Ureumcyclus en de ureumcyclus deficiënties

De primaire en secundaire hyperammoniëmieën

welkom op de homepage van Benno Beukema

Historie:

• Ureum werd voor het eerst in menselijke urine ontdekt door Hillaire Marin Rouelle in 1773
   
• In 1823 vonden Jean-Louis Prévost en Jean Baptiste André Dumas ureum in het bloed.
   
• 1820-29: William Prout prepareerde pure ureum uit urine en vond de correcte formule
   
• Ureum wordt voor het eerst gesynthetiseerd in 1828 door Friedrich Wohler.
   
• 1932: Hans Adolf krebs en Kurt Henseleit formuleerden een cyclisch proces
   
• 1952: Sarah Ratner en medewerkers ontdekken argininosuccinate
   
• 1955: Mary Ellen Jones, Leonard Spector en Fritz Albert Lipmann ontdekken carbamyl phosphate
  ( cyclus is nu echt compleet )
   

Inleiding:

Ureum of carbamide ( NH₂CONH₂) , het diamide van koolzuur , is een bijzondere stabiele verbinding met sterk polaire eigenschappen . De oplosbaarheid van ureum in water is erg groot. ( 1080 gram per 1 liter bij 20 ⁰ C )
 

CH₄N₂O

Ureum is het voornaamste eindproduct van de stikstofstofwisseling. Ureum ontstaat in de lever en wordt door de nieren met de urine uit het bloed verwijderd.

Bij de stofwisseling van eiwitten ( aminozuren ) komen kooldioxide en ammoniak vrij. Ammoniak treedt de ureumcyclus binnen bij de synthese van carbamoyl fosfaat en verlaat de cyclus  bij de omzetting van arginine tot ornithine.

De ureumcyclus produceert ureum uit ammoniak en kooldioxide en stelt ons in staat via de urine overtollige stikstof uit te scheiden in een niet giftige en goed oplosbare vorm. Deze stikstof komt beschikbaar bij de afbraak van aminozuren, waarbij asparaginezuur en glutaminezuur als laatste tussenschakel fungeren.

Binnen de ureumcyclus zijn vijf enzymdefecten bekend welke allen resulteren in hyperammoniëmie. ( te hoog ammoniakgehalte van het bloedserum ). Verstoring van de ureumcyclus veroorzaakt geen acidose, ketose of hypoglycemie, maar manifesteert zich als een direct toxisch effect van ammoniak op het centrale zenuwstelsel.

Duidelijke schade aan het brein wordt in die gevallen gezien waarbij er geen ureum via de ureumcyclus gemaakt kan worden, of waarbij ureum niet via de nieren verwijderd kan worden. Het gevolg hiervan is een opbouw van ammonium ionen.
Naast het effect dat dit heeft op de zuurgraad van het bloed, zullen de ammonium ionen de bloed-brein grens passeren en in het brein omgezet worden in glutamaat. Deze omzetting wordt gekatalyseerd door het enzym glutamate dehydrogenase , waarbij de voorraad alpha-ketoglutaraat uitgeput zal raken.
Wanneer de aanwezige alpha-ketoglutaraat verdwenen is , zal ook oxaloacetaat uitgeput raken , waarna uiteindelijk de citroenzuurcyclus- activiteit zal stoppen.

Bij de afwezigheid van aerobische oxidatieve fosforylering en afwezigheid van de citroenzuurcyclus-activiteit , zal er een onherstelbare cel-schade optreden en zullen de neurale cellen afsterven. Verder zal een toegenomen hoeveelheid glutamaat tot de vorming van glutamine leiden. Door deze omzetting zal ook de hoeveelheid glutamaat uitgeput raken. Daar glutamaat een neurotransmitter is en tevens een voorloper voor de biosynthese van gamma-aminobutyraat ( GABA  : een andere neurotransmitter ) , zal een afname van glutamaat in het brein zowel een effect hebben op de energie productie als op de neurotransmissie.

Neurotransmitter:
Chemische overdrachtsstoffen die de hersencellen gebruiken om onderling signalen uit te wisselen. Dit gebeurt door een interactie met een geschikte receptoren. Ze worden gemaakt in de zenuwcellen en opgeslagen in kleine blaasjes in de uiteinden van bepaalde zenuwvezels. Na een zenuwimpuls komen ze vrij in de synapsspleet waar ze in interactie komen met verschillende postsynaptische receptoren.
 

