Entzündung

19.1 Entzündung

Lothar Thomas

19.1.1 Entzündung und angeborene Immunität

Die Entzündung (Inflammation) ist eine wichtige physiologische Antwort des Organismus zum Erhalt der Gewebshomöostase, denn sie schützt vor dem Eindringen fremder Substanzen, vor Mikroorganismen und auch der Selbstschädigung des Organismus durch körpereigene Moleküle, die aufgrund einer Stresssituation oder Schädigung von Zellen freigesetzt werden. Die generelle Entzündung (systemische Inflammation) ist die Stärkung der körpereigenen Abwehr und die Reparatur eines Gewebeschadens, wodurch die Homöostase des Organismus wieder hergestellt werden soll. Systemische Aktionen der Inflammation sind Fieber, Leukozytose, eine endokrine Antwort und die Akute-Phase Reaktion, die durch den Anstieg der Akute-Phase Proteine diagnostiziert wird. Der Prototyp der Akute-Phase Proteine ist das C-reaktive Protein.

Die Funktion der Akute-Phase Reaktion ist die Verstärkung der antimikrobiellen Resistenz und die Wiederherstelung von Struktur und Funktion des betroffenen Gewebes. Die Akute-Phase Proteine sind die Schlüsselkomponenten der humoralen Abwehr, die aus einem zellulären und einem humoralen Arm besteht.

Nachdem der Wirt infiziert ist laufen folgende Ereignisse ab /1, 2/:

• Moleküle des zellulären Arms der angeborenen Immunität nehmen Moleküle, die nach einer Infektion oder einem Gewebsschaden freigesetzt werden wahr und aktivieren Rezeptoren. Das führt zur Ausschüttung von Zytokinen, Chemokinen und Interferonen, zur Aktivierung von Adhäsionsmolekülen, und von antimikrobiell wirksamen Zellen, die Erreger durch Phagozytose abfangen.
• Moleküle des humoralen Arms der angeborenen Immunität wie Pentraxine, Collectine, Ficoline. Diese Substanzen, funktionieren funktionell als Vorläufer von Antikörpern in dem sie Komplement aktivieren, als Opsonine für Mikroben und geschädigte Zellen wirksam sind und geschädigte Zellen und Mikroben agglutinieren und die Inflammation regulieren.
• Pattern recognition Moleküle: mikrobielle Proteine, Antigene der Gewebsschädigung und Produkte einer Stoffwechselstörung aktivieren über Pattern recognition Moleküle Zytokinkaskaden. Diese führen zu einer Verstärkung und regulieren die angeborene Immunität. Es resultiert die Bildung von inflammatorischen Zytokinen wie Interleukin-6 (IL-6), Chemokinen, Colony-stimulierenden Faktoren, Prostaglandinen, endothelialen Adhäsionsmolekülen und Stickstoffmonoxid (NO). IL-6 ist in den Hepatozyten ein wichtiger Induktor der Akute-Phase Proteine und im Zentralnervensystem aktiviert es die hypothalamisch-hypophysäre-adrenale Achse. Es resultiert eine vermehrte Sekretion von ACTH und Glucokortikoiden. Diese Hormone sind negative Regulatoren der Entzündung, denn sie hemmen den Interleukin-1 decoy Rezeptor und den Interleukin-1 Rezeptor Antagonisten.

Ein verlängerter inflammatorischer Status (über 3 Monate), auch als chronische Entzündung bezeichnet, hat einen schädigenden Effekt auf die Gesundheit und prädisponiert zu zahlreichen chronischen Erkrankungen. Die chronische Entzündung ist ein Prädiktor für Krankheit und Mortalität, auch wenn klinisch noch keine Beschwerden feststellbar sind. Das betrifft insbesondere Personen mit niedrig gradiger systemischer Entzündung (Low-grade systemic inflammation) und leicht erhöhten Entzündungsmarkern wie C-reaktives Protein im Vergleich zum überwiegenden Anteil der Bevölkerung. So unterhält bei Obesitas das weiße Fettgewebe eine Low-grade inflammation mit der längerfristigen Folge eines erhöhten Risikos für kardiovaskuläre Erkrankung und Diabetes Typ 2 /3, 4/

Bei Patienten mit schweren Traumen bestimmen die inflammatorischen Zustände wie akute Lungenschädigung (Acute lung injury, ALI), Adult respiratory distress syndrome (ARDS), Multi-Organ-Dysfunktions Syndrom (MODS) und die mit diesen assoziierten Komplikationen das Überleben.

19.1.2 Lokale inflammatorische Antwort

Komplexe Organismen haben drei Abwehrmechanismen gegen Fremdsubstanzen und eindringende Pathogene:

• Die erste Barriere sind die Haut und Schleimhäute.
• Das angeborene Immunsystem ist die zweite Stufe des Schutzes.
• Die dritte Stufe ist das erworbene, Antigen abhängige Immunsystem.

Entzündungsantwort

Die Reaktion auf eine Gewebeschädigung erfolgt durch das angeborene Immunsystem in Form einer Entzündung. Die Antwort auf eine bestimmte Fremdsubstanz bleibt beim gleichen Patienten qualitativ und quantitativ die Gleiche, ist also bei einer Reexposition der Erstreaktion vergleichbar.

Inflammatorische Stimuli

Diese sind z.B. Bakterien, Viren, Parasiten, Allergene, Immunkomplexe, mechanische und operative Schädigung von Gewebe, z.B. Herzinfarkt, Knochenfraktur, Fremdkörper, Scherstress der Erythrozyten, hydrostatischer Druck, Uratkristalle, Urämie.

Symptome der lokalen superfizialen Entzündung

Schmerz (dolor), Wärme (calor), Röte (rubor), Schwellung (tumor), Funktionseinschränkung (functio laesa).

19.1.3 Ablauf einer Entzündungsreaktion

Auf mikroskopischer Ebene beruhen die lokalen klinischen Symptome auf /5/:

• Einer Erweiterung von Arteriolen, Kapillaren und Venulen, verbunden mit erhöhtem Blutfluss und gesteigerter Permeabilität.
• Exsudation von Flüssigkeit und Plasmaproteinen in das Gewebe.
• Migration von Leukozyten in den Entzündungsherd.

Pathophysiologisch umfasst die lokale Entzündung ein breites Spektrum von zellulären, interzellulären und intrazellulären Vorgängen, die eine Phagozytose von Fremdsubstanz begünstigen und weitere Zellen in den Prozess mit einbeziehen. Jeder von unterschiedlichen Fremdsubstanzen ausgelöste Entzündungstyp stellt einen komplexen, konzertiert auf den inflammatorischen Stimulus fein abgestimmten Prozess dar, bei dem lösliche Entzündungsmediatoren, Abwehrzellen und lokale Gewebezellen interagieren /6/. Entwickelt sich aus der lokalen Inflammation eine APR, so wird der lokale Prozess durch die systemischen metabolischen Veränderungen der APR kontrolliert /6/. Die lokale und systemische inflammatorische Antwort sind stark individualisiert. So toleriert z.B. bei einer bakteriellen Peritonitis eine Person die Infektion als einen gut abgekapselten Abszess, während die Andere eine diffuse Peritonitis und eventuell ein Multiorganversagen entwickelt /5/.

Lokale inflammatorische Effekte

Diverse Stimuli triggern eine zelluläre, interzelluläre und intrazelluläre inflammatorische Antwort am Ort der Gewebeschädigung durch:

• Die Aktivierung des Komplementsystems, des Kininsystems und der Gerinnungskaskade. Produkte dieser Systeme wie C5a, Bradykinin und Thrombin erhöhen die Permeabilität der Gefäße, locken Leukozyten an und ändern den vasomotorischen Tonus am Entzündungsort. Diese löslichen Mediatoren induzieren zelluläre Reaktionen. So werden lokale Makrophagen aktiviert und bilden die Entzündung fördernde (proinflammatorische) Mediatoren wie TNF-α, IL-1β und Chemokine. Letztere rekrutieren Leukozyten und bestimmen, welche Leukozyten zu welcher Zeit an einem bestimmten Ort akkumulieren.
• Die Stimulierung von Entzündungszellen wie polymorphkernige Granulozyten, Eosinopile, Monozyten/Makrophagen, dendritische Zellen, Mastzellen, Fibroblasten, glatte Muskelzellen, Thrombozyten und Lymphozyten. Es resultieren interzelluläre Aktionen. So interagieren Entzündungszellen miteinander und mit Gefäßendothelzellen. Gebildet werden Lipidmediatoren (Eicosanoide), reaktive Sauerstoffspezies, Heat shock-Proteine, Selectine.
• Die Stimulierung der intrazellulären Kommunikation von Entzündungszellen. Diese ist die Voraussetzung zur Synthese neuer Proteine wie Zytokine, Chemokine und Adhäsionsmoleküle, die ihrerseits wieder polymorphkernige Granulozyten, Monozyten, T-Zellen und dendritische Zellen in den inflammatorischen Prozess einbeziehen. Die intrazellulären Vorgänge zur Bildung inflammatorischer Proteine machen die Transkription bestimmter DNA-Sequenzen erforderlich, die durch Transkriptionsfaktoren geregelt wird. Wichtig für die Regulierung der RNA- und damit der Proteinsynthese ist der Nuklear Faktor Kappa B (NF-kB), ein proinflammatorischer Transkriptionsfaktor /7/. In nicht aktivierten Zellen liegt NF-kB im Zytoplasma an den Inhibitor Kappa B (IkB) gebunden vor und verhindert NF-kB an der Permeation in den Zellkern. Bei einer Aktivierung der Entzündungszelle, z.B. durch TNF-α, wird IkB phosphoryliert und degradiert. Somit kann NF-kB in den Zellkern übertreten, an die Promoterregion eines Zielgens binden und die Synthese inflammatorischer Mediatoren in Gang setzen (Abb. 19.1-1 – Aktivierung von NFκB). NF-kB wird für eine normale Immunfunktion benötigt, eine unangemessene Stimulierung führt aber zur Entzündung und Tumorgenese /7/.

Die proinflammatorische Kaskade, die aktiviert wird, wenn ein Monozyt durch Lipopolysaccharid stimuliert wird, ist aufgezeigt in Abb. 19.1-2 – Aktivierung der proinflammatorischen Kaskade durch Lipopolysaccharid.

19.1.4 Erkennungsmechanismen der Entzündungsantwort

Die angeborene (innate) Immunität ist die erste Barriere in der Abwehr. Sie identifiziert Pathogene und andere schädliche Mechanismen, die einen Entzündungsprozess in Gang setzen können mit dem Ziel, die Ausbreitung zu verhindern und das erworbene (adaptive) Immunsystem zu aktivieren. Die Effektoren sind:

• Das Komplementsystem.
• Inflammatorische Proteine wie das C-reaktive Protein.
• Effektorzellen der angeborenen Immunität wie Makrophagen, dendritische Zellen und weitere Antigen präsentierende Zellen (APCs).

Das angeborene Immunsystem agiert vermittels Pattern recognition receptors; sie binden an hoch konservierte Strukturen der Pathogene (Pathogens associated molecular patterns, PAMPs) oder an zerstörte Zellen (Damage associated molecular patterns, DAMPs) /8/. Eine spezifischere Erkennung (Immunerkennung) erfolgt danach durch Zellen (T- und B-Zellen) und humorale Komponenten (Antikörper) der adaptiven (erworbenen) Immunabwehr.

Es gibt drei Klassen von Pattern recognition receptors /9/:

• Toll-like receptors.
• Retinoic acid-inducible gene-I (RIG-I-) like receptors (RLRs).
• Nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors (NLRs).

19.1.4.1 Erkennung durch das Komplementsystem

Der alternative Weg des Komplementsystems wird aktiviert durch komplexierte Moleküle und denaturierte Fremdsubstanzen. So erfolgt eine Aktivierung durch Lipopolysaccharide der Zellwand (Endotoxin) gramnegativer Bakterien, die Hülle von Viren und denaturierte Membranen von Erythrozyten. Die Initiierung der Entzündung erfolgt durch /10/:

• Bildung des Membran Angriffskomplexes C5b-9, der Löcher in die Lipidmembran von Bakterien und Zellen schlägt und diese abtötet. Der Membran Angriffskomplex ist besonders wirksam gegen gramnegative Bakterien. Er wird nach Aktivierung der Komplementkaskade durch Ablagerung der Komplementkomponente C3b auf der Oberfläche der Zielzelle gebildet. Mit C3b besetzte Zielzellen können Makrophagen binden, die Zielzelle umfließen und aufnehmen.
• Generation der Anaphylatoxine C3a und C5a. Beide bewirken eine Kontraktion der glatten Muskulatur der Gefäßwände, erhöhen die vaskuläre Permeabilität und degranulieren Mastzellen. C5a hat chemotaktische Wirkung und induziert die Ansammlung von neutrophilen Granulozyten und Makrophagen an dem Ort der Gewebeschädigung.

Siehe auch Abb. 24-1 – Aktivierung und Regulation des Komplementsystems.

19.1.4.2 Erkennung durch das erworbene Immunsystem

Die Erkennung von Fremdsubstanzen durch das erworbene Immunsystem erfolgt über die Oberflächenrezeptoren von Makrophagen, T- und B-Zellen, sowie durch von B-Zellen produzierte Antikörper. So synthetisieren die aus B-Zellen differenzierten Plasmazellen IgM- und IgG-Antikörper gegen das korrespondierende Antigen. Es kommt zur Bildung von Immunkomplexen, die den klassischen Weg des Komplementsystems aktivieren und eine Entzündungsantwort auslösen.

19.1.4.3 Bildung von Heat shock-Proteinen (Hsp)

Hsp befinden sich normalerweise intrazellulär in verschiedenen Kompartimenten und einige von ihnen haben die Funktionen von Chaperonen und Proteasen /11/. Chaperone nehmen an der Zusammenstellung, Faltung und Stabilisierung von oligomeren Proteinen teil. Die Hsp werden an Hand ihres MG, z.B. 60 kD oder 70 kD, eingeteilt.

Hsp werden von nekrotischen und gestressten, nicht aber von apoptotischen Zellen in den Extrazellulärraum abgegeben. Sie haben dort normalerweise einen Anteil von 5–10 % am Totalprotein. Ihr vermehrtes Auftreten zeigt immer einen unnatürlichen Zelluntergang oder eine Kompromittierung von Zellen an. Hsp haben im extrazellulären Raum einen proinflammatorischen Effekt. Sie wirken als interzelluläre Signalmoleküle, induzieren die Bildung proinflammatorischer Mediatoren und können eine inflammatorische Reaktion in Gang setzen. So bewirken sie an vaskulären Endothelzellen die Expression von E-Selectin, von Adhäsionsmolekülen wie ICAM-1, VCAM-1 sowie von IL-6. Auch bakterielle Hsp induzieren die Bildung proinflammatorischer Entzündungsmediatoren.

Die Stimulierung von Entzündungszellen zur Bildung proinflammatorischer Zytokine durch Hsp erfolgt nach deren Aufnahme durch Makrophagen und dendritische Zellen. Diese präsentieren die Hsp gemeinsam mit MHC-Klasse-I-Proteinen auf ihrer Zelloberfläche. Dort werden sie vom T-Zellrezeptor von, z.B. CD4⁺T-Zellen, wahrgenommen und die CD4⁺T-Zelle zur Bildung proinflammatorischer Zytokine aktiviert. Die Induktion und Regulation der Hsp-Expression zeigt Abb. 19.1-3 – Induktion und Regulation der Heat shock-Protein Expression.

19.1.5 Entzündungsmediatoren

Nach Erkennung von Pathogenen folgt die Aktivierung intrazellulärer Signalwege. Sie induzieren die Expression von Genen, mit der Folge einer verstärkten Synthese von Entzündungsmediatoren. Diese bewirken die Verstärkung der Entzündungsantwort. Ihre Aufgabe ist es, andere Effektoren der Abwehrmechanismen in das Entzündungsgeschehen mit einzubeziehen. Bei den Mediatoren handelt es sich um humorale Substanzen, die aus körpereigenen Lipiden oder Peptiden gebildet, von aktivierten Entzündungszellen sezerniert oder sogar von eindringenden Bakterien abgegeben werden. Durch die Mediatoren werden kleine Stimuli stark amplifiziert.

Die wesentliche Aufgabe der Entzündungsmediatoren ist die Rekrutierung von Entzündungszellen an den Ort, wo das Pathogen lokalisiert ist oder eine Gewebeschädigung vorliegt.

• Die wesentlichen Mediatoren der Entzündungsreaktion sind dargestellt in Tab. 19.1-1 – Entzündungsmediatoren.
• Essentielle Mediatoren sind die Eicosanoide. Ihre Hydrolyse aus Phospholipiden ist gezeigt in Abb. 19.1-4 – Hydrolyse von Phospholipiden durch die verschiedenen Phospholipasen.
• Die Bildung verschiedener Eicosanoide ist aufgeführt in Abb. 19.1-5 – Bildung von Eicosanoiden.
• Die Aktivierung zur Bildung von Eicosanoiden über Rezeptoren der Zellmembran zeigt Abb. 19.1-6 – Zytoplasmamembran mit Rezeptoren, G-Proteinen (α, β, γ) und angebundener Phospholipase A2.
• Die Produkte der Metabolisierung von Eicosanoiden und deren Funktion sind aufgeführt in Tab. 19.1-2– Metabolische Produkte der Eicosanoide and die Funktion von PAF.

19.1.6 Entzündungszellen

Die Rekrutierung von Entzündungszellen am Ort der Gewebeschädigung erfolgt durch Entzündungsmediatoren und ist ein wesentlicher Teilschritt der entzündlichen Antwort /12/.

Die Sequenz der Rekrutierung beginnt mit der Extravasation von polymorphkernigen Granulozyten (PMN), denen dann die Monozyten folgen (Abb. 19.1-7 – Sequentielle Interaktion der Leukozyten mit dem Gefäßendothel unter der Regulation von Adhäsionsmolekülen).

Moleküle, die in der Rekrutierung von Immunzellen eine Rolle spielen, sind aufgeführt in Tab. 19.1-3 – Gruppen von Chemokinen und ihre Wirkung auf Immunzellen.

