Die Liquordiagnostik ist ein unverzichtbares Instrument zur Diagnose neurologischer Erkrankungen. Sie hilft bei der Erkennung von Infektionen, Autoimmunerkrankungen, Tumoren und Blutungen im zentralen Nervensystem (ZNS). Die Analyse des Liquors cerebrospinalis ist eine essenzielle Maßnahme bei neurologischen Erkrankungen 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.
Die Bedeutung der Liquordiagnostik
Die Liquordiagnostik ist ein dreistufiges Programm, das aus Präanalytik, Analytik und Interpretation der Befunde besteht. 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. Sie umfasst die Bestimmung von Zellzahl und -art, Laktat- und Glukosekonzentration sowie das Proteinprofil. Die Liquoranalytik besteht aus einem 3-teiligen Stufenprogramm (Tabelle 1).
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. Für eine korrekte Interpretation der Ergebnisse ist es wichtig, den Liquor zeitnah nach der Entnahme zu untersuchen und gleichzeitig eine Serumprobe zu analysieren. 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
Die Analytik umfasst die Zellzählung und -differenzierung, die Bestimmung von Laktat und Glukose sowie die Analyse des Proteinprofils. Automaten zur Zellzählung und -differenzierung sollten wegen unzuverlässiger Befunde vermieden werden. Die Differenzialzytologie sollte uneingeschränkt bei jeder Punktion unabhängig von der Gesamtzellzahl durchgeführt werden. 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.
Interpretation der Befunde
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 (Tabelle 2).
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Die Relation der Immunglobulin-Quotienten zum Albumin-Quotienten wird anhand von Quotendiagrammen dargestellt, 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. In Grafik 1 ist beispielhaft das Quotientendiagramm für IgG mit 5 möglichen Befundkonstellationen dargestellt.
Oligoklonale Banden: Ein Schlüsselbefund
Oligoklonale IgG-Banden (OKB) sind ein wichtiger Hinweis auf Entzündungsprozesse im ZNS. 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 (Grafik 2).
Spezialanalytik: Demenzmarker und Erregerdiagnostik
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. 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.
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 (11). 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).
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Multiple Sklerose: OKB als diagnostisches Kriterium
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems, bei der die Myelinscheiden der Nervenfasern angegriffen werden. Stellenwert Liquoranalyse: 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 (13), 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 %]) (12).
Wichtig zu beachten: 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 (14, 15).
Autoimmunenzephalitis: Vielfältige klinische Bilder
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; Unterteilung 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).
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Prototypen sind:
- NMDA-Rezeptor-Enzephalitis: eine altersunabhängig fast ausschließlich Mädchen und Frauen betreffende Erkrankung, die sich mit einem neuropsychiatrischen Symptomspektrum (Verhaltensauffälligkeit, Psychose, Anfälle, Bewegungsstörung) manifestiert und zu langer Intensivpflichtigkeit führen kann, jedoch bei frühzeitiger Immuntherapie und ggf. Tumortherapie (in 30-40 % Ovarialteratome) eine günstige Langzeitprognose aufweist.
- LGI1-Enzephalitis: eine insbesondere Männer im mittleren oder höheren Lebensalter betreffende Erkrankung, zu deren Kernmerkmalen eine rasch einsetzende Störung des Kurzzeitgedächtnisses und der Orientierung sowie außerdem fokale und generalisierte Anfälle gehören.
Diagnose und Stellenwert Liquoranalyse: 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.
Typisches Befundmuster: 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.
Wichtig zu beachten: 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.
Autoimmunenzephalitiden und Epilepsie
Autoimmunenzephalitiden (AIE) sind Ursache einer Reihe neurologischer Symptome. Hierzu gehören in vielen Fällen epileptische Anfälle. AIE bedingen eine erhebliche Morbidität. So kann es zu bleibenden fokalneurologischen Symptomen, insbesondere aber auch zu kognitiven und neuropsychiatrischen Defiziten kommen. Zudem gehen Enzephalitiden nicht nur mit Akutanfällen einher, sondern auch mit dem Risiko einer persistierenden Epilepsie. Diese beiden Entitäten sind vermutlich durch unterschiedliche Pathomechanismen bedingt. Während Erstere am ehesten durch akute metabolische Veränderungen bedingt sein dürften, liegen Letzterer wahrscheinlich strukturelle Umbauten neuronaler Netzwerke zugrunde, die durch inflammatorische Prozesse initiiert und unterhalten werden und eine anhaltende Neigung zur Generierung epileptischer Anfälle bedingen.
Unter den AIE werden solche mit Antikörpern gegen intrazelluläre Antigene von jenen mit gegen extrazellulär lokalisierten Epitopen gerichteten Antikörpern unterschieden. Letztere betreffen in der Regel ionotrope Neurotransmitterrezeptoren oder deren Adhäsionsmoleküle. Nicht alle AIE gehen gleichermaßen häufig mit epileptischen Anfällen einher. Besonders oft scheint dies für die Anti-LGI1- und die Anti-GABABR-Enzephalitis der Fall zu sein. Hier werden Anfälle in etwa 90 % aller Fälle beobachtet. Aber auch die Anti-NMDAR-, Anti-Hu- und Anti-GABAAR-Enzephalitiden sind in mehr als 50 % der Fälle mit epileptischen Anfällen assoziiert.