Toxisch effect van ammoniak:

De klinische kenmerken van een ammoniakintoxicatie zijn een verlaging van het bewustzijn, desinteresse
in de omgeving, lethargie en braken. Dit kan gepaard gaan met een verhoogde schedeldruk en hyperventilatie, met als gevolg een respiratoire alkalose.
De hyperventilatie met respiratoire alkalose ontstaat doordat ammoniak een stimulerend effect heeft op het ademhalingscentrum in de hersenen. Door de stijging van de pH neemt het percentage ammoniakgas
toe. Bij een pH van 7,6 is dit opgelopen tot 5% NH3.
Aangezien NH3 vrij over de bloed-hersenbarrière diffundeert, kan de concentratie van ammoniak in het hersencompartiment sterk toenemen. De toename van ammoniak in het hersencompartiment zal nog sterker zijn als daarnaast ook nog sprake is van een absolute toename van ammoniak in de circulatie.
Ammoniak activeert glutaminesynthetase in astrocyten, een specifiek type hersencel, nauw verweven met
cerebellaire capillairen en venulae. Onder normale condities wordt glutamine in de astrocyten gebruikt
als een organisch osmolyt om het celvolume constant te houden.
Met MRI is aangetoond dat er bij hoge spiegels van ammoniak een toename is van glutamine in de astrocyten, dusdanig dat de intracellulaire osmolaliteit stijgt naar een niveau waarbij astrocytaire zwelling optreedt.
Door de volumetoename van de astrocyten worden de capillairen en de venulae samengedrukt, waardoor de schedeldruk toeneemt en het risico op een cerebraal oedeem verhoogd is.

Reacties:

De ureumcyclus is enzym gekatalyseerd waarbij de volgende enzymen een rol spelen:
 

• Carbamoyl-phosphate synthetase ( ammonia )     
  
  ExPASy:  EC 6.3.4.16
  
  Synoniemen voor dit enzym: Carbamoyl-phosphate synthetase (ammonia);  Carbamoyl-phosphate synthetase I;  CPS I;  Carbamoylphosphate synthetase (ammonia);  Carbon-dioxide--ammonia ligase.
  
  Dit enzym katalyseert de omzetting van kooldioxide, ammoniak en ATP tot carbamoyl phosphate , waarbij N-acetylglutamaat als activator optreedt.
  
  2 ATP + NH₃ + CO₂ + H₂O <=> 2 ADP + phosphate + carbamoyl phosphate
  
  2C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃  + NH₃ + CO₂ <=> 2C₁₀H₁₅N₅O₁₀P₂  +  H₃O₄P + CH₄NO₅P 
   

• Ornithine carbamoyltransferase
  
  ExPASy: EC 2.1.3.3
  
  Synoniemen voor dit enzym: Ornithine transcarbamylase;  Citrulline phosphorylase;  OTCase;  OTC.

  Carbamoyl phosphate + L-ornithine <=> phosphate + L-citrulline
  
  CH₄NO₅P + C₅H₁₂N₂O₂  <=> H₃O₄P + C₆H₁₃N₃O₃ 
  
   

  
  
  
   

• Argininosuccinate synthetase

  ExPASy:  EC 6.3.4.5
  
  Synoniemen voor dit enzym: Argininosuccinate synthetase;  Citrulline--aspartate ligase; Arginine succinate synthetase
  
  ATP + L-citrulline + L-aspartate <=> AMP + diphosphate + L-argininosuccinate
  
  C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃ + C₆H₁₃N₃O₃  + C₄H₇NO₄ <=> C₁₀H₁₄N₅O₇P +  H₄O₇P₂ +  C₁₀H₁₈N₄O₆ 
  
  
  
  
   

• Argininosuccinate lyase   

  ExPASy: EC 4.3.2.1
  
  Synoniemen voor dit enzym: Arginosuccinase
  
  N-(L-arginino)succinate <=> fumarate + L-arginine
  
  C₁₀H₁₈N₄O₆  <=> C₄H₄O₄ +  C₆H₁₄N₄O₂
   

  
  
  
   

• Arginase  
  
  ExPASy: EC 3.5.3.1

  Synoniemen voor dit enzym: Arginine amidinase;  Canavanase
  
  L-arginine + H₂O <=> L-ornithine + urea
  
  C₆H₁₄N₄O₂  + H₂O <=>  C₅H₁₂N₂O₂  +   CH₄N₂O
   

  
  
   

   

De netto reactie voor de synthese van ureum is:

CO₂ + NH₄⁺ + 3ATP + aspartate + 2H₂O  >  ureum + 2ADP + 2P_i + AMP + PP_i + fumarate

De primaire ureumcyclus defecten:

( De primaire hyperammoniëmieën ):

1. Classic Citrullinemia  ( argininosuccinaat synthetase deficiëntie: citrullinemie )
   
   Synoniemen;   Argininosuccinate synthetase deficiëntie;   ASS  deficiency;  Citrullinuria; Citrullinemia Type I
   
   OMIM:  215700
   
   OMIM:  Clinical Synopsis  ( klinisch overzicht )
   
   ExPASy:  EC 6.3.4.5   Argininosuccinate synthetase
   
   e-Medicine:  Citrullinemia
   
   e-Medicine: Hyperammonemia
   
   GeneReviews: Urea Cycle Disorders Overview
   
   National Urea Cycle Disorders Foundation: http://www.nucdf.org
   
   
   
   
    
2. Hyperammonemia due to Ornithine Transcarbamylase Deficiency 
   
   ( Ornithine carbamyl transferase deficiëntie: OCT-deficiëntie )
   
