Laboratory analysis of disorders in sodium and potassium homeostasis in cattle | Betrag zur Labordiagnostik von Störungen des Natrium- und Kaliumhaushaltes beim Rind

Laboratory diagnosis of disorders in sodium or potassium homeostasis is affected by various factors among these the diagnostic method applied in the laboratory and the pre-analytical process. The sodium and potassium contents in plasma or serum can be determined by direct ISE “which requires no dilution step” and by indirect ISE or flame photometry, the latter techniques requiring a dilution step which influences the results. A total of 26 blood samples collected from German Holstein cattle with laboratory values within the reference range were included for the agreement analysis between ISE (EML™ 105) and FAES (AAS, SOLAAR M6). The study using Bland and Altman statistical method demonstrated a considerable agreement in the measurement of sodium and potassium by the two analyzers which fulfill the requirements of the IFCC and CLSI. The mean difference between the two analyzers was -2.9±2.6 and -0.04±0.11 for sodium and potassium, respectively. Total protein levels below the reference range tended to cause a pseudohyper- effect for potassium and sodium when FAES was applied whereas high total protein levels resulted in a pseudohypo- effect but the effect was more prominent for sodium. In addition, globulins were more likely shown to cause a pseudohypo- and pseudohyper- effect than albumin. The effect of storage time and temperature on potassium and sodium ion concentrations was studied on whole blood samples from cattle stored at room temperature (22oC) and at 4oC with time interval up to 72 hours. Potassium ion concentrations showed a significant increase in samples stored at room temperature (22oC) (4.88±0.11 mmol/l) and at 4oC (5.82±0.23 mmol/l) at 24 hours and 72 hours following sampling, respectively, compared to the initial measurements (3.84±0.11 mmol/l). Sodium ion concentrations in samples kept at 22oC decreased significantly at 48 hours (139.6±0.42 mmol/l) while those kept at 4oC showed no significant differences up to 72 hours compared to the initial measurements (141.68±0.49 mmol/l). The sodium- potassium pump is implicated in increasing potassium and decreasing sodium concentrations stored at both storage temperatures. Low temperature is important to conserve viable samples stored, the importance of performing the blood analysis as soon as possible or centrifugation of blood samples must not be excluded. The effect of in vitro hemolysis on potassium concentrations was investigated in twenty bovine blood samples. The potassium values become falsely elevated in hemolyzed samples where, the concentration of potassium in non-hemolyzed and hemolyzed samples has a mean value of 4.99±1.14 mmol/l and 5.24±1.18 mmol/l, respectively. The plasma hemoglobin content in hemolyzed specimens was 82.77±68.1 mmol/l. A reliable correction factor to correct for falsely elevated potassium should be suitable in hemolyzed samples which are irretrievable. Where a high significant positive linear relationship between the change in potassium values and FPHgb from the non-hemolyzed to hemolyzed specimens existed; which offers a useful correction factor for potassium of 0.0025 (at 95% confidence interval, 0.0018 to 0.0031) x FPHgb in mg/dl. Muscle tissue is considered of greater value as indicator for body potassium status as plasma samples or hemolysates. Blood and muscle biopsy samples from 13 German Holstein cattle were collected for determining the relationship between plasma and muscle potassium contents. The potassium concentrations in both plasma and muscle biopsy samples were 4.01±0.72 mmol/l and 89.59±11.87 mmol/kg wet weight, respectively. A very weak correlation between the potassium and sodium concentrations in plasma and those in muscle samples was observed. In addition, the pH-values was correlated to plasma potassium concentration but not correlated to muscle potassium content. The observed results indicate that the correlation between pH-values and plasma potassium concentration was independent from the changes in muscle potassium content in the same animal. For this, the evaluation of total body potassium content cannot be based on potassium concentrations in blood samples, due to fact that most of the body potassium is located inside the cell.

