In vivo- und in vitro-diagnostik berufsbedinger allergischer obstruktiver Atemwegserkrankungen. Monika Raulf-Heimsoth

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1 In vivo- und in vitro-diagnostik berufsbedinger allergischer obstruktiver Atemwegserkrankungen Monika Raulf-Heimsoth Regionalforum Arbeitsmedizin fit 4 job 2012, DASA, Dortmund

2 Krankheit 2

3 Anzahl der Verdachtsanzeigen/Bestätigungen BK Verdachtsanzeigen und Bestätigungen 2500 Verdachtsanzeigen Bestätigungen Jahr 3

4 Häufigste Auslöser einer BK 4301 laut BK-DOK - Gewerbliche BGen (BK-Verdacht bestätigt 2010) 524 Fälle insgesamt Weizenmehl Roggenmehl weitere diverse Getreidemehle Sojamehl, Lupinenmehl Enzyme (a-amylase, Xylanase, Glucoamylase, Cellulase) Milben Mehlwurm, Mehlmotte, Reismehlkäfer evtl. Schimmelpilze 4

5 Hochmolekulare Stoffe Pflanzlichen Ursprungs Weizen-/Roggenmehl (Getreide) Naturlatex Holzstaub (Abachi, Robinie etc.) Soja Enzyme (Papain, Bromelain) Nutz- und Zierpflanzenpollen Gewürze Tierischen Ursprungs Haare, Urin, Speichel, Hautschuppen von Nutz- und Labortieren Insekten Fische, Schalen- und Krustentiere Enzyme, z.b. aus dem Pankreas Mikrobiellen Ursprungs Schimmelpilze Enzyme aus Pilzen, z.b. a-amylase, Xylanase, Lipasen, Proteasen 5

6 Niedrigmolekulare Stoffe Persulfate (in Haarfärbemitteln) Metalle und Metallsalze Chrom Kobalt Nickelsulfate Platinum Chemikalien Säureanhydride (Prototyp: Trimellitsäure) Isocyanate (TDI, HDI, MDI) Acrylate, Methacrylate (künstliche Nägel) Ethylendiamin Medikamente (Antikörper, Cimetidine) 6

7 Problemfelder bei berufsbedingten Allergien Erkennen wir sie frühzeitig und finden wir den richtigen Auslöser der Beschwerden? Führen wir die Diagnostik mit den richtigen Testsubstanzen durch und welche Qualität haben sie? Welche Allergene sind kommerziell verfügbar? Haben sige-konzentrationen eine prädiktive Bedeutung für ein positives Expositionstestergebnis? Problem der falsch-negativen sige-werte Problem der falsch-positiven sige-werte Kreuzreaktion versus Kosensibilisierung Besondere Probleme bei Berufsallergenen 7

8 Stufenweises Vorgehen bei der Allergie-Diagnostik? Hauttest Anamnese Spezifischer Provokationstest In-vitro-Tests! arbeitsplatzbezogene Exposition unter kontrollierten Bedingungen sige und mehr sigg für EAA Sputumanalyse u.a. mit kommerziell verfügbaren Extrakten Krankengeschichte körperliches Check-up Röntgen Lungenfunktion Peak flow am Arbeitsplatz (PEF) 8

9 » Die frühe Erfassung arbeitsbedingter respiratorischer Symptome, Sensibilisierungen und eines arbeitsbedingten Asthmas ist durch Vorsorgeuntersuchungen möglich, die neben der eingehenden Anamneseerhebung mindestens eines der folgenden Untersuchungsverfahren enthalten: Allergietestung, Hyperreaktivitätstestung, spezifische bronchiale Provokation, weitergehende Diagnostik in einem Facharztzentrum. AWMF Prävention arbeitsbedingter obstruktiver Atemwegserkrankungen

10 Anamnese Zeitlichen Zusammenhang zwischen Atemwegsbeschwerden und der Arbeit ermitteln Unterscheiden sich die Asthmasymptome in der arbeitsfreien Zeit (Wochenende oder Urlaub)? (Abgrenzung zum nicht-beruflichen Asthma) Die Krankengeschichte des Patienten sollte einbezogen werden Arbeitsplatzanamnese - Branche - Aufgabenbereich - Exposition - Schutzmaßnahmen Vorkommen von Atemwegserkrankungen bei Kollegen Gab es in der Zeit vor Beginn der Symptome Änderungen im Arbeitsprozess? (mögliche Exposition gegenüber neuen Stoffen) Gab es eine ungewöhnliche Exposition innerhalb der letzten 24 Std. vor Beginn der ersten Atemwegsbeschwerden am Arbeitsplatz? (Ausschluss von RADS oder irritativ-induziertem OA) Sind die Symptome der allergischen Rhinitis und/oder Konjunktivitis während der Arbeitszeit schlimmer? (HMW versus LMW) angelehnt an Dykewicz MS, JACI 2009; 123:

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12 Hauttest Pricktest / Prick-to-Prick Test Mittel der Wahl in Typ-I-Allergiediagnostik Vorteile: einfach, schnell, günstig, zuverlässig Reibtest / Scratch-Reibtest Nachteile: Schlechte Standardisierung, häufig falsch-positiv, höhere Allergenexposition als Pricktest Intracutantest Vorteil: höhere Sensitivität als Pricktest Nachteile: weniger spezifisch, höhere Untersucherabhängigkeit, Aufwand und Gefährdungspotential In Anlehnung an PD Dr. Johannes Huss-Marp/Thermo Fisher Scientific 12

13 Limitierungen des Pricktests Abhängig von Histaminfreisetzung aus Mastzellen, d.h. - falsch positiv bei Urticaria factitia - falsch negativ bei Antihistaminika p.o. Testung am Menschen in vivo erforderlich Begrenztes Testareal (Kinder!) Hoher personeller und logistischer Aufwand Extrakte von wechselnder Qualität (Nahrungsmittel!) Präzise Ablesung nicht immer möglich In Anlehnung an PD Dr. Johannes Huss-Marp/Thermo Fisher Scientific 13

14 Skin-Prick-Test Negativkontrolle Histamin Weizenmehl Roggenmehl a-amylase Enzym-Mix Enzym-Mix a-amylase Roggenmehl Weizenmehl Histamin Negativkontrolle Modell des STADOCA Standard-SPT 14

15 Hautprick-Testextrakte - Qualitätskontrolle SPT-Lösungen Roggenmehl: Protein- und Antigenanteil, SDS-Page Hersteller Protein [µg/ml] Antigen [U/ml] % positive SPT* 1 Test- Effizienz [%]* 2 A Bencard ,5 6,5 Marker A B C D B ALK-Abelló C Lofarma D Stallergènes * 1 STADOCA-Ergebnisse (Quaddelgröße 1,5 mm) * 2 STADOCA-Ergebnisse (Gold-Standard sige Roggen >0,35 ku/l) Die Qualität der Extrakte ist sehr wichtig für eine gute Diagnostik 15

16 2. Anti-IgE IgE Allergen- (Mix) Festphase spez. IgE-Nachweis In vitro- Testsysteme zelluläre Teste Allergenextrakte Standard Einzelallergene - rekombinant - nativ Basophile CAST FlowCAST Histamin-Release PBMC LTT ergänzende Tests 16

17 Kommerziell verfügbar I ImmunoCAP Allergens 17

18 Kommerziell verfügbar II ImmunoCAP Allergens 18

19 Spezifisches IgE gegen Weizen und Roggen als ein prädiktiver Faktor für einen positiven spezifischen Provokationstest?* Weizen-Provokationstest mit 71 Bäckern Roggen-Provokationstest mit 95 Bäckern Weizen- und Roggen-spezifische IgE-Antikörper- Level wurden mit dem Pharmacia CAP-System- Test quantifiziert. *van Kampen V, Rabstein S, Sander I, Merget R, Brüning T, Broding HC, Keller C, Müsken H, Overlack A, Schultze- Werninghaus G, Walusiak J, Raulf-Heimsoth M: Prediction of challenge test results by flour-specific IgE and skin prick test in symptomatic bakers, Allergy 2008; 63:

20 Weizenmehl sige* + sige - Total Spez. Expositionstest Spez. Expositionstest Total Sensitivität Spezifität PPV NPV 87% 68% 74% 82% *Weizen-sIgE 0,35 ku/l 20

21 Mehl-spezifisches IgE [ku/l] 100 Weizenmehl >100 ku/l Roggenmehl >100 ku/l Median: 2,32 ku/l Median: 3,30 ku/l 10 Median: <0,35 ku/l Median: <0,35 ku/l 1 0,35 positiv n = 37 negativ n = 34 positiv n = 63 Spezifischer Expositionstest negativ n = 32 21

22 Sensitivität ROC-Kurve Weizenmehl 1,0 0,9 0,8 0,7 Weizen-spezifisches IgE: 0,37 ku/l Sensitivität: 0,86 PPV=0,74 Spezifität: 0,67 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Weizen-spezifisches IgE: 1,77 ku/l Sensitivität: 0,54 PPV=0,91 Spezifität: 0,94 sofern Weizenspezifisches IgE 2,32 ku/l PPV = 1,0 Sensitivität: 0,51 Spezifität: 1,0 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1 - Spezifität Roggenmehl Roggen-sIgE 9,64 ku/l 22