   Synoniemen: Ornithine carbamoyltransferase deficiency ; OCT deficiency;  OCTD
   
   OMIM:  311250
   
   OMIM:  Clinical Synopsis  ( klinisch overzicht )
   
   ExPASy: EC 2.1.3.3   Ornithine carbamoyltransferase
   
   e-Medicine:  Ornithine Transcarbamylase Deficiency
   
   e-Medicine: Hyperammonemia
   
   GeneReviews: Urea Cycle Disorders Overview
   
   National Urea Cycle Disorders Foundation: http://www.nucdf.org
   
   
   
   
    
3. Argininemia (  Arginase deficiëntie: hyperargininemie )
   
   Synoniemen:  Arginase deficiëntie;  ARG 1 deficiency;  Argininemia ; Hyperargininemia
   
   OMIM:  207800
   
   OMIM: Clinical Synopsis  ( klinisch overzicht )
   
   ExPASy: EC 3.5.3.1  Arginase
   
   e-Medicine:  Arginase Deficiency
   
   e-Medicine: Hyperammonemia
   
   GeneReviews: Urea Cycle Disorders Overview
   
   National Urea Cycle Disorders Foundation: http://www.nucdf.org
   
   
   
   
    
4. Hyperammonemia due to N-acetylglutamate synthetase
   
   ( N-acetylglutamaat synthetase deficiëntie )
   
   Synoniemen:  N-acetylglutamate synthetase deficiëntie;  NAGS defeciciency
   
   OMIM:  237310
   
   OMIM:  Clinical Synopsis  ( klinisch overzicht )
   
   ExPASy:  EC 2.3.1.1  Amino-acid N-acetyltransferase
   
   e-Medicine: N-Acetylglutamate Synthetase Deficiency
   
   e-Medicine: Hyperammonemia
   
   GeneReviews: Urea Cycle Disorders Overview
   
   National Urea Cycle Disorders Foundation: http://www.nucdf.org
   
   
   
   
    
5. Argininosuccinic aciduria  (Argininosuccinaat lyase deficiëntie: argininosuccinaat acidurie )
   
   Synoniemen: Argininosuccinate lyase deficiëntie;   ASL deficiency;  Argininosuccinase Deficiency;Argininosuccinic acid  lyase deficiency
   
   OMIM: 207900
   
   OMIM:  Clinical Synopsis  ( klinisch overzicht )
   
   ExPASy: EC 4.3.2.1  Argininosuccinate lyase
   
   e-Medicine: Argininosuccinate Lyase Deficiency
   
   e-Medicine: Hyperammonemia
   
   GeneReviews: Urea Cycle Disorders Overview
   
   National Urea Cycle Disorders Foundation: http://www.nucdf.org
   
   
   
   
    
6. Hyperammonemia due to Carbamoylphosphate Synthetase  I  deficiency  
   
   ( Carbamylfosfaat synthetase deficiëntie: CPS deficiëntie )
   
   Synoniemen:  Carbamoylphosphate synthetase I deficiency;  CPS1 deficiency
   
   OMIM:  237300
   
   OMIM:  Clinical Synopsis  ( klinisch overzicht )
   
   ExPASy:  EC 6.3.4.16  Carbamoylphosphate synthetase
   
   e-Medicine:  Carbamoyl Phosphate Synthetase Deficiency
   
   e-Medicine: Hyperammonemia
   
   GeneReviews: Urea Cycle Disorders Overview
   
   National Urea Cycle Disorders Foundation: http://www.nucdf.org
   
   
    

De secundaire hyperammoniëmieën:

Bij de defecten met een secundaire hyperammoniëmie bestaat er een gebrek aan intermediairen van de ureumcyclus, waardoor de ureumcyclusstofwisseling secundair gestoord is:

• substraattekort voor ureumcyclus
   
• lysinurische eiwitintolerantie (transportdefect dibasische aminozuren t.h.v. darmen en niertubuli)
  OMIM: lysinuric protein intolerance
   
• HHH syndroom ( hyperornithinemie, homocitrullinemie, hyperammoniëmie syndroom )
   
• organische acidurieën zoals propion- en methylmalonacidurie.

Behalve door erfelijke stofwisselingsziekten die primair  of secundair de ureumcyclusfunctie verstoren, kan hyperammoniëmie worden veroorzaakt door onder andere leverfunctiestoornissen ten gevolge van circulatiestoornissen (hypoxie / shock ), sommige medicijnen en exogene intoxicaties.

Hyperammoniëmie is een levensbedreigende toestand en de behandeling moet zo snel mogelijk gestart worden.
 

	Introduction in Nitrogen Metabolism and the Urea Cycle
	The National Urea Cycle Disorders Foundation

Ammoniak in bloed: indicaties, klinische betekenis en
toepassing van ammoniakbepalingen

J.R. HUIZENGA1, C.H. GIPS2 en A. TANGERMAN3

In de (poli)kliniek wordt ammoniak vaak geassocieerd met het voorkomen van leverziekte of met erfelijke metabole ziekten.
Soms kan de klinische interpretatie van een ammoniakuitslag in bloed of plasma moeilijk zijn. Een standaard referentiemethode voor het bepalen van ammoniak in bloed of plasma is (nog) niet in de literatuur beschreven.