Die Rekrutierung der Monozyten geschieht wie folgt:

• Von Granula aktivierter PMN werden Proteine freigesetzt. Sie induzieren die Migration aktivierter Monozyten in die Gefäßregion des Entzündungsorts. Wichtig sind dabei die β₂-Integrine und die Formylpeptid Rezeptoren.
• Die PMN verändern das Chemokinnetzwerk und ihre granulären Proteine gestalten eine Umgebung, die für den Monozyten die Extravasation begünstigt.
• Am Entzündungsort angehäufte PMN unterliegen einer raschen Apoptose, die zur Freisetzung von Lysophosphatidylcholin führt. Dadurch werden Monozyten über G2A-Rezeptoren festgehalten.

Die Extravasation von Monozyten geschieht in folgendem Ablauf:

• Selectine des Endothels der Gefäßwand (P-Selectine )und des Monozyten (L-Selectine) ermöglichen dem Monozyten Kontakt mit der Gefäßwand aufzunehmen, so dass dieser die Gefäßwand entlang rollt.
• Wenn die rollenden Bewegungen langsamer werden ist es dem Monozyten möglich Endothel gebundene Chemokine und chemotaktische Substanzen wie PAF und Leukotrien B4, die ihn aktivieren, wahrzunehmen.
• Die Aktivierung des Monozyten führt zur Freisetzung von Integrinen, die mit den Adhäsionsmolekülen der Gefäßwand (ICAM-1, VCAM-1) interagieren und somit den Monozyten an das Endothel fixieren.
• Chemokine induzieren dann zytoskelettale Veränderungen des Monozyten, die zur trans-epithelialen Migration und Extravasation führen.

Wichtige Effektorzellen der Inflammation sind neben den PMN und Monozyten:

• Thrombozyten, die an die geschädigte Gefäßwand rekrutiert werden durch Interaktion des Thrombozyten Glykoproteinens (GP) Ib, dem von Willebrand Faktor und der subendothelialen Matrix.
• Dendritische Zellen, die bei chronischer Entzündung bedeutsam sind.
• Gewebeständige Mastzellen und basophile Granuloyten bei der allergischer Sofortreaktion.

Adhäsionsmoleküle der Extravasation von Leukozyten zeigt Tab. 19.1-4 – Vaskuläre und leukozytäre Adhäsionsmoleküle.

19.1.7 Akute Phase Antwort

Die Acute phase response (APR) ist ein gut regulierter Abwehrmechanismus gegen Infektionen und entzündliche Schädigung des Gewebes. Die Antwort wird vorwiegend durch Zytokine wie Interleukin-1β, Interleukin-6 und Tumornekrose Faktor (TNF)-α in Gang gesetzt. Die Zytokine werden von Makrophagen und weiteren Leukozyten gebildet und die Synthese durch exogene Pathogene, die an Toll-like reptors binden, stimuliert. Außer den systemischen und metabolischen Veränderungen der APR wie Fieber und Anorexie, aktivieren die Zytokine auch die Bildung der Akute-Phase Proteine in der Leber /2/.

Die systemischen Veränderungen reagieren auf den lokalen Entzündungsprozess vermittels folgender Reaktionen (Abb. 19.1-8 – Systemische Veränderungen der Akute-Phase-Reaktion) /6/:

• Fieber; durch Steigerung der Temperatur werden enzymatische Reaktionen in Entzündungszellen gesteigert, die, weil sie potentiell schädigend wirken, bei normaler Temperatur nur suboptimal ablaufen.
• Leukozytose; eine große Zahl von phagozytierenden Zellen wird zur Verfügung gestellt.
• Vermehrte Sekretion von Hormonen zur Mobilisierung von Energie aus Glucose, freien Fettsäuren und Aminosäuren.
• Synthese von Akute-Phase Proteinen (APP) und die Einschränkung der Synthese von Albumin, Transferrin und Lipoproteinen (negative Akute-Phase Proteine) zur Versorgung der Gewebe mit inflammatorischen Proteinen.
• Bildung von Hepcidin zur Reduzierung von Funktionseisen durch verstärkte Speicherung von Eisen in Makrophagen, Hemmung der enteralen Eisenabsorption und der Synthese von Hämoglobin. Durch Entzug von Eisen wird das Wachstum von Mikroorganismen eingeschränkt.
• Ingangsetzen gegenregulatorischer Mechanismen. So werden durch eine ACTH induzierte verstärkte Sekretion von Cortisol die potentiell destruktiven Effekte der Entzündung moduliert und gemildert.

Die APR ist die integrierte Reaktion von pro- und anti-inflammatorischen Stimuli. Die systemischen Veränderungen der APR werden den Geweben von inflammatorischen Zytokinen, die von Entzündungszellen gebildet werden, übermittelt. Es handelt sich um:

• Proinflammatorische Zytokine (TNF-α, IL-1β, IL-6, Transforming Growth Factor β, Interferon-γ).
• Antiinflammatorische Zytokine (IL-4, IL-10, IL-13).

Die APR kann unterschiedlich ausfallen. So löst eine vergleichbare Gewebeschädigung, verursacht von verschiedenen Substanzen, eine APR unterschiedlichen Schweregrads aus. Auch führt die gleiche Schädigung, z.B. Infektion durch einen Erreger, bei einem Patienten zu einer regulären, bei einem anderen zur fehlgeleiteten inflammatorischen Antwort. Der genetische Polymorphismus der Zytokinbildung ist eine wesentliche Ursache für ein solches Verhalten.

19.1.8 Compensatory Anti-inflammatory Response Syndrome (CARS)

Eine angemessene Balance zwischen aktivierenden und herunter regulierenden Mechanismen zum Nutzen des Gesamtorganismus ist das Ziel der APR /13/. Bei einer harmlosen lokalen Entzündung kann eine fehlgeleitete inflammatorische Antwort eine der Heilung entgegen gerichtete Wirkung und somit schlimme Folgen für den Organismus haben, die z.B. in SIRS, Sepsis oder MODS gipfeln können. Die Natur und die Dosis des Antigens, das der Antigen präsentierenden Zelle dargereicht wird, sowie der genetische Polymorphismus der Zytokinbildung bestimmen den Ablauf der APR. Wesentlich ist, in welchem Ausmaß die Antwort des T-Helferzellsystems, auch als T-Helferzell (Th1/Th2)-Paradigma bezeichnet, beeinflusst wird. Das Th1-System hat eine die Inflammation aktivierende Funktion, das TH2-System eine herunter regulierende (Abb. 19.1-9 – Th1/Th2-Paradigma bei immunvermittelter Entzündungsreaktion). Fehlt die abgestimmte Balance zwischen beiden Systemen, kann das für den Patienten eine fatale Auswirkung haben.

Weitere Mechanismen, die einer exzessiven fehlgeleiteten Abwehrreaktion entgegenwirken, sind:

• Die Verdünnung proinflammatorischer Zytokine, wenn diese vom Entzündungsherd in den interstitiellen Raum und den Intravasalraum gelangen.
• Die Bildung von löslichen Rezeptoren, z.B. gegen TNF-α und IL-1β. In der Zirkulation binden die Rezeptoren ihre Liganden und verhindern so deren Bindung an die Rezeptoren von Zielzellen.

19.1.9 Akute-Phase Proteine (APPs)

APPs sind Proteine, deren Konzentration während einer entzündlichen Erkrankung um mehr als 25 % ansteigt (positive APP) oder abfällt (negative APP) /14/. IL-6 ist der vorwiegende Stimulatur der Synthese von APP und vermag in Zellkulturen das gleiche Muster einer Synthese von APP hervorzurufen wie bei einer Entzündungsreaktion. Die Synthese erfolgt in den Hepatozyten. Im Maximum der APR werden etwa 20 % der Synthesekapazität der Leber für Proteine zur Bildung von APP aufgewendet.

Die positiven APP sind eine Familie von etwa 30 Proteinen. Das Maximum des Anstiegs schwankt in Abhängigkeit vom Protein zwischen 0,5 fach beim Coeruloplasmin und 1.000 fach beim C-reaktiven Protein (CRP) /15/. Gewöhnlich steigen die APP bei einer APR in konzertierter Aktion gemeinsam an, es gibt aber deutliche Unterschiede in der Antwortzeit, dem Erreichen des maximalen Anstiegs und der Halbwertszeit des Abfalls, da die einzelnen Proteine einer individuellen Regulation unterliegen (Tab. 19.1-5 – Einteilung der Akute-Phase-Proteine und Abb. 19.1-10 – Relative Veränderung der Konzentration von Akute-Phase Proteinen im Verlauf einer Akute-Phase Reaktion). Schnell reagierende APP wie das CRP steigen nach einer Infektion rasch an und fallen auch frühzeitig nach erfolgreicher Therapie wieder ab (Abb. 19.1-11 – Verlauf des C-reaktiven Proteins und der Körpertemperatur). Das Ausmaß der Gewebeschädigung bei einer sterilen Entzündung bestimmt die Höhe des APR-Anstiegs wie das Beispiel in Abb. 19.1-12 – Anstieg des C-reaktiven Proteins in Abhängigkeit von der Schwere des operativen Eingriffs zeigt.

Eine Dysharmonie der Akute-Phase Proteine mit der Akute-Phase Response (APR) kommt vor, wenn die APR gemeinsam mit anderen pathogenen Prozessen auftritt. Das ist der Fall bei /6/:

• Fibrinogen; die Konzentration kann bei einer APR normal oder erniedrigt sein, wenn gleichzeitig eine disseminierte intravasale Gerinnung vorliegt.
• Haptoglobin (Hp) in der Kombination von APR und intravasaler Hämolyse. Auch haben 20 % der amerikanischen Farbigen eine verminderte Synthese der Hp-α-Kette und dadurch keinen regulären Hp-Anstieg während einer APR.
• α₁-Antitrypsin; liegt ein Polymorphismus mit verminderter Bildung des Proteins vor, so ist ebenfalls keiner oder kein der APR entsprechender Anstieg zu erwarten. Prävalenzen des genetischen Polymorphismus: ZZ-Typ, 1 : 2.080; SZ-Typ, 1 : 1.160; kombinierte Frequenz beider Typen, 1 : 750.
• Komplementprotein C3; kein adäquater Anstieg bei der Kombination von APR und Immunkomplex-Erkrankung.

Die Natur der inflammatorischen Stimuli ist eine wichtige Determinante der Aktivität der APP (Tab. 19.1-6 – Abhängigkeit der Akute-Phase-Reaktion vom inflammatorischen Stimulus) /6/.

19.1.9.1 Funktion der Akute-Phase Proteine

Während einer APR nimmt die Plasmakonzentration der meisten positiven APP, ausgenommen des Serum-Amyloid A-Proteins, weitaus weniger zu als die des CRP. Die Konzentration der negativen APP nimmt ab. Positive und negative APP haben direkt oder indirekt einen inflammatorischen oder antiinflammatorischen Effekt.

Für die einzelnen APP sind folgende pathophysiologische Wirkungen anzunehmen /15/:

• Eine fundamentale Funktion der Akute-Phase Proteine ist die Verstärkung der antimikrobiellen Abwehr und die Gewebsreparatur.
• Bindung exogener und endogener Liganden und Förderung ihrer Entfernung aus der Zirkulation durch Begünstigung der Opsonierung.
• Serumamyloid A-Protein (SAA)-enthaltende Substanzen erhöhen die Phagozytoseaktivität von Makrophagen. SAA hat deshalb eine proinflammatorische Wirkung.
• Haptoglobin und Hämopexin sind positive APP und schützen vor reaktiven Sauerstoffspezies, auch fördert Haptoglobin die Wundheilung durch stimulierende Wirkung auf die Angiogenese.
• α₁-Antichymotrypsin und α₁-Proteinaseinhibitor sind positive APP und hemmen die Aktivität proteolytischer Enzyme, zusätzlich hemmt α₁-Antichymotrypsin die Bildung von Superoxidanionen.
• Transthyretin, ein positives APP, hemmt die Bildung von IL-1 durch Monozyten und Endothelzellen.
• Fibrinogen, ein positives APP, vermittelt die Bindung von Entzündungszellen, insbesondere Thrombozyten, an das Gefäßendothel und spielt eine wichtige Rolle in der Wundheilung.
• Transferrin, ein negatives APP, reduziert im Plasma das Funktionseisen, wodurch die Gewebe und damit auch eingedrungene Mikroorganismen vermindert mit Eisen versorgt werden.
• Lipoproteine sind negative APP und das Substrat für die Bildung von Eicosanoiden über den Metabolismus von Arachidonsäure und den Cyclooxygenase- und Lipoxygenaseweg.
• Albumin ist ein negatives APP. Seine Synthese wird durch proinflammatorische Zytokine gehemmt. Die pathophysiologische Wirkung der Albuminverminderung während einer APR ist nicht bekannt.

19.1.10 Systemische chronische Entzündung

Bei der systemischen chronischen Inflammation (SCI) liegt eine niedriggradige Entzündung vor, die schon eine längere Zeit (Monate oder Jahre) vorhanden ist. Sie wird durch eine konstante Aktivierung und Infiltration von Immunzellen in den betroffenen Organen verursacht. Aus einer SCI können sich Autoimmunerkrankungen entwickeln mit der Anwesenheit von Autoantigen-spezifischen Lymphozyten und Autoantikörpern in betroffenen Organen, was zu klinischen Manifestationen führen kann. Oft verläuft die präklinische Phase ohne Symptome, weshalb es schwierig ist, bei einer SCI, eine Progression von der harmlosen Entzündung bis zur Aktivierung von Autoantigen-spezifischen T- und B-Zellen mit der Bildung von Autoantikörpern und der Aktivierung von Effektorzellen vorherzusagen /47/.

19.1.10.1 Proinflammatorischer Status bei älteren Menschen /48/

Bei vielen älteren Menschen besteht eine chronische sterile und systemische, niedriggradige Entzündung mit einer Zunahme inflammatorischer Zytokine (IL-1, IL-6, TNF-alpha). Zusätzlich liegen noch Veränderungen der angeborenen und erworbenen Immunität vor. Die Ausbildung einer niedriggradigen Entzündung steht in Beziehung zu einer physiologischen Antwort auf antigenen Stress während der vorausgegangenen Jahre und kann wesentliche Mechanismen der Abwehr betreffen, ist aber weniger gegen Pathogene gerichtet, die der Organismus schon kennt und unter Kontrolle hält. Trotzdem kann eine niedriggradige Entzündung auch mit der Schwäche einer Immunantwort gegen neue Pathogene verknüpft sein. Es handelt sich um ein bekanntes Phänomen, das auch als Immunseneszenz bekannt ist. Dieses Phänomen wird auch für Erkrankungen verantwortlich gemacht, die besonders bei älteren Menschen auftreten, z.B. Gebrechlichkeit, kardiovaskuläre Erkrankungen, Diabetes, Krebs, Demenz, Osteoporose und Muskelschwund.

19.1.11 Autoinflammation

Autoinflammatorische Erkrankungen (AIDs) gehören zu einer Gruppe seltener hereditärer, ohne ursächlichen Zusammenhang wiederkehrender inflammatorischer Störungen. Sie treten ohne Vorliegen einer Infektion auf. Was bedeutet Autoinflammation pathogenetisch? /8/:

• Der pathologische Prozess ist gegen selbst (auto) gerichtet, aber die Patienten haben keine Autoantikörper oder autoreaktive T-Zellen und B-Zellen, die das Krankheitsgeschehen voran treiben.
• Monozyten und Makrophagen sind die Verursacher der Inflammation und Gewebeschädigung.
• Die chronische Aktivierung des Immunsystems, welche eventuell zur Entzündung des Gewebes führt, erfolgt bei genetisch prädisponierten Personen.
• Die Autoinflammation umfasst monogene und polygene Erkrankungen.
• Häufig ist das muskuläre-skelettale System betroffen.
• Das angeborene Immunsystem verursacht direkt eine Entzündung.
• Von einer Autoinflammation betroffene Patienten haben keine Assoziation zu bestimmten MHC Klasse' 'II Haplotypen.

Mutationen bei Proteinen des Inflammasoms, besonders in den NOD-like Rezeptorgenen (NLR) führen zum Auftreten von autoinflammatorischen Erkrankungen. Inflammasome sind große intrazelluläre Proteinkomplexe und dienen als molekulare Plattformen, die eine Aktivierung der Pro-Caspase-1 vermitteln. Das Enzym spaltet die Proform von IL-1β in das aktive IL-1β. Die Aktivierung von Proteinen der NLR (NLRs) führt zur Bildung von Inflammasomen. Die Aktivierung von Inflammasomen ist wichtig zur Abwehr von Pathogenen.

Autoinflammatorische Erkrankungen treten auf, wenn Mutationen der NLRs bei der Bildung von Inflammasomen vorliegen. Die Mehrzahl der Patienten mit autoinflammatorischen Erkrankungen haben Mutationen in den Genen der Pyrin, Cryopyrin (NLRP3) und Tumornekrosefaktor-Rezeptor Superfamily /8/.

Die Bildung von IL-1β wird nicht nur von infektiösen Signalen getriggert, sondern auch durch Signale, die von metabolisch gestressten oder absterbenden Zellen abgegeben werden. NLRP3 enthaltende Inflammasome sind intrazelluläre Rezeptoren, die nicht nur von exogenen Pathogenen getriggert werden, sondern auch von endogenen Stressmolekülen. Sie koordinieren die Bildung von IL-1β durch Aktivierung der Caspase-1. Metabolische Substrate, die sich in Zielzellen anhäufen, können das NLRP3 Inflammasom zur Bildung von IL-1β aktivieren. Metabolische Substrate, die in Zielzellen sich anhäufen sind Harnsäure bei Gicht, Inselzell Amyloid Propeptid und oxidiertes Low density lipoprotein (OxLDL) bei Diabetes, Ceramid und Weitere bei Fettleibigkeit und Cholesterinkristalle bei der Atherosklerose /17/.

Die Mehrzahl der monogenen autoinflammatorischen Erkrankungen tritt klinisch in der Neonatalperiode oder der frühen Kindheit in Erscheinung. Polygene autoinflammatorische Erkrankungen entwickeln sich in der Regel im Jugendalter, seltener kommen sie bei älteren Personen vor.

