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Dec 12, 2023

So vermeiden Sie analytische Interferenzen bei der Spurenelementanalyse

Autor: Jessica Colon-Franco, PhD, DABCC, FAACC

Autor:Jessica Colon-Franco, PhD, DABCC, FAACC //Datum:1.12.2022 //Quelle:Klinische Labornachrichten

Spurenelemente, auch Schwermetalle genannt, kommen im menschlichen Körper in sehr geringen Konzentrationen vor, die von Teilen pro Million bis zu Teilen pro Milliarde reichen. Einige Spurenelemente (z. B. Chrom, Kobalt, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Selen, Zink) sind für biologische Prozesse im Menschen essentiell. Ein Mangel an diesen Elementen kann zu ungünstigen klinischen Symptomen führen, die durch eine Nahrungsergänzung rückgängig gemacht werden können. In übermäßigen Mengen können einige dieser Metalle schädlich sein.

Andere Metalle wie Aluminium (Al), Arsen (As), Beryllium (Be), Blei (Pb) und Quecksilber (Hg) haben keine bekannten biologischen Funktionen und sind toxisch. Eine Schwermetallvergiftung kann durch berufliche und umweltbedingte Belastungen, Lebensmittel und Medikamente oder bleihaltige Farben entstehen.

Für alle diese Metalle führen klinische Labore Spurenelementtests in biologischen Proben durch, entweder um den Ernährungszustand der Patienten zu beurteilen oder um Toxizität festzustellen.

Die Gültigkeit der Spurenelementergebnisse hängt in hohem Maße davon ab, dass Maßnahmen ergriffen werden, um die Probe angemessen zu entnehmen. Um eine Kontamination zu verhindern, listen Labore akzeptable Sammelgeräte und -verfahren auf. Die beste Praxis für die Blutentnahme ist die Verwendung zertifizierter spurenmetallfreier Röhrchen (z. B. königsblauer Verschluss, erhältlich mit und ohne Antikoagulans) oder bleifreier Röhrchen (z. B. hellbrauner Verschluss).

Einige Labore akzeptieren möglicherweise Proben in metallfreien Röhrchen, wenn die bevorzugten Röhrchen nicht verfügbar sind, beispielsweise bei Engpässen. Ein aktuelles Beispiel ist die Verwendung von EDTA-Röhrchen mit lavendelfarbenem Verschluss für Bleitests und das Hinzufügen eines Haftungsausschlusses zum Ergebnis, um darauf hinzuweisen, dass der Behälter nicht metallfrei war. Es wurde mehrfach über Röhrchenkontaminationen und fehlerhafte Ergebnisse aufgrund dieser Praxis berichtet. Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) (www.cdc.gov/nceh/lead/lab) bieten Lehrmittel für die ordnungsgemäße Entnahme von Venen- und Kapillarproben.

Bei der Probenentnahme bei Kindern besteht der Verdacht einer Kontamination bei erhöhtem Bleigehalt aus einer Kapillarentnahme und es folgt ein zweiter Test aus einer venösen Probe. Bei Patienten, die Kontrastmittel mit Gadolinium (Gd), Jod (I) oder Barium (Ba) erhalten, sollte innerhalb von 96 Stunden keine Probe entnommen werden. Metallbasierte Kontrastmittel stören die Spurenmetallanalyse.

Die Methode der Wahl für die Spurenelementanalyse ist aufgrund ihrer Empfindlichkeit und Multielementquantifizierung die induktiv gekoppelte Plasmamassenspektrometrie (ICP-MS). Bei dieser Methode werden auf Temperaturen bis zu 10.000 K erhitztes Plasma zur Ionisierung der Probe und spezifische Isotope verwendet, die durch Massenspektrometrie nachgewiesen werden.

Einige klinische Labore führen auch Elementaranalysen mittels Atomabsorptionsspektrophotometrie (AAS) durch. Bei der Graphitofen-AAS absorbieren Elemente beim Erhitzen einer Probe durch eine Flamme Licht einer bestimmten Wellenlänge, die von einem Spektrophotometer erfasst wird. Zum Vergleich: Teilnehmer einer kürzlich vom College of American Pathologists durchgeführten Eignungstestumfrage analysierten hauptsächlich die Ergebnisse von ICP-MS (54 %), gefolgt von AAS (39 %). Andere Schwermetalle wurden allgemein mittels ICP-MS gemeldet.

Trotz der Vorteile der ICP-MS weist diese Methode einige Mängel auf. ICP-MS ist teurer, erfordert höhere technische Fachkenntnisse für die Methodenentwicklung und wird durch spektrale Interferenzen beeinflusst (z. B. Isobaren, doppelt geladene oder mehratomige Spezies mit demselben m/z-Verhältnis wie das interessierende Element). Mit modernen Instrumenten können wir die meisten spektralen Störungen überwinden, da ICP-MS-Instrumente mit einer Kollisions- oder Reaktionszelle (CRC) ausgestattet sind. Abhängig vom Instrument können Störungen durch die Förderung einer Reaktion zwischen einem reaktiven Gas (z. B. O2 oder H2) und dem Störstoff oder Analyten oder durch die Kombination eines nicht reaktiven Gases wie Helium mit der Unterscheidung der kinetischen Energie beseitigt werden, wodurch große Mengen unterschieden werden unter anderem mehratomige Spezies.

Die technologischen Entwicklungen zur Beseitigung isobarer Störungen bei der ICP-MS wurden fortgesetzt. In jüngster Zeit sind ICP-Tandem-Massenspektrometer (ICP-MS/MS oder ICP-QQQ) kommerziell erhältlich. Der erste Quadrupol (Q1) filtert Ionen mit einem bestimmten m/z-Verhältnis vor, damit sie in die Zelle gelangen, und der andere Quadrupol (Q2) erkennt das Ziel-m/z-Verhältnis nach der CRC-Reaktion. Balcaen und Kollegen haben diese Technik ausführlich besprochen (Anal Chim Acta 2015; doi: 10.1016/j.aca.2015.08.053).

Eine aktuelle Anwendung von ICP-MS/MS in klinischen Labors ist die genaue Bestimmung von Selen, unbeeinflusst von gadoliniumbasierten Bildgebungskontrasten. Gadolinium ist unter ICP-Bedingungen doppelt geladen (156Gd2+) und stört Selentests unter Verwendung des 78Se-Isotops. Um Se in Gegenwart von Gd genau zu quantifizieren, filtert Q1 das m/z-Verhältnis von 78, O2 reagiert mit Se im CRC und das m/z-Verhältnis von 94 für 78Se16O+ wird von Q2 erfasst.

Die ICP-MS/MS-Technologie ist noch relativ neu und wird in klinischen Laboren kaum eingesetzt. Dennoch ist seine Robustheit bei der Beseitigung von Störungen in biologischen und anderen komplexen Matrizen bei gleichzeitiger Beibehaltung der Empfindlichkeit zum Nachweis von Spurenelementen vielversprechend für klinische Anwendungen.

Jessica Colon-Franco, PhD, DABCC, FAACC, ist Abteilungsleiterin für klinische Biochemie und medizinische Direktorin für Spezialchemie an den Cleveland Clinic Laboratories in Cleveland, Ohio.+E-Mail: [email protected]