Ammoniakbepalingen worden bij volwassenen meestal aangevraagd bij leverfalen, (sub-klinische) leverencefalopathie of encefalopathie door onbekende oorzaak, (pre)levercoma en bij kinderen met verdenking op (erfelijke) metabole ziekten met afwijkingen in de ureumcyclus en leverfalen.

Om een ammoniakuitslag goed te kunnen beoordelen is inzicht in de bepalingsmethodiek en in het ammoniakmetabolisme van groot belang.
Bij het bestuderen van leverziekte kunnen veneuze ammoniakspiegels een vertekend beeld geven, vanwege de bijdrage van ammoniak afkomstig van andere organen aan veneus bloed. De arteriële ammoniakconcentratie is voornamelijk afkomstig van de lever en is daarom een betere maat voor de bepaling van de functie ervan. In plaats van arterieel bloed kan capillair bloed uit de oorlel een uitstekend alternatief zijn.

Voor de bepaling hiervan is een methode nodig die weinig bloed nodig heeft (bijvoorbeeld d.m.v. de Blood Ammonia Checker - BAC - II; 20 µl vol bloed).

Methodologisch kan bij geselecteerde patiëntengroepen met de indofenolmethode onderscheid worden gemaakt tussen een endogeen en exogeen levercoma en kan de enzymatische methode als onderzoekstest voor het aantonen van levercirrose dienen.
Met de BAC II kan onderscheid worden gemaakt tussen patiënten met leverencefalopathie en neurologische encefalopathie en tussen gezonden en patiënten met leverziekte en/of leverencefalopathie.

Bij simultaan gebruik van de BAC II en de indofenolmethode kan het verschil tussen beide worden verklaard door de  interferentie van aminozuren bij de indofenolmethode (IFI). Deze methode kan bij patiënten met leverencefalopathie de ernst van de onderliggende leverziekte aangeven.
Voor de routine heeft de bepaling van ammoniak in bloed met de BAC II de voorkeur.

In de klinische praktijk worden ammoniakbepalingen in bloed en/of plasma meestal aangevraagd om na te gaan of leverziekte de oorzaak is bij (pre)comateuze patiënten en om een indruk te krijgen van de ernst van leverencefalopathie bij leverpatiënten (1).

Ook kan een ammoniakbepaling worden aangevraagd om de behandeling van een leverziekte te volgen of om de functie van een nieuwe lever na levertransplantatie te controleren (2).

Ammoniakbepalingen bij kinderen worden vaak aangevraagd bij erfelijke metabole ziekten (3).

In het menselijk lichaam wordt het ammoniumion gevormd uit ammoniakgas en vice versa in een evenwichtsreactie: NH3 (gas) + H+ ! NH4 +, met een pKa van ongeveer 9,2 (4).

Bij een fysiologische pH van 7,3 is 99 % in de vorm van HN4 + en 1 % als vrij gas aanwezig.

In dit artikel wordt met ammoniak de totale hoeveelheid NH3 + NH4 + bedoeld.

Naast pathofysiologische mechanismen kunnen methodologische verschillen variaties veroorzaken in het ammoniakgehalte van bloed.

Verschillende bepalingsmethoden kunnen resulteren in verschillende normaalwaarden (5,6). In dit artikel wordt een overzicht gegeven van arterieel versus veneus ammoniak in bloed voor het bepalen van de functie van de lever. De indicaties voor het bepalen van ammoniak in bloed of plasma en de klinische betekenis van ammoniak in bloed in relatie tot methoden die vaak worden gebruikt, worden besproken.

 

  Arterieel versus veneus ammoniak in bloed voor het bepalen van de functie van de lever

Het ammoniakgehalte van bloed bij de mens is onder normale fysiologische omstandigheden vrij stabiel. In gezonde personen is er een evenwicht tussen de productie en uitscheiding van ammoniak.

Gedetailleerde informatie over de ammoniakbijdrage van elk orgaan (systeem) afzonderlijk kan worden verkregen door het arteriële en veneuze verschil tussen het ammoniakgehalte over een orgaan te meten, tezamen met de bloedstroom door het orgaan.

Bij het bestuderen van leverziekte kunnen veneuze ammoniakspiegels een vertekend beeld geven. Andere organen kunnen voor een belangrijk deel ook bijdragen aan veneus ammoniak. Zo verhogen bewegende spieren het ammoniakgehalte van bloed, terwijl rustende spieren ammoniak metaboliseren en dus verlagen.

Daar de lever het enige orgaan is dat de ammoniakverwijderende ureumcyclus bevat, is het ammoniakgehalte van de levervene het laagste en bepaalt de lever uiteindelijk het arteriële bloedammoniakgehalte (7).

Bij het bestuderen van leverziekte moeten daarom arteriële ammoniakspiegels gemeten worden om de bijdrage van de lever aan het ammoniakmetabolisme vast te stellen. 