Autoinflammatorische Erkrankungen sind multisystemisch, bei denen im Wesentlichen die Haut, das muskulo-skelettale System und das Gastrointestinum betroffen sind. Autoinflammatorische Erkrankungen sind aufgeführt in Tab. 19.1-7 – Autoinflammatorische Erkrankungen.

Eine Verminderung der Entzündungsaktivität führt ohne Änderung der Lipidkonzentration zu einer Reduzierung des Risikos einer kardiovaskulären Erkrankung. Eine antiinflammatorische Therapie zur Verminderung der IL-1β aktivierten angeborenen Immunität durch Verabreichung des monoklonalen Antikörpers Canakinumab führte zu einer deutlichen Senkung der Häufigkeit rekurrenter kardiovaskulärer Ereignisse /18, 40/.

19.1.12 Graft-versus-host Erkrankung

Eine akute Graft-versus-host Erkrankung (GVHD) läuft ab, wenn immunkompetente T-Zellen im Spenderorgan das Empfängergewebe als fremd erkennen. Die resultierende Immunanwort aktiviert T-Zellen des Spenders zu zytolytischen Aktivitäten und zur Bekämpfung von Fremdantigen im Gewebe des Empfängers um dieses zu entfernen. Wichtige Zielorgane sind die Haut, der Gastrointestinaltrakt und die Leber. In der frühen Phase der GVHD triggert die Entzündung das angeborene und erworbene Immunsystem /19/.

Bei den Trigger werden zwei Muster differenziert /19/:

• Ein steriles Damage Associated Molecular Pattern (DAMP) Muster. Die Moleküle dieses Musters werden nur in den extrazellulären Raum abgegeben, wenn eine Schädigung vorliegt, die eine Immunaktivierung zur Folge hat.
• Ein Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP) Muster. Bakterielle Bestandteile stimulieren Pattern recognition receptors wie den Toll-like receptor und NOD Rezeptoren zur Aktivierung Antigen präsentierender Zellen und fördern somit die akute GVHD.

Risikofaktoren der akuten GVHD umfassen das Ausmaß der HLA Übereinstimmung, die Übertragung eines ungeeigneten Spenderorgans auf einen Empfänger, den weiblichen Spender für einen männlichen Empfänger, die Anwendung von Stammzellen aus peripherem Blut und die Intensität der Konditionierung /19/.

Die klinischen Zeichen einer GVHD sind maculopapulöser Ausschlag, Ikterus, Übelkeit, Erbrechen, Anorexie, wässrig-blutige Stühle, krampfhafte abdominelle Schmerzen /19/. Zur Vorhersage des Risikos einer GVHD bei Empfängern eines allogenen Transplantates wurde ein Biomarker-Algorithmus entwickelt, der eine letale GVHD oder deren Überleben voraussagen soll /20/.

19.1.13 Systemische chronische Inflammation

Bei der systemischen chronischen Inflammation (SCI) liegt eine niedriggradige Entzündung vor, die schon eine längere Zeit (Monate oder Jahre) vorhanden ist. Sie wird durch eine konstante Aktivierung und Infiltration von Immunzellen in den betroffenen Organe verursacht. Aus der SCI können sich Autoimmunerkrankungen entwickeln mit der Anwesenheit von Autoantigen-spezifischen Lymphozyten und Autoantikörpern in betroffenen Organen, was zu klinischen Manifestationen führen kann. Oft verläuft die präklinische Phase ohne Symptome, weshalb es schwierig ist, bei einer SCI, eine Progression von der harmlosen Entzündung bis zur Aktivierung von Autoantigen-spezifischen T- und B-Zellen mit der Bildung von Autoantikörpern und der Aktivierung von Effektorzellen voherzusagen.

19.1.14 Typ-2-Inflammation

Die Typ-2-Inflammation kommt vor bei einigen Immun-vermittelten Erkrankungen wie der chronisch-obstruktiven pulmonalen Disease (COPD), der chronischen Rhinosinusitis mit nasalen Polypen, der atopischen Dermatitis, der eosinophilen Ösophagitis, der Nahrungsmittelallergie und der ASS-Intoleranz. Namensgeber der Typ-2-Inflammation sind die TH2-Lymphozyten (T-Helfer-2-Zellen) /49/. Die Typ-2-Inflammation wird durch TH2-Lyphozyten und Mediatoren des adaptiven Immunsystems initiiert und auch unterhalten. TH2-Lymphozyten und gewebeständige Lymphozyten (ILC2) setzen Typ 2-Zytokine (IL-4, IL-5 und IL13) frei, die Effektorzellen wie eosinophile Granulozyten aktivieren und auch einen Klassenwechsel von Immunzellen bewirken. Somit werden vermehrt IgE sezerniert. Die Typ 2 Zytokine verstärken zusätzlich die Asthmapathologie. Die Wirkung der Zytokine ist wie folgt:

• IL-4 induziert die Reifung von TH0- zu TH2-Lymphozyten.
• IL-4 und IL-13 aktivieren den Klassenswitch von B-Zellen zur BIldung von IgE-Antikörpern.
• IL-5 vermittelt im Knochenmark die Differenzierung von Granulozyten in die vermehrte Bildung von Eosinophilen.
• IL-13 führt zur Becherzellhyperplasie im Darm und einer Hyperreaktivität der Bronchien. Es wird vermehrt Schleim gebildet und es resultiert eine Atemwegsobstruktion.

19.1.15 Sterile Inflammation

Die sterile Inflammation ist eine Immunantwort auf durch Schädigung verursachte molekulare Strukturen (Damage-Associated Patterns = DAMPs), die in Abwesenheit fremder Pathogene durch eine Zellschädigung freigesetzt werden /50/. Bei Organtransplantationen werden durch Ischämie und nachfolgende Reperfusion von den Mitochondrien reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspecies freigesetzt. Diese sind die wesentliche Ursache des Zelltodes und verschiedener DAMPs vom Gewebstransplantat.

Darüber hinaus kann eine fehlgesteuerte oder sterile inflammatorische Antwort versehentlich zu einer weiteren Schädigung führen durch die Aktivierung von Immunzellen der angeborenen Immunität, die das erworbene Immunsystem in das Geschehen mit einbeziehen. So kann sich bei der Lebertransplantation eine sterile Inflammation als eine frühe Dysfunktion, ein Versagen des Transplantates oder eine Gewebeunverträglichkeit manifestieren.

19.1.16 Anaphylaktoide Reaktion

Es handelt sich um eine akute Reaktion der Unverträglichkeit mit den Symptomen einer Anaphylaxie. Drei pathogene Mechanismen der Antigenexposition, die zur Anaphylaxie führen, werden unterschieden /21/:

• IgE-vermittelte allergische Reaktion des Soforttyps (Typ 1) nach Coombs und Gell. Nach Erstkontakt mit dem Antigen oder Hapten kommt es nach einem Zeitraum von mehreren Wochen beim Rekontakt innerhalb von Minuten zu einer Freisetzung von vasoaktiven Substanzen aus IgE besetzten Mastzellen. Die in diesen Zellen befindlichen Granula sind mit Histamin und Tryptase gefüllt. Eine Zelle hat mehr als 100.000 IgE-Rezeptoren. Auf Grund eines IgE-Immunkomplex Stimulus erfolgt die Degranulation, und da Mastzellen perivaskulär in der Haut, der Lunge und dem Darm lokalisiert sind, beziehen sie sofort das umgebende Gewebe in die Reaktion mit ein. Es werden mit Histamin nicht nur vasoaktive Substanzen freigesetzt, die eine vermehrte Kapillarpermeabilität, Vasodilatation und Bronchokonstriktion bewirken, sondern auch Lymphozyten, Monozyten und polymorphkernige Granulozyten werden durch chemotaktische Substanzen als Amplifikatoren in die Entzündungsreaktion mit einbezogen. Es kommt somit ebenfalls zur Auslösung einer Akute-Phase Reaktion.
• Komplement vermittelte Anaphylaxie, der Immunreaktion Typ III nach Coombs und Gell entsprechend. Immunkomplexe aktivieren das Komplementsystem und die aktivierten Faktoren C3a und C5a bewirken die Freisetzung vasoaktiver Entzündungsmediatoren aus den Mastzellen.
• Chemische Substanzen, wie wasserlösliche Röntgenkontrastmittel, können eine IgE- oder Komplement-vermittelte anaphylaktoide Reaktion hervorrufen.

19.1.17 Systemisches inflammatorisches response Syndrom (SIRS)

In 1991 formulierte eine Konsensuskonferenz eine Definition der Sepsis unter dem Gesichtspunkt, dass diese sich aus einem SIRS zu einer systemischen Infektion entwickeln würde. Eine Sepsis, kompliziert durch Organversagen, wurde als schwere Sepsis bezeichnet. Aus dieser konnte sich ein septischer Schock entwickeln, definiert als eine Hypotension bei Sepsis, die trotz adequater Flüssigkeitszufuhr nicht korrigierbar war /22/. Kriterien der SIRS sind Tachykardie, Tachypnoe, Hyperthermie oder Hypothermie und Veränderungen im Blutbild. Jedoch sind die Kriterien des SIRS bei hospitalisierten Patienten häufig, liegen bei vielen Erkrankungen mit gutartigem Verlauf vor und sind bei infektiösen und nicht-infektiösen Erkrankungen nachweisbar. Somit ist das SIRS nicht nur Infektions bezogen. Eine neue Definition der Sepsis schließt deshalb nicht mehr das SIRS ein /22/. Die Definition des SIRS umfasst zwei oder mehr der Variablen in Tab. 19.1-8 – Diagnostische Variablen des SIRS.

19.1.18 Sepsis und septischer Schock

Ein fundamentaler Bestandteil der neuen Definition von Sepsis und septischem Schock ist die Präsenz einer Infektion. Doch negative Blutkulturen sind häufig bei Patienten mit klinisch diagnostizierter Sepsis /23/. Jedoch neue Verfahren die Erreger identifizieren wie die Matrix-associated laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) /24/ oder mit hoher Wahrscheinlichkeit darauf hinweisen sind Metaboliten wie die Myristinsäure im Blut /25/ oder zirkulierende microRNAs /26/. Mit diesen Verfahren ist die Erkennung von Erregern im Blut mit höherer Sensitivität und schneller möglich.

Um die Diagnose einer Sepsis zu stellen muss eine das Leben bedrohende Organdysfunktion vorliegen. Diese wird durch den SOFA score erfasst (Tab. 19.1-9 – SOFA score). Der Score erfasst die Dysfunktion von 6 Organen in 5 Schweregraden (0–4) unter Einbeziehung biochemischer Untersuchungen. Eine schwer eingeschränkte Funktion wird mit 4 Punkten bewertet, die nicht eingeschränkte Funktion enthält keinen Punkt. Insgesamt sind 0–24 Punkte möglich. Ein Score von 2 bei positiver Blutkultur geht mit einer um 10 % erhöhten Mortalität einher /27/.

19.1.18.1 Sepsis

Nach der neuen Übereinkunft ist eine Sepsis definiert als eine das Leben bedrohende Störung von Organen, die durch eine Infektions bedingte Fehlsteuerung der Abwehr des Organismus bedingt ist. Klinisch besteht eine Kombination von Infektion mit lebensbedohender Organdysfunktion, charakterisiert durch eine akute Änderung im SOFA score von ≥ 2 Punkten. Das Konsensusdokument hat für die Beurteilung des Organversagens den Quick-SOFA (q-SOFA) eingeführt. Dieser hilft Patienten mit Verdacht auf Infektion einer Sepsis zuzuordnen, ohne dass biochemische Untersuchungen notwendig sind. Der qSOFA erfordert mindestens zwei der folgenden Risikovariablen für das Vorliegen einer Sepsis /27/:

• Eine Atemfrequenz von 22 und mehr pro Minute.
• Einen systolischen Blutdruck von 100 mmHg oder weniger.
• Einen veränderten mentalen Status (Glasgow coma scale < 15).

Es besteht eine Konfusion zwischen der klinisch definierten Sepsis und der im Labor bestimmten Infektion des Blutes. Das erschwert die Vorgänge auf Station /53/. Eine Sepsis kann, bedingt durch eine Vielzahl von Gründen, auch ohne positive Blutkultur vorliegen. Einige Kliniker finden es schwer den Begriff SIRS aufzugeben und verfallen in gewohnte Ausdrücke, in dem sie grenzwertige Patienten als ein wenig SIRS klassifizieren.

19.1.18.2 Septischer Schock

Der septische Schock ist eine Untergruppe der Sepsis, bei der tief greifende zirkulatorische, zelluläre und metabolische Veränderungen mit einem größeren Risiko vorliegen als bei der Sepsis /51/. Die Patienten unterscheiden sich von denjenigen mit Sepsis durch den Bedarf an vasopressorischen Medikamenten, einen arteriellen Blutdruck von ≥ 65 mmHg und eine Lactatkonzentration kleiner als 18 mg/dl (2 mmol/l) aufrecht zu erhalten bei nicht Vorliegen einer Hypovolämie. Diese Kombination ist mit einer Mortalität im Krankenhaus von mehr als 40 % behaftet /27/.

Die Gabe von intravenöser Flüssigkeit wird zur Behandlung von Patienten mit septischem Schock empfohlen, die auf einer Intensivstation liegen. In einer Studie /51/ bei Erwachsenen mit septischem Schock führte eine intravenöse Retention von Flüssigkeit im Vergleich zur Standardtherapie nicht zur Verminderung der Todesfälle innerhalb von 90 Tagen. In der restriktiven Gruppe waren das Körpergewicht und wichtige Labordaten in beiden Gruppen nahezu gleich. Die Daten sind als Median inklusive des interquartilen Bereiches wie folgt:

• Körpergewicht (kg): restriktive Gruppe 77 (67–90); Standardmenge an Flüssigkeit 78 (67–91)
• höchstes Lactat im Plasma (mmol/l): restriktive Gruppe 3,8 (2,7–6,0); Standardmenge an Flüssigkeit 3,9 (2,8–6,1)
• höchstes Creatinin im Plasma (mg/dl): restriktive Gruppe 1,6 (1,1–2,4); Standardmenge an Flüssigkeit 1,6 (1,1–2,5).

Laboruntersuchungen bei SIRS und Sepsis

Laboruntersuchungen zur Erkennung von SIRS und Sepsis sind in aufgeführt in Tab. 19.1-10 – Laboruntersuchungen bei Verdacht auf SIRS und Sepsis und Monitoring.

19.1.19 Risiko einer infektiösen Erkrankung nach Allotransplantation

Das Risiko einer Infektion nach Allotransplantation eines Organes ist abhängig von /46/:

• Der Dosis, der Virulenz, der Menge an Mikroorganismen in dem Empfängerorganismus und in dem transplantierten Organ des Spenders. Jedoch ist die Übertragung einer Infektionen vom Spender bei der Allotransplantation gering. Die Übertragung der Organe von Spendern mit latenter Infektion erfolgt jedoch routinemäßig. Die potentielle Übertragung solcher Infektionen ist ein Grund für die nach der Übertragung erfolgte Überwachung transplantierter Patienten auf Mikroorganismen wie das Cytomegalie Virus (CMV), das Epstein-Barr-Virus (EBV) und die antimikrobielle Prophylaxe gegen Hepatitis, HIV und bestimmte Typen von Pneumocystis. Das mikrobielle Screening von Organspendern ist aber begrenzt auf ein Spektrum von serologischen und molekularbiologischen Tests.
• Der Natur, Intensität und Dauer der Immunsuppression. Ein Problem ist, dass die Organempfänger häufig Zeichen einer Infektion haben wie Leukozytose, Leukopenie, nicht erklärbares Fieber, Durchfall oder Meningitis. Trotz einer Behandlung wie der Verminderung von T-Zellen, der Gabe von Zellzyklus-Inhibitoren, Calcineurin-Inhibitoren und Glucokortikoiden gehen Infektionen nach Allotransplantation mit erhöhter Häufigkeit mit einer Infektion durch das Herpes Virus einher. Auch Infektion mit Bakterien die verkapselt sind, wie Neisseria meningitides, treten prädestiniert auf, wenn die Anzahl der B-Zellen vermindert ist und/oder bei Mangel an Komplementfaktoren.

19.1.20 Antiphlogistika Wirkung

19.1.20.1 Nicht-steroidale Antiphlogistika

Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) sind wertvolle Medikamente zur Behandlung von Arthritis und muskulo-skelettalen Erkrankungen und werden als Schmerz senkende Medikamente bei viele Beschwerden verordnet. Es ist generell akzeptiert, dass NSAIDs ihre antiphlogistische Wirkung über die Hemmung der Synthese von Prostaglandinen entfalten. Unglücklicherweise ist ihre Anwendung limitiert, da sie Schädigungen der Schleimhaut des oberen Gastrointestinaltrakts verursachen wie das peptische Ulkus, das zur gastrointestinalen Blutung und Perforation führen kann /28/.

Die Angriffspunkte der einzelnen NSAID sind unterschiedlich:

• Indometacin, Fenoprofen, Ibuprofen hemmen die Cyclooxygenase durch kompetitive Verdrängung der Arachidonsäure von der Substratbindungsstelle.
• Imidazol und Dazoxiben hemmen das Enzym Cyclooxygenase (COX) und führen zu einer Verminderung der Prostaglandinsynthese. COX kommt in zwei Isoformen vor. COX-1 ist ein konstitutives Enzym und in vielen Geweben vorhanden. COX-2 ist ein induzierbares Enzym und mit der Inflammation in Geweben assoziiert. Die selektive Hemmung von COX-2 führt zu einer Verminderung der Entzündung in muskulo-skeletalen Geweben.
• Acetylsalicylsäure (ASS) acetyliert irreversibel einen Serinrest im aktiven Zentrum der Cyclooxygenase. Die Wirkung niedriger Dosen ASS in der Prophylaxe der Atherosklerose basiert auf der Kenntnis, dass ASS das Enzym Cyclooxygenase irreversibel hemmt. Im Thrombozyten ist das Enzym für die TXA₂-Synthese verantwortlich, in der Gefäßendothelzelle für die Synthese von PGI₂. Beobachtungen zeigen, dass die Wirkung von ASS auf die Endothelzellen von Gefäßen nur kurzfristig und daher unvollständig ist, während sie bei den Thrombozyten 8–10 Tage beträgt. Ursache ist, dass Thrombozyten kernlos sind und keine neue Cylooxygenase bilden können und somit die Thrombopoese der Geschwindigkeits-bestimmende Schritt ist, während die kernhaltigen Endothelzellen von Gefäßen rasch neues Enzym nachbilden. Da TXA₂ proaggregatorisch auf Thrombozyten und konstriktorisch auf Gefäße wirkt, PGI₂ aber genau den entgegen gesetzten Effekt hat, wirkt ASS antithrombotisch.

