LISA-CHE®

Bestimmung der Cholinesterase-Aktivität mittels Point-of-Care-Messung

LISA-CHE® ist ein mobiles Point-of-Care-Messgerät zur Bestimmung der Aktivität der beiden Enzyme Acetylcholinesterase (AChE) und Butyrylcholinesterase (BChE) im Vollblut. Die Aktivitäten von AChE und BChE können als Biomarker für die frühzeitige Erkennung verschiedener Krankheiten dienen, u.a. beim postoperativen Delir, zur Einschätzung des Schweregrades der entzündlichen Erkrankung, bei der systemischen Inflammation, zur Risikostratifizierung bei Verbrennungen, bei Vergiftungen mit Organophosphaten oder bei der Alzheimer-Krankheit.1,2,3 LISA-CHE® bietet somit:

Detaillierte Informationen

Cholinesterasen sind Enzyme, die die Spaltung von Cholinestern katalysieren. Im menschlichen Körper existieren Acetylcholinesterase (AChE) und Butyrylcholinesterase (BChE).

Acetylcholinesterase, auch als spezifische Cholinesterase, echte Cholinesterase oder Cholinesterase Typ I bezeichnet, spaltet spezifisch Acetylcholin (Ach) in Cholin und Acetat und spielt daher eine wichtige Rolle bei der Reizweiterleitung.20,21 AChE kommt in der grauen Substanz des Zentralnervensystems, in den cholinergen Synapsen, den motorischen Endplatten sowie in den Erythrozytenmembranen vor.

Butyrylcholinesterase, unter anderem auch unspezifische Cholinesterase, Serum- oder Plasmacholinesterase, Pseudocholinesterase oder Cholinesterase Typ II genannt, ist Substrat-unspezifischer als AChE und spaltet neben Acetylcholin auch andere Cholinester. BChE wird überwiegend in der Leber synthetisiert und kommt vor allem im Blutplasma, in der Leber, der Darmmukosa oder im Pankreas vor.20,21

Acetylcholin ist als einer der wichtigsten Neurotransmitter an vielen Funktionen im menschlichen Körper beteiligt, so etwa an Muskelbewegungen oder vegetativen Regulationen.

Bei der Reizweiterleitung wird von dem präsynaptischen Neuron Acetylcholin in den synaptischen Spalt ausgeschüttet und bindet am Acetylcholin-Rezeptor des postsynaptischen Neurons an. Danach wird Acetylcholin durch die AChE in Cholin und Acetat gespalten, welche anschließend in das präsynaptische Neuron aufgenommen werden. Dort werden sie vom Enzym Cholin-Acetyltransferase wieder zu Acetylcholin zusammengesetzt, wodurch Acetylcholin wieder für die nächste Reizweiterleitung zur Verfügung steht.

LISA-CHE Cholinesterasen

Operationen, Ischämien, Verletzungen und andere „Ereignisse“ können die Ursache für eine Inflammation sein. Die Inflammation wird über den afferenten Nervus vagus zum Gehirn gemeldet, wo über einen Reflex die Ausschüttung der proinflammatorischen Zytokine reguliert wird. Acetylcholin besetzt die α7-Untereinheit des nikotinischen Rezeptors am Makrophagen und hemmt so die Ausschüttung der proinflammatorischen Zytokine. Das Gleichgewicht zwischen pro- und anti-inflammatorischen Zytokinen wird dadurch wiederhergestellt.

Der cholinerge antiinflammatorischer Reflex

modifiziert nach23

 

Die Aktivität der Cholinesterase-Aktivitäten lässt auf verschiedene Krankheiten schließen und wird daher zunehmend zur Diagnostik und als Biomarker empfohlen.1,2,6,7,9,10,11,13,20

Acetylcholinesterase-AktivitätKrankheitButyrylcholinesterase-Aktivität
erniedrigtSchlaganfallerhöht
erhöhtAlzheimererhöht
erniedrigtParkinson 
erhöhtAngstzuständeerniedrigt
erniedrigtHerzinfarkterniedrigt
erniedrigtChronisch-entzündliche Darmerkrankungenerniedrigt
 Metabolisches Syndromerhöht
 Diabeteserniedrigt
Angaben entnommen aus [1]

Cholinesterasen können unter anderem als Biomarker für parasympathische Dysfunktionen und entzündungsbedingte Krankheiten dienen.¹

So zeigten etwa Patienten, die nach einer Operation ein Delir entwickelten, bereits vor der Operation deutlich erniedrigte BChE-Aktivitäten im Vergleich zu den Nicht-Delir-Patienten. Die BChE eignet sich somit als prognostischer Marker für das Delir.1,2,3,4,5,7,14,15

Zur frühzeitigen Identifizierung der Sepsis weist ein anhaltender Abfall der BChE-Aktivität auf die Schwere der Erkrankung hin und lässt Rückschlüsse auf potenziell tödliche Verläufe zu.18,19

Bei vermuteter septischer Enzephalopathie spielt die signifikant veränderte AChE-Aktivität als akuter Marker bei der frühzeitigen Identifizierung systemischer Inflammation und zur Einschätzung des Schweregrades der entzündlichen Erkrankung eine wichtige Rolle.6,8

Neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer sind durch zerebrale cholinerge Defizite gekennzeichnet.17 Durch das gestörte Zusammenspiel von Dopamin und Acetylcholin sind bei Parkinson-Patienten erniedrigte AChE-Aktivitäten erkennbar1. Bei Patienten mit Alzheimer hingegen wird durch die gestörte cholinerge Übertragung eine erhöhte AChE-Aktivität beobachtet, zudem ist auch die BChE-Aktivität erhöht.1,12,16,20

Patienten, die einen Schlaganfall erleiden, zeigen erniedrigte AChE-Aktivitäten und erhöhte BChE-Aktivitäten.1

Die Messung der BChE-Aktivität bei Brandverletzten kann die Risikoeinschätzung maßgeblich unterstützen. Der CutOff-BChE-Wert von 2.644 U/L prognostiziert eine 28-Tage-Mortalität bereits bei der Aufnahme mit einer Sensitivität von 87,5 % und 12 h später mit einer Sensitivität von 100 %.11

Bei niedergradigen systemischen Entzündungen wie Diabetes mellitus, Hypertonie, Hyperlipidämie und dem metabolischen Syndrom kann eine veränderte Cholinesterase-Aktivität bei der Diagnostik unterstützen.1,9,20,21 So sind beispielsweise bei Diabetes Typ-1 und Typ-2 signifikant erhöhte BChE-Aktivitäten messbar, die mit der Tricylglycerid-Konzentration im Serum und der Insulinsensitivität korrelieren.20

Patienten mit stabiler Angina pectoris oder akutem Koronarsyndrom weisen bei einer erniedrigten AChE-Aktivität eine stark erhöhte Mortalitätsrate auf, unabhängig von der Anpassung anderer Risikofaktoren.22

Auch bei COVID-19 Patienten mit schwerem Verlauf konnte ein signifikanter Abfall der BChE-Aktivität frühzeitig detektiert werden, während CRP-Werte noch keine klare Aussage geben konnten.13

Die Messung der Cholinesterase-Aktivität kann nicht nur bei der Erkennung eines Delirs hilfreich sein, sondern auch bei der Therapieüberwachung, etwa bei der Gabe von Physostigmin.

Dargestellt sind die Aktivitäten der AChE und BChE bei einem 91-jährigen Patienten mit fronto-temporalem Hygrom.5 Dieser Patient zeigte zunächst (t=0) ein ausgeprägtes hypoaktives Delir, und die Messung der Cholinesterase-Aktivitäten lieferte sowohl für AChE als auch BChE erniedrigte Werte.

Die Gabe von Physostigmin ANTICHOLIUM®  führte nur eine Stunde später dazu, dass keine Delir-Symptomatik mehr erkennbar war.

Auch nach 24 Stunden war der Patient delirfrei und die Cholinesterase-Aktivitäten befanden sich wieder im Normbereich.

LISA-CHE® ist ein Point-of-Care-Messgerät zur schnellen und einfachen Messung der AChE- oder BChE-Aktivität. Für die Messung wird nur ein Tropfen Blut benötigt und das Ergebnis liegt innerhalb von nur vier Minuten vor.

Ausgestattet mit einem Li-Ionen-Akku, eignet sich LISA-CHE® sowohl für den mobilen als auch für den stationären Einsatz z. B. in der Notaufnahme oder auf der Intensivstation.

  • Die mitgelieferten LISA-CHE® Reagenzien-Kits enthalten alle Komponenten, die zur Messung notwendig sind (ein Kit enthält Komponenten für 100 Messungen).

  • Eine einfache Bedienung wird durch einen Touchscreen und einen integrierten Barcode-Scanner zur schnellen Erfassung von Benutzer- oder Patienten-IDs gewährleistet.
  • Der interne Speicher ermöglicht das nachträgliche Abrufen aller gemessenen Werte und das Exportieren ausgewählter Daten auf ein externes Speichermedium.
  • Der integrierte Akku gewährleistet eine stromunabhängige Nutzung von bis zu 4 Stunden.

LISA-CHE® basiert auf einem optischen Messverfahren, bei dem die Geschwindigkeit einer Farbreaktion ermittelt wird. Diese Farbreaktion wird durch die Zugabe von bestimmten Reagenzien in die zu untersuchende Probe gestartet.

Nach Zugabe der Reagenzien – dem Farbstoff DTNB und einem für AChE bzw. BChE spezifischem Substrat (Acetyl- bzw. Butyrylthiocholin) – wird das Substrat zunächst von AChE bzw. BChE gespalten und reagiert anschließend mit DTNB. Dadurch wird das Ion TNB2- gebildet, das die Lösung gelb färbt.

Je höher die Enzymaktivität in der zu untersuchenden Probe ist, desto schneller ist die Gelbfärbung, so dass aus der Geschwindigkeit der Farbänderung auf die Enzymaktivität in der Probe geschlossen werden kann.

Mit LISA-CHE® kann in einem einfachen Messvorgang entweder die AChE- oder die BChE-Aktivität gemessen werden.