Bloed
 

Onder normale omstandigheden is het ammoniakgehalte van rode bloedcellen (RB) hoger dan van plasma. Ongeveer 75 % van het ammoniak in volbloed is aanwezig in RB (8).
Bloed van een normale persoon bevat totaal ongeveer 150 µmol ammoniak (d.w.z. 30 µmol/l in 5 l bloed; 115 µmol in RB en 35 µmol in plasma).

Daar de pH in RB lager is dan in plasma zou passieve diffusie van ammoniak een rol kunnen spelen in de verdeling van ammoniak tussen RB en plasma. Normaal worden er tussen bloed en plasma geen of geringe verschillen gevonden in ammoniakspiegels (4).

In de literatuur worden meestal de (geautomatiseerde) enzymatische, colorimetrische of BAC II (microdiffusie) methoden voor routine en research doeleinden gebruikt (6). Wanneer een ammoniakmethode ter beschikking staat die weinig bloed of plasma nodig heeft kan capillair bloed gebruikt worden (BAC II, 20 µl volbloed) (9). Capillair bloed uit een vingerprik is o.a. wegens verontreiniging met zweet ongeschikt (10,11).

Wij hebben een vergelijkend onderzoek verricht naar het ammoniakgehalte van capillair bloed uit een oorlel en simultaan afgenomen arterieel bloed (12). De waarden in een gezonde controlegroep en in een patiëntengroep zonder en met leverziekte werden met elkaar vergeleken. Het ammoniakgehalte in bloed uit de oorlel verschilde niet met dat van arterieel bloed in de twee patiëntengroepen. De ammoniakconcentratie van bloed uit de oorlel in de totale controlegroep (n=124, spreiding 7-45 µmol/l, mediaan 20 µmol/l) komt overeen met eerder gepubliceerde referentiewaarden (13). De correlatie tussen het ammoniakgehalte van bloed uit de oorlel en arterieel bloed was goed en de conclusie was dat capillair bloed een goed alternatief is voor arterieel bloed.

Bij kinderen (neonaten) is een goede correlatie gevonden tussen het ammoniakgehalte van plasma uit een hielprik en arterieel plasma (14). Bij kinderen (en neonaten) wordt dan ook bij voorkeur bloed uit de oorlel afgenomen voor het bepalen van ammoniak.

Indicaties voor het bepalen van ammoniak in het bloed

Onder pathofysiologische omstandigheden kunnen verhoogde ammoniakspiegels in bloed voorkomen bij een aangetaste, verminderde functie van de lever, bij afwijkingen van de ureumcyclus, bij een verandering in aminozuurpatroon of organische zuren en incidenteel bij enige zeldzaam voorkomende ziekten (tabel 1) (3).

Erfelijke metabole ziekten, zoals een gebrek aan ornithinecarbamyltransferase met verhoogde spiegels van citrulline en argininosuccinaat (ureumcyclus), zijn zeldzaam en komen meestal voor bij pasgeborenen en kinderen (15).

Bij pasgeborenen, gedurende de eerste 48 uur, kan het vinden van een verhoogde ammoniakwaarde van eminent belang zijn voor de opsporing van bovengenoemde afwijkingen (16).

Bij zowel kinderen als volwassenen die intraveneuze voeding krijgen zijn verhoogde ammoniakspiegels geconstateerd. De etiologie is onbekend (17).

In de literatuur zijn bij pasgeborenen en kinderen met asfyxie, infecties of sepsis eveneens verhoogde ammoniakspiegels gepubliceerd (18-20) evenals bij kinderen en volwassenen met Reye's syndroom (21), na therapie met natriumvalproaat (22), met urineweginfectie (23) en met leukemie (24).

Bij patiënten met neuropsychiatrische symptomen van onduidelijke oorsprong is het wenselijk ammoniak te bepalen om onderliggend leverlijden uit te sluiten (25).

De meest voorkomende indicaties voor het bepalen van een nuchtere ammoniakspiegel in arterieel bloed en/of plasma bij volwassenen, kinderen en pasgeborenen zijn in tabel 2 vermeld. In het algemeen is de klassieke indicatie voor een nuchtere ammoniakbepaling om leverziekte uit te sluiten als oorzaak bij (pre)comateuze patiënten, voor het aantonen van leverencefalopathie of bij het vervolgen van een behandeling bij leverpatiënten.

Het bepalen van ammoniak voor en direct na een levertransplantatie kan inzicht geven in de metabole, functionele werking van een nieuwe lever (2).

In sommige gevallen en eventueel afhankelijk van de methodologie kan het ammoniakgehalte normaal zijn. Een orale of rectale ammoniakbelastingstest kan hier uitkomst bieden (26).

De meest voorkomende indicatie bij kinderen (en neonaten) is een erfelijke metabole ziekte met afwijkingen in de ureumcyclus. Gezien de spierbijdrage aan het ammoniakmetabolisme bestaat er geen indicatie om ammoniak in perifeer, veneus bloed te bepalen (7). Bij erfelijke metabole ziekten moeten naast de bepaling van ammoniak ook andere biochemische parameters zoals aminozuren en organische zuren worden bepaald (3).