19.1.20.2 Glucokortikoide

Glucokortikoide (GCs) sind lebenswichtig und werden von der Nebennierenrinde sezerniert /52/. Unter den vielen Funktionen, die sie haben, sind die GCs wichtige Stresshormone, die eine Vielzahl wichtiger Vorgänge regulieren wie beispielsweise die Inflammation, die Immunfunktion, das Wachstum des Skeletts, die Reproduktion, den Metabolismus und die kardiovaskuläre Funktion. GC-Rezeptoren sind in den Zellen aller Gewebe präsent, aber es besteht eine erhebliche Heterogenität in der GC-Sensitivität der Gewebe. GC wirken als negative Regulatoren der Entzündung, in dem sie die Bildung von Interleukin-1 unterdrücken und die Induktion des Interleukin-1 decoy Rezeptors und des Interleukin-1 Rezeptors 2 (Interleukin-1R2) fördern. GCs signalisieren auf genomischen und nicht-genomischen Wegen /52/. Das zirkadiane Profil der GC-Freisetung aus der Nebennierenrinde wird von der hypothalamisch-hypophysären-adrenalen-Achse reguliert.

In pharmakologischen Konzentrationen (Cortisol 0,5–1 mg/l) werden Glucokortikoide (GCs) eingesetzt /29/:

• Zur Therapie chronisch inflammatorischer Erkrankungen.
• Zur Unterdrückung der mit einer Organtransplantation verbundenen Entzündungs- und Immunreaktion.
• Zur Unterdrückung der mit einer Autoimmunerkrankung verbundenen Entzündungs- und Immunreaktion.
• Bei allen Erkrankungen, die mit einer verstärkten Expression proinflammatorischer Zytokine, Chemokine und Adhäsionsmoleküle einhergehen.

In pharmakologischer Konzentration hemmen GC /30/:

• Die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine und stimulieren die Bildung antiinflammatorischer Zytokine wie IL-10. Insgesamt wird durch Hemmung der Th1- und Stimulierung der Th2-Immunantwort die Inflammation herunterreguliert (Abb. 19.1-9 – Th1/Th2-Paradigma bei immunvermittelter Entzündungsreaktion).
• Inflammatorische Mediatoren: GCs hemmen die Bildung von Eicosanoiden durch Inhibition der COX-2; beschleunigt wird der Katabolismus von Leukotrienen. Die Bildung von NO wird durch Inhibition der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) in Makrophagen, polymorphkernigen neutrophilen Granulozyten (PMN) und Endothelzellen gehemmt.
• Zelloberflächenmarker. GCs regulieren die Expression von Oberflächenmarkern herunter, wie den Endotoxinrezeptor CD14 und die Adhäsionsmoleküle ELAM-1 und ICAM-1 an Endothelzellen. Somit wird verhindert, dass PMN an das Endothel binden, um anschließend durch die Gefäßwand zum inflammatorischen Focus zu wandern. Auch die Migration von Lymphozyten wird gebremst auf Grund einer Expressionshemmung von LFA-1 und CD2.

Die Wirkung der GCs auf die Zellen wird über einen GC-Rezeptor wahrgenommen, der mit einem Heat shock-Protein im Cytoplasma komplexiert. Es kommt zu einer Dimerisierung des Rezeptors, der dann die Membran des Zellkerns permeiert (Abb. 19.1-13 – Regulation der Genexpression durch Glukokortikoide). Eine Übersicht der GC-Wirkungen zeigt Abb. 19.1-14 – Wirkungen der Glucokortikoide.

In physiologischen Konzentrationen unterstützen GCs die inflammatorische Antwort in folgender Weise /30/:

• Die proinflammatorischen Zytokine (TNF-α, IL-1, IL-6), die nach Gewebeschädigung oder durch bakterielle Endotoxine aktiviert werden, stimulieren über die hypothalamisch-hypophysäre-adrenale Achse die Bildung von GCs, die wiederum die Synthese von Akute-Phase Proteinen in der Leber fördern.
• GCs erhöhen die Expression von Zytokinrezeptoren auf deren Zielzellen, z.B. der T-Zellen, so dass deren Sensitivität für die Zytokine erhöht ist.
• GCs haben eine stimulatorische Wirkung zur Freisetzung von Makrophagen inhibiting factor. Er wird freigesetzt von Lipopolysaccharid stimulierten Makrophagen und hat inflammatorische Wirkung.
• GCs induzieren die Apoptose von Lymphozyten und eosinophilen Granulozyten, weniger stark von Monozyten und nicht von PMN.

Die Wirkung physiologischer GC-Konzentrationen mit anfänglicher Erhöhung der Zahl an Rezeptoren für proinflammatorische Zytokine und nachfolgender Hemmung der Synthese dient dem Zwecke, eine inflammatorische Antwort rasch in Gang zu setzen, sie aber auch wieder schnell zu beenden.

Literatur

1. Medzhitov R. Inflammation 2010: new adventures of an old flame. Cell 2010; 140: 771–6.

2. Mantovani A, Garlanda C. Humoral innate immunity and acute phase proteins. N Engl J Med 2023; 388 (5): 439–50.

3. Nathan C, Ding A. Nonresolving inflammation. Cell 2010; 140: 871–82.

4. Fantuzzi G. Adipose tissue, adipokines, and inflammation. J Allergy Clin Immunol 2005; 115: 911–9.

5. Fraunberger P, Walli AK. Biomarkers in sepsis and inflammation. J Lab Med 2007; 31: 294–309.

6. Whicher J. The acute phase response. In: Ritchie RF, ed. Serum proteins in clinical medicine, Vol II. Scarborough; Foundation for Blood Research 1999: 105.001–21.

7. Aggarwal BB. Nuclear factor kB: the enemy within. Cancer cell 2004; 6: 203–8.

8. Doria A, Zen S, Bettio M, Getto N, Bassi L, Nalotto A, et al. Autoinflammation and autoimmunity: bridging the divide. Autoimmunity Rev 2012; 12: 22–30.

9. Martinon F, Mayor A, Tschopp J. The inflammasomes; guardians of the body. Annu Rev Immunol 2009; 27: 229–65.

10. Ali H, Haribabu B, Richardson RM, Snyderman R. Mechanisms of inflammation and leukocyte activation. Med Clin North Am 1997; 81: 1–28.

11. Pockley G. Heat shock proteins as regulators of the immune response. The Lancet 2003; 362: 469–76.

12. Soehnlein O, Lindbom L, Weber C. Mechanisms underlying neutrophil-mediated monocyte recruitment. Blood 2009; 114: 4613–23.

13. Bone RC. Sir Isaac Newton, sepsis, SIRS and CARS. Crit Care Med 1996; 24: 1125–9.

14. Morley JJ, Kushner I. Serum C-reactive protein levels in disease. Ann NY Acad Sci 1982; 389: 406–18.

15. Gabay C, Kushner I. Acute phase proteins and other systemic responses to inflammation. N Engl J Med 1999; 340: 448–55.

16. Mantovani A, Aliavena P, Sica A, Balkwill F. Cancer-related inflammation. Nature 2008; 454: 436–44.

17. Goldbach-Mansky R. Immunology in clinic review series; focus on autoinflammatory diseases: update on monogenic autoinflammatory diseases: the role of interleukin (IL)-1 and an emerging role of cytokines beyond IL-1. Clinical and Experimental Immunology 2011; 167: 391–404.

18. Ridker PM, Everett BM, Thuren T, MacFadyen JG, Chang WH, Ballantyne C, et al. Antiinflammatory therapy with canakinumab for atherosclerotic disease. N Engl J Med 2017; 377 1119–31.

19. Zeiser R, Blazar BR. Acute graft-versus-host disease. Biologic process, prevention, and therapy. N Engl J Med 2017; 377: 2167–79.

20. Hartwill MJ, Özbek U, Holler E, Renteria AS, Major-Monfried H, Reddy P, Aziz M, et al. An early-biomarker algorithm predicts lethal graft-versus-host diseae and survival. JCI Insight 2017: 2 (3): e89789. doi: 10.1172/jci.insight.89789.

21. Walther A, Böttiger BW. Anaphylaktoide Reaktionen in der Prähospitalphase. Internist 2004; 45: 296–304.

22. Bone RC, Balk RA, Cerra FB. Definitions for sepsis and organ failure and guidelines for the use innovative therapies in sepsis. The ACCP/SCCM Consensus Conference Committee. Chest 1992; 101: 1644–55.

23. Abraham E. New definitions for sepsis and septic shock. Continuing evolution but with much still to be done. JAMA 2016; 315: 757–9

24. Buehler SS, Madison B, Snyder SR, Derzon JH, Comish NE, Saubolle MA, et al. Effectiveness of practices to increase timeliness of providing targeted therapy for inpatients with bloodstream infections: a laboratory medicine best practices systematic review and meta-analysis. Microbiol Rev 2016; 29: 59–103.

25. Kauppi AM, Edin A, Ziegler I, Möling P, Sjöstedt A, Gylfe A, et al. Metabolites in blood for prediction of bacteremic sepsis in the emergency room. PloS One 2016, 11 (1): e0147670

26. Benz F, Roy S, Trautwein C, Roderburg C Luedde T. Circulating microRNAs as biomarkers of sepsis. Int J Mol Sci 2016; 17: 78. doi: 10.3390/ijms17010078.

27. Singer M, Deutschman CS, Seymour CW, Shankar-Hari M, Djilali A, Bauer M, et al. The third international consensus definitions for sepsis and septic shock (sepsis-3). JAMA 2016; 315: 801–10.

28. Lanza FL, Chan FKL, Quingley EMM, FACG and the Practice Parameters Committee of the Amercan College of Gastroenterology. Guidelines for prevention of NSAID-related ulcer complications. Am J Gastroenterol 2009; 104: 128–38.

29. Annane D, Cavaillon JM. Corticosteroids in sepsis: from bench to bedside? Shock 2003; 20: 197–207.

30. Yaeger MP, Guyre PM, Munck AU. Glucocorticoid regulation of the inflammatory response to injury. Acta Anaesthesiol Scand 2004; 48: 799–813

31. Bruegel M, Ceglarek U, Thiery J. Eicosanoids: essential mediators in health and disease. J Lab Med 2009; 33: 333–9.

32. Sugimoto MA, Vago JP, Teixeira MM, Sousa LP. Annexin A1 an the resolution of inflammation: modulation of neutrophil recruitment, apoptosis, and clearance. J Immunology Res 2016, Article ID 8239258. doi: 10.1155/201678239258.

33. Oran PE, Sherma ND, Borges CR, Jarvis JW, Nelson RW. Intrapersonal and populational heterogeneity of the chemokine RANTES. Clin Chem 2010; 56: 1432–41.

34. Yamamoto S. Mammalian lipoxygenases: molecular structures and functions. Biochem Biophys Acta 1992; 1128: 117–31.

35. Mayatepek E, Hoffmann GF. Leukotrienes: biosynthesis, metabolism, and pathophysiologic significance. Pediat Res 1995; 37: 1–9.

36. Griffin G, Krishna S. Infectious diseases. J Royal Coll Phys 1998; 32: 195–8.

37. Bevilacqua MP, Nelson RM. Selectins. J Clin Invest 1993; 91; 379–87.

38. Hogg N, Berlin C. Structure and function of adhesion molecules in leukocyte trafficking. Immunology Today 1995; 16: 327–9.

39. Gitlin JD, Colten HR. Molecular biology of the acute phase plasma proteins. In: Pick E, Landy M, eds. Lymphokines, Vol 14. San Diego; Academic Press 1987: 123–53.

40. Shinar Y, Ceccherrine I, Rowczenio D, Aksentijevich I, Areotegui J, Ben-Chetrit E, et al. ISSAID/EMQN Best Practice Guidelines for the genetic diagnosis of monogenic autoinflammatory diseaeses in the next-generation sequencing area. Clin Chem 2020; 66 (4): 525–36.

41. Kyrazopoulou E, Leventogiannis K, Norrby-Teglund A, Dimopoulos G, Pantazi A, Orfanos SE, Rovina N, et al Makrophage activation-like syndrome: an immunological entity associated with rapid progres to death and sepsis. BMC Medicine 2017; 19. doi: 10.1186/s12916-017-0930-5.

42. Fajgenbaum DC, June CH. Cytokine storm. N Engl J Med 2020; 383: 2255–73.

43. Ruscitti P, Giacomelli R. Ferritin and severe COVID-19, from clinical observations to pathogenic implications and therapeutic perspectives. IMAJ 2020; 22: 450–52.

44. Schett G, McInnes IB, Neurath MF. Reframing immune-mediated inflammatory diseases through signature cytokine hubs. N Engl J Med 2021; 385 (7): 628–39.

45. Fagerholm SC. Integrins in health and disease. N Engl J Med 2022; 387 (16): 1519–21.

46. Fishman JA. Risk of infectious disease in xenotransplantation. N Engl J Med 2022; 387 (24): 2258–67.

47. Fenton KA, Pedersen HL. Advanced methods and novel biomarkers in autoimmune diseases – a review on the recent years progress in systemic lupus erythematosus. Frontiers in Medicine 2023; doi: 10.3389/fmed.2023.1183535.

48. Santos CAF, Amirato GR, Paixao V, Almeida EB, Do Amaral JB, Monteiro FR, et al. Association among inflammaging, body composition, physical activity, and physical function tests in physically active women. Front Med 2023. doi: 10.3389/fmed.2023.120 6989.

49. Bhatt SP, Rabe KF, Hanania NA, Vogelmeier J, Cole M, Bafadhel SA, et al. Dupilmab for COPD with type 2 inflammation indicated by eosinophil counts. N Engl J Med 2023; 389 (3): 205–13.

50. Kahan R, Cray PL, Abraham N, Gao Q,Hartwig MG, Pollara JJ, Barbas AS. Front Med 2023; 10. doi: 10.3389/fmed.2023.1223224.

51. Meyhoff TS, Hjortrup PB, Wetterslev J, Sivapalan P, Laake JH, Cronhjort M, et al. Restriction of intravenous fluid in ICU patients with septic shock. N Engl J Med 2022; 386 (26): 2459–69.

52. Ramamoorthy S, Cidlowski JA. Corticosteroid mechanism of action in health and disease. Rheum Dis Clin North Am 2016; 42 (1): 15–31.

53. Inglis TJJ. Speaking of sepsis: semantics, syntax, and slang. Front Med 2023; 10.1250499. doi: 10.3389/fmed.2023.1250499.

19.2 Oxidativer Stress

Lothar Thomas

Im Organismus sind Oxidations-Reduktions-Reaktionen die den Tranfer von einer Substanz mit reduktivem Charakter in eine mit oxidativem Charakter überführen wichtig zur Aktivierung oder Inaktivierung biologisch aktiver Substanzen. Die Redoxreaktion kann teilweise reaktive Sekundärprodukte, Sauerstoff- oder Stickstoffverbindungen vom Radikaltyp oder Nicht-Radikaltyp bilden, die gewöhnlich als reaktive Sauerstoffspezies (ROS) oder reaktive Stickstoffspezies (RNS) bezeichnet werden /1, 2/.

Der Organismus kann der erhöhten Reaktivität von ROS und RNS durch die Bildung von Antioxidantien entgegenwirken. Antioxidantien sind Substanzen, die einer Bildung von ROS und RNS und ihrer Interaktion mit Biostrukturen entgegenwirken.

Erhöhte Konzentrationen von ROS oder RNS verursachen oxidativen Stress, ein pathogener Zustand, bei dem die antioxidative Abwehr die Produktion von ROS und RNS nicht kompensieren kann. Oxidativer Stress kann zu einer Vielzahl von Erkrankungen führen durch Zerstörung von Zellmembranen, die Verhinderung der Zellproliferation, die Zerstörung von Mitochondrien oder deren Funktion und durch Veränderung von Proteinen, Lipiden und DNA.

19.2.1 Freie Radikale

Freie Radikale sind Verbindungen mit einem nicht gepaarten und somit sehr reaktiven Elektron auf der äußeren Schale eines Atoms /2/. Diese Definition schließt ein: Das Wasserstoffatom, die meisten Metallionen, die in verschiedenen Zuständen vorliegen können, und das Sauerstoffmolekül, das ein Biradikal ist, da seine zwei äußeren Elektronen sich auf verschiedenen Schalen befinden.

Freie Radikale können positiv oder negativ geladen sein. Angezeigt wird das freie Elektron und damit die Radikalnatur einer Verbindung, indem ein Punkt hinter die chemische Bezeichnung gesetzt wird. Drei Beispiele sind: A·, A⁺·, A^–·.

Freie Radikale können in Lipiden, Aminosäuren, Nukleotiden und besonders in Verbindungen des Sauerstoffs vorkommen.

Freie Radikale werden gebildet durch /2/:

• Homolytische Spaltung von kovalenten Bindungen A:B → A· + B·; sie ist in biologischen Systemen sehr ungewöhnlich.
• Addition eines Elektrons zu einem neutralen Atom A + e → A^–·; ein häufiges Ereignis in der Biologie.
• Abzug eines Elektrons von einem Atom A → A⁺· + e; selten in biologischen Systemen.

Radikale, besonders diejenigen mit niedrigem Molekulargewicht, sind stark reaktiv und deshalb kurzlebig. Als Folge attackieren sie Atome mit hoher Elektronendichte wie das Stickstoffatom (Stickstoff enthält zwei ungepaarte 2s Elektronen), Doppelbindungen zwischen zwei Atomen des Kohlenstoffs in vielfach ungesättigten Fettsäuren und von Phospholipiden. Auf diese Weise bilden Radikale zusätzliche freie Radikalintermediate /2/.

