Die Liquoranalytik ist ein unverzichtbares Instrument in der neurologischen Diagnostik. Sie ermöglicht die Beurteilung von Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) und unterstützt die Therapieentscheidung bei Verdacht auf Meningitis, Multiple Sklerose, Blutungen oder Meningeosis carcinomatosa. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Aspekte der Liquoranalytik, von der Präanalytik über die Analytik bis hin zur Interpretation der Befunde.
Einführung in die Liquoranalytik
Die Analyse des Liquor cerebrospinalis ist eine essenzielle Maßnahme bei neurologischen Erkrankungen. Sie ist 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 Liquordiagnostik zeichnet sich durch eine Reihe physiologischer und biophysikalischer Zusammenhänge aus, die es erlauben, eine diagnostische und wissenschaftliche Systematik aufzubauen wie in keinem anderen Bereich der Laboranalytik.
Das dreiteilige Stufenprogramm der Liquoranalytik
Die Liquoranalytik besteht aus einem dreiteiligen Stufenprogramm, das die Grundlage für eine umfassende Beurteilung des Liquors bildet. 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 Liquoruntersuchung
Die Präanalytik umfasst alle Schritte von der Entnahme der Liquorprobe bis zum Beginn der eigentlichen Analyse. Eine korrekte Durchführung dieser Schritte ist entscheidend für die Qualität der Ergebnisse.
Zeitnahe Untersuchung
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.
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Serumprobe als Bezugsgröße
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.
Einfluss von Plasmapherese und Immunglobulinen
Nach Plasmapherese oder Therapie mit hoch dosierten Immunglobulinen (IVIG) sollte eine Liquoranalyse frühestens nach 48 Stunden erfolgen, da sich das Fließgleichwicht der Proteine zwischen Blut- und Liquorkompartiment verzögert adaptiert. Ansonsten werden unplausible Proteinbefunde erhoben.
Analytische Verfahren in der Liquordiagnostik
Die Analytik umfasst die eigentlichen Messungen und Untersuchungen der Liquorprobe. Hierbei werden verschiedene Parameter bestimmt, die Aufschluss über den Zustand des ZNS geben können.
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.
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.
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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.
Quotientenbildung für Albumin und Immunglobuline
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.
Spezialanalytik
Je nach klinischer Fragestellung können weitere spezielle Analysen durchgeführt werden.
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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).
Interpretation der Liquorbefunde bei verschiedenen Erkrankungen
Die Interpretation der Liquorbefunde erfordert eine umfassende Kenntnis der verschiedenen Erkrankungen des ZNS und ihrer typischen Liquorprofile.
Multiple Sklerose
Die Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste entzündliche Erkrankung des ZNS bei jungen Erwachsenen (Prädilektionsalter 20. bis 40. Lebensjahr). 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, 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 %]).
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.
Autoimmunenzephalitis
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).
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.
Bakterielle und virale Infektionen
Bakterielle und virale Infektionen manifestieren sich klinisch als Meningitis oder (Meningo-)Enzephalitis. Stellenwert Liquoranalyse: essenzieller diagnostischer Baustein und unumgänglich zur Differenzie-rung 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) ist durch eine stark erhöhte Zellzahl (meist > 1.000/µl, oft > 10.000/µl) mit einem hohen Anteil neutrophiler Granulozyten, eine deutliche Erhöhung des Liquorlaktats (> 3,5 mmol/l), eine Verminderung der Liquorglukose (Liquor-/Serumquotient < 0,5) und eine ausgeprägte BLS-Störung gekennzeichnet.
Virusinfektionen des ZNS zeigen in der Liquordiagnostik im Allgemeinen ein einheitlicheres Muster als bakterielle Infektionen. Die hauptsächlichen Unterschiede sind häufig normale Laktatwerte im Liquor, die Abwesenheit einer IgA-Synthese zum Zeitpunkt der ersten diagnostischen Punktion und eine schwächer ausgeprägte Blut-Liquor-Schrankenfunktionsstörung.
Besondere Aspekte der Immunglobulin-Bestimmung im Liquor
Die Bestimmung von Immunglobulinen im Liquor spielt eine zentrale Rolle bei der Diagnostik von entzündlichen Erkrankungen des ZNS.
Quotientendiagramm nach Reiber
Das Liquor-Serum-Quotientendiagramm (Reiber-Diagramm) ist ein quantitatives Verfahren, um auf einen Blick Informationen über die individuelle Schrankenfunktion eines Patienten zusammen mit dem intrathekalen Immunglobulinmuster zu erhalten. Empirische Ansätze zur quantitativen Bestimmung der intrathekal gebildeten IgG-, IgA- und IgM-Menge im Liquor haben mit der Diffusions-Liquorfluss-Theorie (Reiber 1994, 2003) eine theoretisch begründete Lösung für die Charakterisierung von Referenzbereichen in Quotientendiagrammen und auch deren numerische Darstellungen gefunden.