 

Enige klinische toepassingen van ammoniakmethoden bij patiënten met leverziekte

Naast pathofysiologische mechanismen kunnen methodologische verschillen het arteriële ammoniakgehalte van bloed en/of plasma van leverpatiënten eveneens beïnvloeden. Verschillende methoden kunnen verschillende (referentie)waarden opleveren.

Uit de literatuur is bekend dat de directe indofenolmethode voor volbloed (27) geremd wordt door aromatische aminozuren (28).
Verhoogde aromatische aminozuren (tryptofaan, tyrosine, fenylalanine) worden met name gevonden bij patiënten met ernstige leverencefalopathie (eindstadium leverziekte) of acuut fulminant leverfalen (29). Deze remming wordt niet gevonden bij het gebruik van de Blood Ammonia Checker (BAC) I (30) of BAC II (9).
In de kliniek kunnen dan ook de verschillen tussen de methoden worden toegepast. De enzymatische methode voor plasma kan worden gestoord door hemolytische, troebele of (donker)gele serummonsters (31).
 

Indofenolmethode

Wanneer alleen de directe indofenolmethode wordt gebruikt is het mogelijk onderscheid te maken tussen een endogeen (vanuit de lever als gevolg van acuut leverfalen) en een exogeen porta-systemische levercoma (elektrolytencoma).

Bij een endogeen levercoma  worden ten gevolge van verhoogde aromatische aminozuren vaak erg lage ammoniakwaarden (soms nul) in het bloed gevonden, terwijl een hoog ammoniakgehalte in bloed op een exogeen levercoma wijst met een betere prognose. Dit onderscheid kan niet gemaakt worden op basis van elektro-encefalografisch onderzoek (25).

Het bepalen van ammoniak met de indofenolmethode vlak voor een levertransplantatie en direct na recirculatie kan inzicht verschaffen over het functioneren van de nieuwe lever (2).

Bij 17 patiënten uit de beginfase van de levertransplantaties in Groningen (1979-1981) werd gedurende de vier episoden van de operatieprocedure (donormelding: I; vlak voor de anhepatische fase: II; tijdens de anhepatische fase: III en één uur na implantatie van een nieuwe lever: IV) in arterieel bloed het ammoniakgehalte bepaald. Als referentie werd een groep van 16 patiënten zonder leverziekte gebruikt.

Het ammoniakgehalte in de stadia I, II en III was hoger dan dat bij de referentiegroep. Het gehalte in stadium IV verschilde niet van het gehalte van de referentiegroep, hetgeen betekende dat binnen 1 uur na implantatie van een nieuwe lever en met herstelde bloedcirculatie het ammoniakgehalte genormaliseerd was.
In een longitudinale analyse bleek dat de concentratie tijdens stadium III hoger en in stadium IV lager was dan dat in de stadia I en II.

Enzymatisch, indofenolmethode en BAC I

Het bepalen van een nuchtere ammoniakspiegel met een enzymatische methode bij leverpatiënten kan een bruikbare onderzoekstest zijn voor het aantonen van cirrose (5).

Bij 106 niet encefalopathische leverpatiënten (56 hadden cirrose en 50 geen cirrose) en 51 controlepatiënten zonder leverziekte werd simultaan met een enzymatische methode voor plasma (32), met de indofenolmethode (33) en met de BAC I voor volbloed (30) in arteriële monsters het ammoniak bepaald.
De patiënten met cirrose hadden met de enzymatische methode en met de BAC I hogere ammoniakwaarden dan de niet-cirrose groep en dan de controlegroep. Bovendien kon met de enzymatische methode de niet-cirrose groep van de controlegroep worden onderscheiden. De indofenolmethode kon geen onderscheid maken tussen leverpatiënten en de controlegroep.

  Indofenolmethode en BAC II

In een studie om leverencefalopathie met behulp van ammoniakmetingen vast te stellen werd arterieel ammoniak simultaan bepaald met de indofenolmethode (33) en de BAC II (9) bij leverpatiënten met (n=70) en zonder (n=55) leverencefalopathie. De resultaten werden vergeleken met die van 39 patiënten zonder leverziekte en 13 patiënten met neurologische encefalopathie zonder leverziekte (34).

Eerder was in ons laboratorium waargenomen dat bij patiënten met ernstig leverfalen de indofenol reactie soms totaal geremd werd en een in vitro onderzoek had aangetoond dat deze remming veroorzaakt werd door aromatische aminozuren (28). Deze aminozuren kunnen in verhoogde mate aanwezig zijn in bloed van patiënten met leverencefalopathie.