Die wesentliche endogene Quelle der freien Radikalbildung ist der Zellstoffwechsel. Exogene Quellen sind die Luftverschmutzung, Rauchen, Medikamente, Strahlung und gewisse Übergangsmetalle im Organismus wie Eisen und Mangan /1, 2/.

19.2.2 Bildung freier Sauerstoffradikale (ROS)

Die wesentlichen reaktiven Sauerstoffspezies sind:

1. Freie Radikale

• Superoxidanion; O₂^–
• Peroxid Anion; O₂^2–
• Hydoxylradikal OH·

2. Nicht Radikalmoleküle

• Wasserstoffsuperoxid; H₂O₂
• Hydroxylanion; OH^–

ROS sind Nebenprodukte des Zellstoffwechsels, der Sauerstoff als terminalen Elektronenakzeptor benötigt (Oxidans). Während dieses Vorgangs werden ROS wie das Superoxidanion-Radikal (O₂^–), Wasserstoffsuperoxid H₂O₂ und das Hydroxyl-Radikal als Intermediate gebildet, und das auch bei Gesunden. Der Entzug eines Elektrons von O₂ führt zur Bildung des Superoxidanion-Radikals (O₂^–), ein instabiles freies Radikal, das mit anderen Superoxidanionen oder Sauerstoff haltigen Molekülen reagiert. Unter normalen Umständen besteht ein Gleichgewicht von ROS und der antioxidativen Abwehr (Superoxiddismutase, Katalase, Glutathion und Glutathionperoxidase, Ascorbinsäure Pyruvat, Flavinoide und Karotinoide). Sie verhindern oder begrenzen die Schädigung durch ROS /3/.

Neben den ROS existieren auch Radikale, die zusätzlich ein Stickstoffatom enthalten wie z.B Stickstoffmonoxid (NO).

Sauerstoffradikale haben eine besondere Bedeutung, da sie für die Bildung aller anderen Radikale ursächlich sein können /3/. In biologischen Systemen ist der Sauerstoff vorwiegend in die intrazelluläre Bildung freier Radikale involviert. Wesentliche freie reaktive O₂-Spezies (ROS) sind:

• Das Superoxidanion Radikal (O₂^–·).
• Das Hydroxyl-Radikal (HO ^.).

19.2.2.1 Superoxidanion Radikal

In biologischen Systemen ist Sauerstoff primär in die intrazelluläre Bildung von Sauerstoffradikalen durch verschiedene Reaktionen invloviert. Superoxidanion Radikale werden gebildet /2/:

• Durch Addition eines Elektrons zu molekularem Sauerstoff. Die Reaktion resultiert durch eine Durchlässigkeit von Elektronen aus der Atmungskette in den Mitochondrien und Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum.

O₂ + e → O₂^–·

Das Superoxidanion Radikal (O₂^–·) entsteht in einer Vielzahl enzymatischer Reaktionen (Tab. 19.2-1 – Beispiele der Entstehung von ROS).

• Durch die nicht katalysierte Oxidation von Oxihämoglobin zu Met-Hb:

Hb-Fe²⁺ + O₂ → Hb-Fe³⁺ + O₂^–·

Das entstandene Met-Hb wird dann, katalysiert durch die Met-Hb-Reduktase, in Oxy-Hb rückgeführt.

• Durch Autooxidation von mehrwertigen Metallen im reduzierten Zustand:

Fe²⁺ + O₂ → Fe³⁺ + O₂^–·

19.2.2.2 Hydroxylradikal

Das Hydroxylradikal wird gebildet bei der homolytischen Dissoziation von Wasser durch ionisierende Strahlung:

H₂O → H· + HO·

• Aus dem Superoxidanionen Radikal durch die Haber-Weiss-Reaktion:

ROS-Bildung am Beispiel des Respiratory burst

Der Respiratory burst ist eine Reaktion phagozytierender Zellen wie Granulozyten und Monozyten/Makrophagen. Nach der Phagozytose von Bakterien werden diese intrazellulär durch die Bildung von HO· und HOCl abgetötet. Der Vorgang beginnt mit der Aufnahme von O₂ und Aktivierung der NADPH-Oxidase; es entstehen O₂^–·.

Weiterführend kommt es, durch spontane Dismutation oder die Superoxiddismutase (SOD) katalysiert, zur Bildung von H₂O₂:

Die Bildung potenter, oxidierender und antimikrobieller Substanzen wie HOCl und HO· geschieht aus H₂O₂ oder O₂^–· wie folgt:

• Vermittelt durch die Myeloperoxidase (MPO) der polymorphkernigen neutrophilen Granulozyten wird in Gegenwart von Cl^– das HOCl gebildet.

• Myeloperoxidase-unabhängig entstehen HO· in der Fenton- oder Haber-Weiss-Reaktion:

19.2.2.3 Physiologische Bildung von ROS

Physiologisch fallen ROS an:

• Bei der mitochondrialen Atmung. So verbraucht eine Zelle 10¹² Moleküle O₂ pro Tag, wovon etwa 2 % (2 × 10¹⁰ ROS) als Intermediärstufen in Form von O₂^–·, HO· und H₂O₂ in die Zirkulation gelangen.
• Bei der Aktivierung von Granulozyten und Makrophagen. Gebildet werden O₂^–· und HO·.
• Durch Oxidasen wie Xanthinoxidase, Monoaminooxidase, L-Aminooxidase, Tyrosinhydroxylase und NO-Synthase. Gebildet werden O₂^–· und H₂O₂.
• Durch die Fenton-Reaktion, also Eisen-katalysierte Bildung von Radikalen.

19.2.2.4 Wirkung von ROS auf die Gewebe

Physiologisch werden ROS bei den in Tab. 19.2-1 – Beispiele der Entstehung von ROS gezeigten Vorgängen gebildet.

Erhöhte Konzentrationen von ROS bewirken strukturelle und funktionelle Veränderungen von Lipiden, Proteinen und Nukleinsäuren (Tab. 19.2-2 – Pathogene Wirkung reaktiver Sauerstoffspezies) /2/.

19.2.3 Reaktive Stickstoff Spezies

Wichtige reaktive Stickstoffspezies sind:

1. Radikalmoleküle

• Stickstoffmonoxid; NO^.

2. Nichtradikal Anionen

• Peroxynitrit; ONOO^–

Nitrosativer Stress resultiert aus der Erhöhung reaktiver Stickstoffspezies (reactive nitrogen species, RNS). Somit spielt das Radikalmolekül Stickstoffmonoxid (NO·) und auch das nichtradial Anion Peroxynitrit (ONOO^-) eine entscheidende physiologische Rolle. Bei erhöhter Konzentration können beide Spezies toxisch für Zellen sein aufgrund ihrer Fähigkeit eine große Anzahl biologischer Prozesse zu stören.

Stickstoffmonoxid (NO)

Posttranslationale Modifikationen der RNS haben in Stickoxid einen gemeinsamen Vorläufer. Stickoxid wird aus L-Arginin gebildet, katalysiert durch drei Isoformen der Stickstoffmonoxid Synthase (nitric oxide synthase, NOS) /5/:

• Neuronale NOS (nNOS), die eine Bedeutung in der intrazellulären Signalgebung hat.
• Induzierbare NOS (iNOS), die eine Anzahl von Situations- bedingten Funktionen hat. Das Enzym wird durch Zytokine und Signale aktiviert, die durch Endotoxine bedingt sind. Es kommt zur raschen Produktion von NO. Die Expression von iNOS wird durch gut charakterisierte Signalwege gesteuert was vermuten lässt, dass die induzierbare Bildung von NO eng kontrolliert wird.
• Endotheliale NOS (eNOS). Die eNOS ist in allen Geweben vorhanden und bildet niedrige NO-Konzentrationen nach Aktivierung. Das durch die eNOS freigesetzte NO hat eine Gefäß schützende Wirkung.

Die Aktivitäten von eNOS und iNOS werden durch die Konzentration von Ca²⁺ gesteuert. So kann z.B. die Endothelzelle sofort auf ein extrazelluläres Signal hin mit einer verstärkten NO-Produktion antworten. Unter physiologischen Bedingungen setzen nur die eNOS und nNOS kleine Mengen von NO zur Regulation von Blutdruck, für neurologische Vorgänge und zur Gegenregulation pathologischer Vorgänge frei /6/.

19.2.3.1 Physiologische Wirkung von NO

NO erfüllt wichtige Signal- und Schutzfunktionen. Über die eNOS gebildetes NO hat einen Gefäß schützenden Effekte /3/. Es hemmt die Aggregation von Thrombozyten und das Wachstum glatter Muskelzellen, fördert die Erweiterung der Blutgefäße und senkt somit den Blutdruck. Generell verhindert NO die Entstehung einer endothelialen Dysfunktion. Darunter wird eine funktionelle Schädigung des Gefäßendothels verstanden, die durch eine Störung des protektiven Signalwegs verursacht ist. Funktiosstörungen werden beispielsweise durch ROS verursacht. Denn ROS können den Kofaktor BH4 oxidieren und somit die eNOS-Funktion unterbrechen.

NO kann frei durch die Zellmembran permeieren und direkt in Signalprozesse eingreifen. So reichen kleine Mengen aus, um intrazellulär die Guanylat-Cyclase (GC) zu aktivieren. Durch GC gebildetes cyclisches GMP aktiviert Proteinkinasen, Phosphodiesterasen und Ionenkanäle, die dann die physiologischen Funktionen von NO vermitteln /6/.

Siehe:

• Abb. 19.2-1 – Bildung von NO und Signalübertragung.
• Abb. 19.2-2 – Zeitlicher Verlauf der Radikalbildung bei einer Entzündungsreaktion.

19.2.3.2 Oxidative Modifikationen durch Peroxynitrit

Aus NO^. wird das Peroxynitritanion durch die Reaktion mit Superoxid.

Reaktive Produkte des Peroxynitritanions haben folgende Wirkung /6/:

• In wässriger Umgebung zerfällt die protonierte Peroxynitritsäure rasch in NO₂ und das sehr reaktive Hydroxylradikal.
• Das Hydroxylradikal entfernt Elektronen von nahezu allen biologischen Molekülen, so bildet sich z.B. bei der Reaktion mit Tyrosin das Tyrosylradikal, das dann mit NO₂ unter Bildung von Nitrotyrosin reagiert.
• Das Peroxynitritanion reagiert direkt mit CO₂ unter Bidung des Nitrosoperoxykarbonatanions (ONOOCO₂^-) das dann in NO₂ und das Karbonatradikal (CO₃^-) zerfällt. Dies hat eine dem Hydroxylradikal vergleichbare Reaktivität.
• Das Peroxynitritanion modifiziert Proteine und weitere Makromoleküle. Diese Reaktion wird von Makrophagen und polymorphkernigen Granulozyten zur Abtötung von in den Organismus eindringenden Bakterien angewendet. Das Beispiel zeigt, dass eine Überproduktion von Peroxynitritanionen für den Organismus nicht nur schädlich sein kann, sondern auch eine heilsame Wirkung hat /6, 7/.

Die Bildung von Peroxinitritanionen hat für die Funktionen des Organismus folgende Nachteile /8/:

• Die Konzentration von NO fällt ab und die Gefäße können nicht den Erfordernissen entsprechend weit gestellt werden.
• Peroxinitritanionen sid bedeutsam bei neurodegenerativen Erkrankungen, rheumatoider Arthritis und weiteren Organerkrankungen. Es kommt zur Inaktivierung von Enzymen wie der Mangansuperoxid-Dismutase (MnSOD) durch eine irreversible Umwandlung von Tyrosin in Nitrotyrosin. Die MnSOD neutralisiert das Superoxidanion Radikal durch dessen Bindung an H₂O unter Bildung von H₂O₂.
• Bei oxidativem Stress wird ein methylierter L-Argininmetabolit (asymmetrisches Dimethy-L-Arginin, ADMA) verstärkt in den Zellen gebildet. ADMA hemmen kompetitiv die eNOS, da eNOS ADMA anstatt L-Arginin bindet /9/.

19.2.4 Antioxidative Abwehr

Antioxidative Substanzen verhindern die Bildung von ROS/RNS und deren Wirkung auf biologische Strukturen. Freie Radikale werden in allen Körperzellen gebildet. Es ist für den Organismus wichtig, eine Balance zwischen dem oxidativen und den anti-oxidativem Systemen aufrecht zu erhalten. Lebende Zellen halten die Balance zwischen Bildung und Abbau von ROS aufrecht, so dass deren Konzentration nie zu hoch wird um einen Stressituation zu erzeugen, aber auch nicht zu niedrig um den Organismus von reaktiven Substanzen zu entleeren. Wird jedoch die Zellfunktion beeinträchtigt so dass verstärkt ROS/RNS gebildet werden und die antioxidative Abwehr nicht ausreicht, so entstehen pathologische Zustände. Diese können entstehen durch die Peroxidation von Proteinen, Lipiden und DNA, was zu einem Spektrum von Erkrankungen führen kann wie der Atherosklerose, Herzerkrankung, Diabetes, neurodegenerativen Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen und Krebs /10, 11, 12/.

Die erste Abwehr gegen oxidativen Stress sind endogene oxidative Substanzen:

• Eine mitochondriale Mangan abhängige Superoxiddismutase (SOD) und eine zytosolische Kupfer- und Zink-abhängige SOD; sie binden das Superoxidanion Radikal in H₂O₂ was für Zellen nicht toxisch ist. Aber in Gegenwart von Fe²⁺ und Cu²⁺ entsteht das toxische Hydroxylradikal. Die SOD enthält Mangan und andere Übergangsmetalle (MnSOD, CuZnSOD) und ist in den Mitochondrien zur Kontrolle der ROS-Bildung lokalisiert. Etwa 70 % der SOD-Aktivität des Organismus ist im Herz lokalisiert und davon 90 % in den Myozyten.

• Glutathionperoxidasen (GP): Bevor H₂O₂ mit Metallionen reagieren kann, wird es durch GP oder vermittels der Katalase in H₂O umgewandelt. Die Aktivität der GP ist Selen abhängig und hat eine wichtige Funktion im Schutz der Zelle vor Peroxiden und freien Radikalen und somit gegen Stress. GP und Katalse reduzieren Wasserstoffsuperoxid zu Wasser und Alkohol.

GP, Glutathionperoxidase; GSH, reduziertes Glutathion; GSSG, oxidiertes Glutathion

• Metall-bindende Proteine: Übergangsmetalle wie Eisen und Kupfer sind an Proteine gebunden. Dadurch wird verhindert, dass sie mit H₂O₂ in der Fenton- oder Haber-Weiss-Reaktion reagieren und freie Radikale bilden. Solche Proteine sind Transferrin, Lactoferrin, Ferritin, Hämoglobin, Myoglobin, Metallothionein und die Cytochromoxidasen.
• Gewöhnliche, antioxidativ wirkende Radikalfänger sind Bilirubin, Harnsäure, Carotinoide, Vitamin A, C, E, Thiole (R-SH), Kupfer, Glutathion (GSH), Mangan, Selen, Zink.

Zusammenfassend schützen die SOD und Katalase in Kombination mit Vitamin E (α-Tocopherol) und Vitamin C (Ascobinsäure) und die Glutathionperoxidase Zellen vor der Wirkung von ROS. Somit wird die Resistenz, das Weiterbestehen und die Erholung von Zellen verbessert, der Alterungsprozess verlangsamt und die Entgiftung des Organismus verbessert. Vitamin E wirkt als ein Fänger für freie Radikale und verhindert die Bildung von Hydroxyperoxiden in Zellmembranen, während Glutathionperoxidase Lipidhydroxyperoxide, die durch die Peroxidation vielfach ungesättigter Fettsäuren gebildet werden, zerstört /1, 13/.

19.2.5 Bestimmung von ROS und RNS

Aufgrund der Beschaffenheit und der schnellen Reaktivität sind ROS/RNS direkt mit hoher Präzision und Richtigkeit nicht messbar. Ein Review der verfügbaren Methoden zur Bestimmung von ROS und RNS und der Sekundärprodukte, die von ihnen gebildet werden ist gegeben in Lit. /14/.

Häufig angewendete Methoden sind:

• Zur Abschätzung der ROS die Bestimmung von Peroxiden, Malondialdehyd und Isoprostanen.
• Zur Abschätzung der antioxidativen Abwehr die totale antioxidative Kapazität und Enzyme wie die Superoxiddismutase, Glutathioperoxidase und Katalase oder die Konzentration antioxidativer Substanzen wie Vitamin E, Vitamin C, reduziertes Glutathion (GSH) und Harnsäure.
• Die direkte Bestimmung von NO ist auf Grund der kurzen Halbwertszeit des Radikals nicht möglich. Indirekte Methoden sind die Bestimmung des Nitrits in Form von Nitrat oder von nitrosylierten Tyrosinresten (3-Nitrotyrosin) und von asymmetrischen Dimethy-L-Arginin (ADMA).

Siehe

• Tab. 19.2-3 – Nachweise der Wirkung reaktiver Sauerstoffspezies
• Tab. 19.2-4 – Krankheiten, bei denen ROS in der Pathogenese bedeutsam sind

Literatur

1. Bizerea T, Deszi SG, Marginean O, Stroescu R, Rogobete A, Bizerea-Spiridon O, Ilie C. The link between selenium, oxidative stress and pregnancy induced hypertensive disorders. Clin Lab 2018; 64: 1593–1610.

2. Knight JA, ed. Free radicals, antioxidants, aging, and disease. Washington; AACC-Press 1999: 1–391.

3. Nur E, Biemond BJ, Otten HM, Brandjes DP, Schnog JJB, Curuma Study Group. Oxidative stress in sickle cell disease; pathophysiology and potential implications for disease management. Am J Hematol 2011; 86: 484–9.

4. Tharmalingam S, Alhasawi A, Appanna VP, Lemire J, Appanna VD. Reactive nitrogen species (RNS) -resistant microbes: adaption and medical implications. Biol Chem 2017; 398: 1193–1208.

5. Adams L, Franco MC, Estevez AG. Reactive nitrogen species in cellular signaling. Experimental Biology and Medicine 2015; 240: 711–7.