Die Labordiagnostik von Störungen des Natrium- und Kaliumhomöostase wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Diese betreffen sowohl die Analyse im Labor, als auch die Präanalytik. Natrium- und Kaliumkonzentrationen können im Vollblut, Plasma- und Serumproben mittels Ionen-selektiver Elektroden (ISE- Technologie) bestimmt werden. Während das direkte Verfahren keinen vorgeschalteten Verdünnungsschnitt benötigt, geht der Probenbestimmung beim indirekteren Verfahren ein Verdünnungsschnitt voraus, durch den die Untersuchungsergebnisse beeinflusst werden können. Insgesamt 26 Blutproben von Rindern der Rasse Deutsch Holstein ausgewählt, deren Laborwerte im Referenzbereich lagen. An ihnen wurde die Übereinstimmung der Ergebnisse zwischen den Verfahren ISE (EML™ 105) und FAES (AAS, SOLAAR M6) bestimmt. Die statistische Analyse mittels der Bland-Altman Methode zeigte eine Übereinstimmung der Natrium- und Kaliumergebnisse zwischen den beiden Analyseverfahren, die den Anforderungen des IFCC und CLSI entsprechen. Die mittlere Differenz zwischen den beiden Verfahren waren für Natrium und Kalium -2,9±2,6 bzw. -0,04±0,11 mmol/l. Im zweiten Abschnitt führten Gesamtproteinwerte unterhalb des Referenzbereiches zu einem Pseudohypereffekt auf die Natrium- und Kaliumwerte beim FAES-Verfahren. Hohe Gesamtproteinwerte führten dagegen zu einem Pseudohypoeffekt, was ganz besonders für die Natriumwerte galt. Außerdem zeigten Globuline stärkere Pseudohypereffekt und Pseudohypoeffekt als Albumin. Die Auswirkung der Lagerungsdauer und der Temperatur auf die Natrium- und Kaliumionenkonzentrationen wurde an den Rindervollblutproben bestimmt, die bei Raumtemperatur (22°C) und Kühlung (4°C) während eines Zeitraumes bis zu 72 Stunden gelagert wurden. Die Kaliumionenkonzentrationen stiegen innerhalb von 24 und 72 Stunden in den Proben signifikant gegenüber der anfänglichen Messung an (3,84±0,11 mmol/l), wenn sie bei Raumtemperatur (22°C) (4,88±0,11 mmol/l) und gekühlt bei 4oC (5,82±0,23 mmol/l) gelagert wurden. Die Natriumionenkonzentrationen sanken signifikant nach 48 Stunden Lagerung bei 22°C Raumtemperatur ab (139,6±0,42 mmol/l), während die bei 4 °C gelagerten Proben, selbst nach 72 Stunden keinen signifikanten Unterschied zur Initialmessung (141,68±0,49 mmol/l) aufwiesen. Die Lagerungsbedingungen beeinflussen die Funktion der Natriumkaliumpumpe sodass Kalium- und die Natriumionenkonzentration bei beiden Lagerungsbedingungen zur Folge. Die Lagerung von Blutproben auf Eis zu keiner signifikanten Änderung der Ergebnisse der Blutgasanalyse, der Glukosebestimmung und der Natriumionenkonzentration bis zu 72 Stunden, und der Kaliumionenkonzentration bis 48 Stunden nach der Initialmessung führt. Niedrige Temperaturen für eine Konservierung der Proben sorgen, darf die Bedeutung der schnellen Durchführung der Blutanalyse bzw. des Zentrifugierens der Probe nicht außer Acht gelassen werden. Die Wirkung der in vitro Hämolyse auf die Kaliumkonzentrationen wurde bei zwanzig Rinderblutproben untersucht. Die Kaliumgehalte waren bei hämolytischen Proben, im Vergleich zum Ausgangsmaterial, fälschlich erhöht. Die Mittelwerte der Kaliumkonzentration in nicht hämolytischen und hämolytischen Proben betrugen 4,99±1,14 mmol/l gegenüber 5,24±1,18 mmol/l. Der Plasmahämoglobingehalt in hämolytischen Proben betrug 82,77±68,1 mmol/l. Ein zuverlässiger Faktor zur Korrektur von fälschlich erhöhten Kalium in hämolytischen Proben wäre geeignet der Ausgangsgehalt, die unwiederbringlich sind zu bestimmen. Zwischen den Änderungen der Kaliumwerte und FPHgb von hämolytischen und nicht hämolytischen Proben existiert eine hoch signifikante positive lineare Beziehung, welche einen nutzbaren Korrekturfaktor für Kalium von 0,0025 (bei einem 95%igen Konfidenzintervall, 0.0018 bis 0.0031)xFPHgb, bringt. Muskelgewebe wird gegenüber Plasmaproben oder Hämolysaten, als bedeutenderer Indikator für den Körperkaliumstatus angesehen. Von 13 Rindern der Rasse Deutsche Holstein wurden Blut- und Muskelbiopsieproben gesammelt, um die Beziehung zwischen dem Plasma- und dem Muskelkaliumgehalt zu bestimmen. Die Kaliumkonzentration im Plasma und in den Muskelbiopsieproben betrug 4,01±0,72 mmol/l und 89,59±11,87 mmol je kg Nassgewicht. Eine sehr schwache Korrelation wurde zwischen den Kalium- und Natriumkonzentrationen im Plasma und denen in den Muskelproben beobachtet. Des Weiteren war der pH-Wert zwar mit der Plasmakaliumkonzentrationk orreliert, nicht aber mit dem Muskelkaliumgehalt. Die beobachteten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Korrelation zwischen dem pH-Wert und der Plasmakaliumkonzentration unabhängig von den Veränderungen im Muskelkaliumgehalt beim selben Tier war. Deshalb lässt die Kaliumkonzentration in Blutproben keine Aussage über den Kaliumstatus eines Lebewesens zu, da der größte Anteil des Körperkaliumgehaltes innerhalb der Zellen lokalisiert ist.