Het verschil tussen de BAC II- en ammoniakwaarden met de indofenolmethode werd aangeduid als interferentie met de indofenolreactie (IFI) en uitgedrukt in µmol -N/l.
Terwijl in de controlegroepen de verschillen tussen de waarden met de BAC II- en de indofenolmethode klein of afwezig waren, bleven de indofenolwaarden in de patiënten met leverziekte achter bij de BAC II waarden.
Bij toenemende BAC II spiegels nam IFI ook toe, vermoedelijk als gevolg van een toename van de aminozuren die de indofenolmethode remmen. Het was mogelijk om met de BAC II en IFI lever- en neurologische encefalopathie patiënten van elkaar te onderscheiden.
In deze studie werd met de indofenolmethode geen verschil gevonden tussen de controlegroep en de leverpatiënten. Door gebruik te maken van beide methoden en IFI werd een verschil tussen patiënten met en zonder leverencefalopathie gevonden (34).

Veel organen of orgaansystemen spelen een belangrijke rol bij het in stand houden van het arteriële ammoniakgehalte van bloed. Het berekenen van de bijdrage van elk orgaan(systeem) afzonderlijk is gecompliceerd doordat zowel onder normale als pathofysiologische omstandigheden weinig kwantitatieve gegevens bekend zijn (7).

Bij het verwijderen van ammoniak speelt de lever een cruciale rol. Tijdens leverfalen is de ontgiftigingsroute vaak aangetast. De mate en ernst van aantasting met betrekking tot ammoniakverwerking is moeilijk te kwantificeren.

Wanneer een BAC II ter beschikking staat kan bij zowel volwassenen als kinderen het ammoniakgehalte van capillair oorlelbloed worden bepaald. Het verkrijgen van bloed uit een oorlel kan bij het bed plaatsvinden, is patiëntvriendelijk en een kwantitatieve uitslag kan binnen 5 minuten verkregen worden.

Leverfalen, leverencefalopathie, encefalopathie door onbekende oorzaak en (pre)levercoma zijn bij volwassenen de belangrijkste reden om een arteriële ammoniakbepaling aan te vragen.

Kinderen en/of pasgeborenen met verdenking op metabole ziekte(n) met afwijkingen in de ureum- en/of citroenzuurcyclus of leverfalen vormen de belangrijkste indicatie voor het bepalen van een ammoniakspiegel.

Bij volwassenen en kinderen kan een ammoniakbepaling worden gebruikt voor het vervolgen van de ziekte of het effect van de therapie.

Indien in een ziekenhuis meerdere methoden voor het bepalen van ammoniak in arterieel bloed beschikbaar zijn kan met één methode of met een combinatie van methoden bepaalde patiëntengroepen worden onderscheiden.

Met de indofenolmethode kan bijvoorbeeld onderscheid worden gemaakt tussen een endogeen of exogeen levercoma en de enzymatische methode kan als onderzoekstest worden gebruikt voor het aantonen van levercirrose (5).

Met de BAC II kan zowel onderscheid worden gemaakt tussen patiënten met leverencefalopathie en neurologische encefalopathie evenals tussen gezonden en patiënten met leverziekte of leverencefalopathie (34). Het bepalen van ammoniak in bloed met de BAC II voor zowel routine als research doeleinden heeft dan ook de voorkeur.

In waterige biologische vloeistoffen die geen of nauwelijks aminozuren bevatten door o.a. veelvuldige verdunning (liquor, speeksel, zweet) kan de indofenolmethode uitstekend worden gebruikt. Wanneer de remming van de indofenolmethode door aromatische aminozuren in bloed van leverpatiënten wordt gevalideerd kan een combinatie van de BAC II en indofenolmethode informatie geven over de ernst van de onderliggende leverziekte en kan vervolgens de metabole functie van de lever worden vervolgd tot bijvoorbeeld het tijdstip voor een levertransplantatie.

Literatuur

1. Conn HO, Bircher J (eds). Hepatic encephalopathy: management with lactulose and related carbohydrates. Medi- Ed Press, East Lansing, Michigan, USA, 1989.
    

2. Huizenga JR, Gips CH, Krom RAF. Arterial blood ammonia during orthotopic liver transplantation as an indicator of waste elimination by the new liver. Clin Chim Acta 1995; 239: 103-106.
    

3. Green A. When and how should we measure plasma ammonia? Ann Clin Biochem 1988; 25: 199-209.
    

4. Gips CH. Ammonia in clinical medicine. I. Some aspects of ammonia metabolism. Folia Med Neerl 1970; 13: 14-21.
    

5. Huizenga JR, de Bruijn KM, Gips CH. Can a single fasting arterial ammonia predict the presence of cirrhosis? In: Advances in ammonia metabolism and hepatic encephalopathy. Soeters PB, Wilson JHP, Meijer AJ, Holm E (eds). Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, The Netherlands, 1988: 593-600.
    

6. Huizenga JR. Ammonia in human fluids. Methodology and clinical applications. Thesis, University of Groningen,The Netherlands, 1995.
    

7. Huizenga JR, Gips CH, Tangerman A. The contribution of various organs to ammonia formation: a review of factors determining the arterial ammonia concentration. AnnClin Biochem 1996; 33: 23-30.
    

8. Conn HO. Studies on the origin and significance of blood ammonia. II. The distribution of ammonia in whole blood plasma and erythrocytes of man. Yale J Biol Med 1966; 39: 38-53.
    