6. Coleman JW. Nitric oxide in immunity and inflammation. International Immunopharmacology 2001; 1: 1397–1406.

7. Lun A, Schmitt M, Renz H. Phagocytosis and oxidative burst: reference values for flow cytometric assays independent of age. Clin Chem 2000; 46: 1836–9.

8. Wingler K, Schmidt HHHW. Guter Stress, schlechter Stress – die feine Balance in Blutgefäßen. Dtsch Ärztebl. 2009; 106: 677–84.

9. Böger GI, Rudolph TK, Maas R, Schwedhelm E, Dumbadze E, Bierend A, et al. Asymmetric dimethylarginine determines the improvement of endothelium-dependent vasodilation by simvastatin. J Am Coll Cardiol 2007; 49: 2274–82.

10. Kevin LG, Novalija E, Stowe DF. Reactive oxygen species as mediators of cardiac injury and protection: the relevance to anesthesia practice. Anesth Analg 2005; 101: 1275–87.

11. Noiri E, Tsukahara A. Parameters for measurement of oxidative stress in diabetes mellitus: applicability of enzyme-linked immunosorbent assay for clinical evaluation. J Investigative Med 2005; 53: 167–75.

12. Sayre LM, Smith MA, Perry G. Chemistry and biochemistry of oxidative stress in neurodegenerative disease. Current Medicinal Chemistry 2001; 8: 721–38.

13. Kurutas EB. The importance of antioxidants which play the role in cellular response against oxidative/nitrosative stress: current state. Nutr J 2016; 15: 71. doi: 10.1186/s 12937-016-0186-5.

14. Griendling KK, Touyz RM, Zweier JL, Dikalov S, Chilian W, Chen YR, et al. Measurement of reactive oxygen species, reactive nitrogen species, and redox-dependent signaling in the cardiovascular system: a scientific statement from the American Heart Association. Circ Res 2016; 119: e39-e75.

15. Mügge A. The role of reactive oxygen species in atherosclerosis. Z Kardiol 1998; 87: 851–64.

16. Dalle-Donne I, Rossi R, Colombo R, Giustarini D, Milzani A. Biomarkers of oxidative damage in human disease. Clin Chem 2006; 52: 601–23.

17. Pfeilschifter J, Beck KF. Räumliche und zeitliche Aspekte der Gegenregulation durch Stickoxid. Nephro News 2001; Dezember: 13–15.

18. Mishra V, Baines M, Wenstone R, Shenkin A. Markers of oxidative damage, antioxidant status and clinical outcome in critically ill patients. Ann Clin Biochem 2005; 42: 269–76.

19. Ghasemi A, Zahediasl S. Preanalytical and analytical considerations for measuring nitric oxide metabolites in serum or plasma using the Griess method. Clin Lab 2012; 58. 615–24.

20. Vassalie C, Boni C, Di Cecco P, Ndreu R, Zucchelli GC. Automation and validation of a fast method for the assessment of in vivo oxidative stress levels. Clin Chem Lab Med 2006; 44: 1372–5.

21. Smith KA, Shepherd J, Wakil A, Kilpatrick ES. A comparison of methods for the measurement of 8-isoPGF2α: a marker of oxidative stress. Ann Clin Biochem 2011; 48: 147–54.

22. Cao G, Prior RL. Comparison of different analytical methods for assessing total antioxidant capacity of human serum. Clin Chem 1998; 44: 1309–15.

23. Rossi R, Dalle-Donne I, Milzani A, Giustarini D. Oxidized forms of glutathione in peripheral blood as biomarkers of oxidative stress. Clin Chem 2006; 52: 1406–14.

24. Moshage H. Simple and reliable measurement of nitric oxide metabolites in plasma. Clin Chem 2009; 55: 1881–2.

19.3 Untersuchungen zur Diagnose von Entzündungen

Lothar Thomas

Die Diagnostik einer Entzündung kann durch folgende Untersuchungen erfolgen (Tab. 19.3-1 – Diagnostische Wertigkeit von Untersuchungen zur Erkennung einer Entzündung):

• Temperaturmessung.
• Leukozytenzählung und Differentialzellbild.
• Blutkörperchensenkungs-Reaktion (BSR).
• Serumprotein-Elektrophorese und Beurteilung der α₁- und α₂-Globuline.
• Quantitative Bestimmung von Akute-Phase Proteinen, insbesondere des CRP und des Serumamyloid A-Proteins (SAA).
• Bestimmung proinflammatorischer Zytokine (IL-1, IL-6, TNF-α), siehe Kapitel 20 – Zytokine und Zytokinrezeptoren.

19.3.1 Temperatur (T)-Messung

Das regulatorische Zentrum des Hypophysenvorderlappens reguliert die T des Körperkerns. Die normale Temperatur des Körpers ist Ausdruck des thermoregulatorischen Stellpunkts. Höhere Werte werden als Fieber, niedrigere als subnormale T bezeichnet. In der Routinediagnostik wird von Fieber bei Kindern und Erwachsenen gesprochen, wenn die rektale Messung Werte von ≥ 38,0 °C ergibt.

Normale Temperatur (T)

Die normale T beträgt 37 °C und fluktuiert um ± 0,6 °C. Die rektale T ist etwa 0,6 °C höher als die oral gemessene. Es besteht eine diurnale Schwankung, die Werte sind abends höher als am frühen Morgen /1, 2/.

19.3.1.1 Fieber

Der thermoregulatorische Stellpunkt ist höher gestellt, als Folge ist die Kerntemperatur erhöht. Der Stellpunkt überschreitet gewöhnlich 41 °C nicht. Bei höherer T wird vom extremen Fieber gesprochen. Bei Erwachsenen beruht dies meist auf einer Störung des Zentralnervensystems, Medikamenten-bedingter Störung oder einem Hitzschlag. Bei Kindern sind T von 40–41 °C nicht ungewöhnlich und können schon bei viralen Infekten auftreten. Länger anhaltende T über 41 °C führen zur irreversiblen Hirnschädigung /2, 3/.

Ätiologie: Die T erlaubt Rückschlüsse zur Genese /4/:

• T ≤ 39 °C sind eher hinweisend auf nicht infektiöse Erkrankungen, z.B. akuter Herzinfarkt, akute Lungenembolie, akute Pankreatitis, gastrointestinale Blutung, Hämatom, Venenentzündung, unkomplizierte Wundinfektion, Zystitis, Cholezystitis, virale Hepatitis, Tracheobronchitis, Osteomyelitis, Decubitus, tiefe Venenthrombose, Neoplasie, Antibiotika-bedingte Diarrhoe, systemischer Lupus erythematodes, Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS).
• T > 39 °C weisen auf eine infektiöse Genese hin, z.B. Pneumonie, Sepsis, Pyelonephritis.

19.3.1.1.1 Fieber unbekannter Genese

Fieber unbekannter Genese wird nach den diagnostischen Kriterien unterschiedlich definiert /6/:

• Stationär: Als eine Körpertemperatur > 38,3 °C für mindestens 3 Wochen ohne Finden einer Diagnose, trotz 1 wöchiger Untersuchung in einer Klinik.
• Ambulant: Als eine Körpertemperatur > 38,3 °C über den Zeitraum von 3 Tagen oder bei mindestens 3 Arztbesuchen.
• Als eine Körpertemperatur > 38,3 °C (100,9 °F) für mehr als 3 Wochen, ohne Auffinden einer Ursache trotz intensiver Suche.

Fieber unbekannter Genese ist klinisch verschieden, ist aber eine Summation unterschiedlicher Krankheitsprozesse.

Klinische Diagnostik

Die klinischen Untersuchungen müssen anamnestisch beinhalten Fragen zu: Reisen, Nahrung, Medikamenten, Tierkontakten. Körperlichen Untersuchungen sollen einbeziehen: Haut, Lymphknoten, Gelenke, Bestätigung des Fiebers bei Abwesenheit von Antibiotika und eine Echokardiographie von Oberkörper, Abdomen, des Beckenbereichs und weiterer Regionen /5/. Ein diagnostischer Algorithmus zum Fieber unbekannter Genese ist unter Ref. /6/ aufgezeigt. Neben dem klassischen Fieber unbekannter Genese kann mehrwöchiges Fieber auch bei Patienten der Intensiveinheit, bei Empfängern eines Organtransplantates, bei Neutropenie, HIV-Patieten und Empfängern eines Knochenmarktransplantates auftreten /6/.

Laboruntersuchungen

Blutbild, Leukozytenzahl und Differentialblutbild, Blutkultur (mindesten 2 malig aerob und anaerob). Serologische Teste oder PCR für Erreger wie HIV, chronische Zoonosen, Borrelien, endemische Mykosen, chronische Hepatitis und Tuberkulose. Teste zur Diagnostik rheumatischer und autoimmuner Erkrankungen, z.B. Rheumafaktor, antinukleäre Antikörper (ANA), antizytoplasmatische Antikörper (ANCA) und Untersuchungen zur Funktion der Schilddrüse.

19.3.1.1.2 Hereditäres periodisches Fieber

Dazu zählen das familiäre Mittelmeerfieber (FMF), das Hyperimmunglobulin D- und das periodische Fiebersyndrom (HIDS) und das Tumornekrosefaktor-Rezeptor-assoziierte periodische Fieber (TRAPS). Allen drei Erkrankungen soll eine gestörte Balance der Zytokine zu Grunde liegen. Gemeinsam sind rezidivierende Fieberepisoden mit Pleuritis, Perikarditis und/oder Peritonitis, Arthralgien, Exantheme sowie ein Alter der Erstmanifestation in der Kindheit oder frühen Jugend. Eine Verifizierung der Diagnose erfolgt durch genetische Untersuchungen: Nachweis von Mutationen im Gen MEFV bei FMF, im Gen MVK bei HIDS und im Gen TNFRSF1A bei TRAPS /4/.

Klinik bei Fieber

Anstieg der Körpertemperatur führt zu Frösteln, Schüttelfrost, kalter feuchter Haut, Blässe und genereller Vasokonstriktion.

Fiebertypen: Differenziert werden /8, 9/:

• Remittierendes Fieber: Körpertemperatur steigt oder fällt um 1–2 °C im Tagesablauf; Vorkommen z.B. bei Eiterungen und Tuberkulose.
• Intermittierendes oder septisches Fieber: Die T steigt von Normalwerten oder subnormaler T um 2–3 °C im Tagesverlauf an, häufig verbunden mit Schüttelfrost, um dann wieder abzufallen. Vorkommen z.B. bei Eiterungen wie Pneumonie, Cystitis oder Malaria.
• Kontinuierliches Fieber: Die T ist anhaltend hoch und schwankt nicht um mehr als ± 1 °C täglich. Früher auch als Continua bezeichnet. Es handelt sich um den klassischen Fiebertyp bei mikrobieller Infektion.
• Biphasisches Fieber: Febrile Perioden werden durch ein oder mehrere fieberfreie Tage unterbrochen. Vorkommen z.B. bei M. Hodgkin, Borreliose, Malaria.

Pathophysiologie

Das thermoregulatorische Zentrum im Hypothalamus reguliert die Temperatur durch die Steuerung der peripheren Vasokonstriktion und des Muskelstoffwechsels. Fieber entsteht auf Grund einer direkten Stimulation des thermoregulatorischen Zentrums durch Pyrogene. Es handelt sich dabei um biochemische Substanzen unterschiedlicher Struktur. Sie können von Mikroben gebildet werden oder es handelt sich um exogen zugeführte Substanzen, z.B. Medikamente. Endogene Pyrogene werden nach Aktivierung von Monozyten/Makrophagen und anderen Entzündungszellen gebildet. Die von ihnen synthetisierten proinflammatorischen Zytokine wie TNF-α, IL-1, IL-6 und Chemokine wie Prostaglandin E₁ induzieren im Rahmen einer Akute-Phase Reaktion Fieber. Sinn einer Anhebung der Körpertemperatur ist /10/:

• Enzymatische Reaktionen, die bei normaler Temperatur des Körpers suboptimal ablaufen, zu aktivieren.
• Die Phagozytose, Bakterienabtötung und Immunantwort anzutreiben.
• Vermehrt Energie bereit zu stellen.

19.3.2 Blutkörperchensenkungs-Reaktion (BSR)

Die BSR ist die relative Länge der Erythrozytensäule bezogen auf die Länge der Blutsäule in einem graduierten Röhrchen.

19.3.2.1 Indikation

Unspezifischer Suchtest bei Verdacht auf entzündliche Reaktion und Beurteilung des Verlaufs.

19.3.2.2 Bestimmungsmethode

Durchführung

Eine mit Citrat versehene Blutprobe wird in einem mit einer Millimetergraduierung versehenen Glas- oder Kunststoffröhrchen bis zur Höhe 200 mm aufgezogen. In senkrechter Position des Röhrchens wird die Sedimentation der Erythrozyten in mm nach 1 h und von einigen Untersuchern zusätzlich noch nach 2 h abgelesen. Die Methode ist genormt /11/.

19.3.2.3 Untersuchungsmaterial

Citratblut (1,6 ml Blut + 0,4 ml 3,8 % Natriumcitratlösung): 2 ml

19.3.2.4 Referenzbereich

Angaben in mm für die erste Stunde

19.3.2.5 Bewertung

Im Ablauf eines entzündlichen Geschehens nimmt die Konzentration an Akute-Phase Proteinen, von Fibrinogen und Immunglobulinen im Plasma zu. Die Antwort der BSR ist jedoch träge im Rahmen einer Akute-Phase Antwort. So kommt es frühestens 24 h nach Ingangsetzung der Entzündung zu einem Anstieg der BSR, und der Abfall nach Beendigung der Akute-Phase Antwort erfolgt mit einer Halbwertszeit von 96–144 h.

Die BSR wird oft für einen Krankheitsindikator gehalten. Diese Ansicht ist nicht richtig, denn:

• Eine normale BSR schließt nicht entzündliche Erkrankungen, die Funktionsstörung und Neoplasien von Organen nicht aus. So entwickelten in einer Studie /13/ von 1.000 asymptomatischen Soldaten, bei denen über 15 Jahre monatlich die BSR gemessen wurde, 10 ein Malignom, ohne dass die BSR erhöht war.
• Eine erhöhte BSR wirkt nur unterstützend, bezugnehmend auf anamnestische Daten, klinische Befunde und Ergebnisse des Labors und ist nur zu unter 0,1 % der einzige Schlüssel zu einer wichtigen Diagnose /14/.

Eine mäßig erhöhte BSR sollte abgeklärt werden, wenn ein Krankheitsbezug herzustellen ist, d. h. wenn anamnestisch, klinisch oder labordiagnostisch relevante Angaben oder Befunde vorliegen. Etwa 5 % aller Erhöhungen der BSR sind primär nicht abklärbar. In einer Studie /15/ an über 9.000 ambulanten Patienten hatten 8 % eine Erhöhung der BSR, die bei 43 Patienten nicht geklärt werden konnte. Bei der Nachkontrolle der BSR über 10 Jahre kam es bei 74 % der Patienten zur spontanen Normalisierung. Eine andere Studie /13/ zeigte, dass asymptomatische Personen (18–33 Jahre) mit persistenter leichter Erhöhung der BSR ein 5 fach höheres Krankheitsrisiko haben als diejenigen mit normaler BSR. Der Myokardinfarkt war das größte Krankheitsrisiko.

Die BSR ist im Vergleich zur quantitativen Bestimmung eines Akute-Phase Proteins, z.B. des CRP, auch erhöht durch den Anstieg der Immunglobuline, von Immunkomplexen und anderen Proteinen. Sie erfasst deshalb ein breiteres Spektrum von Erkrankungen als das CRP. Für chronisch-entzündliche Erkrankungen, z.B. bei SLE, Polymyalgia rheumatica, Arteriitis temporalis, bei denen das CRP oft normal oder nur leicht erhöht ist, und für die Beurteilung des Verlaufs dieser Erkrankungen ist deshalb die BSR ein besserer Indikator des entzündlichen Geschehens. Dies auch unter dem Aspekt, dass auf Grund der Trägheit der BSR diese durch kurzfristige entzündliche Geschehen, wie virale Infekte, nur wenig beeinflusst wird. Eine Studie /16/ bei Patienten mit chronischer Entzündung und malignen Tumoren ergab jedoch leichte Vorteile für die Bestimmung des CRP. Zur Diagnostik der entzündlichen Reaktion entsprach eine BSR von 31 mm/Std. einer CRP-Konzentration von 15 mg/l.

Einschränkend bleibt jedoch festzuhalten, dass die BSR nur ein zuverlässiger Indikator entzündlicher Geschehen bei Erkrankungen ist, die eine Dysproteinämie verursachen und die das rote Blutbild weitgehend unbeeinflusst lassen (Tab. 19.3-2 – Einflussgrößen der BSR).

Erhöhungen der BSR bei Personen über 50 J. sind auf eine hinweisend, wenn keine Entzündung oder Anämie vorliegt. Bei Werten des monoklonalen Immunglobulins über 20 g/l liegt häufig eine Sturzsenkung (über 120 mm/h) vor. Normale BSR-Werte schließen eine monoklonale Gammopathie nicht aus. Das ist besonders der Fall, wenn die monoklonale Immunglobulinfraktion im Bereich von unter 10 g/l liegt oder beim Leichtketten-Myelom mit nur geringer Verminderung der polyklonalen Synthese von Immunglobulin.

19.3.2.6 Hinweise und Störungen

Blutentnahme

Die Vermehrung des Citratanteils täuscht eine erhöhte, die Verminderung eine erniedrigte BSR vor. Auf gute Durchmischung des Bluts ist zu achten /11/.

Durchführung

Die BSR sollte spätestens 2 h nach Blutentnahme begonnen werden. Der 2 h Wert bringt keine zusätzliche Information. Wurde der 1 h Wert verpasst, kann das Blut nicht nochmals aufgeschwemmt und für die BSR verwendet werden. Die Durchführung sollte bei Zimmertemperatur erfolgen. Bei Temperaturen unter 18 °C ist das Ergebnis auf Grund von Veränderungen der Zellmembran des Erythrozyten nicht zu bewerten. Temperaturen höher als 20–24 °C führen zum Anstieg der BSR, sie ist bei 27 °C doppelt so hoch wie bei 20 °C /14/.

