-Methylpopanal, 2-Hexenal, 2-Methylhexanal Octanalund Kombinationen daraus. Bei den Ketonen haben sich solche ausgezeichnet mit einer Sum¬menformel C4H80, C6H10O, C7H140, C8H160. Beispielhaft zu nennen sind 2- Butanon, Cyclohe-xanon, 3-Penten-2-on, 2,2,4-Trimethyl-3-Pentanon.

[0024] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Körperfluid die Ausatemluft des Proban¬den ist. In diesem Fall kann der Proband durch die Vorrichtung zur Aufnahme von Atemgasatmen und die Menge an Aldehyd oder Keton bestimmt werden. Die zum Einsatz kommendemedizintechnische Vorrichtung weist daher bevorzugt eine Vorrichtung zur Anzeige der Kon¬zentration von Aldehyden und/oder Ketonen auf.

[0025] Neben der Ausatemluft kommen auch andere Körperfluide wie z.B. Harn, Blut, Blutse¬rum, Blutplasma, Exkrement oder Sekret in Frage. Bevorzugt wird dann die Menge an Aldehydund/oder Keton am Dampf des Körperfluids ermittelt, wenn dieser im thermodynamischenGleichgewicht mit seiner flüssigen oder festen Phase ist. Damit kann mit einem einfachen De¬tektor zur Bestimmung der Biomarkerkonzentration im Dampf oder in der Ausatemluft auf denZustand der Nierenfunktion oder des Dialysefortschritts oder den Grad der Vergiftung geschlos¬sen werden. Im einfachsten Fall ist eine Anzeige für die Menge an Aldehyden oder Ketonenvorgesehen, oder es wird ein Signal abgegeben, wenn ein Grenzwert überschritten wird.

[0026] Die medizintechnische Vorrichtung könnte weiters eine Steuereinheit oder Regeleinheitaufweisen, welche bei Unterschreiten einer bestimmten Biomarkerkonzentration ein Signalabgibt und/oder das medizintechnische Gerät - wie zum Beispiel ein Hämodialysegerät - deakti¬viert oder aktiviert.

[0027] In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Detektor zur Erfas¬sung der Konzentration von Aldehyden und/oder Ketonen ein Protonentauschreaktion-Massenspektrometer oder vorzugsweise ein Protonentauschreaktion Flugzeitmassenspektro- meter umfasst. Mit solchen Massenspektrometern sind besonders genaue Bestimmungen vonflüchtigen Stoffen in geringen Konzentrationen in Echtzeit möglich.

[0028] Die zur Anwendung kommenden Detektoren können auch allgemein als Massenspekt¬rometer, Sensoren basierend auf elektrochemischen Verfahren, spektroskopischen Verfahren,nasschemischen Verfahren oder als einfache miniaturisierte Sensoren, und ähnliche ausgeführtsein.

[0029] Erfindungsgemäß ist weiters ein Verfahren zur Bestimmung des Dialysefortschritts beieinem Probanden unter Verwendung eines medizintechnischen Gerätes - insbesondere einerHämodialysevorrichtung - der vorgenannten Art vorgesehen. Weiters ist ein Verfahren zurBestimmung der Nierenfunktion bei einem Probanden unter Verwendung eines medizintechni¬schen Gerätes - insbesondere einer Hämodialysevorrichtung - oder eines Überwachungsgerä¬tes vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiters die Verwendung eines Detektors zur Erfassungder Konzentration von Aldehyden und/oder Ketonen im Atemgas zur Ermittlung der Nierenfunk¬tion eines Probanden bzw. zur Ermittlung des Grades der Vergiftung mangels ausreichenderkörpereigener Nierenfunktion. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines Detektorszur Erfassung der Konzentration von Aldehyden und/oder Ketonen im Atemgas zur Ermittlungdes Dialysefortschritts bei einem Probanden.

[0030] Nachfolgend werden weitere Details und Vorteile der Erfindung beschrieben.

[0031] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass jene urämischen Stoffe mit einem gerin¬gen Molekulargewicht auch in der Ausatemluft detektierbar sind. In den Überblicksartikeln überdie Urämie wird dazu nicht Stellung genommen, woraus zu schließen ist, dass diese Umständenoch nicht untersucht bzw. beachtet wurden.

