Seerumissa on satoja erilaisia aineita. Miten analyysikone mittaa tutkittavan aineen määrän näytteestä?

Ei ole olemassa mitään laitetta, joka suoraan seerumista mittaisi, paljonko siinä on esimerkiksi glukoosia, ASAT-entsyymiä tai kilpirauhasta stimuloivaa hormonia (TSH). Analyysiä varten tutkittava aine muutetaan mitattavaan muotoon erilaisten kemiallisten reaktioiden avulla. Reaktiot saadaan aikaan, kun näytteeseen lisätään sopivia kemikaaleja, joita nimitetään reagensseiksi.

Seuraavassa on esimerkkinä kolmen eri aineen mittauksen kulku. Mittauksiin liittyy outoja aineiden nimiä. Ne kertovat osaltaan, miten monimutkaisia aineenvaihduntamme biokemialliset reaktiot ovat, ja kuvastavat myös sitä, että laboratoriomittauksissa käytetyt reaktiot ovat mutkikkaita. Toivottavasti analyysien idea selviää oudoista nimistä huolimatta.

Glukoosi

Vaihe 1: Glukoosi ("verensokeri") muutetaan glukoosi-6-fosfaatti-nimiseksi aineeksi heksokinaasi-entsyymin avulla.

Vaihe 2: Muodostunut glukoosi-6-fosfaatti muuttuu edelleen 6-fosfoglukonaatiksi reaktiossa, johon osallistuu NAD-niminen aine. Tässä reaktiossa NAD:hen liittyy vetyä, jolloin syntyy NADH-niminen yhdiste. Tämä NADH voidaan melko helposti mitata.

Mittaus: NADH absorboi eli imee itseensä tietynlaista valoa. Tämä absorptio voidaan mitata fotometrillä, jossa näytteen läpi suunnataan tietyn aallonpituista valoa (tässä tapauksessa aallonpituus on 340 nanometriä). Laite mittaa näytteen läpi menneen säteilyn. Mitä enemmän NADH:ta on näytteessä, sitä suurempi osa läpi johdetuista säteistä jää matkalle (absorboituu). Laite mittaa siis reaktioissa muodostuneen NADH:n määrän. NADH:n määrä on suorassa suhteessa näytteessä olevaan glukoosin määrään, joten sen avulla voidaan laskea glukoosin pitoisuus näytteessä.

Analyysi on todellisuudessa vielä mutkikkaampi, sillä reaktio tarvitsee vakioidut ja sopivat olosuhteet. Tätä varten sekaan lisätään reaktioihin sopiva suolaliuos, jota sanotaan puskuriksi. Mukana pitää olla oikea määrä heksokinaasi-entsyymiä ja NAD:ta ja joitakin muitakin aineita. Vielä eri putkessa tarvitaan standardi-NADH (putki, jossa on tunnettu määrä NADH:ta), johon tutkittavan näytteen lukemaa verrataan.

ASAT

Vaihe 1: ASAT (aspartaattiaminotransferaasi) on entsyymi, joka siirtää aspartaatti-nimisestä aminohaposta typpeä sisältävän aminoryhmän oksoglutaraatti-nimiseen aineeseen. Reaktion tuloksena syntyy oksaloasetaattia ja glutamaatti-aminohappoa.

Vaihe 2: Oksaloasetaatti puolestaan muuttuu omenahapoksi reaktiossa, jossa NADH muuttuu NAD:ksi. Siinä tarvitaan entsyymiä nimeltään omenahappodehydrogenaasi.

Mittaus: Tässä esiintyy taas tuo NADH, jota voidaan helposti mitata fotometrillä. Toisin kuin glukoosin kohdalla (jossa NADH:n määrä suureni reaktion aikana) ASAT-mittauksessa NADH:n määrä vähenee reaktiossa. Mitä vähemmän sitä todetaan, sitä enemmän ASATia on näytteessä.

Testissä tarvitaan kymmenkunta erilaista reagenssia, jotta reaktio tapahtuisi toivotulla tavalla. Sekaan lisätään puskuria, aspartaattia, NADH:ta, omenahappodehydrogenaasi-entsyymiä ja muita aineita.