Quantitative Zentrifugationsmethoden mit photometrischer Registrierung der Senkungsreaktion der Erythrozyten ermitteln die BSR innerhalb von 3 min. Sie zeigen von der Westergren-Methode abweichende Resultate /18/, was besonders der Fall ist bei der Präsenz von monoklonalen Immunglobulinen im Blut /19/.

Medikamente: Antiphlogistika (Salicylsäure, Cortison, Indometacin, Phenylbutazon) sind Senkungsblocker.

19.3.2.7 Pathophysiologie

Die BSR beruht auf der Sedimentation und Aggregation der Erythrozyten.

Die Erythrozytendichte ist 6–7 % höher als diejenige des Plasmas, die Erythrozyten sinken deshalb im Schwerefeld der Erde nach unten. Gleichzeitig steigt Plasma nach oben und bremst die Sedimentation der Erythrozyten. Da die Oberfläche der Erythrozyten negativ geladen ist (Zeta-Potential), stoßen sich benachbarte Zellen bei Unterschreiten einer gewissen Distanz ab und halten sich so in der Schwebe.

An der Oberfläche der Erythrozyten haften Plasmaproteine. In Abhängigkeit von der Dysproteinämie bei Erkrankung können Plasmaproteine das Zeta-Potential vermindern und eine Annäherung der Erythrozyten bewirken. Plasmaproteine wie das fibrilläre Fibrinogen oder das pentamere IgM können an zwei Erythrozyten anhaften.

Insgesamt begünstigen beide Wirkungen der Plasmaproteine die Bildung von Aggregaten der Erythrozyten, die als größere Partikel schneller sedimentieren als der einzelne Erythrozyt. Der Beitrag der einzelnen Plasmaproteine zur BSR soll für Fibrinogen 55 %, α₂-Makroglobulin 27 %, Immunglobuline 11 % und Albumin 7 % betragen.

Erkrankungen, die eine Erhöhung der Akute-Phase Proteine verursachen, wie die akute Inflammation und solche, die mit einer polyklonalen Vermehrung der Immunglobuline einhergehen wie die chronisch entzündlichen Erkrankungen und monoklonale Gammopathien, bewirken eine Erhöhung der BSR. Die Erhöhung entspricht nicht dem Ausmaß des entzündlichen Geschehens, wenn Fibrinogen verbraucht wird, wie das z.B. bei Sepsis mit Hyperfibrinolyse und bei der Verbrauchskoagulopathie oder ausgedehnten thrombotischen Ereignissen der Fall ist.

19.3.3 Leukozytenzahl, Differentialzellbild

Die Vermehrung oder Verminderung polymorphkerniger Granulozyten mit oder ohne Erhöhung von Vorstufen wie Stabkernige, Jugendliche oder Myelozyten kann das Zeichen einer Entzündungsreaktion sein (siehe auch Beitrag 15.12 – Leukozytenzahl und Beitrag 15.13 – Blutausstrich).

19.3.3.1 Neutropenie

Ausgenommen der akuten Leukämie und der toxischen Knochenmarkschädigung beruhen Neutropenien vorwiegend auf einer Infektion mit gramnegativen Bakterien, insbesondere wenn eine Bakteriämie oder ein septischer Schock vorliegen. Auch kann eine Verminderung der gespeicherten Neutrophilen im Knochenmark transient im frühen Stadium einer schweren Infektion auftreten. Die resultierende Neutropenie geht dann mit der Ausschüttung unreifer granulozytärer Vorstufen bis zum Promyelozyten einher (leukämoide Reaktion). Das ist auch der Fall, wenn Patienten mit Infektion eine verminderte Zellreserve im Knochenmar haben, z.B. Neugeborene, alte Menschen, Alkoholiker, Immunsupprimierte /20/.

19.3.3.2 Neutrophilie

Die Neutrophilie tritt nach einem Stimulus innerhalb von Minuten auf. Die Halbwertszeit des Abfalls beträgt etwa 10 h. Die Neutrophilie kann auf eine Infektion hinweisend sein, ist aber nicht spezifisch. Weitere Ursachen einer Neutrophilie sind /20/:

• Inflammatorische Stimuli wie Kollagenkrankheiten, Überempfindlichkeitsreaktion, Gewebeschädigungen, Nekrosen, Neoplasien.
• Akute Blutung, Hämolyse, Intoxikation, Vergiftung.
• Stoffwechselerkrankungen wie Gicht, Urämie, Ketoazidose, Eklampsie.
• Krämpfe.
• Myeloproliferative Erkrankungen.

Akute bakteriell eitrige Infektionen

Sie verursachen gewöhnlich eine Leukozytose über 15 × 10⁹/l und über 80 % der Zellen sind Granulozyten. Weiterhin charakteristisch ist eine Linksverschiebung, die manchmal das einzige Zeichen ist. Etwa drei Viertel der Patienten mit Sepsis haben Granulozyten mit toxischer Granulation was aber nicht spezifisch für eine Sepsis ist /21/.

Gewebenekrosen und sterile Entzündungen

Nur leichte bis moderate Erhöhung der Granulozytenzahl, selten Linksverschiebung.

Chronische Entzündungen

Normale Leukozytenzahl oder leichter Anstieg, oft Monozytose.

Akute allergische Reaktionen, Parasitosen

Normale Leukozytenzahl oder leichter Anstieg, Eosinophilie.

Virale Infektionen

Normale, leicht erhöhte oder verminderte Leukozytenzahl, meist Lymphozytose.

19.3.4 Serumprotein-Elektrophorese

Frühestes Zeichen der Akute-Phase Antwort ist die Erhöhung der α₁-Globulinfraktion, bedingt durch den Anstieg von α₁-Antitrypsin und α₁-Glykoprotein. Es folgt die Erhöhung der α₂-Globulinfraktion auf Grund der vermehrten Synthese von Haptoglobin und Coeruloplasmin. Fibrinogen und CRP liegen in der β-Globulinfraktion, führen aber nicht zu einem fraktionellen Anstieg, da Serum analysiert wird (Fibrinogen fehlt) und CRP auf Grund zu geringer Konzentration nicht dargestellt wird. Deutliche Veränderungen der α-Globuline sind erst nach 48–72 h zu erwarten /22/.

Die chronische Entzündung geht mit einer Erhöhung der γ-Globuline einher, die chronisch aktive Entzündung mit einer Erhöhung von α- und γ-Globulinen.

Literatur

1. Bernheim HA, Block LN, Atkins E. Fever: Pathogenesis, pathophysiology, and purpose. Ann Int Med 1979; 91: 261–70.

2. Saper CB, Breder CD. The neurologic basis of fever. N Engl J Med 1994; 330: 1860–6.

3. Ritchie R. Fever (pyrexia). In: Ritchie R, Navolotskaja O, eds. Serum proteins in clinical medicine. Scarborough; Association of Blood Banks 1999; 105.01–8.

4. Cunha BA. Fever in the critical care unit. Critical Care Clinics 1999; 14: 1–14.

5. Horowitz HD. Fever of unknown origin or fever of too many origins? N Engl J Med 2013; 368: 197–9.

6. Haidar G, Singh N. Fever of unknown origin. N Engl J Med 2022; 386 (5): 463–76.

7. Lamprecht P, Timmann C, Ahmadi-Simab K, Gross WL. Hereditäres periodisches Fieber. Internist 2004; 45: 904–11.

8. Bock H. Fieberzustände – diagnostische und therapeutische Problematik. Medwelt 1989; 40: 1109–11.

9. Kaufmann W. Differentialdiagnostik und Differentialtherapie unklarer Fieberzustände. Medwelt 1989; 40: 1120–5.

10. Whicher J. The acute phase response. In: Ritchie R, Navolotskaja O (eds). Serum proteins in clinical medicine. Scarborough; Association of Blood Banks 1999; 105.001–8.

11. NCCLS. Methods for the erythrocyte sedimentation rate (ESR) test – third edition; approved standard. NCCLS Document H2–A3 Vol 13 No 8. Villanova, 1993.

12. Hanger HC, Sainsbury R, Gilchrist NL, Beard MEJ. Erythrocyte sedimentation rates in the elderly: a community study. New Zealand Med J 1991; 104: 134–6.

13. Froom P, Margaliot S, Cane Y, Benbassat J. Significance of erythrocyte sedimentation rate in young adults. Am J Clin Pathol 1984; 82: 198–200.

14. Reinhart WH. Die Blutsenkung – ein einfacher und nützlicher Test? Schweiz Med Wschr 1988; 118: 839– 44.

15. Liljestrand A, Olhagen B. Persistently high erythrocyte sedimentation rate. Acta Med Scand 1955; 151: 425–39.

16. Dinant JC, de Kock CA, van Wersch JWJ. Diagnostic value of C-reactive protein measurement does not justify replacement of the erythrocyte sedimentation rate in daily general practice. Eur J Clin Invest 1995; 25: 353–9.

17. Weitbrecht WU, Gmeiner HJ, Böcker F, Schult H. Blutsenkungsreaktion bei wiederholten Dextraninfusionen in der Therapie zerebraler Infarkte. Dtsch Med Wschr 1985; 110: 977–8.

18. Shelat SG, Chakosky D, Shibutani S. Differences in erythrocyte sedimentation rates using the Westergren method and a centrifugation method. Am J Clin Pathol 2008; 130: 127–30.

19. Raijmakers MTM, Kuijper PHM, Bakkeren DL, Vader HL. The effect of paraproteins on the erythrocyte sedimentation rate: a comparison between the StarrSed and Test 1. Ann Clin Biochem 2008; 45: 593–7.

20. Cornbleet PJ. Clinical utility of the band count. Clin Lab Med 2002; 22: 101–36.

21. Kroft SH. Infectious diseases manifested in the peripheral blood. Clin Lab Med 2002; 22: 253–77.

22. Thomas L (ed). Serumeiweiß-Elektrophorese. München: Urban und Schwarzenberg, 1981.

19.4 C-reaktives Protein (CRP)

Lothar Thomas

CRP ist der klassische Marker zur Diagnostik der akuten Phase einer Inflammation. Ein Anstieg von CRP im Plasma erfolgt nach der Stimulation durch proinflammatorischer Zytokine, insbesondere von Interleukin-6. Proinflammatorische Zytokine sind die Auslöser einer akuten systemischen Inflammation, auch als Akute-Phase Reaktion bezeichnet (siehe auch Abb. 19.1-8 – Systemische Veränderungen der Akute-Phase-Reaktion). Das Akute-Phase Protein CRP ist ein integraler Bestandteil des angeborenen Immunsystems. Es wird in der Leber synthetisiert und gelangt über das Plasma an den Ort der Gewebeschädigung oder wird lokal von aktivierten Makrophagen und Fibroblasten gebildet.

Die Akute-Phase Reaktion verursacht einen vom Ausmaß der Inflammation abhängigen Anstieg von CRP im Plasma. Ursache der Inflammation sind Infektionen, die sterile Gewebeschädigung (operativer Eingriff), maligne Tumoren, besondere im metastasierten Stadium, maligne Systemerkrankungen (Hodgkin- und Non-Hodgkin-Lymphome) und teilweise Autoimmunerkrankungen.

Unterschieden werden die High-grade inflammation, moderate inflammation, mild inflammation und low-grade inflammation. Letztere ist mit Adipositas, Diabetes mellitus, Atherosklerose und der koronaren Herzkrankheit assoziiert /1/. Bei der low-grade inflammation, die Jahrzehnte ohne klinische Beschwerden bestehen kann, ist die CRP-Konzentration niedrig. Deshalb wurden in der Vergangenheit Tests, die CRP bei low-grade inflammation messen konnten auch als high-sensitivity CRP (hs-CRP)-Tests bezeichnet. Diese Bezeichnung wird in diesem Beitrag nicht mehr verwendet, da fast alle quantitativen CRP-Tests die Low-grade inflammation erfassen.

19.4.1 Indikation

Verdacht auf systemische Entzündung und Beurteilung des Verlaufs:

• Bei Fieber, Leukozytose und klinischem Verdacht auf Infektion.
• In der Intensivmedizin und Neonatologie.
• Postoperativ, insbesondere in den ersten 6 Tagen.
• Bei vorzeitigem Blasensprung.
• Bei zytotoxischen Therapie bedingten Neutropenien und bei Knochenmarktransplantation.

Infektionen:

• Unterscheidung viraler von bakteriellen febrilen Erkrankungen, z.B. bei Meningitis und Pneumonie.
• Monitoring einer anti-infektiösen Therapie.
• Anzeige von interkurrenten Infektionen bei Patienten mit Bindegewebserkrankungen.

Diagnostik eines entzündlichen Prozesses:

• Bestätigung einer vermuteten akuten Organerkrankung wie z.B. Cholangitis, Adnexitis, Synovitis und tiefe Venenthrombose.
• Bestätigung einer chronisch-entzündlichen Erkrankung des rheumatischen Formenkreises, des Gastrointestinal- und Respirationstrakts.
• Differentialdiagnostische Unterscheidung von Arthralgie, Myalgie und atypischen Rückenschmerzen.

Hilfestellung bei der Behandlung rheumatischer Erkrankungen:

• Herausfinden einer optimalen anti-inflammatorischen Therapie (steroidale oder nichtsteroidale) und Feststellung der minimalen effektiven Dosis.

Differenzierung gastrointestinaler Symptome:

• Abgrenzung des Colon irritabile von organischer Erkrankung (inflammatory bowel syndrome).
• Differenzierung der Colitis ulcerosa vom M. Crohn.

Management von Patienten mit Arteriosklerose:

• Risikostratifizierung bei koronarer Herzkrankheit.
• Vorhersage künftiger kardiovaskulärer Ereignisse bei Herzinfarktpatienten.
• Prognoseindikator bei instabiler Angina pectoris.

19.4.2 Bestimmungsmethode

Prinzip: Es gibt eine Vielzahl analytischer Verfahren zur quantitativen Bestimmung von CRP. In der Routinediagnostik werden am Häufigsten Partikel verstärkte Immunoassays, deren Trübungsänderung nephelometrisch oder turbidimetrisch gemessen wird, eingesetzt. Diese Tests haben eine hohe Nachweisempfindlichkeit und weiten Messbereich, so dass Konzentrationen des CRP bei low- grade inflammation und high-grade inflammation gemessen werden (siehe auch Beitrag 52.1.5.3 – Antigen- oder Antikörperbestimmung als lösliche Immunkomplexe).

19.4.3 Untersuchungsmaterial

Serum, Plasma: 1 ml

19.4.4 Referenzbereich

Siehe Lit. /1, 3, 4/ und Tab. 19.4-1 – Obere Grenzwerte für CRP.

19.4.5 Bewertung

Erhöhte Konzentrationen von CRP im Serum sind immer der Hinweis auf ein Krankheitsgeschehen.

19.4.5.1 CRP und systemische Inflammation

Erhöhte Konzentrationen von CRP signalisiert das Vorliegen einer Krankheit und ist ein Indikator für:

• Akute und chronische Entzündungen durch mikrobiell bedingte Infektionen. Bakterielle Infektionen sind der potenteste Stimulus der CRP-Synthese.
• Akute nekrotische Schädigung von Gewebe, bedingt durch größere operative Eingriffe, Traumen oder maligne Tumoren. Auch Gewebeschädigungen, wie sie bei starken Rauchern und bei Marathonläufen auftreten, können mit einer leichten Erhöhung von CRP einhergehen und haben einen Krankheitswert.
• Inflammations auslösende Autoimmunkrankheiten wie die rheumatoide Arthritis und für Immunkomplex vermittelte Erkrankungen wie die Immunvaskulitis.

Normale Konzentrationen von CRP schließen leichte und lokalisierte Entzündungen, bei denen die Akute-Phase Reaktion minimal ist, nicht aus. Beispielhaft sind chronische autoimmune Erkrankungen (inaktiver systemischer Lupus erythematodes, progressive systemische Sklerose, Dermatomyositis, Colitis ulcerosa).

Die einzelne Bestimmung von CRP ist zur Erkennung einer Entzündung nur sinnvoll innerhalb von 3 Tagen nach einem akuten Ereignis. Denn bei einer akuten Infektion oder einem akuten Trauma beginnt der Anstieg des CRP im Plasma nach 6 h, erreicht den Maximalwert nach 48 h, und fällt mit einer Halbwertszeit von 48 h wieder ab /5/.

Immer bringt die tägliche Bestimmung zur Beurteilung des Verlaufs über mehrere Tage mehr Information als die Einzelbestimmung. Dies auch deshalb, da:

• Die intraindividuelle Variation des CRP im Referenzbereich mit einem VK von 30–60 % hoch ist /6/.
• Der Referenzbereich sehr breit ist. So haben 25 % der Gesunden einen CRP-Wert unter 1 mg/l, was bedeutet, dass bei manchen Personen der CRP-Wert um den Faktor von mindestens 5 ansteigen muss, um die obere Referenzbereichsgrenze zu überschreiten. Etwa 14 % der Gesunden haben Werte ≥ 10 mg/l, sind also verdächtig auf eine Inflammation /7/.

Vielfach geht der Anstieg des CRP der klinischen Symptomatik voraus. Deshalb muss der Wert des CRP im zeitlichen Zusammenhang mit dem klinischen Bild des Patienten beurteilt werden.

Der Anstieg des CRP über den oberen Grenzwert reflektiert das Produkt aus Entzündungsaktivität und Masse des entzündeten Gewebes und ist von der Syntheseleistung der Leber abhängig. Aus der Erhöhung von CRP kann nur in Zusammenhang mit dem klinischen Bild erkannt werden, ob eine Entzündung die primäre Komponente der Grunderkrankung ist oder aber von sekundärer Natur. Ersteres ist beispielsweise der Fall bei Adnexitis und rheumatoider Arthritis, letzteres bei einer postoperativen Entzündung.

19.4.5.2 CRP und Krankheitsaktivität

Das Ausmaß der Erhöhung von CRP reflektiert die Masse des entzündeten Gewebes und bei akuter Entzündung und Infektionen korreliert die Höhe des CRP-Werts mit der Entzündungsaktivität. Das ist weniger bei chronischen Infektionen der Fall, obwohl bei einigen wichtigen Erkrankungen (rheumatoiden Arthritis, M. Crohn, Polymyalgia rheumatica), die Beziehung für ein therapeutisches Monitoring ausreichend ist.