[0032] Der Vorteil der Bestimmung von urämischen Stoffen in der Ausatemluft liegt in der un¬mittelbaren Verfügbarkeit einer Atemluftprobe und in der Ungefährlichkeit der Probengewinnungfür Personal und Patient. Ein zweiter Vorteil wäre die rasche Bestimmung der Stoffe in Echtzeitwährend des Atmens, sodass ein Messergebnis unmittelbar zur Verfügung steht. Dieser Um¬stand könnte bei bestimmten Anwendungen von Vorteil sein, z.B. wenn die Nierenfunktioneines Patienten in einem kritischen Zustand beobachtet werden muss, oder der Dialysefort¬schritt bestimmt werden soll.

[0033] Nachfolgend werden flüchtige organische Substanzen beschrieben, die in der Ausatem¬luft von Menschen mit schlechter bzw. fehlender Nierenfunktion in signifikant höheren Konzent¬rationen als bei Menschen mit normaler Nierenfunktion auftreten. Diese Stoffe könnten z.B. zureinmaligen Bestimmung der Nierenfunktion, zum Monitoring der Nierenfunktion (z.B. in derNotfallmedizin, auf Intensivstationen oder während Operationen) oder zur Aufzeichnung undBeurteilung des Dialyseverlaufes, herangezogen werden. Im Falle des Gelingens einer Miniatu¬risierung der Analysetechnologien wäre eine Verwendung durch den Laien (Patienten) denkbar,z.B. eine Patientin bestimmt selber, wann sie eine Dialysebehandlung benötigt. Auch eineVerwendung in Arztpraxen, Apotheken u.ä. könnte möglich sein, z.B. für das Screening vonPersonen, bei denen gehäuft Nierenschädigungen vorliegen, wie z.B. Diabetikern.

[0034] Für die vorliegenden Ergebnisse wurden zur Analyse der Atemgase massenspektromet-rische Methoden mit chemischer Ionisation verwendet. Die verwendete lonisationsmethodeüberträgt wenig Energie, sodass die Fragmentierung von Verbindungen nur in einem geringenUmfang auftritt und die erhaltenen Spektren daher relativ einfach sind. Bei den Messgerätenhandelte es sich um ein Protonentauschreaktion-Quadrupol-Massenspektrometer (PTR-MS)und ein Protonentauschreaktion-Flugzeitmassenspektrometer (PTR-TOF-MS) der Firma loniconAnalytik GmbH, Innsbruck, Österreich. Diese analytischen Methoden sind hoch empfindlich fürflüchtige organische Stoffe bis in kleinste Konzentrationen. Als chemische Information wirdeinerseits die nominale Masse des Analyten bestimmt bzw. erhält man aus den Daten derFlugzeitmassenspektrometrie eine bis in die dritte Kommastelle signifikant bestimmte Molekül¬masse und kann daraus die wahrscheinliche Summenformel des Stoffes, der einem Signalzugrunde liegt, ableiten. Da bei den vorliegenden Messmethoden die zu analysierenden Stoffe mit einer Protonenübertragungsreaktion ionisiert werden, werden auch die Molekülmassen derAnalyten um die Masse des Protons (1.007825 amu) erhöht, während deren Ladung auf + 1erhöht wird. Exakt spricht man von Masse zu Ladungsverhältnissen, m/z, wobei m die Massedes Analyten und z die Ladung des Analyten ist. Der Einfachheit halber werden im Text direktdie gemessenen Massen angegeben, die zahlenmäßig identisch mit den Masse-zu-Ladungsverhältnissen der protonierten Ionen sind. EXPERIMENTELLERTEIL: [0035] Die im vorliegenden Text beschriebenen Ergebnisse wurden aus zwei unabhängigenDatensätzen abgeleitet.

[0036] Der erste Datensatz wurde im Jahre 2005 erzeugt und umfasst Nierenpatienten kurz vorund nach einer Nierentransplantation. Von den Patienten wurden mehrere Atemgasanalysendurchgeführt. Wenn es die klinische Routine erlaubte, wurden eine Analyse VOR der Trans¬plantation und mehrere Analysen während des stationären Aufenthaltes nach der Transplanta¬tion durchgeführt, der meistens einen Zeitraum von zwei bis drei Wochen umfasste. Das bedeu¬tet, dass innerhalb dieses Datensatzes Personen mit schlechter bzw. fehlender Nierenfunktion,besonders in den Zeiträumen vor und kurz nach der Transplantation, beschrieben wurden unddieselben Personen zu einem späteren Zeitpunkt eine gute bzw. normale Nierenfunktion auf¬wiesen. In diesem Datensatz sind insgesamt 650 Atemgasanalysen mit jeweils mindestens 48verschiedenen chemischen Stoffen enthalten. Die Atemgasanalysen stammen von 104 Patien¬ten im Alter von 20 bis 73 Jahren (Mittelwert 48 Jahre, SD 14 Jahre, 29% Frauen). Die Atem¬gasanalysen wurden in Echtzeit durchgeführt, während der Patient durch ein Mundstück in dasMessgerät ausatmete. Alle Experimente wurden nach den Grundsätzen der Deklaration vonHelsinki und in Übereinstimmung mit den Gesetzen durchgeführt.