23 Bewertung Bei den untersuchten Bäckern hat eine erhöhte MehlsIgE-Konzentration eine hohe prädiktive Bedeutung für ein positives Expositionstestergebnis. Daher wird der Expositionstest bei symptomatischen Bäckern mit einer eindeutigen in-vitro Sensibilisierung gegen Mehl (teilweise) überflüssig. Im Gegensatz dazu hat ein negatives sige-ergebnis nur eine bedingte prädiktive Bedeutung. 23

24 Möglichkeiten zur Optimierung der Diagnostik Erfolgsstory Latex Methode Sensitivität Spezifität PPV NPV Eff. sige Latex k82 76% 98,3% 98,1% 78,7% 86,7% rhev b-mix 83,6% 98,3% 98,2% 84,3% 90,6% k82 + rhev b 5 90% 98,3% 98,4% 89,4% 93,75% Rekombinante Allergene können z.t. die Diagnostik verbessern 24

25 Latexallergie Allergenquelle Naturgummilatex Allergens Hevea brasiliensis Hev b 1-13 Rekombinant verfügbar rhev b 1, 3, 5, 6.01, 6.02, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Seren von Latexallergikern erkennen klar Hauptallergene. Rekombinante Einzelallergene dienen zur Bestimmung von Sensibilsierungsprofilen ( Komponenten-aufgelöste in vitro Diagnostik ). Verbesserung der in vitro-allergie-diagnostik durch Spiking des Extraktes mit einem stabilen rekombinanten Protein. Mikroarrays mit rek. Latexproteinen: eine neue und vielversprechende Möglichkeit für Komponenten-aufgelöste Diagnostik*. *Ott, Baron et al

26 Qualität der Allergenextrakte Allergenextrakte sollten alle wichtigen Allergene enthalten (Standardisierung der Allergenextraktherstellung). Labile aber wichtige Einzelallergenkomponenten können dem natürlichen Allergenextrakt z.b. in rekombinanter Form beigefügt werden ( Spiking ), um die diagnostische Qualität zu bessern. 26

27 Problem der falsch-positiven spezifischen IgE-Werte 27

28 Einschränkung der Spezifität des Nachweisverfahrens Relevanzbeurteilung bei Vorliegen von Kreuzreaktionen Phänomen: Kreuzreaktive Kohlenhydrat-Determinanten (=cross-reactive carbohydrate determinants; CCD) 28

29 Hilfsmittel für die Identifikation von Anti-CCD-IgE Name Bromelain MUXF 3 Meerrettich- Peroxidase Ascorbat- Oxidase Quelle Ananas gereinigt von Bromelain Meerrettich- Wurzel Zucchini Anzahl der Kohlenhydrat- Ketten Glykanstruktur* 1 MUXF MUXF 3 MMXF MMXF * 1 M: Mannose, X: Xylose, F: Fucose 29

30 Diagnosebaum 30

31 Besondere Probleme bei Berufsallergien Berufsbedingte Typ I-Allergien häufig Einzelfallbeschreibungen Standardisierte Extrakte fehlen Extraktherstellung aufwendig Ergänzende Tests sinnvoll Beispiel: Holzstaub-Allergene 31

32 Aufwendige Extraktherstellung Holzextraktion mit unterschiedlichen Puffer-Systemen Abachi Ahorn Eiche Esche Mahagoni Reihe 1-3: Puffer (ph 6,4; ph 7,4; ph 8,4); Reihe 3-5: 0,5% Detergenz (CHAPS) im Puffer; Reihe 6-9: 50% EtOH im Puffer 32

33 Wässriger, Detergenz und ethanolischer Holzextrakt [ku/l] Extraktvergleich Spez. IgE-Messung: wässriger Extrakt vs. mehrstufiger Holzextrakt 17,5 10 3,5 0,7 0,35 1 Mansonia Zedar Limba Mahagoni Eiche Teak Fichte Buche Abachi Pinie 0,35 0,70 1 3,5 10 Wässriger Extrakt [ku/l] 17,5 33

34 sige Streptavidin ImmunoCAP [ku/l] Festphasenvergleich Spezifische IgE-Messung: EAST vs. ImmunoCAP Vergleich EAST-Scheiben - Streptavidin ImmunoCAPs ,5 10 3,5 1 0,7 0,35 Abachiholzextrakt Eichenholzextrakt Buchenholzextrakt Robinienholzextrakt 0,1 Buchsbaumextrakt 0, sige EAST-Scheiben [ku/l] 34

35 Fallbericht Patient mit Holzstaub-Exposition und Verdacht auf Berufsasthma 57-jähriger Mann, keine Vorerkrankungen, Nichtraucher, in Landwirtschaft aufgewachsen Berufliche Exposition: 20 Jahre als Schreiner exponiert gegen verschiedene Holzstäube Symptome: Asthma, Rhinitis und Konjunktivitis (besonders gegen Buchen- und Ahorn-Holzstaub) Intrakutan-Test: Fichte, Abachi, Buche, Eiche, Pinie, Zeder und Weichholz-Mix Scratch-Test: Ahorn 35

36 Diagnostik In vitro ImmunoCAP mit standardisierten Holzextrakten und CCDs sige-inhibitionstest mit CCD-Inhibitor auf Hölzer- Festphase (ImmunoCAP-Inhibition) Basophilen Aktivierungstest mit Holzextrakten In vivo Hauttestung mit standardisierten Holzextrakten 36

37 Kreuzreaktion versus Kosensibilisierung Nachweis mittels in vitro-ige-inhibition Allergen A + Patientenserum IgE Zugabe vom 2. Allergen B Kompetitive Bindung (Inhibition) 2. Anti-IgE Allergen A 100 % Bindung Festphase reduzierte Bindung Inhibition 37

38 In vitro und in vivo Befunde Holz Hauttest (i.c./scratch) sige (ku/l) Inhibition mit HRP Basophilenakt. % HT-Prick (mm 2 ) Abachi negativ 0,84 93% 4,79 3,00 Ahorn positiv 3,20 30% 46,14 6,00 Esche 0,52 94% 15,72 0,00 Robinie 1,32 84% 13,94 2,00 Buche negativ 0,76 90% 28,89 0,00 Limba 0,61 67% 15,29 0,00 Mansonia 1,31 88% 11,51 3,00 Fichte s. pos. 3,23 92% 15,02 6,00 Lärche 0,78 56% 31,87 10,00 Erle 1,29 92% 20,73 0,00 Kiefer 0,47 74% 19,84 0,00 Kambala 0,76 72% 13,44 0,00 Buchsbaum 1,40 93% 0,00 3,00 HRP 6,02 100% 8,77 6,00 38

39 Antrag auf gutachterliche Untersuchung Antigenspezifischer IgE-Antikörper Abachi Mahagoni Buchsbaum Robinie Fichte Eiche Birke Teak Esche Lärche Ahorn Buche Limba Rotzeder Mansonia Meranti Erle Kiefer Kambala Ilomba Palisander Hölzer k212 bg103 bg106 bg107 bg108 bg109 bg111 bg112 bg113 bg114 bg115 bg116 bg117 bg118 bg119 bg120 bg122 bg229 bg250 bg259 bg

40 Empfehlungen zum Einsatz nicht-invasiver Methoden für die Bewertung von Atemwegsentzündungen durch Arbeitsplatz-relevante Allergene induziertes Sputum FeNO EBC Obere und untere Atemwege Nasallavage 40

41 Zusammenfassung Qualitätsoptimierung der Allergenextrakte und Standardisierung dringend erforderlich. Häufig Einzelfallbeschreibung selten Allergenaufklärung, daher individuelle Herstellung von Diagnostika erforderlich. Einbeziehen von molekularbiologischen/ biochemischen Erkenntnissen für die in-vitro Diagnostik von Berufsallergien verstärken. Nachweisverfahren optimieren und erweitern, auch für die in vivo-diagnostik. 41

42 Informationen 1) Berufsbedingte Allergien Poliklinik/Begutachtung/Isocyanat- und Mehlkammer Berufsdermatologie In vitro-allergiediagnostik für Berufsallergene 42

43 Informationen 2) Berufseinsteiger Broschüre der BAuA: Damit der Traumberuf kein Albtraum wird 43

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45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 45 45

46 Präventionsstrategien Eur Respir J 2012; 39: Guidelines for the management of work-related asthma. Baur X, Sigsgaard T, Aasen TB, Burge PS, Heederik D, Henneberger P, Maestrelli P, Rooyackers J, Schlünssen V, Vandenplas O, Wilken D; on behalf of the ERS Task Force on the Management of Work-related Asthma. 46

47 Empfehlungen zur Prävention und zum Management Screening in Hochrisikobereichen Bei Berufsanfängern ist die Inzidenz für berufsbedingte Symptome in den ersten 2-3 Jahren nach Expositionsbeginn am höchsten (Baseline-Untersuchungen empfohlen) Insbesondere bei HMW-Allergenen ist Atopie ein Risikofaktor Fortbestehende Exposition bei Symptomatik ist ebenfalls ein Risikofaktor Expositionskarenz ist in vielen Fällen der Expositionsreduktion überlegen (Meta-Analyse, Vandenplas et al., Eur Respir J 2011) Branchen-spezifische spezielle Programme, Empfehlungen und Handlungsanweisungen sollten genutzt bzw. umgesetzt werden 47