Klinisch-chemische Urin- und Urinsedimentanalyse: Automation für einen besonderen Saft

Die Urinanalyse hat eine lange, bis weit in die Antike hineinreichende Tradition. Schon damals konnte ein Heilkundiger anhand von Farbe, Geruch und Geschmack des Urins Rückschlüsse auf die Gesundheit seines Patienten ziehen. Die heutige Analytik basiert immer noch auf ähnlichen Kriterien – nur, dass jetzt die Substanzen, die Änderungen an Farbe, Geruch und Geschmack verursachen, mithilfe chemischer und physikalischer Verfahren nachgewiesen werden. Nach der Erfindung des Mikroskops Ende des 16. Jahrhunderts konnte man auch die nicht-löslichen Bestandteile im Urin untersuchen. Wegen der in der Regel nicht-invasiven Probengewinnung und des Prozesses, der gut zu miniaturisieren und zu automatisieren ist, sind beide Methoden heute nicht mehr aus dem Labor wegzudenken.
Insgesamt drei Firmen stellen in der aktuellen Ausgabe ihre Urin-Analyzer vor, präsentieren den Grad der Automation und die damit verbundene Standardisierung für Teststreifen  und Sediment­analyse.

Tabellarische Übersicht: Vollautomatische Urin­analysesysteme (Teststreifen)

Tabellarische Übersicht: Automaten zur Urinsedimentanalyse

Automation

Der Workflow der Urinanalyse (s. a. S. 43) beinhaltet für die Teststreifen-Analyse den Transport der Röhrchen durch das Gerät, die Bereithaltung der Teststreifen, das Aufbringen der Probe, die anschließende Auswertung und natürlich auch die Abfall­entsorgung sowie das Ausschleusen der Proben. Die Teststreifen haben in der Regel, unabhängig vom Hersteller, einen sehr ähnlichen Aufbau. In den Hochdurchsatz-Geräten aller Firmen liegen sie im Kassetten- oder Dosenformat vor – das erleichtert den Transport, schützt vor Feuchtigkeit und vereinfacht das Reagenzien-Management.
Alle drei Hersteller versehen ihre Reagenzien-Packungen, zumindest teilweise, mit einem RFID-Chip, auf dem Chargennummer und Haltbarkeit gespeichert sind. Ein Empfänger am Gerät liest die Daten aus und überwacht die Haltbarkeit. Wenn ein Großteil der Reagenzien eines Labors mit RFID-Chips ausgestattet ist, lässt sich mit einem entsprechenden Management-System der Weg durch ein Labor von der Ein- bis zur Ausbuchung lückenlos nachverfolgen, wodurch sich die Lagerhaltung auf ein Minimum reduzieren lässt (s. u.).
 

Die zwei anderen Systeme detektieren die Gefäßdeckel auf den Proben und den Flüssigkeitsspiegel im Röhrchen sowie im Abfallbehälter (S. 36).
Für die klassische Sedimentanalyse folgen Weitertransport der Röhrchen, Zentrifugation und Resuspendierung des Urins sowie Mikroskopie und deren digitale Auswertung.

Klinisch-chemische Urinanalyse

Hier gibt es von allen hier vertretenen Anbietern ganze Geräteserien für Laboratorien mit unterschiedlichem Probendurchsatz: Angefangen beim transporta­blen Point-of-Care-Gerät über den Analyzer für das niedrige bis mittlere Probenaufkommen bis hin zum System für den Hochdurchsatz, in dem die Teststreifen-Analyse inklusive aller vorbereitenden Arbeitsschritte bis zur Auswertung automatisch abläuft und nur noch verifiziert werden muss.
Alle Teststreifen enthalten mindestens neun Parameter: pH-Wert, Glukose, Ketone, Bilirubin, Urobilinogen, Nitrit, außerdem Protein, Leukozyten bzw. Leuko­zytenesterase, Erythrozyten und Hämoglobin. Zusätzlich ermitteln die Geräte die Dichte des Urins (Spezifisches Gewicht), den Grad der Trübung und die Eigenfarbe des Urins, die bei der Ergebnis­ausgabe berücksichtigt wird. Durch die Auswertung der Teststreifen mittels Reflektionsphotometrie ist auch die Unterscheidung zwischen intakten Erythrozyten und Hämoglobin zuverlässiger geworden.
Neben den oben genannten Standard­parametern gibt es die Möglichkeit, Albumin und Kreatinin auf einem Teststreifen nachzuweisen. Aus diesen beiden Parametern und dem grundsätzlich vorhandenen Parameter Protein lassen sich die Quotienten Albumin : Kreatinin und Protein : Kreatinin bestimmen, die eine Aussage zur Filtrationsleistung der Nieren aus Spontanurin zulassen. Das Kreatinin wird kontinuierlich ausgeschieden und dient als Korrekturparameter für die Verdünnung des Urins, die normalerweise durch eine Sammelperiode von 24 h ausgeglichen wird. Ähnliches gilt für den Quotienten Protein : Kreatinin, der ebenfalls Auskunft über die Nierenleistung und vor allem über das Risiko für die Entwicklung einer Nierenfunktionseinschränkung gibt. Diese Methode ist natürlich sehr stark vereinfacht und kann deshalb nur eine Richtung vorgeben, die durch eine weiterführende Analytik verifiziert werden muss.
Zwei der Tabellenteilnehmer stellen für den Nachweis von Albumin und Kreatinin einen weiteren Teststreifentypen zur Verfügung. Das Albumin wird immunologisch mithilfe eines spezifischen Antikörpers bestimmt. Diese Teststreifen sind teuer, aber dafür auch empfindlicher, und werden deshalb eher in Krankenhäusern mit nephrologischem Schwerpunkt eingesetzt. Der dritte Hersteller hat den Nachweis von Albumin und Kreatinin auf ein gesondertes Gerät ausgelagert.