Intrathekale Fraktion (IF)
Sollen im Rahmen der üblichen Diagnostik die intrathekalen Synthesen verschiedener Immunglobulinklassen bei einem Patienten untereinander verglichen werden (Dominanz, Muster), ist es vorteilhaft, statt Igloc dessen relative intrathekale Fraktion, IgIF = Igloc/Igges × 100 in %, darzustellen. In den Quotientendiagrammen (Abb. 2) ist diese relative intrathekale Fraktion, IF (%), direkt ablesbar. Die Dominanz unter intrathekalen Fraktionen wird z. B. mit IgMIF > IgGIF, IgAIF als dominante intrathekale IgM-Synthese bezeichnet.
Punktionszeitpunkt und Immunglobulinmuster
Für die Beurteilung eines Datenmusters im Liquorbefundbericht ist vor allem der Punktionszeitpunkt im Verlauf der Erkrankung neben dem Umfang der analysierten Parameter wichtig. Als typisch bezeichnete Muster einer intrathekalen IgG-, IgA- oder IgM-Synthese zusammen mit dem Zustand der Blut-Liquor-Schrankenfunktion (normaler oder reduzierter Liquorumsatz) beziehen sich auf den Zeitpunkt der ersten diagnostischen Punktion.
Chronische Erkrankungen und Immunsystem
Das Verständnis der chronisch pathologischen Prozesse und die Entwicklung kausaler Therapien stellen die schwierigste Herausforderung an die wissenschaftliche Medizin dar. Je nach Krankheitstyp kommen die im Folgenden dargestellten Analysenparameter hinzu.
- Bei einem persistierenden Antigen kann die PCR-Analyse das Antigen zeigen, immer aber findet sich ein spezifischer Antikörper.
- In diesem Fall chronischer Erkrankungen werden im Gehirn Antikörper unterschiedlicher Spezifität als Teil einer polyspezifischen Antikörperreaktion gefunden.
- Eine weitere Gruppe von Krankheiten, die mit dem Immunsystem in Verbindung gebracht werden, hat weder ein persistierendes Antigen noch eine polyspezifische Immunreaktion (Golf War Illness, Post-Lyme-Syndrom).
- Es gibt insbesondere in der Psychiatrie chronische Krankheiten ohne Bezug zum Immunsystem.
IgA-Synthese
Differenzialdiagnostisch wichtig ist die Beobachtung, dass eine IgA-Synthese auch bei intrathekalen Abszessen, beim primären intrazerebralen Lymphom, insbesondere aber bei der Neurotuberkulose vorkommt. In der Kinderneurologie ist hier auch an die intrathekale IgA-Synthese bei der Adrenoleukodystrophie zu denken.
Dominante IgM-Reaktion
Die Dreiklassenreaktion mit einer Dominanz der intrathekalen IgM-Fraktion zusammen mit einer starken Blut-Liquor-Schrankenfunktionsstörung stellt ein häufiges Muster bei der Neuroborreliose dar.
Einfluss von B-Zell-depletierenden Therapien auf Immunglobuline
B-Zell-depletierende Therapien, die gegen die Oberflächenmarker CD20 oder CD19 gerichtet sind, haben u.a. einen starken Einfluss auf das humorale Immunsystem. Zum Teil können im Behandlungsverlauf Immunglobulin-Serumspiegel absinken. Insbesondere bei diesen Fällen besteht die Sorge, dass eine längerfristige Behandlung mit B-Zell-depletierenden Therapeutika zu einem sekundären Immundefizienz-Syndrom führen könnte.
Monitoring und Management von Immunglobulin-Spiegeln
Neben der regelmäßigen Bestimmung der Immunglobuline vor und während der Therapie ist daher vor allem ein sorgfältiges Infektionsscreening vor, während und ggf. nach der Behandlung von Bedeutung. Zur Verminderung von Infektionsrisiken sind darüber hinaus Impfungen sehr wichtig, die in individueller Risiko-Nutzen-Abwägung möglichst noch vor Beginn der Behandlung erfolgen sollten, weil die Impfantwort unter Anti-CD20-Therapie reduziert ist und eine Anti-CD20-Therapie per se mit einem erhöhten Risiko für Infektionskrankheiten einhergeht.
Angesichts der Studiendaten werden bei einem Teil der Behandelten die Immunglobulinspiegel unter der Therapie zunehmend absinken. Daher sollten obligat die IgG- und fakultativ auch die IgM-Serumspiegel in mindestens jährlichen, vorzugsweise halbjährlichen Abständen unter der Therapie kontrolliert werden.
Immunglobulin-Substitution
Ein isolierter IgG-Mangel ohne verstärkte Infektionsneigung ist aktuell (zumeist) keine Indikation für eine Substitutionstherapie mit intravenösen Immunglobulinen. Treten jedoch zusätzlich wiederholte oder schwere Infektionen auf, kommt eine Supplementation mit intravenösen oder subkutanen Immunglobulinen in Betracht.