Referenzwerte im Liquor als Grundlage der Beurteilung entzündlicher und dementieller Veränderungen. Ziele der CSF - Analytik

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1 Ziele der CSF - Analytik Referenzwerte im Liquor als Grundlage der Beurteilung entzündlicher und dementieller Veränderungen Axel Regeniter Beurteilung der Funktion der Blut-Liquorschranke Nachweis eines entzündlichen Prozesses im ZNS - Differenzierung akuter/chronischer Prozesse - Identifizierung eines möglichen Infektionserregers Nachweis von Tumoren bzw. Tumormetastasen im ZNS Nachweis degenerativer Prozesse im ZNS Methoden der CSF Analytik Zytologie Klinische Chemie (Glucose, Laktat) Proteinanalytik (Albumin, Immunglobuline) Infektionsserologie Mikrobiologie, PCR Stufenplan der Liquoranalytik CSF Leukozytenzahl (/µl) 0-4 : normal 5-30 : chronisch entzündlich > 30 : akut entzündlich > 300 : bakteriell Hansotto Reiber: Grundlagen der Liquoranalytik CD 5 Moderne Liquordiagnostik 1

2 CSF Prinzip der Liquorprotein-Analytik - primär: verdünntes, molekülselektiertes Serum ( Blut-Liquor-Schranke ) - sekundär: Beimischung von in ZNS/Meningen synthetisierten Proteinen ( intrathekale Produktion ) Analytik im Liquor plus Analytik im Serum Interpretation der Ergebnisse über Liquor/Serum-Quotienten Begründung: dynamisches Gleichgewicht der Proteinverteilung Liquor/Serum durch die funktionelle Blut-Liquor-Schranke Ferritin: Abklärung von Subarachnoidalblutungen Med. Entscheidungsgrenze (15-18) Referenz (<10) Ferritin <15 >15 N Row % N Row % % 8.7% keine / unklare Angabe 6 negativ % % positiv % Differentialdiagnosen Meningiosis carcinomatosa bakterielle Meningitis Apoplex 13.2% (14 von 106 Proben) eine bessere Diagnose gestellt: < 18 µg/ L Eine Subarachnoidalblutung ist unwahrscheinlich, wenn das klinische Ereignis länger als 12 Stunden zurückliegt. >18 µg/ L Eine Subarachnoidalblutung ist wahrscheinlich, aber eine Meningiosis lymphomatosa / carcinomatosa, eine bakterielle Meningitis oder ein Schlaganfall (selten) können ebenfalls zu Erhöhungen führen Nachweis intrathekaler humoraler Immunreaktionen Immunglobuline (Q IgG, A, M) oligoklonale IgG-Fraktionen erregerspezifische Immunglobuline (AI) 2

3 Funktion der Blut-Liquor-Schranke Funktionsstörung Blut-Liquor-Schranke Albuminkonzentration im Liquor Q Alb = Albuminkonzentration im Serum Begründung: Albumin wird im Gegensatz zum Gesamtprotein nur in der Leber synthetisiert, d.h.die Albuminkonzentration im Liquor wird ausschließlich durch die Serumkonzentration bestimmt! (Albumin ca % des Gesamtproteins) Einfluss auf die Geschwindigkeit des Liquorflusses durch: Permeabilitätsstörung o z.b. entzündliche Prozesse Störung des Liquorflusses o z.b. Blutung, Tumor, Hirninfarkt Altersabhängigkeit des Albumin Quotienten Altersabhängigkeit des Referenzwertebereiches für den Albumin-Quotienten im Lumbal -Liquor Die numerischen Daten für diesen Zeitpunkt und für den Zeitraum des höheren Lebensalters der Erwachsenen sind in Kap. 4, Tab. 3, angegeben. Die initial zum Zeitpunkt der Geburt beobachteten hohen Werte von Q Alb, dem Liquor/Serum-Quotienten von Albumin, sind bedingt durch den langsamen Liquorfluß aufgrund der noch unreifen Arachnoidalzotten. Mit Abschluß der Reifung (4. Monat) erreicht der Liquorfluß eine maximale Geschwindigkeit und damit den niedrigsten Q Alb -Wert. Später wird durch altersbedingte Abnahme der Liquorproduktion im Plexus choroideus der Liquorfluß langsamer und damit der Q Alb - Wert wieder größer. Hansotto Reiber: Grundlagen der Liquoranalytik CD Alter (Jahre)Q-Alb x 10 3 bis 20 < 5,0 bis 40 < 6,5 bis 60 < 8,0 Ventrikel-Liquor: Referenzwerte Q Alb Lumbal-Liquor x 0,4 zisternaler Liquor: Referenzwerte Q Alb Lumbal-Liquor x 0,65 15 Ursprung der Immunglobuline im Liquor IgG (Liquor) IgG (Serum) % IgG Transfer 100% 10% 1% O.1 O.1 O.7% 1% 10% Lokale Synthese Referenz Norm Lokale Synthese & Serum Leck Serum Leck 0,7% 1% 10% % Albumin Transfer 100% Albumin (Liquor) Albumin (Serum) Konzentrationsabhängigkeit der Proteine im CSF Serum-Konzentration Funktion der Blut-Liquor-Schranke Liquor-Fließgeschwindigkeit Molekülgröße Patientenalter intrathekaler Synthese E.J.Thompson: The CSF Proteins: A Biochemical Approach Elsevier, 1988 (modifiziert) 17 3

4 Liquoranalytik Basisprogramm Liquorbefunde Zellzahl / Zellbild Akuter Prozess? Albuminquotient isoelektrische Fokussierung IgG, IgA, IgM (Reiber) Schrankenstörung, Reiber Formel Empfindlichste Methode (IgG) Ausschluss weiterer Erkrankungen V.a MS Graphisch orientierte Software Basis Analytik: Unauffälliger Befund Reaktionsmuster der Immunglobuline Besonderheit entzündlicher ZNS-Erkrankungen: nur bedingt Wechsel der Immunglobulinklassen typische Immunglobulinmuster 21 Moderne Liquordiagnostik Typische Liquordaten bei MS MS Neuroborreliose Parameter Häufigkeit (%) Oligoklonales IgG (IEF) 98% MRZ Reaktion (Masern, Röteln, VZV AI > 1.5) 93% Intakte Schranke (QAlb) 88% Intrathekale IgG Produktion 73% Pleozytose > 4 µl 61% Pleozytose > 35 µl 6% Schrankenstörung (QAlb > 10) 1% Reiber

5 Disease Specific CSF Pattern: Meningitis Verdacht! Neuroborreliosis Mononukleäres Zellbild. Example of a typical neuroborreliosis pattern: Dominant class reaction (humoral und cellular!) Barrier dysfunction Cell count: elevated (336/µl) Lactate: reference range (< 2,1 mmol/l). This pattern has a clinical sensitivity of 70% and specifity of 96% even before intrathecal borrelia antibody synthesis Liquortotalprotein und Albuminquotient erhöht: Permeabilitätsstörung oder Liquorflussbehinderung. Kein Nachweis einer intrathekalen Immunglobulin-Synthese Zeitlicher Verlauf: Intrathekale Produktion Integrierter Befundbericht: Patientin 41 Jahre Antikörperspezifischer CSF/Serum-Quotient Der AI charakterisiert das Verhältnis von erregerspezifischem Antikörper-Quotient zum Gesamt-Immunglobulin-Quotient spez. IgG-Konzentration im Liquor Q IgG spez = spez. IgG-Konzentration im Serum Der Antikörperindex ist der empfindlichste Parameter zum Nachweis einer intrathekalen spezifischen Antikörpersynthese Beispiel: Zoster-Ganglionitis keine intrathekale IgG-Synthese im Quotientenschema Nachweis von OKB: negativ wenn Q IgG < Q IgG lim : AI = Q IgG spez / Q IgG ges wenn Q IgG > Q IgG lim: AI = Q IgG spez / Q IgG lim Referenzbereich: 0,7-1,3 pathologisch: 1,5 spezifische intrathekale VZV-Antikörpersynthese nachweisbarr 5

6 Interpretation von AI-Werten 1. Normalbereich: AI= 0,7-1,3 AI-Werten im Normbereich liegen bei analytisch optimalen Bedingungen nahe dem theoretischen AI-Wert von 1,0 und sind untereinander homogen Beispiel: Hinweis auf eine intrathekale Synthese: AI=/>1,5 Grenzfälle Fall 1 Fall 2 AI=1,4 ist in dieser Konstellation als normal zu werten Integrierter Befundbericht Multiple Sklerose: seltene Konstellation: AI=1,3 ist in dieser Konstellation als erhöht zu werten Einzel-AI-Wert ist nicht immer eindeutig interpretierbar! Integrierter Befundbericht Neuroborreliose Pat.männl.,22Jahre Mögliche Befundkonstellation bei Neuroborreliose Patientin weiblich, 8 Jahre klassische Konstellation: mononukleäre Pleozytose Schrankenfunktionsstörung OB positiv Dominante intrathekale IgM-Synthese positive Borrelien-Ak im Serum 6. erhöhte Borrelien-IgG und IgM-AI Ursachen einer humoralen intrathekalen Immunreaktion Seltene Konstellation: CSF Biomarker erlauben eine frühzeitige Diagnose Therapeutische Intervention 1. chronisch entzündlicher Prozess - polyspezifische Immunreaktion 2. akut entzündliche Erkrankung - monospezifische Immunreaktion Wichtig: Punktionszeitpunkt beachten, Antikörperbildung erfolgt verzögert, ca Tage nach Infektion 3. Antikörperpersistenz (keine aktuelle Relevanz, Narbe ) Differenzierung: - Zellzahl - Funktion der Blut-Liquorschranke - evtl. auch Serumresultate mononukleäre Pleozytose geringe Schrankenstörung intrathekale IgM-Dominanz Serum-Borrelien-Nachweis negativ erhöhter Borrelien IgG- AI Abnahme der kognitiven Funktionen 100% Ablagerungen: Neurofibrilläre Tangles Amyloide Plagues years 1-15 years MCI Früh Mild Spät Diagnose des M. Alzheimer Präklinische Phase Klinische Phase 6

7 Liquor: Ein Fenster zum Gehirn Total - Tau Phospho - Tau β - Amyloid 1-42 CSF-Tau: years: <300 pg/ml years: <450 pg/ml years: <500 pg/ml Aβ1-42 : > 500 pg /ml CSF-Tau: years < 300 pg/ml years < 450 pg/ml years < 500 pg/ml P-Tau: < 61 pg/ml Increased Tau, P-tau levels and decreased AB42 has resulted In discrimination of AD from healthy controls with Specificity and Sensitivity of 83 to 87% in most of published studies Aβ1-42: > 450 pg/ml Zellzahlkorrektur im Liquor bei Blutkontamination Herkunftsort der Zellen kann Blut sein Vortäuschung oder Verstärkung einer Pleozytose 1. Pauschalkorrektur für die Gesamt-Leukozytenzahl: Abzug eines Leukozyten pro 1000 Erythrozyten / µl Nachteil: keine getrennte Korrektur für polymorphkernige und mononukleäre Zellen 2. Differenzierte Pauschalkorrektur für Gesamtleukozyten, polymorphkernige bzw. mononukleäre Zellen unter Verwendung von Mittelwerten des Normbereichs im Blut nach folgenden Formeln: korr.leuko Li = gezählte Leuko Li -( Ery Li x Leuko Blut / Ery Blut) korr.poly Li = gezählte Poly Li -( Ery Li x Poly Blut / Ery Blut) korr.mono Li = gezählte Mono Li -( Ery Li x Mono Blut / Ery Blut) 3. induviduelle Korrektur für oben genannten Zelltypen mittels gleichen Formeln am eigenen Differentialblutbild (Folie H. Möller) Vorteile der Individualkorrektur Patientenbeispiel: Liquor Blut Leukozyten 70/µl 14800/µl polymorphkernige Zellen 40/µl 10750/µl mononukleäre Zellen 30/µl 3800/µl Erythrozyten 40000/µl /µl Pauschalkorrektur der Gesamt-Leukozytenzahl: korr. Leukozytenzahl im Li : 30 Zellen Differenzierte Pauschalkorrektur nach Zelltyp mit durchschnittlichen Zellzahlen im Blut: Leukozyten 5000/µl Erythrozyten /µl polym.zellen 3000/µl mononukleäre Zellen 2000/µl korr.leukozytenzahl im Li: 30 Zellen korr.polymorph.zellen im Li: 16 Zellen korr.mononukl.zellen im Li: 14 Zellen Induviduelle Korrektur am eigenen Blutbild: korr.leukozytenzahl im Li: keine Zellen! korr.polymorph.zellen im Li: keine Zellen! korr.mononukl.zellen im Li: keine Zellen! (Folie H. Möller) 7

8 CSF Proteinwerte: Korrektur bei Blutkontamination Albumin und Immunglobuline können um den aus dem Blut stammenden Anteil nach folgender Formel korrigiert werden: korr.prot.wert Li = gemess. Prot.wert Li -( Ery Li x Prot.wert Blut / Ery Blut) Sie sollten als korrigierte Werte gekennzeichnet sein und sind als Näherungswerte zu interpretieren. Ab > 8000 Ery/µl keine zuverlässige Auswertung mehr möglich! (Folie H. Möller) Patientenbeispiel für Proteinwertkorrektur bei Blutkontamination im Liquor Erythrozytenzahl: Liquor Blut 6544/µl /µl Korrektur der Proteinwerte : korr.prot.wert Li = gemess. Prot.wert Li -( Ery Li x Prot.wert Blut / Ery Blut) gemessener Wert mg/dl korrigierter Wert mg/dl Differenz in % Albumin 24,3 18,3-25 IgG 4,60 2,88-37 IgA 0,604 0, IgM 0,167 0, Berechnung am Beispiel IgM : korr.igm-wert Li = gemess. IgM-Wert Li -( Ery Li x IgM-Wert Blut / Ery Blut) korr.igm-wert Li = 0,167mg/dl Li - ( 6544 Li x 74mg/dl Blut / Blut) korr.igm-wert Li = 0,167mg/dl Li - 0,113 = 0,054 Zellzahl / Zellbild: unauffällig. Negative isoelektrische Fokussierung und unauffällige, altersentsprechende Liquorproteine nach Reiber. Gesamtleukozytenzahl, Zahl der mononukleären und der polymorphkernigen Zellen sowie Liquorproteinkonzentrationen sind bei Blutkontamination im Liquor um den aus dem Blut stammenden Anteil rechnerisch korrigiert. Diese Ergebnisse sind als Näherungswerte zu interpretieren. Befund Vermittlung Visualisierung von Befunden Das menschliche Gehirn erfasst sehr effektiv visuelle Informationen (klinische Blickdiagnose, Röntgen bilder, Endoskopie). Abstrakte Labordaten werden teilweise ohne Zusammenhang über mehrere Seiten verteilt dargestellt und führen so auf Grund von Zeitmangel und kognitiver Kapazität (magische Nummer 7) zur Informationsüberlastung Darstellung der Daten Wertung von Veränderungen in Abhängigkeit ihrer diagnostischer Relevanz Visualisierung von pathobiochemischen Zusammenhängen: Befundmuster Fazit Referenzwerte im Liquor Abhängig von Schrankenfunktion Intrathekaler Produktion klassische Darstellung ist nicht möglich Abhängigkeit mehrerer Parameter «Beurteilung typischer Befundkonstellationen»

9 CSF - Integrierter Befundbericht Zusammenfassung aller analytischen Daten Basisparameter, Proteinanalytik Infektions-Serologie, PCR, Mikrobiologie Zytologie Interpretation Pathobiochemische Diagnose Hinweise für klinische Interpretation Vorschläge für weitere Differentialdiagnostik Plausibilitätskontrolle 9