Die Liquordiagnostik spielt eine entscheidende Rolle bei der Diagnose neurologischer Erkrankungen. Die Analyse des Liquor cerebrospinalis ist eine essenzielle Maßnahme und diagnostisch wegweisend bei Infektionen oder autoimmunen Entzündungen des zentralen Nervensystems (ZNS), bei neoplastischer Infiltration der Hirnhäute, zum Nachweis von Abräumreaktionen nach Blutungen in den Subarachnoidalraum oder in die Hirnventrikel sowie zur Früh- und Differenzialdiagnostik neurodegenerativer Erkrankungen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Nachweis antineuronaler Antikörper, die insbesondere bei paraneoplastischen neurologischen Syndromen und Autoimmunenzephalitiden von Bedeutung sind.
Bedeutung der Liquordiagnostik
Die Untersuchung des Liquors ist für die Diagnosestellung einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen von Bedeutung. Sie kann bei Verdacht auf Meningitis, multiple Sklerose, Blutungen oder Meningeosis carcinomatosa die Therapieentscheidung bestimmen. Die Analyse des Liquor cerebrospinalis ist bei neurologischen Erkrankungen eine essenzielle Maßnahme und diagnostisch wegweisend bei Infektionen oder autoimmunen Entzündungen des zentralen Nervensystems (ZNS), bei neoplastischer Infiltration der Hirnhäute, zum Nachweis von Abräumreaktionen nach Blutungen in den Subarachnoidalraum oder in die Hirnventrikel sowie zur Früh- und Differenzialdiagnostik neurodegenerativer Erkrankungen.
Stufenprogramm der Liquoranalytik
Die Liquoranalytik besteht aus einem 3-teiligen Stufenprogramm (siehe Tabelle 1 im Originaldokument). Angesichts der Zusammensetzung des zellarmen Liquors und der Besonderheiten der Liquorphysiologie sind mehrere die Präanalytik und Analytik sowie die Interpretation der Befunde betreffende Grundregeln zu beachten.
Präanalytische Aspekte
Der Liquor muss wegen einer rasch einsetzenden Zytolyse zeitnah (maximal binnen 2 Stunden nach der Lumbalpunktion) untersucht werden, um die Zellzahl zu ermitteln und die zytologischen Präparate anzufertigen. Liquor muss stets gemeinsam mit einer zeitnah zur Lumbalpunktion entnommenen Serumprobe untersucht werden, da die Proteinkonzentrationen im Liquor neben der Liquorflussgeschwindigkeit hauptsächlich von deren Blutkonzentrationen abhängen und deshalb das Serum zwingend als Bezugsgröße für die Liquorproteinanalytik herangezogen werden muss. Nach Plasmapherese oder Therapie mit hoch dosierten Immunglobulinen (IVIG) sollte eine Liquoranalyse frühestens nach 48 Stunden erfolgen, da sich das Fließgleichgewicht der Proteine zwischen Blut- und Liquorkompartiment verzögert adaptiert. Ansonsten werden unplausible Proteinbefunde erhoben.
Analytische Verfahren
Zellprofil
Automaten zur Zellzählung und -differenzierung sollten wegen unzuverlässiger Befunde vermieden werden. Die Differenzialzytologie sollte uneingeschränkt bei jeder Punktion unabhängig von der Gesamtzellzahl durchgeführt werden. Eine Zellvermehrung ≥ 5/µl kommt vor bei ZNS-Entzündungen, aber auch bei Tumorinfiltration der Meningen sowie als Reizreaktion nach Traumen, intrazerebralen und subarachnoidalen Blutungen, intrathekaler Applikation von Medikamenten (z. B. Zytostatika) oder nach wiederholter Lumbalpunktion und Anlage einer externen Ventrikeldrainage. Das normale Zellbild besteht aus mononukleären Zellen mit deutlichem Überwiegen von Lymphozyten gegenüber Monozyten.
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Laktat und Glukose
Die Bestimmung des Liquorlaktats ist - da auch ohne Kenntnis des korrespondierenden Serumwertes diagnostisch relevant - gegenüber der Bestimmung der Liquorglukose, die stets in Bezug zur Serumglukose beurteilt werden muss (normal: Liquor-/Serumquotient > 0,5), vorteilhaft. Zu einem Anstieg des Liquorlaktats kommt es insbesondere bei Infektionen durch Bakterien und Mycobakterium tuberculosis sowie auch bei Meningeosis carcinomatosa.
Proteinprofil
Liquor und Serum (verdünnt) müssen für die Proteinanalytik im selben Test und im vergleichbaren Konzentrationsbereich gemessen werden, um methodischen Impräzisionen vorzubeugen. Für die Beurteilung der Blut-Liquor-Schrankenfunktion (BLS) und einer möglichen intrathekalen Produktion von Immunglobulinen müssen für Albumin (Referenzprotein für die BLS) und Immunglobuline die Liquor-/Serumkonzentrationsquotienten berechnet werden.
Die Quotientenbildung für Albumin (QAlb) und Immunglobuline (QIgG, QIgA, QIgM) normiert die von den jeweiligen Serumkonzentrationen abhängige Diffusion dieser Proteine in den Liquor und macht die gemessenen Liquorkonzentrationen unabhängig von den individuell variablen Serumkonzentrationen.
Integrierter Gesamtbefund
Die zusammenfassende Darstellung der erhobenen Einzelparameter in einem integrierten Gesamtbefund ist unerlässlich, um krankheitstypische Befundmuster sowie deren Plausibilität auf Anhieb zu erfassen. Der integrierte Gesamtbefund umfasst obligat Angaben zu:
- der zellulären Beschaffenheit des Liquors (Zellzahl und Zytologie).
- den Liquor-/Serumquotienten von Albumin und den Immunglobulinen. QAlb reflektiert die individuelle BLS, da Albumin rein extrazerebral (in der Leber) produziert wird und somit die Albuminkonzentration im Liquor ausschließlich aus dem Blut stammt. Mit Bezug auf QAlb erlaubt die vergleichende Analyse der Liquor-/Serumquotienten für die Immunglobulinklassen eine quantitative Aussage darüber, ob sich mehr IgG, IgA oder IgM im Kompartiment Liquor befindet, als dies theoretisch durch reine Diffusion zu erwarten wäre. Ist dies der Fall, liegt eine intrathekale Ig-Produktion vor, die einen entzündlichen Prozess im ZNS nachweist und je nach Befundmuster dessen nähere Eingrenzung ermöglicht.
- der Relation der Immunglobulin-Quotienten zum Albumin-Quotienten anhand von Quotendiagrammen, die von Reiber und Felgenhauer etabliert wurden und einer empirisch und theoretisch fundierten Hyperbelfunktion folgen. Die Quotientendiagramme für IgG, IgA, IgM werden, sortiert nach der Radiusgröße der Proteine (IgG < IgA < IgM), grafisch untereinander wiedergegeben, was neben der Erkennung krankheitstypischer Muster dem Labor auch die Überprüfung der Befundplausibilität gestattet.
- oligoklonalen IgG-Banden (OKB). OKB treten unspezifisch bei subakuten und chronischen Entzündungen des ZNS als Korrelat einer oligoklonalen B-Zell-Aktivierung auf. Der qualitative Nachweis liquorspezifischer OKB mittels isoelektrischer Fokussierung weist gegenüber den auf der Grundlage quantitativer Messungen ermittelten Quotientendiagrammen mit höherer Empfindlichkeit das Vorliegen einer intrathekalen IgG-Synthese nach. Ein OKB-Muster liegt vor, wenn in parallelen Liquor-/Serumproben ≥ 2 Banden im Liquor, aber nicht im Serum (Typ-2-Muster) oder ≥ 2 liquorspezifische Banden zusätzlich zu identischen Banden in Liquor und Serum (Typ-3-Muster) zur Darstellung kommen.
Fakultativ und je nach klinischer Fragestellung können im integrierten Gesamtbefund Angaben zum Liquorlaktat, zur Glukosekonzentration in Liquor und Serum oder Spezialparameter wie erregerspezifische Antikörperindizes (AI) und Demenzmarker ergänzt werden.
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Spezialanalytik
Demenzmarker
Gegenwärtig sind die Biomarker Amlyoid-β1-42 (Aβ1-42), Amlyoid-β1-40 (Aβ1-40), Gesamt-Tau und Phospho-Tau-181 (pTau) sowie 14-3-3-Protein und der PrPSc-Aggregationsassay klinisch validiert und etabliert und können vor allem zur Positivdiagnostik verwendet werden (siehe Tabelle 1 bzgl. Referenzwerte für Alzheimer-Demenz). Andere primäre Demenzen, wie zum Beispiel die PPA (primär progrediente Aphasien) oder DLB (Demenz mit Lewy-Körperchen, „dementia with Lewy bodies“) bieten jedoch eine signifikante Überlappung einiger Biomarker, insbesondere Amyloid-β1-42 (Aβ1-42) und Gesamt-Tau, sodass eine rein neurochemische Differenzierung der unterschiedlichen Demenzätiologien basierend auf diesen Liquorbiomarkern allein gegenwärtig unzureichend ist.
Erregerdiagnostik bei Infektionen des ZNS
Erregerspezifische Antikörperindizes (AI) ermöglichen den diagnostisch bedeutsamen Nachweis einer intrathekalen Synthese von IgG-Antikörpern mit Spezifität für diverse Erregerantigene. Die Berechnung gelingt durch Quotientenbildung der Liquor-/Serumkonzentrationen des spezifischen IgG (QIgGspez) und deren Bezug auf die Liquor-/Serumkonzentrationen des Gesamt-IgG (QIgGgesamt). Werte ≥ 1,5 zeigen an, dass der Anteil des spezifischen IgG am Gesamt-IgG im Kompartiment Liquor größer ist als der Anteil des spezifischen IgG am Gesamt-IgG im Serum und belegen eine intrathekale Synthese des spezifischen IgG.
AI gelten bei einigen Infektionen als Goldstandard für den Erregernachweis (z. B. Neuroborreliose, Neuro-Lues) und sind als MRZ-Reaktion (intrathekale Synthese von mindestens 2 erregerspezifischen IgG-Antworten gegen Masern-, Röteln-, Varizella-Zoster-Virus) hochspezifisch für die multiple Sklerose (MS) und weisen die für diese Erkrankung typische polyklonale und unter anderem polyvirale B-Zell-Aktivierung nach.
Der direkte Erregernachweis erfolgt mikroskopisch (z. B. Gram-Färbung zum Nachweis von Bakterien oder Tuschefärbung zum Nachweis von Kryptokokken), anhand Antigen-Schnelltests, kultureller Erregeranzucht (zeitaufwendig und Ergebnis erst mit Latenz) und durch Detektion pathogenspezifischer Genomabschnitte mittels Nukleinsäure-Amplifikationstechniken (am häufigsten Polymerase-Kettenreaktion, PCR).
Antineuronale Antikörper und ihre klinische Relevanz
Unerklärliche neurologische Symptome wie Gedächtnisstörungen, depressive Verstimmungen, Verhaltensstörungen oder Parästhesien, Missempfindungen, Schmerzen, Gangunsicherheit können durch eine paraneoplastische Enzephalitis bzw. Polyneuropathie bedingt sein. Oft treten die neurologischen Symptome auf, bevor der Primärtumor bekannt ist. Die paraneoplastische Ätiologie einer neurologischen Erkrankung ist gesichert, wenn antineuronale Antikörper im Serum oder Liquor nachgewiesen werden. Ist kein Primärtumor bekannt, kann die Spezifität des Antikörpers einen Hinweis auf den Sitz des Primärtumors geben.
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Autoimmunenzephalitiden
Autoimmunenzephalitiden betreffen jährlich etwa eine von 100 000 Personen. Typische Biomarker sind bei einem Großteil der Patienten distinkte IgG-Autoantikörper in Serum und/oder Liquor. Eine Unterteilung erfolgt in mehrheitlich paraneoplastische Syndrome mit Nachweis von klassischen onkoneuralen Antikörpern (Spezifität für intrazelluläre Antigene wie anti-Hu, -Yo, -Ri; prognostisch ungünstig, schlechtes Ansprechen auf Immuntherapie) und Syndrome, die nicht oder deutlich seltener in Assoziation mit Malignomen vorkommen und mit dem serologischen Nachweis von Antikörpern mit Spezifität für Oberflächenantigene einhergehen (z. B. NMDA-Rezeptor, LGI1-Protein, CASPR2-Protein; GABAB-Rezeptor, AMPA-Rezeptor; häufiger, prognostisch günstiger, oft gutes Ansprechen auf Immuntherapie).
Prototypen sind:
- NMDA-Rezeptor-Enzephalitis: Diese Erkrankung betrifft altersunabhängig fast ausschließlich Mädchen und Frauen. Sie manifestiert sich mit einem neuropsychiatrischen Symptomspektrum (Verhaltensauffälligkeit, Psychose, Anfälle, Bewegungsstörung) und kann zu langer Intensivpflichtigkeit führen. Bei frühzeitiger Immuntherapie und ggf. Tumortherapie (in 30-40 % Ovarialteratome) ist jedoch eine günstige Langzeitprognose möglich.
- LGI1-Enzephalitis: Diese Erkrankung betrifft insbesondere Männer im mittleren oder höheren Lebensalter. Zu den Kernmerkmalen gehören eine rasch einsetzende Störung des Kurzzeitgedächtnisses und der Orientierung sowie außerdem fokale und generalisierte Anfälle.
Die Diagnose wird durch den Nachweis antineuronaler Antikörper in Serum und Liquor gesichert. Da zum Beispiel NMDAR-Antikörper ausnahmslos intrathekal produziert werden, kann die Diagnosesicherung früher durch parallele Mituntersuchung einer Liquorprobe gelingen. Die Liquoranalytik ist diagnostisch wichtig und kann bei rasch einsetzenden und nicht fieberhaften enzephalopathischen oder demenziellen Syndromen frühzeitig den Verdacht auf eine Autoimmunenzephalitis lenken.
Häufig, aber nicht in allen Fällen, liegt eine leicht bis mäßig ausgeprägte lymphozytäre Zellzahlerhöhung vor (bis ca. 100/µl), gegebenenfalls eine gering- bis mäßiggradige BLS-Funktionsstörung, oft eine intrathekale IgG-Synthese, am häufigsten in Form einer liquorspezifischen OKB.
Autoimmunenzephalitiden sind wichtige und behandelbare Differenzialdiagnosen von erregerbedingten Erkrankungen des ZNS, Psychosen und Demenzen. Im jüngeren Lebensalter und bei weiblichem Geschlecht muss insbesondere die NMDA-Rezeptor-Enzephalitis gegenüber der Erstmanifestation einer Psychose abgegrenzt werden, im höheren Erwachsenenalter und bei männlichem Geschlecht kann eine LGI1-Enzephalitis als rasch fortschreitende präsenile Demenz verkannt werden.
Multiple Sklerose
Die häufigste entzündliche Erkrankung des ZNS bei jungen Erwachsenen (Prädilektionsalter 20. bis 40. Lebensjahr) wird häufig durch Sehstörungen (Sehnervenentzündung, Doppelbilder) sowie sensible und/oder motorische Störungen symptomatisch. Der Verlauf ist mehrheitlich zunächst relapsierend, später oft chronisch progredient.
Die Liquoranalyse ist ein essenzieller diagnostischer Baustein. Eine intrathekale IgG-Synthese kann als kardinaler Befund gemäß den aktuellen Diagnosekriterien zum diagnostisch geforderten Nachweis der zeitlichen Dissemination des Entzündungsprozesses herangezogen werden, sofern in der kranialen Magnetresonanztomografie (MRT) die Kriterien für die ebenfalls nachzuweisende örtliche Dissemination (≥ 1 krankheitstypische T2-Läsionen in mindestens 2 MS-typischen Regionen) erfüllt sind, jedoch keine aktiven (Kontrastmittel anreichernden) Läsionen als Korrelat einer zeitlich versetzten und damit chronischen Evolution der Entzündung vorhanden sind.
Typisches Befundmuster: Es liegt eine leichte Zellzahlerhöhung (maximal bis 50/µl) mit wenigen transformierten Lymphozyten und Plasmazellen vor. Eine intrathekale IgG-Synthese, die im Krankheitsverlauf persistiert, wird entweder rechnerisch im Quotientendiagramm oder mit deutlich höherer Empfindlichkeit durch liquorspezifische OKB (Typ-2- oder Typ-3-Muster) nachgewiesen. Es besteht eine 2- oder 3-fach positive MRZ-Reaktion (Parameter mit höchster Spezifität für MS, weniger sensitiv [ca. 63 % der Fälle] als OKB [> 90 %]).
Insbesondere bei fehlender oder nur transienter intrathekaler IgG-Synthese (Quotientendiagramm oder OKB) und/oder Zellzahl > 100/µl im akuten Schub muss Zweifel an der MS-Diagnose aufkommen und eine Neuromyelitis-optica-Spektrum-Erkrankung (NMOSD) oder Enzephalomyelitis mit Seropositivität für MOG-(Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein-)IgG erwogen werden. Beide Erkrankungen sind antikörpervermittelte Entitäten, die mit der MS klinisch sowie auch radiologisch überlappen können und dominant die Sehnerven, das Myelon und den Hirnstamm betreffen. Sie unterscheiden sich jedoch hinsichtlich Prognose und Immuntherapie von der MS.
Methodische Aspekte der Antikörpertestung
Derzeit werden hauptsächlich zwei verschiedene Techniken für die Detektion antineuronaler Antikörper verwendet: ein zellbasierter Assay („cell-based assay“, CBA) und ein gewebsbasierter Assay („tissue-based assay“, TBA). Das Prinzip des CBA besteht darin, Zellen (meist HEK293-Zellen) mit dem jeweiligen Rezeptor zu transfizieren und anschließend mit dem Serum oder Liquor des Patienten mittels indirekter Immunfluoreszenz zu färben. Beim gewebsbasierten Assay werden Ratten- oder Maushirne mit dem Serum oder Liquor des Patienten mittels indirekter Immunhistochemie oder Immunfluoreszenz gefärbt. Falls Autoantikörper vorhanden sind, binden diese an den jeweiligen Rezeptor des Nagerhirns, was in einem sogenannten Neuropilfärbemuster resultiert. Der TBA eignet sich vor allem als Screeningverfahren, um auch neue, noch nicht charakterisierte Antikörper zu detektieren.
Für die Autoantikörpertestung sollten wenn möglich sowohl Liquor als auch Serum eingesandt werden. Im Falle einer alleinigen Testung von Serum besteht ein höheres Risiko für falsch positive Ergebnisse, darüber hinaus können einige Antikörper wie der NMDAR, AMPAR oder GABA(B)R ausschliesslich im Liquor nachweisbar sein und man würde Patienten übersehen, wenn man nur Serum testet. Ganz sollte man dennoch nicht auf die Serumtestung verzichten, denn selten können Autoantikörper auch besser dort nachweisbar sein (z.B. Anti-LGI1- oder CASPR2-Antikörper, obwohl diese meist auch im Liquor positiv sind). Verdünnungsreihen werden verwendet, um den Antikörpertiter zu bestimmen. Diese sind insbesondere hilfreich, um die Krankheitsaktivität bei Patienten mit verlängertem Krankheitsverlauf zu bestimmen oder um einen Rückfall zu diagnostizieren. Für diese Fragestellungen sind Liquortiter aussagekräftiger als Serumtiter.
Spezifische Antikörpernachweise
Erfasst werden folgende anti-neuronale Antikörper bei paraneoplastischen-neurologischen Syndromen: Anti-Hu (ANNA1), Anti-Ri (ANNA2), Anti-Yo (PCA1), Anti-Ma1, Anti-Ma2, anti-Amphiphysin, anti-CV2 (anti-CRMP5). Der Anti-SOX1-Antikörper wird mit Hilfe der IIFT-Technik nachgewiesen werden, nicht jedoch mit dem Immunoblot für anti-neuronale Antikörper. Der Anti-Trotter-Antikörper kann nur mit Hilfe der IIFT-Technik (Bestätigungstest) nachgewiesen werden, nicht jedoch mit dem Immunoblot.
Interpretation und klinische Bedeutung
Nicht jeder gegen körpereigene Proteine gerichtete Antikörper, der sich in Blut oder Liquor nachweisen lässt, ist klinisch relevant. „Klinisch relevant werden Autoantikörper dann, wenn ein dazu passendes typisches klinisches Bild vorliegt“, sagte Prof. Dr. Harald Prüß von der Charité - Universitätsmedizin Berlin. Noch besser, wenn der Antikörper nachweislich pathogen ist und das Krankheitsbild reproduzierbar auf eine Immuntherapie anspricht.
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