[0037] Der erzeugte Datensatz wurde mittels der „data mining“ Methode „Iterrelation Miner“ (R.W. Scholz, O. Tietje, Embedded Case Study Methods: Integrating Quantitative And QualitativeKnowledge. 2002, Thousand Oaks: Sage. ISBN Hardcover 0-7619-1945-7, Paperback 0-7619-1946-5) und Korrelationsanalysen untersucht. Dafür wurden die Patienten in die Gruppen jenerPersonen eingeteilt, die eine Dialysebehandlung brauchten und jene, die keine Dialysebehand¬lung mehr brauchten. Das Zweite ist der Fall, wenn die transplantierte Niere ihre Funktion auf¬genommen hat und den Körper ausreichend entgiftet. Das Erreichen von normalen Werten inden akzeptierten Markern für die Nierenfunktion, dem Serumspiegel von Kreatinin und Harn¬stoff, dauerte in den meisten Fällen zwischen einer und drei Wochen, danach wurden die Pati¬enten aus dem Krankenhaus entlassen. Zusätzlich wurde nach Korrelationen zwischen Atem¬gasbestandteilen und akzeptierten Markern für die Nierenfunktion (Kreatinin und Harnstoff imBlutserum und Tagesharn menge) gesucht.

[0038] Für die Datenerzeugung von Datensatz 1 wurde ein Protonentauschreaktion-Massen-spektrometer mit einem Quadrupol-Massenfilter verwendet. Dieses Analysegerät ist sehr emp¬findlich für eine Vielzahl von chemischen Stoffen in geringsten Konzentrationen. Da bei dieserMethode die Proben nicht vorbehandelt werden müssen, können sie unmittelbar analysiertwerden. Für den Datensatz 1 wurden die Gasproben analysiert, während die Patienten in einMundstück ausatmeten, von dem permanent ein Teil des Probengases in das Messgerät ström¬te. Aufgrund der milden Ionisierung durch eine lonen-Molekül-Reaktion (Protonentauschreakti¬on) ist das gemessene Massenspektrum im Vergleich zu herkömmlichen Elektronenstoßionisa¬tion-Massenspektren relativ einfach. Die Spektren enthalten hauptsächlich Signale von denquasimolekularen Ionen und deren Isotope und nur wenige Signale von Fragmenten. Aufgrunddes eingesetzten Massenfilters (Quadrupol) ist die Auflösung eher gering (Massenauflösung =1) und es kann nur zwischen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten unterschiedenwerden. Isomere Stoffe (chemische Verbindungen mit gleichen Summenformeln) wie z. B.Azeton und Propanal haben ein identisches Molekulargewicht und können daher nicht unter¬schieden werden. Aber auch massenähnliche Stoffe mit gleichen nominalen Molekülmassenwie z.B. Furan und Isopren können mit einem Quadrupol-Massenfilter nicht unterschiedenwerden.

[0039] Aus diesem Grund kann man die gemessenen Signale nicht eindeutig einer chemischenVerbindung zuordnen, weswegen aus diesem Datensatz die Stoffe nur durch ihre nominaleMasse beschrieben werden. Daraus ergibt sich auch ein potentieller Fehler, der auftritt, wennmehrere massenähnliche Stoffe zu einem Signal beitragen. Daher wurde in der Beschreibungdes Datensatz 1 angeführt, dass zwischen mindestens 48 Stoffen unterschieden wurde. Ge¬meint war damit, dass zwischen 48 Massen unterschieden wurde, die möglicherweise zu mehrals 48 chemischen Stoffen gehören.

