Einführung in die Liquor - Diagnostik

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1 1 Einführung in die Liquor - Diagnostik PD Dr. Axel Regeniter Universitätsspital Basel PD Dr. Werner Siede Dipl. chem Helgard Möller Klinikum Lippe Erkrankungen des ZNS Menigitis, Meningoenzephalitis, Enzephalitis - bakteriell, viral, mykotisch, parasitär Polyneuritis, Polyneuropathie - Guillain-Barre-Syndrom Chronisch entzündliche Erkrankungen - multiple Sklerose, Autoimmun, Sarkoidose Tumoren - Hirntumor, Meningeosis carcinomatosa, lymphomatosa Demenz - M. Alzheimer

2 2 Das Labor erstellt keine medizinischen Diagnosen Das Labor erstellt Mess-Daten einer Probe zur pathobiochemischen Diagnose Ziele der CSF - Analytik Beurteilung der Funktion der Blut-Liquorschranke Nachweis eines entzündlichen Prozesses im ZNS - Differenzierung akut/chronisch - Identifizierung eines möglichen Infektionserregers Nachweis von Tumoren bzw. Tumormetastasen im ZNS Nachweis degenerativer Prozesse im ZNS

3 3 CSF - Analytik Zytologie Mikrobiologie, PCR Klin. Chemie (Glucose, Laktat) Proteinanalytik (Albumin, Ig) Infektionsserologie Grundlagen und Ziele der Liquoranalytik Beurteilung der Funktion der Blut-Liquor-Schranke Diagnose eines entzündlichen Prozesses im ZNS Nachweis der humoralen Immunreaktion akut + chronisch entzündlicher Prozess Zelluläre Immunreaktion akut entzündlicher Prozess Immunglobuline Oligoklonale Banden Erregerspezifische Antikörper

4 4 Kriterien eines entzündlichen Prozesses Leukozytenzahl erhöht aktivierte B-Lymphozyten intrathekale humorale Immunreaktion (mindestens ein Kriterium muß erfüllt sein, häufig treffen alle zu)

5 5 CSF - Leukozyten 0-4 : normal 5-30 : chronisch entzündlich > 30 : akut entzündlich > 300 : bakteriell Nachweis einer intrathekalen humoralen Immunreaktion Quantitative nephelometrische Messung der Immunglobuline G,A,M Beurteilung intrathekaler Ig-Synthese im Quotientenschema Nachweis oligoklonaler IgG-Fraktionen (Isoelektrischer Fokussierung) Vergleich der ÎgG-Banden in Liquor und Serum Nachweis erregerspezifischer Antikörper mittels Enzymimmunoassay Beurteilung intrathekaler erregerspezifischer Ig-Synthese durch Liquor/Serum-Quotienten Berechnung des Antikörperindex (AI)

6 6 Stufenplan der Liquoranalytik ein Flußdiagramm Pathobiochemische Grundlagen - Blut Liquor-Schranke - Intrathekale Produktion

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10 10 Q Alb - Parameter zur Beurteilung der Schrankenfunktion - Bezugsgröße zur Beurteilung einer intrathekalen Produktion - (Albumin stammt immer aus dem Serum und wird nicht intrathekal produziert)

11 11 Alterabhängigkeit des Albumin-Quotienten bei Kindern Altersabhängigkeit des Referenzwertebereiches für den Albumin-Quotienten im Lumbal -Liquor 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

12 12 Methodik der quantitativen Proteinanalyse Methode: Quantitative immunologische Messung der Immunglobuline G,A,M und des Albumins mittels Nephelometrie in Liquor und Serum Material: spezifische Antikörper in geeigneten Puffer-systemen Durchführung: Messung von Liquor- und Serumproben mit gleicher Kalibration bedeutet Verdünnung des Serums in den Konzentrationsbereich der Liquor Proteine (wird von den Geräten automatisch vorgenommen) Verringerung des Messfehlers: Antigenexzess ausschliessen (machen einige Geräte automatisch)

13 13 Ergebnisprotokoll Nephelometer Beispiel: Immage Fa.Beckman Parameter Probenart Ergebnis Einheit Verdünnung IgG Liquor 3,43 mg/dl 1:1 IgG Serum 1230 mg/dl 1: 216 Alb Liquor 20,2 mg/dl 1:6 Alb Serum 4220 mg/dl 1:1296 IgM Liquor 0,102 mg/dl 1:1 IgM Serum 208 mg/dl 1:216 IgA Liquor 0,466 mg/dl 1:1 IgA Serum 366 mg/dl 1:432 alle Ergebnisse sind auf Antigenexzess überprüft

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15 15 Ein CSF/Serum-Probenpaar ergibt folgende Mess-Werte: CSF (mg/l) Serum (g/l) Albumin IgG 47,3 11,4 IgA 4,52 2,37 IgM 2,11 0,75 - Berechnen Sie die CSF/Serum-Quotienten (Q) - Tragen Sie diese in das Quotientendiagramm ein - Erstellen Sie eine pathobiochemischen Befund Ergebnisse: Q Alb : 7,8 Q Ig G: 4,1 Q Ig A: 1,9 Q Ig M: 2,8 Pathobiochemischer Befund (Patientenalter 40 J.) - leichte Störung der Blut-CSF Schrankenfunktion - Intrathekale Ig M Synthese

16 16 Wertigkeit der Absolut-Referenzbereiche im Vergleich mit Li/Se-Quotienten für Liquor-Proteine: Beispiel IgG Albumin: 11,0-35,0 mg/dl IgG: 1,0-4,0 mg/dl IgA: 0,05-0,6 mg/dl IgM: bis 0,08 mg/dl Fall 1 normaler Li-IgG-Wert OB Typ 2 Fall 2 leicht erhöhter Li-IgG-Wert OB Typ Fall 3 deutlich erhöhter Li-IgG-Wert OB Typ 5 Reaktionsmuster der Immunglobuline Besonderheit entzündlicher ZNS-Erkrankungen: nur bedingt Wechsel der Immunglobulinklassen typische Immunglobulinmuster

17 17 Interpretation Oligoklonaler Bandenmuster Typ 1: OB neg. = intrathekale IgG-Synthese negativ Typ 2: OB CSF = intrathekale IgG-Synthese positiv Typ 3: identische OB CSF+Se und weitere OB CSF = intrathekale IgG-Synthese positiv Typ 4: identische OB CSF+Se = systemische Immunreaktion Typ 5: identische starke OB CSF+Se =Paraprotein Nachweis erregerspezifischer Antikörper Methode: Enzymimmunoassay zum quantitativen Nachweis Erreger - spezifischer AK in Liquor und Serum ( Masern, Röteln, VZV, HSV, EBV, CMV, HIV, Toxoplasmose, Mumps, Borrelien) Reagenz: z.b. Erreger-Antigen beschichtete Mikrotiterplatten Proben: Verdünnung von Liquor und Serum auf gleichen IgG-Gehalt : virusspezifische Antikörper Liquor 1:15 und Serum 1:3000 ( 1:200) Borrelien IgG: Liquor 1:5 und Serum 1:1000 (1:200) IgM:Li quor 1:5 und Serum 1: 2500 (1:500) Inkubation: Detektion: 3 Stunden / 1,5 Stunden POD markierter Antikörper mit anschliessender Farbreaktion Auswertung: 1. Ablesen der Konzentrationen von Liquor und Serum an einer Standardkurve mit willkürlichen Konzentrationseinheiten 2. Berechnung erregerspezif. AI-Wertes unter Einbeziehung der Proteindaten

18 18 Berechnung des Antikörperindex (AI) Der AI charakterisiert das Verhältnis von erregerspezifischem Antikörper- Quotient zum Gesamt-Immunglobulin-Quotient Antikörperspezifischer Liquor/Serum-Quotient: spez. IgG-Konzentration im Liquor Q IgG spez = spez. IgG-Konzentration im Serum 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 Ursachen einer humoralen intrathekalen Immunreaktion 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

19 19 Diagnostische Relevanz Oligoklonaler Banden versus MRZ-Reaktion Sensitivität Spezifität OKB hoch gering (MS: 98%) Nachweis bei zahlreichen infektiösen und autoimmunen Entzündungen sowie z.t. auch bei nicht entzündlichen ZNS-Erkrankungen MRZ geringer als OKB hoch (MS: > 90% ) (Dreierkombination) Nachweis eines chronisch entzündlichen Prozesses vom Autoimmuntyp; bei akuten Infektionen gibt es keine pathologischen AI-Werte für mehrere Erreger ( Ausnahme: Kreuzreaktivität bei Herpesviren) Wertigkeit verschiedener Parameter zur Diagnose von erregerbedingten akuten ZNS-Infektionen Parameter Sensitivität Spezifität Nachweiszeitpunkt (nach Krankheitsbeginn) Zellzahl, hoch gering direkt Morphologie stark differierende Pleozytosen, bei viralen Erregern zeitabhängige Beginn granulozytär Veränderung des Zellbildes später lymphozytär Kultur hoch hoch direkt Standardverfahren für bakterielle Infektionen hoher analyt.zeitaufwand keine diagnostische Relevanz für Viren und Borrelien intrathekale mäßig gering verzögert Ig-Synthese krankheitstypische Immunglobulin- nach ca. (3) 7-10 Tagen muster bekannt aber nicht spezifisch OKB mäßig gering verzögert für akute Infektion positiv bei einer Vielzahl neurolog. wesentliche Bedeutung für (hoch für chronisch Erkrankungen auch nicht chronisch entzündliche entzündl.prozesse) entzündlicher Genese Erkrankungen AI hoch hoch verzögert (90-100%) (90-100%) nach ca. (3) 7-10 Tagen (Cave: Mitstimulation) PCR hoch (80-95% ) hoch direkt (Borrelien (10-30%)) (90-100%) Achtung: Nachweis nur in der Frühphase

20 20 Zusammenfassung ( Take home message ) Konzentrationsabhängigkeit der Proteine im Liquor Serum-Konzentration Funktion der Blut-Liquorschranke Liquor-Fließgeschwindigkeit Molekülgröße Patientenalter intrathekale Synthese

21 21 Prinzip der Liquorprotein-Analytik Proteinanalytik im Liquor bedeutet: 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 Beurteilung der Funktion der Blut-Liquorschranke geeignter Parameter ist der Albumin-Quotient: 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! (Albuminkonzentration beträgt ca % der Gesamtproteinkonzentration)

22 22 Ursachen der Funktionsstörung der Blut- Liquor-Schranke Einfluss auf die Geschwindigkeit des Liquorflusses durch: Permeabilitätsstörung z.b. entzündliche Prozesse Zikulationsstörung z.b.blutung,tumor,hirninfarkt Kriterien eines entzündlichen Prozesses zelluläre Immunreaktion intrathekale humorale Immunreaktion

23 23 Nachweis einer intrathekalen humoralen Immunreaktion Immunglobuline (Q IgG, A, M) oligoklonale IgG-Fraktionen erregerspezifische Immunglobuline (AI) CSF Basis-Parameter Leukozytenzahl Leukozytendifferenzierung ( mononukleäre und polymorphkernige Zellen) Glukose, Laktat Gesamtprotein Albumin-Quotient Ig-Quotienten G (M, A)

24 24 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