HES (Hydroxyethylstärke)

Informationen zu HES 19.02.2001 - (Anlass: positive Dopingfälle bei den Skiweltmeisterschaften in Lahti, Finnland)

Erstmals seit dem 1.4.2000 verbietet die Medizinische Kommission des IOC die Anwendung von Plasmaexpandern wie HES (Hydroxyethylstärke)

Plasmaexpander sind Wirkstoffe, die zu einer Erhöhung des Gesamtblutvolumens (Volumenauffüllung) führen. Folgende vier Gruppen finden Anwendung als Plasmaexpander:

1. Humanes Albumin
2. Dextrane
3. Hydroxyethylstärke
4. Gelatine-Präparationen

Bei Dextranen handelt es sich um Polyzucker, die aus Glucosemolekülen als Grundbausteine aufgebaut sind. Als Plasmaexpander wird auch modifizierte Stärke nach Umsetzung der Glucosegrundmoleküle mit Hydroxyethylgruppen ("Ethanol") verwendet (Abb 1.). Gehandelt wird dieses Produkt unter dem Namen Hydroxyethylstärke (HES).

Plasmaexpander werden medizinisch bei peripherem Kreislaufversagen (Schock, Kollaps) angewendet und in die Blutbahn injiziert. Ursache hierfür ist in der Regel eine anhaltende Hypotonie (Niedrigdruck), die als Folge eines Missverhältnisses zwischen dem zirkulierenden Blutvolumen und der Kapazität des Gefäßraumes entsteht.

Die Injektion von Elektrolytlösungen (kristalloide Volumenersatzmittel) haben den Nachteil, dass sie die Blutbahn relativ schnell wieder verlassen und somit zu kurz wirken. Grundsätzlich sollten Elektrolytlösungen nur bei Störungen des Elektrolythaushaltes verwendet werden.

Plasmaexpander wurden vom IOC auf die Verbotsliste gesetzt, nachdem bekannt wurde, dass mit der Anwendung Athleten versuchen, den Hämatokritwert zu senken (als Gegenmaßnahme bei EPO-Doping). Eine weitere Anwendung ist die Kompensation von Flüssigkeitsverlusten bei Ausdauerbelastungen. 

Nebenwirkungen nach HES-Infusion werden folgendermaßen beschrieben (Fachinformation):

1. Hautreaktionen: starker kaum zu behandelnder Juckreiz
2. Schneller Herzschlag (Tachykardie), Blutdruck-Abfall, Schwindel, Übelkeit, Erbrechen
3. Schock, asthmaähnliche Zustände (Bronchospasmus)
4. Atem- und Kreislaufstillstand

Bei diesen Unverträglichkeitsreaktionen ist die Infusion sofort zu stoppen und die üblichen Sofortmaßnahmen sind vom Arzt einzuleiten.

Folgende Publikationen zum Nachweis von HES wurden aus dem Institut für Biochemie der Deutschen Sporthochschule Köln veröffentlicht:

Dtsch. Z. Sportmed. 52, 11 (2001) 316 320
Nachweis des Plasmavolumenexpanders Hydroxyethlstärke in Humanurin.
Thevis M, Opfermann G, Schänzer W

Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biochemie, Carl-Diem-Weg 6, 50933 Cologne, Germany m.thevis@biochem.dshs-koeln.de

Seit Januar 2000 sind Plasmavolumenexpander wie Hydroxyethylstärke (HES) durch das Internationale Olympische Komitee im Sport verboten. Therapeutisch werden diese zur Behandlung hypovolämischer Schockzustände und auch zur Durchblutungsförderung eingesetzt, im Sport jedoch zur unphysiologischen Erhöhung des intravenösen Körperflüssigkeitsvolumens und zur Senkung von Hämatokrit- bzw. Hämoglobinwerten.

Der Nachweis der Applikation von HES erfolgt in der Dopinganalytik mit Hilfe zweier Methoden, welche auf der Degradierung des Polymers und der anschließenden Derivatisierung der Monomere basieren. Dazu werden in einer schnellen Screening-Prozedur die per-Trimethylsilyl-Derivate der Glucose und der hydroxyethylierten Glucose (HEG) erzeugt und mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie detektiert.

Dabei werden die endogen nicht vorkommenden 2- bzw. 3-HEG mit Hilfe der eindeutigen Fragmentionen m/z 235, 248 und 261 identifiziert. Der Nachweis einer polysacchariden Struktur der Metaboliten der Hydroxyethylstärke wird anschließend in einer Bestätigungsmethode durch Bildung der teilweise methylierten Alditol-Aceta-te (PMAAs) erbracht.

Das Polymer wird dazu an allen freien Hydroxygruppen methyliert, hydrolysiert, zu Alditolen reduziert und anschließend an verbleibenden Hydroxygruppen acetyliert. Die resultierenden Produkte wurden mit Hilfe der Massenspektrometrie identifiziert. Mittels dieser Methoden konnten bei der nordischen Ski-weltmeisterschaft 2001 in Lahti (Finnland) sechs Athleten des Dopings überführt werden.

J Chromatogr B Biomed Sci Appl 2000 Jul 21;744(2):345-50
Detection of the plasma volume expander hydroxyethyl starch in human urine
Thevis M, Opfermann G, Schänzer W

Institute of Biochemistry, German Sports University Cologne, Germany, m.thevis@biochem.dshs-koeln.de

The plasma volume expander hydroxyethyl starch (HES) is usually administered in cases of hypovolaemic shocks but in 1998 the press reported its misuse in endurance sports. Since January 2000, it has been put on the list of prohibited substances of the International Olympic Committee (IOC) and its misuse is to ban by doping controls. Therefore, a rapid method enabling the screening for HES in human urine was developed which can be easily adopted by IOC laboratories to analyse routine urine samples for this remedy. Excretion study urine samples obtained from patients treated with HES, blank urine specimen and reference standards, were hydrolysed with hydrochloric acid and without any further purification of the resulting monosaccharides their per-timethylsilylated derivatives were performed. By means of gas chromatography-mass spectrometry the products were separated and the alpha- and beta-isomers of glucose, 2-, 3- and 6-hydroxyethyl glucose derivatives were identified. Typical ion traces of 2- and 3-substituted glucose (m/z 248, m/z 261 and m/z 235, m/z 248, respectively) support the fast determination of the substances whose electron impact mass spectra are presented and discussed.

J Mass Spectrom 2000 Jan;35(1):77-84
Mass spectrometry of partially methylated alditol acetates derived from hydroxyethyl starch.
Thevis M, Opfermann G, Schänzer W

Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biochemie, Carl-Diem-Weg 6, 50933 Cologne, Germany m.thevis@biochem.dshs-koeln.de

The degradation and derivatization of hydroxyethyl starch to partially methylated alditol acetates (PMAAs) allows its detection by gas chromatography/mass spectrometry. The derivatization was performed by permethylation of the carbohydrate, hydrolysis of the permethylated polysaccharide, reduction of the resulting monosaccharides to alditoles and finally acetylation. A close similarity in the fragmentation of the PMAAs obtained was observed in both electron ionization (EI) and chemical ionization (CI) mass spectra owing to the comparable structures of the derivatives. CI measurements permitted the recognition of introduced hydroxyethyl groups in the glucose residues by detection of [M(+)+1]-60 signals. Investigations concerning the EI fragmentation schemes allowed secure determinations of monohydroxyethyl monosaccharides and differentiations between the possible positions (C-2, C-3 and C-6) of the substituted hydroxyethyl groups. Proposed generations of the main fragment ions are presented.

Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biochemie, letztes Update 16.12.2001