Liquor cerebrospinalis: Methoden zum Nachweis und ihre Bedeutung in der Diagnostik neurologischer Erkrankungen

Einführung

Der Liquor cerebrospinalis, auch Nervenwasser genannt, ist eine klare Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt und schützt. Er dient nicht nur als mechanischer Schutz, sondern spielt auch eine wichtige Rolle bei der Ernährung des Nervensystems und dem Abtransport von Stoffwechselprodukten. Die Untersuchung des Liquors ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Diagnostik vieler neurologischer Erkrankungen. Sie kann bei Verdacht auf Meningitis, Multiple Sklerose, Blutungen oder Meningeosis carcinomatosa die Therapieentscheidung bestimmen.

Gewinnung des Liquors

Die Gewinnung des Liquors erfolgt in der Regel durch eine Punktion des Rückenmarkkanals im Bereich der Lendenwirbelsäule, meist zwischen dem 4. und 5. Lendenwirbel oder dem 5. Lendenwirbel und dem 1. Sakralwirbel. Der Patient nimmt dabei meist eine sitzende Position ein und krümmt den Rücken, um die Wirbelzwischenräume zu erweitern. Nach Desinfektion und lokaler Betäubung wird eine dünne Nadel zwischen den Wirbeln eingeführt, bis sie den Subarachnoidalraum erreicht, der sich unterhalb der Spinngewebshaut befindet. Hier liegt das Nervenwasser, das nun entnommen werden kann. Es werden nur wenige Milliliter entnommen, was nur ein Bruchteil der gesamten vorhandenen Flüssigkeit ist. Am Tag werden circa 300 Milliliter gebildet.

Es gibt verschiedene Punktionsorte:

• Lumbalpunktion (LP): Die Lumbalpunktion stellt die häufigste Form der Liquorpunktion dar. Der Punktionsort befindet sich zwischen den Dornfortsätzen des 3. und 4. oder des 4. und 5. Lendenwirbelkörpers und wird mithilfe der Verbindungslinie zwischen den Beckenkämmen ermittelt. Die optimale Position des Patienten ist die Embryohaltung. Dazu wird eine sitzende Position mit maximaler Krümmung des Rückens (mit Unterstützung eines Helfers) eingenommen. Die Verwendung eines Lokalanästhetikums ist möglich, aber nicht notwendig. Zunächst erfolgt die Markierung des Punktionsortes mit anschließender Desinfektion. Die Spinalnadel wird nun in schräger Richtung nach kranial zum Bauchnabel gerichtet durch die Haut gestochen. Jetzt wird die Nadel bis zum Liquorraum unter Passage der Dura mater vorgeschoben. Zur Kontrolle der korrekten Lage der Spinalnadel wird aspiriert, sodass Liquortropfen austreten. Ist dies nicht der Fall, muss die Lage der Nadel korrigiert werden. Der Liquor wird in Röhrchen gesammelt und die Nadel wieder herausgezogen.
• Subokzipitale Punktion: Diese Punktion erfolgt medial am Unterrand des Okziputs.
• Laterale Cervikalpunktion: Diese Punktion erfolgt seitlich zwischen dem 1. und 2. Halswirbelkörper. Da aber aufgrund der komplizierten anatomischen Verhältnisse das Risiko für Komplikationen sehr hoch ist, wird diese Methode nur in Ausnahmesituationen, wenn eine Lumbalpunktion nicht möglich ist, durchgeführt. Gilt generell als sicherer subokzipitaler Zugangsweg, sollte ebenfalls unter radiologischer Kontrolle durchgeführt werden.
• Ventrikelpunktion bzw. Ventrikelkatheter: Ventrikulärer Liquor kann durch die Punktion des dazugehörigen Reservoirs gewonnen werden, wobei zunächst 1 ml verworfen werden muss. Indikation: Die Ventrikelpunktion erfolgt im Rahmen eines operativen Eingriffes.

Analyse des Liquors

Die Liquoranalytik besteht aus einem dreiteiligen Stufenprogramm und umfasst verschiedene Untersuchungen, die Aufschluss über die Zusammensetzung und den Zustand des Nervenwassers geben.