Glukoosi ja ASAT ovat esimerkkejä kemiallisista analyyseistä. Kun laboratorion kemiallisten analyysien mittauslaite tutkii 27 erilaista ainetta kerrallaan ja 300–500 näytettä tunnissa, koneessa käy aika vipinä. Siellä on lukuisia säiliöitä reagensseja varten ja satoja pikkuletkuja, joita pitkin reagenssit siirtyvät näytteisiin.

TSH

TSH eli kilpirauhasta stimuloiva hormoni on rakenteeltaan valkuaisaine eli proteiini. Proteiinit muodostuvat kymmenistä ja usein sadoista aminohapoista. Molekyylit ovat suuria ja rakenteeltaan monimutkaisia. Niiden kemiallinen mittaaminen on hyvin vaikeaa, usein mahdotonta. Kemiallisen mittaamisen sijasta määrityksessä hyödynnetään ovelasti valkuaisaineiden kykyä aiheuttaa vasta-aineita eläimissä.

Vasta-aineita muodostuu luonnostaan eläimissä ja myös ihmisissä. Esimerkiksi virus- tai bakteeritulehduksen jälkeen syntyy vasta-aineita taudin aiheuttaneen viruksen tai bakteerin proteiineja vastaan. Syntyneet vasta-aineet ovat spesifisiä. Spesifisyys tarkoittaa, että vasta-aineilla on vain hyvin rajattu tehtävä, ne kohdistuvat vain tiettyä ja yhtä valkuaisainetta kohtaan. Esimerkiksi tuhkarokkovirusta (oikeastaan viruksen tiettyjä proteiineja) vastaan syntyneet vasta-aineet suojaavat uusilta tuhkarokkotartunnoilta. Mutta ne eivät suojaa esimerkiksi vihurirokko- tai vesirokkotartunnoilta, sillä vasta-aineet eivät tunnista niiden aiheuttajaviruksissa olevia valkuaisaineita, jotka ovat rakenteeltaan erilaisia kuin tuhkarokkoviruksen valkuaisaineet.

Tätä vasta-aineiden tavatonta spesifisyyttä käytetään hyväksi laboratoriomittauksissa. Menetelmiä, joiden avulla nämä laboratoriomittaukset tehdään, sanotaan immunologisiksi menetelmiksi. TSH:n mittauksessa voidaan erottaa seuraavia vaiheita:

Vaihe 1: TSH:ta vastaan tuotetaan koe-eläimessä tai nykyään bakteeriviljelmässä vasta-ainetta, joka eristetään ja puhdistetaan. Tämä tehdään suurissa biokemiallisissa tehtaissa, joilta vasta-aine ostetaan.

Vaihe 2: Kun seeruminäytteeseen lisätään vasta-ainetta, se tarttuu näytteessä oleviin TSH-molekyyleihin. Seerumissa on kymmeniä muita valkuaisainehormoneita ja satoja muita proteiineja, mutta vasta-aine ei välitä niistä lainkaan. Se tarttuu vain TSH-proteiiniin.

Vaihe 3: TSH:n ja vasta-aineen reaktio pitää saada vielä jotenkin "näkyväksi" ja mitattavaksi. Aikaisemmin vasta-aine merkattiin pienellä määrällä sopivaa radioaktiivista ainetta. Mitä enemmän vasta-ainetta oli tarttunut TSH-valkuaiseen, sitä enemmän näyte säteili. Säteilyn määrä mitattiin herkällä laitteella.

Säteilyyn perustuvissa mittauksissa säteilymäärät olivat niin pieniä, ettei niistä ollut haittaa laboratoriohenkilökunnalle. Radioaktiivisten aineiden käyttö kuitenkin hankaloittaa mittauksia, sillä silloin pitää noudattaa tarkkoja turvallisuusmääräyksiä. Siksi merkkauksessa käytetään nykyään muita tapoja. On kehitetty aineita, jotka tarttuvat vasta-ainemolekyyliin ja tuikkivat sopivaa valontapaista säteilyä. Tämä valon määrä voidaan mitata.