Sedimentanalyse

Von den drei hier vertretenen Anbietern hat einer die Sedimentanalyse (S. 38–39) technisch anders umgesetzt. Er stellt zwei Geräte vor, die zum einen die Fluoreszenz-Durchflusszytometrie, zum anderen die digitale Bildgebung in einer Durchflusszelle zur Diagnostik einsetzen. Die Durchflusszytometrie hat den Vorteil, dass neben dem Urin auch andere Körperflüssigkeiten analysiert werden können; alle anderen hier vertretenen Geräte untersuchen ausschließlich Urin. Das Durchflusszytometer bestimmt die Zellzahl quantitativ und lässt anhand von Scattergrammen die Differenzierung der Zellen zu – es gibt z. B. Warnhinweise (Flags) auf gramnegative und grampositive Bakterien, auf Mischpopulationen und fragliche Zellen. Dank dieser Unterscheidung und der quantitativen Zellzahlbestimmung eignet sich dieser Automat auch für den Einsatz im mikrobiologischen Labor (vgl. S. 63).
Das zweite Gerät, das eine Durchflusszelle enthält, sortiert Partikel und Zellen nach Größe; zusätzlich erstellt es Bilder, die vom Anwender zur Begutachtung vorgeschlagen werden. Eine Validationsplattform (Auswertungssoftware) ergänzt beide Geräte.
Die zwei anderen Hersteller bilden den klassischen Workflow der Sediment­analyse im Automaten ab. Das bedeutet, dass beide Systeme über eine kleine Zentrifuge verfügen und das Sediment nach der Zentrifugation resuspendiert wird. Die Auswertung erfolgt über die klassische Lichtmikroskopie, wobei mindes­tens 15 volle Blickfelder ausgewertet werden (siehe auch S. 35). Eines der Geräte kann dabei zwischen kokkoiden und stäbchenförmigen Bakterien unterscheiden, ebenfalls eine für die Therapieentscheidung wichtige Information.

Nephrologische Differenzial­diagnostik

Nach der Teststreifen- und Sediment­analyse stehen zahlreiche weiterführende nephrologische Laboruntersuchungen für die Differenzialdiagnose und die Therapiebegleitung zur Verfügung. Das vollautomatische Nephelometer auf S. 42, auf dem neben zahlreichen Assays für verschiedene Indikationen auch elf nephrologische Parameter laufen, misst zum Beispiel die Konzentration an Beta-Trace-Protein (BTP, Prostaglandin-D2-Synthase), um Auskunft über die Nierenrestfunktion, eine wichtige Information für die Dialyse-Therapie, zu erhalten. Verschiedene Immunoassays aus Plasma, Serum oder Urin zum Nachweis spezieller Biomarker geben sehr differenziert Auskunft über autoimmunologische und entzündliche nephropathische Krankheitsprozesse (S. 40).
Auch die Metabolomics-Technologien wie die Kombination aus Flüssigchromatographie und Massenspektrometrie oder die NMR-Spektrometrie (nuclear magnetic resonance, s. auch S. 21–23) eignen sich sehr gut zur Differenzialdiagnostik von Nephropathien. Diese Methoden werden in Zukunft sicher noch häufiger von sich hören lassen.