[0040] Der zweite Datensatz wurde im Jahr 2009 erzeugt, um die Ergebnisse aus dem erstenDatensatz mittels einerweiteren analytischen Methode zu validieren bzw. zu ergänzen. Bei dereingesetzten Technologie handelte es sich um ein Protonentauschreaktion-Flugzeitmassen¬spektrometer, das mit einer hohen Massenauflösung von ~ 4000 betrieben wurde. Bei ver¬gleichbarer Empfindlichkeit und Sensitivität kann dieses Messgerät auch massenähnliche Stoffebis zu einem gewissen Grad unterscheiden, wie z.B. Furan und Isopren. Massengleiche Stoffewie Azeton und Propanal können auch mit dieser Methode nicht unterschieden werden, sieverursachen im Spektrum nur 1 Signal. Aus Analysen von Kalibriergasen ermittelten wir denUnterschied zwischen der exakten Masse eines Stoffes und der real gemessenen Masse dieMassengenauigkeit. Aufgrund dieser Experimente, Herstellerangaben und wissenschaftlicherBerichte anderer Personen, kann mit diesem Messgerät eine relative Massengenauigkeit vonmindestens 10 ppm erreicht werden kann. Das bedeutet praktisch, dass die molekularen Mas¬sen zumindest bis in die dritte Kommastelle genau bestimmt werden können. Mit diesem Gerätkann man somit sehr viele Stoffe in kürzester Zeit detektieren und unterscheiden. Aus den inden Analysen ermittelten Massen können zugehörige Summenformeln ermittelt werden. DieVerknüpfung der Atome und die räumliche Anordnung zueinander kann jedoch aus diesenMessdaten nicht abgeleitet werden.

[0041] Der zweite Datensatz umfasst zehn Analysen von vier Nierenpatienten zu Beginn derDialyse und sechs Vergleichspersonen mit einer normalen Nierenfunktion, der im Septem-ber/Oktober 2009 erzeugt wurde. In diesem Datensatz wurde nach Stoffen gesucht, die signifi¬kant unterschiedlich in den beiden Gruppen auftreten.

ERGEBNISSE

[0042] Es konnten Stoffe gefunden werden, anhand derer sich die beiden Gruppen (i) Patientenin Dialysebehandlung und (ii) Patienten ohne Dialyse bzw. Personen mit normalen Nierenfunk¬tionswerten signifikant unterscheiden ließen.

[0043] In Tabelle 1 werden vom Datensatz 1 die Ergebnisse von drei statistischen Tests ge¬zeigt, bei denen die Daten in die Gruppen (i) Patienten mit Dialysebehandlung in zeitlicher Nähe(bis zu 48 Stunden) der Atemgasanalyse und (ii) Patienten ohne Dialyse in zeitlicher Umgebungeiner Atemgasanalyse unterteilt wurden. In der folgenden Tabelle werden die protoniertennominalen Massen jener Stoffe angeführt, die eine Unterscheidung der beiden Patientengrup¬pen zulassen. Die AUC-Werte* der Tests 1 bis 3, liegen zwischen 0.771 und 0.883, die einemdiagnostischen Test mit hoher Güte entsprechen. In Tabelle 2 werden von Datensatz 2 jeneStoffe aufgelistet, die eine signifikante Unterscheidung zwischen (i) Dialysepatienten und (ii)Personen mit normaler Nierenfunktion zulassen. Charakterisiert sind die Stoffe durch die proto-nierte Masse, durch die dadurch abgeleitete Summenformel und durch die durchschnittlicheKonzentration in der Ausatemluft. Diese wurde berechnet durch die Verwendung einer durch¬schnittlichen Empfindlichkeit des PTR-TOF-MS Messgerätes von 10 ncps (normalized countrates, auf das Signal der Wasserionen und Wasserclusterionen normierte Zählrate des jeweili¬gen Analyten) pro ppbv (parts per billion, Teile pro 109 Teilen). Dieser Wert wurde in Kalibrie¬rungsexperimenten bestimmt und entspricht den vom Hersteller angegebenen Empfindlichkei¬ten. In Tabelle 2 werden auch mögliche chemische Komponenten vorgeschlagen.

[0044] Tabelle 1: Nominale protonierte Massen jener Stoffe, die innerhalb Datensatz 1 eineUnterscheidung zwischen den Gruppen (i) Patienten mit Dialysebehandlung in zeitlicher Nähe(bis zu 48 Stunden) der Atemgasanalyse und (ii) Patienten ohne Dialyse in zeitlicher Umgebungeiner Atemgasanalyse, zulassen.