  • Blutprobe in das Röhrchen mit der Lösung geben
  • Reagenzien-Deckel aufsetzen und Probe schütteln
  • Röhrchen in das Gerät stellen
  • Nach ca. 4 Minuten ist das Ergebnis verfügbar

  • Alle gemessenen Ergebnisse werden lokal gespeichert
  • In-vitro-Diagnostikum
  • Optisches Messverfahren basierend auf der Ellman-Methode
  • CE-zertifiziert
  • FDA-registriert
Messtemperatur:20 °C – 40 °C
Messbereich AChE-Bestimmung0-10.000 U/l
0-300 U/gHb
Messbereich BChE-Bestimmung0-10.000 U/l
Messbereich Hb-Bestimmung3-33 g/dl
Betrieb mit voller Akkuladung2-4 Stunden

Literatur

1) Shenhar-Tsarfaty S et al. (2014), Cholinesterases as biomarkers for parasympathetic dysfunction and inflammation-related disease, J Mol Neurosci, 53(3):298-305.

2) Maldonado JR (2017), Acute Brain Failure: Pathophysiology, Diagnosis, Management, and Sequelae of Delirium, Crit Care Clin, 33(3):461-519.

3) Cerejeira J et al. (2011), Low preoperative plasma cholinesterase activity as a risk marker of postoperative delirium in elderly patients. Age Ageing, 40(5):621-626.

4) Müller A et al. (2019), Relevance of peripheral cholinesterase activity on postoperative delirium in adult surgical patients (CESARO): A prospective observational cohort study, Eur J Anaesthesiol, 36(2):114-122.

5) Barth E et al. (2014), Anticholium® (Physostigmin) – eine therapeutische Option bei postoperativem Delir bzw. Vigilanzminderung mit kognitiver Dysfunktion beim ICU-Patienten, Poster, DIVI 2014.

6) Bitzinger D et al. (2019), In Vivo Effects of Neostigmine and Physostigmine on Neutrophil Functions and Evaluation of Acetylcholinesterase and Butyrylcholinesterase as Inflammatory Markers during Experimental Sepsis in Rats, Mediators Inflamm, 8274903.

7) Saha S et al. (2020), Diagnostic Value of Cholinesterase Activity for the Development of Postoperative Delirium after Cardiac Surgery, Thorac Cardiovasc Surg, doi: 10.1055/s-0040-1716897.

8) Zujalovic B et al. (2020), AChE-activity in critically ill patients with suspected septic encephalopathy: a prospective, single-centre study, BMC Anesthesiol, 20(1):287.

9) Santarpia L et al. (2013), Butyrylcholinesterase as prognostic marker: a review of the literature, J Cachexia Sarcopenia Muscle, 4(1):31-39.

10) Goliasch G et al. (2012), Routinely available biomarkers improve prediction of long-term mortality in stable coronary artery disease: the Vienna and Ludwigshafen Coronary Artery Disease (VILCAD) risk score, Eur Heart J, 33(18):2282-2289.

11) Schmidt K et al. (2020), Point-of-care measured serum cholinesterase activity predicts patient outcome following severe burns, Bürns, 47(4):863-872.

12) Burghaus L et al. (2020), Quantitative assessment of nicotinic acetylcholine receptor proteins in the cerebral cortex of Alzheimer patients, Brain Res, 76(2):385-388.

13) Xiang J et al. (2020), Potential biochemical marker to identify severe cases among COVID-19 patients, medRxiv doi: 10.1101/2020.03.19.20034447.

14) Brzezinski S et al. (2021), Cholinesterase activity in serum during general anaesthesia in health and disease, scientific reports 10.21203/rs.3.rs-137940/v1.

15) Adam E et al. (2020), Cholinesterase alterations in delirium after cardiosurgery: a german monocentric prospective study, BMJ Open, 10(1):e031212.

16) Oishi N et al. (2007), Quantification of nicotinic acetylcholine receptors in Parkinson’s disease with (123)I-5IA SPECT, J Neurol Sci, 256(1-2):52-60.

17) Burghaus L et al. (2003), Loss of nicotinic acetylcholine receptors subunits alpha4 and alpha7 in the cerebral cortex of Parkinson patients, Parkinsonism Relat Disord, 9(5):243-246.

18) Zivkovic A et al. (2018), A sustained reduction in serum cholinesterase enzyme activity predicts patient outcome following sepsis, Mediators Inflamm 2018:194293.

19) Koylu O et al. (2016), The effect of Cholinesterase activity on the diagnosis and prognosis of sepsis, Clinical Medicine Research, S(3):28-34..

20) Das UN (2007), Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase as possible markers of low-grade systemic inflammation, Med Sci Monit; 13(12):RA214-221.

21) Lampón N et al. (2012), Association between butyrylcholinesterase activity and low-grade systemic inflammation, Ann Hepatol, 11(3):356-363.

22) Shenhar-Tsarfaty S et al. (2020), Blood acetylcholinesterase activity is associated with increased 10 year all-cause mortality following coronary angiography, Atherosclerosis; 313:144-149.

23) Tracey KJ (2007), Physiology and immunology of the cholinergic antiinflammatory pathway, J Clin Invest, 117(2):289.

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