Präanalytik

Aufgrund der raschen Zytolyse muss der Liquor zeitnah (maximal 2 Stunden nach der Lumbalpunktion) untersucht werden, um die Zellzahl zu bestimmen und zytologische Präparate anzufertigen. Zudem muss der Liquor immer zusammen mit einer zeitnah entnommenen Serumprobe untersucht werden, da die Proteinkonzentrationen im Liquor von den Blutkonzentrationen abhängen. Nach Plasmapherese oder Therapie mit hoch dosierten Immunglobulinen (IVIG) sollte die Liquoranalyse frühestens nach 48 Stunden erfolgen.

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Analytik

Die Analytik umfasst verschiedene Parameter:

• Zellprofil: Die Zellzahl und die Zusammensetzung der Zellen (Differenzialzytologie) geben Hinweise auf Entzündungen, Infektionen oder Tumoren. 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. Automaten zur Zellzählung und -differenzierung sollten wegen unzuverlässiger Befunde vermieden werden. Die Differenzialzytologie sollte uneingeschränkt bei jeder Punktion unabhängig von der Gesamtzellzahl durchgeführt werden.
• 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: Die Bestimmung der Proteinkonzentrationen, insbesondere von Albumin und Immunglobulinen (IgG, IgA, IgM), ermöglicht die Beurteilung der Blut-Liquor-Schrankenfunktion (BLS) und einer möglichen intrathekalen Produktion von Immunglobulinen. 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.
• Oligoklonale Banden (OKB): 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. OKB treten unspezifisch bei subakuten und chronischen Entzündungen des ZNS als Korrelat einer oligoklonalen B-Zell-Aktivierung auf.
• 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 integrierte Gesamtbefund umfasst obligat Angaben zu der zellulären Beschaffenheit des Liquors (Zellzahl und Zytologie) und den Liquor-/Serumquotienten von Albumin und den Immunglobulinen.
• Quotientendiagramme: 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.

Spezialanalytik

Je nach klinischer Fragestellung können weitere Spezialuntersuchungen durchgeführt werden:

• 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. 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 Befunde

Die Interpretation der Liquorwerte erfolgt immer im Zusammenhang mit den klinischen Symptomen und den Ergebnissen anderer Untersuchungen, wie z.B. bildgebenden Verfahren (MRT, CT). Einige typische Konstellationen bei Entzündungen und Neoplasien des ZNS, die direkt aus dem integrierten Gesamtbefund ablesbar sind und gegebenenfalls eine weitere Spezialdiagnostik erfordern, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Multiple Sklerose

Bei der Multiplen Sklerose (MS), der häufigsten entzündlichen Erkrankung des ZNS bei jungen Erwachsenen, ist die Liquoranalyse 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 %]).

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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.

Autoimmunenzephalitis

Die Autoimmunenzephalitis ist eine wichtige und behandelbare Differenzialdiagnose von erregerbedingten Erkrankungen des ZNS, Psychosen und Demenzen. Typische Biomarker sind bei einem Großteil der Patienten distinkte IgG-Autoantikörper in Serum und/oder Liquor. 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 fortscheitende präsenile Demenz verkannt werden.

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.

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.

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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 Ente…

Risiken und Nebenwirkungen der Liquorpunktion

Die Liquorpunktion ist ein relativ sicheres Verfahren, dennoch können in seltenen Fällen Komplikationen auftreten. Zu den häufigsten Nebenwirkungen gehören Kopfschmerzen, die durch den Verlust von Liquorflüssigkeit entstehen können. Diese Kopfschmerzen sind meist lageabhängig und verschwinden nach einigen Tagen von selbst. Um das Risiko von Kopfschmerzen zu minimieren, sollte der Patient nach der Punktion einige Stunden liegen und ausreichend Flüssigkeit zu sich nehmen.

Weitere mögliche, aber seltene Komplikationen sind:

• Lokale Schmerzen oder Beschwerden an der Punktionsstelle
• Blutungen oder Hämatome
• Infektionen
• Nervenschädigungen (sehr selten)
• Einklemmung des Gehirns bei erhöhtem Hirndruck (sehr selten)

Um Komplikationen zu vermeiden, sollte die Liquorpunktion nur von erfahrenen Ärzten durchgeführt werden. Vor der Punktion ist es wichtig, den Patienten über mögliche Risiken und Nebenwirkungen aufzuklären. Bei Verdacht auf einen erhöhten Hirndruck sollte vor der Punktion eine Bildgebung des Gehirns (CT oder MRT) erfolgen, um eine Einklemmung zu verhindern.

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