* AUC bedeutet Area Under Curve und meint die Fläche unter der sogenannten Receiver Ope¬ration Curve. Der Wert gibt Auskunft über die Güte eines diagnostischen Tests, wobei die Wertezwischen 0.5 (das diagnostische Ergebnis ist ein reines Zufallsergebnis) bis 1.0, was einemperfekten Test entspricht, liegen können. ** Thomson, Atomare Masseneinheit pro Ladung

Tabelle 2: Angabe von möglichen Komponenten von gefundenen Summenformeln und deren protonierter Massen, die innerhalb Datensatz 2 eineUnterscheidung zwischen (i) Dialysepatienten und (ii) Personen mit normaler Nierenfunktion signifikant zulassen.

[0047] Die Tatsache, dass die Stoffe mit der nominalen protonierten Masse 57, 59, 99 und 115in zwei komplett unabhängigen Datensätzen gefunden wurden, unterstützt die Annahme, dasseine Unterscheidung zwischen Nierenkranken und Menschen mit normaler Nierenfunktionanhand von Atemluftstoffen möglich ist und dass das für alle Menschen, zumindest aber für alleEuropäer gilt.

[0048] Die Kohlenwasserstoffe mit den protonierten Massen 41.0391 und 81.0704 könntenFragmente der gefundenen Stoffe mit den protonierten Massen 59.0491 und 99.0810 darstel¬len. Bei der Fragmentierung verliert ein oxygenierter Kohlenwasserstoff z.B. ein Wassermolekül,wobei sich die Masse um jene des Wassers (18.01056) verringert. Das Auftreten einer Frag¬mentierung bei den Bedingungen, die in den verwendeten Apparaturen vorliegen, ist für Alde¬hyde wahrscheinlicher als für Ketone. Das Aufscheinen der Fragmentmassen legt nahe, dassdie Signale bei den Masse-zu-Ladungsverhältnissen 59.0491 und 99.0810 zumindest zum Teilvon Aldehyden verursacht werden. Auch die Signale bei 43.0548, 57.0704, 85.1017 könntenFragmente sein.

[0049] Acrolein (Protonierte Masse = 57.03404 amu) konnte nicht eindeutig als relevanterMarker bestätigt werden. Es wurde zwar in Datensatz 1 ein Stoff mit der protonierten Masse 57erkannt, in Datensatz 2, wurde jedoch der Stoff mit der Masse 57.07043 als signifikant unter¬schiedlich gefunden, der nur einer Summenformel C4H8 zugeordnet werden kann. Malondialde-hyd (protonierte Masse = 73.02794) wurde weder in Datensatz 1 noch in Datensatz 2 gefunden,jedoch wurde ein Stoff mit der Masse 73.06534 und einer respektiven Summenformel C4H80als signifikant unterschiedlich in den beiden Gruppen (i) und (ii) identifiziert. Auch der literatur¬bekannte Stoff 4-Hydroxyl-2-Nonenal (protonierte Masse = 157.12285) konnte nicht eindeutigbestätigt werden. In Datensatz 1 wurde zwar ein Stoff mit der nominalen protonierten Masse157 amu als diagnostischer Marker identifiziert, der jedoch in Datensatz 2 nicht wiedergefundenwurde.

[0050] Fig. 1 zeigt die Abnahme des Signals des Stoffes mit der protonierten Masse 115 amuund Kreatinin nach der Transplantation von drei Patienten (1a), (1b) und (1c). Die Zeit t istgleich 0, wenn das Transplantat in den Blutkreislauf des Organempfängers eingepflanzt ist. Derneue Biomarker mit protonierter Masse 115, der in der Ausatemluft gefunden wurde, sinkt ana¬log des anerkannten Biomarkers Kreatinin, der aus dem Blutserum bestimmt wurde, in Folgeder Nierentransplantation ab.

[0051] Fig. 2 zeigt die Konzentration der (2a) Atemgaskomponete bei protonierter Masse 115,die Konzentration von (2b) Kreatinin im Blutserum und die Konzentration von (2c) Harnstoff imBlutserum aufgetragen gegen die Tagesharnmenge. Die absolute Tagesharnmenge hängteinerseits von der Flüssigkeitseinfuhr ab, wobei sehr hohe Mengen bis zu 10 Litern möglichsind, die manchen Patienten über Infusionen zugeführt werden, und andererseits von der Fä¬higkeit der Niere, Urin zu produzieren.

