Eiweiß, Glukose und Liquor cerebrospinalis: Eine umfassende Übersicht

Der Liquor cerebrospinalis, oft als Hirnwasser bezeichnet, ist eine klare, farblose Flüssigkeit, die das zentrale Nervensystem (ZNS) umspült und eine wichtige Rolle für dessen Funktion und Schutz spielt. Er zirkuliert durch ein System von Hohlräumen im Gehirn und Rückenmark, den Ventrikeln, dem Subarachnoidalraum und dem Zentralkanal des Rückenmarks. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Überblick über die Zusammensetzung, Produktion, Zirkulation, Funktion und klinische Bedeutung des Liquors.

Zusammensetzung des Liquors

Der Liquor cerebrospinalis ist eine plasmaähnliche Flüssigkeit, deren Elektrolytgehalt weitgehend dem des Blutplasmas entspricht. Allerdings ist er sehr zell- und proteinarm. Die Konzentrationen von Elektrolyten, Glukose und Laktat werden durch fein abgestimmte Transportsysteme reguliert. Im Vergleich zum Blutplasma weist der Liquor im physiologischen Zustand einen stark erniedrigten Proteingehalt auf.

Produktion und Zirkulation des Liquors

Der größte Teil des Liquors wird von dem spezialisierten Gewebe, dem Plexus choroideus, in den Seitenventrikeln sowie im dritten und vierten Ventrikel gebildet. Die Sekretionsrate beträgt 0,2-0,35 ml pro Minute, was einer täglichen Produktion von etwa 500 ml entspricht. Etwa zwei Drittel der Produktion entstammen dem Plexus choroideus, der Rest aus extrachoroidalen Quellen, vor allem aus Blutgefäßen. Das Speichervolumen im gesamten ZNS beträgt 110-160 ml. Aufgrund der erheblichen Differenz zwischen Produktion und Speichervolumen wird der gesamte Liquor täglich etwa drei Mal ausgetauscht.

Der Liquor fließt von den Plexus choroidei der Seitenventrikel über die Foramina interventricularia in den dritten Ventrikel und gelangt über den Aquaeductus cerebri in den vierten Ventrikel. Von dort aus zirkuliert er in den Subarachnoidalraum. Der größte Anteil des Liquors wird über die Granulationes arachnoideales (Pacchioni-Granulationen) resorbiert und in die venösen Hirnsinus (Sinus durae matris) geleitet.

Treibende Kraft der Liquorzirkulation sind die arteriellen Pulsationswellen des Hirnparenchyms. Die großen Hirngefäße, ihre Äste und Kapillaren erzeugen eine pulsatile Rhythmik, die den Liquortransport bedingt und in geringem Maße auch zu einer Durchmengung des Liquors beiträgt.

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Funktionen des Liquors

Der Liquor cerebrospinalis erfüllt vielfältige Funktionen im ZNS:

• Schutz: Er federt Gehirn und Rückenmark bei mechanischen Einwirkungen ab und schützt so vor Verletzungen. Das Gehirn schwebt im Liquor, was eine Stoßdämpfung zu allen Seiten ermöglicht.
• Immunologischer Schutz: Der Liquor bietet einen grundlegenden immunologischen Schutz des ZNS.
• Stoffwechsel: Er transportiert Stoffwechselabfälle ab und versorgt das Nervengewebe mit Nährstoffen, Neuromodulatoren und Neurotransmittern.
• Homöostase: Der Liquor trägt zur Aufrechterhaltung der Homöostase im Gehirn bei, indem er das Ionenmilieu reguliert und so die Funktion von Signalwegen ermöglicht.
• Statischer Auftrieb: Der Liquor sorgt für statischen Auftrieb und entlastet so die Strukturen des Gehirns.

Klinische Bedeutung des Liquors

Die Untersuchung des Liquors ist für die Diagnostik einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen von großer Bedeutung. Sie kann bei Verdacht auf Meningitis, Multiple Sklerose, Blutungen oder Meningeosis carcinomatosa die Therapieentscheidung bestimmen. Die Liquoranalytik ist eine essenzielle Maßnahme bei neurologischen Erkrankungen und diagnostisch wegweisend bei:

• Infektionen oder autoimmunen Entzündungen des ZNS
• Neoplastischer Infiltration der Hirnhäute
• Nachweis von Abräumreaktionen nach Blutungen in den Subarachnoidalraum oder in die Hirnventrikel
• Früh- und Differenzialdiagnostik neurodegenerativer Erkrankungen

Liquorpunktion

Zur Diagnostik oder zum Ausschluss entzündlicher Erkrankungen des Gehirns dient die Liquorpunktion. Ein erhöhter Gehalt an Zellen oder Proteinen weist auf eine Störung der Blut-Hirn-Schranke hin und ist damit Hinweis auf ein pathologisches Geschehen. Die Entnahme von Liquor kann lumbal (Lumbalpunktion) oder subokzipital (Subokzipitalpunktion) erfolgen.

Die Lumbalpunktion ist das gängigste Verfahren. Dabei liegen Patient:innen auf der Seite oder sitzen. In beiden Fällen müssen sie sich nach vorne beugen, um die Dornfortsätze maximal auseinanderzuklappen. Eine Nadel wird zwischen den Dornfortsätzen von L3 und L4 oder L4 und L5 in den Durasack eingeführt und der Durasack punktiert. Der Eingriff erfolgt unter sterilen Bedingungen, in der Regel ohne Anästhesie.

Liquoranalytik

Die Liquoranalytik besteht aus einem dreiteiligen Stufenprogramm:

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1. Präanalytik: 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. Zudem 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.
2. Analytik:
   • Zellprofil: 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 oder nach wiederholter Lumbalpunktion und Anlage einer externen Ventrikeldrainage.
   • Laktat und Glukose: Die Bestimmung des Liquorlaktats ist gegenüber der Bestimmung der Liquorglukose vorteilhaft, da sie auch ohne Kenntnis des korrespondierenden Serumwertes diagnostisch relevant ist. Zu einem Anstieg des Liquorlaktats kommt es insbesondere bei Infektionen durch Bakterien und Mycobakterium tuberculosis sowie auch bei Meningeosis carcinomatosa. Die Liquorglukose muss stets in Bezug zur Serumglukose beurteilt werden (normal: Liquor-/Serumquotient > 0,5).
   • Proteinprofil: Liquor und Serum müssen für die Proteinanalytik im selben Test und im vergleichbaren Konzentrationsbereich gemessen werden. Für die Beurteilung der Blut-Liquor-Schrankenfunktion (BLS) und einer möglichen intrathekalen Produktion von Immunglobulinen müssen für Albumin und Immunglobuline die Liquor-/Serumkonzentrationsquotienten berechnet werden.
3. 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 zur zellulären Beschaffenheit des Liquors, den Liquor-/Serumquotienten von Albumin und den Immunglobulinen sowie oligoklonalen IgG-Banden (OKB). Fakultativ können Angaben zum Liquorlaktat, zur Glukosekonzentration in Liquor und Serum oder Spezialparameter wie erregerspezifische Antikörperindizes (AI) und Demenzmarker ergänzt werden.

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.
• Erregerdiagnostik bei Infektionen des ZNS: Erregerspezifische Antikörperindizes (AI) ermöglichen den diagnostisch bedeutsamen Nachweis einer intrathekalen Synthese von IgG-Antikörpern mit Spezifität für diverse Erregerantigene. Der direkte Erregernachweis erfolgt mikroskopisch, anhand Antigen-Schnelltests, kultureller Erregeranzucht und durch Detektion pathogenspezifischer Genomabschnitte mittels Nukleinsäure-Amplifikationstechniken (PCR).

Typische Liquorprofile bei verschiedenen Erkrankungen

• Multiple Sklerose (MS): Typisch ist eine leichte Zellzahlerhöhung (maximal bis 50/µl) mit wenigen transformierten Lymphozyten und Plasmazellen. Eine intrathekale IgG-Synthese, die im Krankheitsverlauf persistiert, wird entweder rechnerisch im Quotientendiagramm oder mit deutlich höherer Empfindlichkeit durch liquorspezifische OKB nachgewiesen. Es besteht eine 2- oder 3-fach positive MRZ-Reaktion.
• Autoimmunenzephalitis: 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.
• Bakterielle Meningitis: Das Liquorprofil zeigt eine deutliche Zellzahlerhöhung (meist > 1.000/µl) mit überwiegend neutrophilen Granulozyten, eine Erhöhung des Proteingehalts und eine Erniedrigung des Glukosegehalts.
• Virale Meningitis: Das Liquorprofil zeigt eine geringere Zellzahlerhöhung (meist < 500/µl) mit überwiegend Lymphozyten, eine leichte Erhöhung des Proteingehalts und einen normalen Glukosegehalt.

Genetisch bedingte Stoffwechselstörungen und Liquor

Bei einigen genetisch bedingten Stoffwechselstörungen können Veränderungen im Liquor cerebrospinalis auftreten, die zur Diagnose beitragen können. Einige Beispiele sind:

• Ahornsirupkrankheit: Erhöhte Konzentrationen der verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin im Liquor.
• Argininämie: Erhöhte Argininkonzentrationen im Liquor.
• Histidinämie: Erhöhte Histidinkonzentrationen im Liquor.
• Hyperlysinämie: Erhöhte Lysinkonzentrationen im Liquor.
• Phenylketonurie (PKU): Erhöhte Phenylalaninkonzentrationen im Liquor.
• Tyrosinämie: Erhöhte Tyrosinkonzentrationen im Liquor.

Hydrocephalus

Ein Hydrocephalus ("Wasserkopf") ist die Erweiterung der inneren und/oder äußeren Liquorräume. Grund dafür kann eine Störung in der Liquorproduktion oder -Zirkulation sein. Symptome für den Hydrocephalus können neurologische Störungen, Schwindel, Übelkeit und eine Stauungspapille sein. Bei Kleinkindern tritt der Hydrocephalus häufig aufgrund von Fehlbildungen oder Tumoren auf und ist durch einen Makrozephalus, also eine Vergrößerung des Kopfs, bei der sich häufig die Fontanelle nach außen wölbt, charakterisiert. Bei ihnen kann die Krankheit zu Entwicklungsstörungen und geistiger Retardierung führen.

Blut-Liquor-Schranke

Die Blut-Liquor-Schranke wird von den Zellverbindungen des Plexus choroideus (Tight junctions) gebildet, der sich an den Seiten und am Dach der Hirnventrikel befindet. Sie trennt das Blut- vom Liquorsystem. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine physikalische Schranke und bestimmt den Proteingehalt in der CSF.

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