9. Huizenga JR, Tangerman A, Gips CH. A rapid method for blood ammonia determination using the new blood ammonia checker (BAC) II. Clin Chim Acta 1992; 210: 153-155.
    

10. Brusilow SW, Gordes EH. Ammonia secretion in sweat. Am J Physiol 1968; 214: 513-517.
     

11. Quero JC, Huizenga JR, Chamuleau RAFM, Blijenberg BG, Gips CH, Schalm SW. Determination of ammonia in capillary and arterial blood simultaneously using the Blood Ammonia Checker II. In: Advances in hepatic encephalopathy and metabolic nitrogen exchange. Capocaccia L, Merli M, Riggio O (eds). CRC Press, Boca Raton, 1995: 414-419.
     

12. Huizenga JR, Gips CH, Conn HO, Jansen PLM. Determination of ammonia in ear-lobe capillary blood is an alternative to arterial blood ammonia. Clin Chim Acta 1995; 239: 65-70.
     

13. Huizenga JR, Tangerman A, Gips CH. Determination of ammonia in biological fluids. Ann Clin Biochem 1994 31: 529-534.
     

14. Schwartz JB, Cheng MH, Ramos AD, Merritt RJ, Platzker ACG. Capillary plasma ammonia concentration in neonates receiving total parenteral nutrition. Comparison with arterial and venous concentrations. J Perinatol 1990; 10: 376-379.
     

15. Leonard JV. Hyperammononaemia in childhood. In: Chemical pathology and the sick child. Clayton BE (ed). Blackwell, Oxford, 1984: 96-119.
     

16. Ballard RA, Vinocur B, Reynolds JW, Wennberg RP, Merritt A, Sweetman L, Nyhan WL. Transient hyperammonemia of the preterm infant. New Engl J Med 1978; 299: 920-925.
     

17. Seashore JH, Seashore MR, Riely C. Hyperammonaemia during total parenteral nutrition in children. J Parenteral Ext Nutri 1982; 6: 114-118.
     

18. Goldberg RN, Cabal LA, Sinatra FR, Plajstek CE, Hodgman JE. Hyperammonemia associated with perinatal asphyxia. Pediatrics 1979; 64: 336-341.
     

19. Barnes PM, Wheldon DB, Eggerding C, Marshall WC, Leonard JV. Hyperammonaemia and disseminated herpes simplex infection in the neonatal period. Lancet 1982; ii:1362-1363.
     

20. Beddis IR, Hughes EA, Rosser E, Fenton JCB. Plasma ammonia levels in newborn infants admitted to an intensive care baby unit. Arch Dis Child 1980; 55: 516-520.
     

21.  Tarlow M. Reye's syndrome and aspirin. Br Med J 1986; 292: 1543-1544.
     

22. Coulter DL, Allen RJ. Hyperammonaemia with valproic acid therapy. J Pediatr 1981; 99: 317-319.
     

23. Drayna CJ, Titcomb CP, Varma RR, Soergel KH. Hyperammonaemia encephalopathy caused by infection in a neurogenic bladder. N Engl J Med 1981; 304: 766-768.
     

24. Watson AJ, Karp JE, Gordon Walker W, Chambers T, Risch VR, Brusilow SW. Transient idiopathic hyperammonaemia in adults. Lancet 1985; ii: 1271-1274.
     

25. Gips CH. Ammonia in clinical medicine. II. Diagnostic ammonia tests. Folia Med Neerl 1970; 13: 21-26.
     

26. Gips CH. Diagnostische ammoniakproeven. Thesis, University of Groningen, The Netherlands, 1968.
     

27. Gips CH, Wibbens-Alberts M. Ammonia determination in blood using the TCA direct method. Clin Chim Acta 1968; 22: 183-186.
     

28. Gips CH, Reitsema A. Influence of non-protein nitrogen substances on the indophenol reaction. Clin Chim Acta1971; 33: 257-259.
     

29. Rosen HM, Yoshimura N, Hodgman JM, Fischer JE. Plasma amino acid patterns in hepatic encephalopathy of differing etiology. Gastroenterology 1977; 72: 483-487.
     

30. Huizenga JR, Gips CH. Determination of blood ammonia using the ammonia checker. Ann Clin Biochem 1983; 20:  187-189.
     

31. Da Fonseca-Wollheim F. Ultrafiltrate analysis confirms the specificity of the selected method for ammonia determination. Eur J Clin Chem Clin Biochem 1992; 30: 15-19.
     

32. Da Fonseca-Wollheim F. Direkte Plasmaammoniakbestimmung ohne Enteiweissung. J Clin Chem Clin Biochem 1973; 11: 426-431.
     

33. Huizenga JR, Gips CH. Measurements of ammonia in blood. A comparison of three analytical methods. Tijdschr NVKC 1985; 10: 105-107.
     

34. Huizenga JR, van Dam GM, Gips CH. Arterial ammonia with Blood Ammonia Checker II and with indophenol reaction to assess presence of hepatic encephalopathy. ClinChim Acta 1996; 252: 73-82.

Hoofdmenu