Andersherum betrachtet können auch in einem beträchtlichen Anteil von Patienten mit Erstmanifestation einer Epilepsie bzw. mit einer etablierten Epilepsie unbekannter Ätiologie Antikörper, welche potenziell mit einer AIE assoziiert sind, gefunden werden. Von 112 in einer entsprechenden Studie eingeschlossenen Patienten war dies bei 39 (34,8 % ) der Fall. Nach Ausschluss solcher Antikörper, welche häufig ein unspezifisches Epiphänomen darstellen (TPO- und niedrigtitrige GAD65-Antikörper), verblieben immer noch 23 (20,5 % ) antikörperpositive Patienten. Ähnliche Ergebnisse ergab eine weitere Studie an Patienten mit einer gesicherten Temporallappenepilepsie und Hippocampussklerose. 22 % der Patienten waren seropositiv, besonders häufig waren Antikörper gegen CASPR2. Diese Daten zeigen, dass eine autoimmunologische Genese auf jeden Fall bedacht werden muss, wenn sich ein Patient mit einer anderweitig unerklärten Epilepsie präsentiert. Allerdings sollte die Diagnose einer AIE nicht unkritisch aufgrund eines positiven Antikörpertiters erfolgen. Gerade niedrige Titer von lediglich im Serum (und nicht im Liquor) gefundenen Antikörpern können durchaus unspezifisch sein, sodass weitere Informationen - andere klinische Symptome, Ergebnisse der MR-Tomografie und der Liquoranalyse - mit in Betracht gezogen werden müssen.
Therapie bei AIE und epileptischen Anfällen
Die therapeutischen Empfehlungen zur AIE beruhen bisher im Wesentlichen auf Einzelfallberichten, Studien an kleineren Kohorten und Expertenmeinung. In erster Linie wird in der Regel zur Gabe von Glukokortikoiden, intravenösen Immunglobulinen oder zur Durchführung einer Plasmapherese geraten. Bei mangelndem Ansprechen kann die Therapie mittels Rituximab und/oder Cyclophosphamid eskaliert werden. Aber auch neuere Substanzen - z.B. Bortezomib oder Tocilizumab - kommen in Einzelfällen zum Einsatz. Die Behandlung der durch eine AIE bedingten epileptischen Anfälle unterscheidet sich zunächst nicht wesentlich von der einer Epilepsie aufgrund anderer Ätiologie. Zwar gibt es Hinweise dafür, dass einzelne Antikonvulsiva im Kontext der AIE wirksamer sein könnten als andere: So konnte z.B. in einer retrospektiven Studie an 50 Patienten mit AIE und epileptischen Anfällen eine höhere Rate an Anfallsfreiheit unter einer Therapie mit Natriumkanal-blockierenden Substanzen im Vergleich zu dem im untersuchten Kollektiv am häufigsten verwendeten Antikonvulsivum Levetiracetam gezeigt werden.
Kontrovers diskutiert wird die Durchführung epilepsiechirurgischer Maßnahmen bei Patienten mit einer therapierefraktären, durch eine AIE bedingten Epilepsie. Eine der diesbezüglich größten Fallsammlungen, welche retrospektiv den postoperativen Verlauf von 13 Patienten mit therapieresistenter Temporallappenepilepsie und antineuronalen Antikörpern untersuchte, ergab, dass nur 16 % der Patienten nach dem epilepsiechirurgischen Eingriff anfallsfrei waren. Dies ist ein deutlich schlechteres Resultat als bei ansonsten vergleichbaren seronegativen Patienten. Mögliche Ursachen hierfür liegen im Studiendesign (kleine Gruppe, multiple Zentren), aber auch im Patientenkollektiv. Eventuell liegt auch bei solchen AIE-Patienten mit einer unilateralen Hippocampussklerose noch eine residuale aktive Inflammation über den resezierten Bereich hinaus bzw. an gänzlich anderer Stelle (z.B. dem kontralateralen mesialen Temporallappen) vor.
Bakterielle und virale Infektionen
Bakterielle und virale Infektionen manifestieren sich klinisch als Meningitis oder (Meningo-)Enzephalitis. Leitsymptome sind Kopfschmerzen, Nackensteife und Fieber sowie bei enzephalitischer Mitbeteiligung zusätzlich neurologische Herdsymptome (z. B. Aphasie, Hemiparese) und/oder epileptische Anfälle. Das perakute/akute Einsetzen der Leitsymptome weist auf eine bakterielle Ätiologie, ein subakuter Beginn auf eine virale (oder andere nicht eitrige, u. a. tuberkulöse) Infektion hin.
Stellenwert Liquoranalyse: essenzieller diagnostischer Baustein und unumgänglich zur Differenzierung einer bakteriellen versus nichtbakteriellen Meningitis und zur Identifikation des auslösenden Erregers mittels direkter oder indirekter Nachweisverfahren.
Typisches Befundmuster: Das Liquorprofil der bakteriellen Meningitis (häufigste Erreger: Pneumokokken und Meningokokken, außerdem Haemophilus influenzae, Listerien, gramnegative Enterobakterien) zeigt eine deutliche Zellzahlerhöhung (meist > 1000/µl) mit Pleozytose neutrophiler Granulozyten, einen erhöhten Eiweißgehalt und eine Liquorglukoseverminderung (normal: Liquor-/Serumquotient > 0,5). Bei der nichtbakteriellen Meningitis (häufigste Erreger: Enteroviren, Herpes-simplex-Viren, Varizella-Zoster-Virus, Arboviren, Frühsommer-Meningoenzephalitis-Virus) ist die Zellzahl meist geringer erhöht (50-500/µl) mit lymphozytärer Pleozytose, der Eiweißgehalt nur leicht erhöht und die Liquorglukose normal.
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