[0052] Fig. 2 demonstriert, dass sowohl der Atemluftstoff mit der protonierten Masse 115 alsauch die anerkannten Blutserumsparameter Kreatinin und Harnstoff für die Nierenfunktion, mitder Tagesharnmenge eindeutig korrelieren. Produzieren die Niere wenig oder keinen Harn(weniger als ~ 1000 ml), so sind auch der Atemluftstoff und die beiden Stoffe im Serum hoch (I.Quadrant). Produziert die Niere viel Harn, dann sind diese Stoffe eher niedrig (III. Quadrant).Die gezeigten Daten stammen aus Datensatz 1. Jene Messpunkte, bei denen zwar die Harn¬menge > 1000 ml war, jedoch die drei gezeigten Biomarker (Abbildung 2a, 2b, 2c) dennocherhöht waren, stammen von jenen Patienten, deren transplantierte Niere die Harnproduktionbereits aufgenommen hat, jedoch den Köper noch nicht ausreichend von den angereichertenStoffen gereinigt hat. (II. Quadrant). Im IV. Quadranten existieren auch wenige Messpunkte, beidenen die drei Biomarker bei geringer bis fehlender Harnmenge dennoch nur gering vorliegen.Dies könnte durch vorangegangene Dialysen verursacht sein.

[0053] Aus den Korrelationen zwischen anerkannten Blutserumsmarkern und dem Ausatemluft¬stoff bei protonierter Masse 115 kann gefolgert werden, dass die gefundenen Atemluftstoffetatsächlich mit der Nierenfunktion in Zusammenhang stehen.

Claims (11)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Nierenfunktion eines Probanden durch Bestimmung derMenge wenigstens eines Biomarkers charakteristisch für die Reinigungsleistung der Niereund Vergleich mit einem Standard, wobei die Menge an einem extrakorporalen Körperfluidermittelt wird, wobei der wenigstens eine Biomarker ein Aldehyd und/oder ein Keton mitvier bis acht Kohlenstoffatomen ist, dadurch gekennzeichnet, (a) dass das Körperfluid die Ausatemluft ist oder (b) dass das Körperfluid ausgewählt ist aus der Gruppe Harn, Blut, Exkrement, Sekret,wobei die Menge an Aldehyd oder Keton am Dampf des Körperfluids ermittelt wird,wenn dieser im thermodynamischen Gleichgewicht mit seiner flüssigen oder festenPhase ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aldehyd ausgewählt istaus der Gruppe C4H80, C6H10O, C7H140, C8H160, vorzugsweise Butanal, 2-Methylpopanal,2-Hexenal, 2-Methylhexanal, Octanal und das Keton ausgewählt ist aus der GruppeC4H80, C6H10O, C7H140, C8H160 vorzugsweise 2-Butanon, Cyclohexanon, 3-Penten-2-on,2,2,4- Trimethyl-3-Pentanon.
3. 3. Medizintechnische Vorrichtung, umfassend eine Aufnahmevorrichtung für Atemgas, einmedizintechnisches Gerät und einen Detektor zur Erfassung der Konzentration von Alde¬hyden und/oder Ketonen im Atemgas.
4. 4. Medizintechnische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dasmedizintechnische Gerät eine Hämodialysevorrichtung, ein Narkosegerät, ein Patienten¬überwachungsgerät für Operationen und Intensivstationen oder Kombinationen daraus um¬fasst.
5. 5. Medizintechnische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, gekennzeichnet durcheine Vorrichtung zur Anzeige der Konzentration von Aldehyden und/oder Ketonen.
6. 6. Medizintechnische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durcheine Steuereinheit oder Regeleinheit, welche bei Unterschreiten einer bestimmten Alde¬hydkonzentration oder Ketonkonzentration ein Signal abgibt und/oder das medizintechni¬sche Gerät deaktiviert.
7. 7. Medizintechnische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Detektor zur Erfassung der Konzentration von Aldehyden und/oder Ke¬tonen ein Protonentauschreaktion-Quadrupol-Massenspektrometer (PTR-MS) oder einProtonentauschreaktion-Flugzeitmassenspektrometer (PTR-TOF-MS) ist.
8. 8. Verfahren zur Bestimmung des Dialysefortschritts bei einem Probanden unter Verwendungeiner Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7.
9. 9. Verfahren zur Bestimmung der Nierenfunktion bei einem Probanden unter Verwendungeiner Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7.
10. 10. Verwendung eines Detektors zur Erfassung der Konzentration von Aldehyden und/oderKetonen in Atemgas zur Ermittlung der Nierenfunktion eines Probanden.
11. 11. Verwendung eines Detektors zur Erfassung der Konzentration von Aldehyden und/oderKetonen in Atemgas zur Ermittlung des Dialysefortschritts bei einem Probanden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen