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Fachbereichsarbeit
Biowissenschaften

Erzbischöfliches Suitbertus Gymnasium Düsseldorf Kaiserswerth

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Erzbischöfliches Suitbertus Gymnasium Düsseldorf Kaiserswerth

Ursachen und Behandlungsmöglichkeiten der Phenylketonurie (PKU)

Verlauf und Therapie


Schuljahr 2011/2012 2. Halbjahr, 1. Quartal

24.02.2012

Fach: Biologie Grundkurs-Fachlehrer: Herr Ewald

Inhaltsverzeichnis

1.0 Einleitung……………………………………………………………………………………………….3

2.0 Was ist Phenylketonurie? .4

3.0 Testverfahren zur frühzeitigen Erkennung der Phenylketonurie…………….4

3.1 Symptomatik bei nicht erkannter PKU……………………………………… 6

4.0 Was geschieht im menschl. Organismus bei Ausbruch der Krankheit? .6

5.0 Welche Therapieverfahren werden bei der PKU angewendet? .9

6.0 Schluss………………………………………………………………………………………………… 10

6.1. Was mir die Facharbeit gebracht hat………………… …………………….10

7.0 Literaturverzeichnis…………………………………………………………………………… 12

8.0 Materialanhang……………………………………………………………………………………12

9.0 Selbstständigkeitserklärung

1.0. Einleitung

Das Thema Stoffwechselkrankheiten ist ein umfangreiches, spannendes und tiefgründiges Thema, welches mich schon lange interessiert. Nun, ich habe nicht nur eine Vorliebe für derartige Fälle; ich beschäftige mich seit vielen Jahren mit Kinderkrankheiten, zu denen die Phenylketonurie ebenfalls gehört. Als ich zwei Jahre alt war, stellten amerikanische Ärzte bei mir die Rheuma Krankheit Juvenile Arthritis fest.

Bis ich vier Jahre alt war konnte ich nicht, oder nur schwer, laufen. Ich musste zahlreiche Therapien durchlaufen, regelmäßig Krankenhäuser besuchen, und durch die Medikamente sind meine Augen geschädigt worden, weshalb ich nun eine Sehhilfe benötige. Als ich die Krankheit in meinem achten Lebensjahr los geworden bin, habe ich angefangen, mich genauer mit derartigen Fällen zu beschäftigen.

Besonders bewegt hat mich, dass in Deutschland ungefähr 1:10000 Kindern an PKU leiden1 und ich möchte nun dazu beitragen, dass auch andere Menschen verstehen, wie es überhaupt dazu kommt. Da die Phenylketonurie die häufigste Stoffwechselkrankheit in Europa ist, halte ich es für sinnvoll, sie genauer kennen zu lernen.

Was mich am meisten interessiert ist, wie ein Leben mit PKU denn nun aussieht, und auf was man alles verzichten muss. Desweiteren stelle ich mir immer wieder die Frage, was denn passiert, wenn man selber mit PKU diagnostiziert wurde und einem Kinderwunsch unterliegt. Ich erhoffe mir, dass sich diese Fragen im Laufe der Facharbeit beantworten werden, und dass ich zu verstehen lerne, was genau die PKU ist, und was sie mit sich bringt.

Während meiner Facharbeit versuche ich möglichst einfach, und doch tiefgehend die Vorgänge der Stoffwechselkrankheit darzustellen. Dazu befindet sich im Anhang eine Anzahl von Bildern, die meine Arbeit verständlicher machen sollen. Sie ist in 3 Teile gegliedert, in die Einführung, den Hauptteil und den Schluss. Dadurch ermögliche ich dem Leser ein strukturiertes Durcharbeiten.

2.0 Was ist Phenylketounurie (PKU)?

Phenylketonurie ist eine Stoffwechselkrankheit, welche die über die Nahrung aufgenommene Aminosäure Phenylalanin aufgrund eines Enzymdefekts nicht mehr ordnungsgemäß abbauen kann. Der Stoff, der sich somit in der Blutbahn anlagert, führt das zu schweren entwicklungshindernden und geistigen Störungen bei den Betroffenen.

Aufgrund von moderner medizinischer Testverfahren jedoch wird die Krankheit in den meisten Fällen frühzeitig erkannt und wird behandelt.2

Die Krankheit ist autosomal rezessiv, was bedeutet, dass das Allel für die Krankheit homozygot sein muss. Das liegt an der Rezessivität, da sich der Phänotyp ansonsten nicht zeigen würde. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kind demnach an der Krankheit Phenylketonurie erkrankt ist etwa 25%, wenn beide Eltern Träger der Krankheit sind, diese jedoch nicht homozygot, sondern heterozygot ist und sich aus diesem Grund nicht zeigt (vgl.M2).3 Gerade deswegen sollte sich jede Frau vor der Erwartung eines Kindes auf Phenylketonurie testen lassen, da sie auch ohne Diagnose an der Erkrankung leiden kann.

3.0 Testverfahren zur frühzeitigen Erkennung der Phenylketonurie

Die Testverfahren zur frühzeitigen Erkennung und Diagnostizierung einer Stoffwechselkrankheit sind in der Regel sehr einfach, schnell, nicht belastend und preisgünstig. Die moderne medizinische Technik erlaubt es, effizient und risikofrei zu testen. Jährlich werden durch dieses Verfahren 8-10 Diagnosen positiv festgestellt und entsprechend behandelt.

Noch vor ca. 40 Jahren bestanden die Diagnosen aus Blut – bzw. Urinproben, die im Labor auf eine zu hohe Konzentration von Phenylalanin oder anderen Aminosäuren hinweisen konnten.4 Doch Robert Guthrie, einem amerikanischen Bakteriologen, gelang es 1963 erstmals den berühmten Guthrie-Test anzuwenden. In Deutschland wurde dieses Verfahren dann drei Jahre später 1966 in Nordrhein – Westphalen eingeführt.

Der Guthrie Test erlaubt eine risikofreie Diagnose und eine zielgerichtete Therapie. Er wird frühestens am 5. und spätestens am 10. Lebtag, also bei der zweiten Vorsorgeuntersuchung angewendet, je nachdem, ob es sich bei dem Patienten um ein Frühgeborenes oder Termingeborenes Kind handelt. Die Methode ist ein Paradebeispiel für eine sinnvolle und effektive Untersuchung.

Dem Neugeborenen wird eine kleine Nadel in die Ferse gepikst und etwas Blut auf eine sogenannte Filterpapierkarte gegeben. Diese Karte wird ins Labor geschickt, wo die Fläche, auf der sich das zu testende Blut befindet, ausgeschnitten und auf einen Nährboden gegeben wird. Dieser Nährboden ist mit der Bakterienart „Bacillus Subtilis“ beimpft, welche durch den Hemmstoff „2-Thienylalanin“ allerdings am Kolonien Aufbau behindert wird.

Wenn dieser Test positiv ausgefallen ist, wird keineswegs sofort mit der Therapie angefangen. Zur Bestätigung muss eine sogenannte „Säulenchromatografische Bestimmung“ erstellt werden, die die Diagnose sichert. Denn falls das Kind vor der Untersuchung extrem Phenylalanin haltige Nahrungsmittel zu sich genommen hat, könnte die auffallend hohe Konzentration auch am Essen liegen und muss nicht zwingend eine Stoffwechselkrankheit bestätigen.

Nachdem die Stoffwechselkrankheit festgestellt worden ist, untersucht man noch, ob es sich um eine atypische oder eine klassische Phenylketonurie handelt. Die Atypische Phenylketonurie unterliegt nämlich anderen Therapieverfahren. Die Differenzierung wird mit Hilfe eines Belastungstests, dem „Tetrahydrobiopterin – Belastungstest“, ermöglicht und dient der Bestimmung von Bioptemin und Neoptemin im Urin.

Dieser Test gibt Antwort auf zwei Fragen: Ist der Neopterin – Spiegel erhöht und besteht eine Störung im Biopterin Stoffwechsel? (Neopterin ist ein Stoff, welcher von körpereigenen Zellen des Immunsystems gebildet wird. Ein erhöhter Spiegel kann demnach zeigen, ob ein Krankheitsgesc hehen im Körper aktiv ist. Wenn zu viel Neopterin gebildet wird, dann zeigt es, dass das Immunsystem auf Hochtouren arbeitet und viel zu viel von dem Stoff bildet.

Zusätzlich misst man zur Abklärung die Aktivität der Dihydropteridinreduktase in den roten Blutkörperchen, also der Erythrozyten zur Abklärung einer atypischen PKU. Ein weiterer Test, der bei der zweiten Vorsorgeuntersuchung eines jeden neugeborenen (U2) stattfinden sollte, heißt Tandem – Massenspektrometrie und hat in Deutschland bereits das den Guthrie Test ersetzt.

Hierbei werden Blutproben des Neugeborenen in einem Tandem-Massenspektrometer analysiert und ausgewertet. Der Test ist schnell, effektiv und einfach. Nach ein paar Minuten ist das Ergebnis vorhanden, was zu mehr als 100 Proben pro Krankenhaus führt. 6

3.1 Symptomatik bei nicht erkannter PKU

Neben diesen im Zweifel nicht zu erkennenden Auffälligkeiten treten in den schlimmeren Fällen allerdings auch Krampfanfälle, Lähmungserscheinungen und/oder mentale Retardierung auf, welche auf eine Störung im zentralen Nervensystem (ZNS) zurückzuführen sind aufgrund der oben genannten Hemmung der Entwicklung des kindlichen Gehirns. 7

4.0 Was geschieht im Körper bei Ausbruch der Krankheit?

Zunächst muss ich betonen, dass es gesundheitlich extrem wichtig ist, die Aminosäure Phenylalanin aufzunehmen. Sie ist extrem wichtig für den köpereigenen Aufbau von Eiweiß und der Eliminierung von schädlichen Stoffen in den Nieren oder in der Blase. Hinzukommt, dass sie eine wichtige Funktion in der Schilddrüse übernimmt.

Doch, fehlt dem Betroffenen das Enzym Phenylalaninhydroxylase, so fehlt ebenso der Stoffwechselpfad von Phenylalanin zu Tyrosin und die Person leidet unter einer PKU (Phenylketonurie). 9

Es sind allerdings noch andere Krankheiten bekannt, die auf einen Enzymdefekt in dem Phenylalaninstoffwechsel zurückzuführen sind. Wird Tyrosin ordnungsgemäß hergestellt, jedoch das Enzym zur Herstellung von Thyroxin fehlt, führt dieses Fehlen zu der Krankheit „Kretinismus“. Fehlt das Enzym zum Aufbau von Melanin, so kommt es zu „Albinismus“.

Sind diese beiden Enzyme jedoch vorhanden, und Homogentisinsäure kann hergestellt werden, jedoch das Enzym für die Umwandlung von diesem Stoff in Kohlendioxid und Wasser fehlt, leidet der Patient unter Alkaptonurie. (siehe M3) Meine Facharbeit beschäftigt sich jedoch ausschließlich mit der häufigsten dieser Krankheiten, der Phenylketonurie.

Die klassische PKU ein Enzymdefekt, der den Abbau der Aminosäure „Phenylalanin“ verhindert, welche in Folge dessen vermehrt im Blut zu finden ist. Die Säure ist in den meisten Nahrungsmitteln vorhanden, beispielsweise in Fleischprodukten, Eisweißen und Bohnen (siehe M1), weshalb eine Aufnahme nicht vollkommen zu vermeiden ist. Die Aminosäure wird, da sie nicht abgebaut werden kann, ganz normal über den Urin wieder ausgeschieden.

Die atypische PKU dagegen weist einen wesentlich schwerwiegenderen Verlauf bei den Erkrankten auf. Es geht hierbei nicht um eine Störung des Enzyms Phenylalaninhydroxylase, sondern der eines Koenzyms, des Tetrahydrobiopterins (BH4). Das Koenzym sollte unter normalen Umständen bei der Biosynthese die Neurotransmitter Serotonin und Dopamin herstellen, welche für die Übertragung von Informationen von Nervenzelle zu Nervenzelle verantwortlich sind.

Ausgehend von der klassischen Phenylketonurie, da diese weitaus häufiger auftritt, als die atypische PKU, sehen wir uns den Weg an, der bei der Nahrungsaufnahme beginnt. Der Stoff gelangt durch die Nahrung in den Körper. Die Proteine, die die Aminosäuren umfassen, wandern in den Verdauungstrakt, wo sie in ihre einzelnen Aminosäuren aufgespalten werden.

Das Enzym Phenylalaninhydroxylase (PAH) versucht nun mithilfe eines Koenzyms Tetrahydrobipterin (BH4), die Aminosäure Phenylalanin (PHE) in Tyrosin umzuwandeln. In einem gesunden Stoffwechsel wird das funktionieren. Doch wenn das Enzym PAH nicht ausreichend Leistung bringt, oder gar nicht vorhanden ist, dann wird erstens Tyresin nicht hergestellt und zweitens kann das überschüssige PHE nicht abgebaut werden.

Die Frage ist zu stellen, warum das Enzym Phenylalaninhydroxylase nicht funktioniert. Nun, die Antwort liegt in der Genetik. Das >Enzym ist mutiert, das heißt es hat seine Struktur verändert. Da das der Fall ist, kann es sich nicht mehr binden und der Stoffwechselpfad wird nicht mehr hergestellt werden können. Die Art der Vererbung habe ich im obigen Teil bereits erklärt (autosomal rezessiv.)

5.0 Welche Behandlungsmöglichkeiten stehen der Phenylketonurie zur Verfügung?

Zunächst ist zu sagen, dass es keine andere angeborene Stoffwechselkrankheit gibt, die durch eine Diät zu behandeln ist. Die Diät muss das ganze Leben lang streng eingehalten und darf unter keinen Umständen unterbrochen werden. Ziel ist es, die PHE Konzentration im Körper zu regulieren und auf einen gesunden Wert zu beschränken.

Der Patient wird anstelle von diesen Produkten also mit einem Spezialgetränk gefüttert. Dieser enthält alle Mineralien und Vitamine, die das Baby zum Wachsen und Entwickeln benötigt. Dieses riecht allerdings unangenehm. Im Laufe des Älterwerdens, müssen einige Reglungen beachtet werden. Es gibt zum Beispiel eine Reihe von Lebensmitteln, die tabu sind für PKU erkrankte Kinder.

Verboten ist unter anderem: Brot, Kuchen, Weizenkeime, Fleisch, Fisch, Geflügel, Wurst, Käse, Milch, Joghurt, Butter, Milchreis, Eier, Bohnen, Erbsen, Reis, Nudeln, Nüsse, Schokolade und verschiedene Süßstoffe. Die Diät wird jedem Patienten individuell angepasst, es gibt strenge Ernährungsplanungen, die auf die individuellen Ansprüche ausgerichtet sind. Wird die Diät unterbrochen, führt das zu schweren Schäden im Gehirn und in den Nervenzellen.

Die Behandlungsmöglichkeit ist nicht teuer, anstrengend oder riskant. Das einzige, worunter die Betroffenen „leiden“ ist, dass sie niemals herausfinden werden, wie Fleisch, Fisch oder Schokolade schmecken. Im Vergleich zu anderen Krankheiten ist die PKU mit entsprechender Behandlung also äußerst einfach.

6.0 Schluss

Nachdem ich nun sehr detailliert und analysierend den Verlauf der PKU beschrieben habe, kann ich allgemein sagen, dass diese Erkrankung zwar häufig auftritt, aber dafür auch leicht zu behandeln ist. Trotz der Tatsache, dass sie als die am weitesten verbreitete Stoffwechselkrankheit in Deutschland gilt, sind die Behandlungsmöglichkeiten, die Therapieverfahren, sowie die Lebensqualität risikofrei, preisgünstig und kaum zu unterscheiden mit den Lebensstandards gesunder Menschen.

Bei der gefährlicheren atypischen PKU ist die Behandlung überraschend einfacher: Sie erfolgt in Tablettenform, ein Medikament zum täglichen Einnehmen, was den PHE – Spiegel im Blut senkt.13

6.1 Was mir die Facharbeit gebracht hat

Ich freue mich, die Möglichkeit erhalten zu haben, eine so differenzierte Facharbeit über die Stoffwechselkrankheit Phenylketonurie schreiben zu dürfen. Die Arbeit, die Recherchen und das viele Schreiben wurden sofort ausgeglichen durch die neuen Erfahrungen, die ich während der Zeit der Facharbeit sammeln konnte. Ich habe viel über die PKU gelernt, viele Interessante Artikel, Bücher und Internetseiten gelesen und mich so intensiv wie möglich mit dem Thema beschäftigt.


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