Die Krankheitsaktivität wird anhand der Konzentrationen von cRP eingeteilt in:

• Low-grade inflammation (> 3–10 mg/l). Ursachen sind Obesitas, Diabetes mellitus Typ 2 und atherosklerotisch bedingte kardiovaskuläre Erkrankungen.
• Mild inflammation (> 10–40 mg/l). Ursachen sind ein lokaler Abszess, ein leichtes operatives Trauma, ein Unfalltrauma, Herzinfarkt, tiefe Venenthrombose, die inaktive rheumatische Erkrankung, ein metastasierter maligner Tumor und vereinzelt virale Infektionen.
• Moderate inflammation (> 40–100 mg/l): Ursachen sind schwere entzündliche Prozesse wie eitrige Cystitis, Bronchitis, Zahneiterungen, Harnwegsinfekt und Genitalinfektionen. Die Infektionen bedürfen der Intervention, z.B. durch eine Therapie mit Antibiotika.
• High-grade inflammation (> 100 mg/l): Ursachen sind akute generalisierte Infektionen durch Bakterien und Pilze (Sepsis) sowie schwere Gewebeschädigung nach Polyttrauma oder größeren chirurgischen Eingriffen (Abb. 19.4-1 – Zeitabhängiger Verlauf der CRP-Konzentration in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Gewebeschädigung).

19.4.5.3 CRP bei Infektionen

Bei Verdacht auf eine Infektion ist es wichtig, das klinische Bild des Patienten in Zusammenhang mit dem CRP-Wert zu beurteilen, da auch Erkrankungen wie eine tiefe Venenthrombose oder eine Lungenembolie eine Akute-Phase Reaktion verursachen.

Bakterielle Endotoxine sind die potentesten Stimuli der Akute-Phase Reaktion. Die höchsten Konzentrationen von CRP werden bei der Sepsis durch gramnegative Bakterien und S. aureus erreicht, gelegentlich über 500 mg/l. Werte von 100–200 mg/l zeigt auch die durch Pilze verursachte Sepsis. Parasitosen bewirken in der Regel eine moderate Akute-Phase Antwort, gewöhnlich nicht über 50 mg/l und selten über 100 mg/l. Die Bestimmung von CRP ist deshalb bei Risikopatienten in der Chirurgie oder nach zytostatischer Therapie in der Beurteilung des Verlaufs indiziert, um interkurrente Infektionen zu erkennen.

Virale und bakterielle Infektionen können oft anhand des Ausmaßes der CRP-Erhöhung differenziert werden. So zeigen bei Meningitis und Atemwegsinfektionen Konzentrationen > 100 mg/l eine bakterielle Infektion an. Die mediane CRP-Konzentration bei viralen Infektionen beträgt 15 mg/l, Werte > 40 mg/l werden selten überschritten.

Die Bestimmung von CRP ist diagnostisch wertvoll, da sie im Vergleich zur mikrobiologischen Diagnostik anatomisch in sich abgeschlossene Infektionen, für die Untersuchungsmaterial nicht gewonnen werden kann, anzeigt. Ein Vorteil ist auch die kurze Antwortzeit des Anstiegs und Abfalls von CRP im Vergleich zur Untersuchungszeit der bakteriologischen Diagnostik.

Das Verhalten von CRP bei Erkrankungen und Zuständen mit milder Inflammation bis high-grade inflammation ist dargestellt in Tab. 19.4-2 – Verhalten des CRP bei Erkrankungen mit milder bis high-grade inflammation.

In einer Studie waren niedrige Konzentratinen von CRP (> 3–10 mg/l) mit dem erhöhten Risiko einer Infektion, besonders mit Gram-negativen Bakterien assoziiert /8/.

19.4.5.4 Therapeutisches Monitoring mit CRP

Beim Einsatz des CRP zum therapeutischen Monitoring muss beachtet werden, dass die CRP-Antwort im Plasma der inflammatorischen Aktivitätsänderung 12–24 h hinterher hinkt. Das ist aber unwesentlich, da eine Änderung der klinischen Symptomatik nicht schneller, sondern meist viel langsamer erfolgt. So ist nach antibiotischer Behandlung einer Pyelonephritis oder einer bakteriellen Cystitis eine Besserung des klinischen Bildes erst nach 24–48 h zu erwarten und bei anti-inflammatorischer Therapie einer rheumatoiden Arthritis erst nach 4–6 Wochen. In den meisten Fällen einer entzündlichen Erkrankung erlaubt deshalb das CRP sehr viel früher eine klinische Entscheidung zu treffen, als das vom klinischen Bild her möglich ist. Ein persistierend erhöhtes CRP zeigt generell an, dass die Therapie ineffektiv ist.

Serielle Messungen von CRP zum therapeutischen Monitoring sind bei folgenden Maßnahmen indiziert:

• Optimierung der Antibiotikatherapie bei akuten Infektionen.
• Durchführung einer antibiotischen Therapie bei Risikopatienten ohne mikrobiologische Diagnose.
• Absetzen der antibiotischen Therapie; wenn das CRP normal ist.
• Auswahl der geeigneten anti-inflammatorischen Therapie bei rheumatischen Erkrankungen, die klinisch schwer zu beurteilen sind.
• Anpassung der Dosierung des Antiphlogistikums an das anti-inflammatorische Geschehen.
• Vorhersage von Komplikationen, z.B. Entwicklung einer Riesenzellarteriitis bei einem Patienten mit Polymyalgia rheumatica.

19.4.5.5 CRP-Muster des therapeutischen Ansprechens

Folgende vier Muster werden unterschieden /8/:

• Einfache Infektion; CRP zeigt einen steilen oder exponentiellen Abfall unter Antibiotikatherapie. Die Intensität des Abfalls wird von der Halbwertszeit des CRP bestimmt. Dieses Muster wird bei fokaler Infektion oder auch bei Bakteriämie gesehen.
• Suppurative Infektion; CRP fällt erst verzögert währen der Antibiotikatherapie ab. Ein solches Verhalten tritt auf bei eitrigen Ergüssen, eitriger Bronchitis oder Eiter im dritten Raum, bei schweren nicht-eitrigen Erkrankungen und bei unzureichender Antibiotikadosierung. Es muss immer nach einer persistierenden Infektion gesucht werden.
• Komplizierte Infektion; CRP fällt nicht ab oder steigt unter Antibiotikatherapie noch weiter an. Ursache ist die Wahl eines ineffektiven Antibiotikums, das Vorliegen einer chirurgischen Komplikation oder eine schwere nicht-infektiöse Erkrankung.
• Rekurrende Infektion; das CRP zeigt ein bimodales Verhalten mit anfänglichem Abfall und dann einem Wiederanstieg. Dieser spricht entweder für eine nochmalige Infektion an gleicher Lokalisation mit dem selben Erreger oder aber für eine neue Infektion.

19.4.5.6 Low-grade inflammation

In Europa und Nordamerika hat die Bevölkerung im Alter über 45 J. zu zwei Dritteln CRP-Werte unter 3 mg/l und weniger als 5 % Werte über 10 mg/l, der Rest liegt im Bereich von 3–10 mg/l /9/. Auf Grund eines Statements des Centers of Disease Control and Prevention und der American Heart Association bringt die Bestimmung von CRP zusätzlich zu den klassischen Risikofaktoren Vorteile in der Risikostratifizierung kardiovaskulärer Erkrankungen. Festgesetzt wurden folgende Grenzwerte des CRP für ein kardiovaskuläres Risiko /10/:

• Unter 1,0 mg/l = niedriges Risiko.
• 1,0–3,0 mg/l = moderates (normales) Risiko.
• Über 3,0 mg/l = hohes Risiko.

Siehe auch Abb. 19.4-2 – Kardiovaskuläres Risiko scheinbar gesunder Personen in Abhängigkeit von der Konzentration von CRP.

Grundlagen dieser Empfehlung sind:

• Die Inflammation spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung und dem Verlauf der Atherosklerose.
• Bevölkerungsstudien haben gezeigt, dass eine unabhängige Beziehung zwischen dem basalen Wert von CRP und künftigen koronaren Ereignissen besteht /2/.
• Der Serumwert von CRP ist nützlich in der Erkennung von Patienten, die ein metabolisches Syndrom oder einen Diabetes Typ 2 entwickeln.
• Es besteht eine Assoziation von kardiovaskulärer Erkrankung, dem metabolischen Syndrom, dem Diabetes Typ 2 und dem Vorliegen einer endothelialen Dysfunktion der Gefäße mit der Low-grade inflammation /11/.

Die Assoziation von CRP bei Low-grade inflammation mit dem Body mass index zeigt Tab. 19.4-3 – Verhalten des CRP bei Erkrankungen mit Low grade inflammation.

Bei der Abschätzung eines kardiovaskulären Risikos wenn eine Low-grade inflammation vorliegt, sollten folgende Fakten beachtet werden /12/:

• Die intraindividuelle Variation des CRP von Tag zu Tag beträgt bei scheinbar Gesunden 46 % im Vergleich zu nur 9 % beim Cholesterin. Das bedeutet, dass bei zwei Messungen an verschiedenen Tagen, die beiden CRP-Werte um 84 % differieren können. Der Proband kann somit unterschiedlichen Risikokategorien zugeordnet werden. Diese Untergrundvariationen werden in großen Studien nivelliert, da sie sich wegverdünnen, spielen aber bei der Einzelperson eine wichtige Rolle. So haben in den USA 27,5 % der Frauen über 20 J. ein CRP von 3–10 mg/l /13/.
• Nicht-inflammatorische Stimuli beeinflussen den niedrigen CRP-Wert, z.B. genetische Faktoren /13/ physische Aktivität, hohe Proteinzufuhr, Alkoholkonsum, depressive Syndrome, das chronische Müdigkeitssyndrom und besonders die Adipositas (Abb. 19.4-3 – CRP-Werte in der Bevölkerung der Vereinigten Staaten in Abhängigkeit vom Body Mass Index) /7/.

19.4.6 Hinweise und Störungen

Untersuchungsmaterial

Serum und Kapillarblut ergeben im Konzentrationsbereich von 5–173 mg/l vergleichbare Werte /75/.

Bestimmungsmethode

Hohe Konzentrationen von Rheumafaktoren können eine erhöhte CRP-Konzentration vortäuschen, denn der Rheumafaktor kann CRP binden und einen CRP-Anti-CRP-Komplex bilden.

Referenzbereich

In einer großen Studie in der erwachsenen Bevölkerung wurden folgende Grenzwerte ermittelt /76/:

• Der Bereich der 5. Perzentile geht von 0,12 mg/l bei Männern im Alter von 25–34 J. bis 0,43 mg/l bei Frauen im Alter von 65–74 J.
• Der Bereich der 95. Perzentile geht von 4,9 mg/l bei Männern im Alter von 25–34 J. bis 15,5 mg/l bei Frauen im Alter von 55–74 J.

Referenzbereich erwachsener Frauen in den USA: 24,5 % haben CRP-Werte unter 1 mg/l, 29,7 % 1–3 mg/l, 31,8 % über 3–10 mg/l und 14 % über 10 mg/l /13/.

Referenzbereich von Kindern und jungen Erwachsenen /77/: Mittelwert 1,6 mg/l; Median 0,4 mg/l. Die CRP-Konzentration nimmt mit dem Alter zu. Frauen im Alter von 16–19 Jahren haben höhere Werte als gleichaltrige Männer. Personen mexikanischen Ursprungs haben höhere Werte als weiße und schwarze Amerikaner.

Prävalenz von CRP-Werten über 3 mg/l

Bei Personen mit Lipidwerten in den empfohlenen Bereichen schwankt die Prävalenz erhöhter CRP-Werte zwischen 28,8 und 35,3 %, in Abhängigkeit vom Lipidmuster /14/.

Biologische Variation

Das Alter beeinflusst die CRP-Konzentration. Die Werte steigen von im Mittel 0,21 mg/l im Alter von 5–13 J. auf 0,86 mg/l bei Männern und 0,75 mg/l bei Frauen in der Altersgruppe von 50–75 J. /78/.

Intraindividuelle Variation

Der CRP-Wert kann innerhalb von 6 Monaten zwischen 0,1 und 10 mg/l schwanken /6/.

Body mass index (BMI)

Personen mit deutlichem Übergewicht haben höhere CRP-Werte als diejenigen mit normalem BMI.

Hormonelle Therapie

Behandlung mit Östrogenen und Gestagenen erhöht die Konzentration von CRP 2 fach im Vergleich zu gleichaltrigen Frauen ohne Therapie. Den Einfluss oraler Kontrazeptiva auf CRP und die Lipide im Serum zeigt Tab. 19.4-5 – Effekte von hormonalen Antikonzeptiva auf CRP und Lipide.

Rauchen

Erhöht die CRP-Konzentration um 16–52 % bei Männern im Alter von 29–75 J.

CRP als Indikator eines kardiovaskulären Risikos

Die Messung sollte in zwei Blutproben, die im zweiwöchigen Abstand entnommen werden, erfolgen. Ist der Wert über 10 mg/l, sollte die Bestimmung wiederholt werden und bei Bestätigung die Suche nach einer milden bis moderaten Inflammation erfolgen /10/.

Störfaktoren

Hohe Konzentrationen von Rheumafaktoren können eine falsch erhöhte CRP-Konzentration vortäuschen, in dem der Rheumafaktor mit CRP in Form eines CRP-anti-CRP-Komplexes bindet.

19.4.7 Pathophysiologie

CRP ist ein Mitglied der Pentraxinfamilie. Es besteht aus fünf miteinander verbundenen Monomeren, jedes aus 206 Aminosäuren bestehend und symmetrisch um eine zentrale Pore arrangiert /79/. Siehe Abb. 19.4-4 – Monomer des C-reaktiven Proteins.

Das Molekulargewicht des CRP beträgt 118 kD. CRP ist ein nicht-glykosyliertes Protein und das CRP kodierende Gen ist auf dem Chromosom 1q21-q23 lokalisiert. Zwei Ca²⁺ sind Bestandteil der Proteinketten und ein integraler Bestandteil der Bindungsstelle für Liganden. Das C-Polysaccharid von Pneumokokken ist ein charakteristischer Ligand. Phosphocholinreste des C-Polysaccharids der Pneumokokken sind die wesentlichen Determinanten der Ca²⁺-vermittelten Bindung mit CRP. In der Gegenwart von Ca²⁺ bindet CRP ebenfalls Histone, Chromatin, Fibronectin, Laminin, oxidiertes LDL und andere Phosphocholin-haltige Polysaccharide /80, 81/.

CRP aggregiert und präzipitiert zelluläre, partikuläre und molekulare Strukturen, die diese Liganden tragen. Das Pneumokokken C-Polysaccharid ist ein typischer Ligand. Phosphocholinreste des Pneumokokken C-Polysaccharids sind die wesentlichen Determinanten der Ca²⁺-vermittelten Bindung von CRP. Bei Aggregation oder Bindung an makromolekulare Liganden aktiviert CRP das Komplementsystem.

Die Synthese von CRP in den Hepatozyten erfolgt unter der Kontrolle von IL-6. Jedoch tragen Interleukin-1 und TNF-α ebenfalls zur Synthese und Sekretion von CRP bei. Nach Stimulation durch IL-6 wird CRP in der Leber synthetisiert und im Maximum der Akute-Phase Antwort wird nahezu 20 % der Proteinsynthesekapazität der Leber für CRP aufgewendet. Die normale Syntheserate ist 1–10 mg/Tag und kann auf über 1 g/Tag bei akuter Entzündung ansteigen. Bei Patienten mit chirurgischem Trauma beträgt die Verdopplungszeit im Plasma 8–10 Std. Bei Abwesenheit eines IL-6 Stimulus normalisiert die Synthese innerhalb von 2–4 h, aber die Halbwertszeit im Blut nach Operation ist 24–48 h und reflektiert nicht die Halbwertszeit von CRP im Plasma, sondern das Verschwinden einer nicht Infekt-bedingten Entzündung. Die biologische Halbwertszeit des CRP ist 19 h, aber es wird Liganden-gebunden schneller geklärt.

Die Synthese von CRP in den Hepatozyten erfolgt unter der Kontrolle von IL-6. Jedoch tragen Interleukin-1 und TNF-α ebenfalls zur Synthese und Sekretion von CRP bei. Nach Stimulation durch IL-6 wird CRP in der Leber synthetisiert und im Maximum der Akute-Phase Antwort wird nahezu 20 % der Proteinsynthesekapazität der Leber für CRP aufgewendet. Die normale Syntheserate ist 1–10 mg/Tag und kann auf über 1 g/Tag bei akuter Entzündung ansteigen. Bei Patienten mit chirurgischem Trauma beträgt die Verdopplungszeit im Plasma 8–10 Std. Bei Abwesenheit eines IL-6 Stimulus normalisiert die Synthese innerhalb von 2–4 h, aber die Halbwertszeit im Blut nach Operation ist 24–48 h und reflektiert nicht die Halbwertszeit von CRP im Plasma, sondern das Verschwinden einer nicht Infekt-bedingten Entzündung. Die biologische Halbwertszeit des CRP ist 19 h, aber es wird Liganden gebunden schneller geklärt.

Die Funktionen von CRP bestehen in der Erkennung, Auslösung und Entsorgung apoptotischer Gewebezellen und ihren Produkten wie DNA, die toxisch oder allergisch sein können. Ebenso wirkt CRP als ein nicht adaptiver Abwehrmechanismus durch Opsonierung von Mikroorganismen für die Phagozytose.

CRP hat die Fähigkeit, eine große Gruppe exogener und endogener Substanzen (Liganden) zu binden und ihre Entfernung aus dem Blut durch Opsonierung zu begünstigen. Die Bindung von CRP an Zellen erfolgt nur, wenn die normale Struktur des Lipidbilayers von Zellmembranen zerstört ist und Membran interne Phospholipide präsentiert werden.

Gebunden an exogene oder endogene Liganden aktiviert CRP biologische Systeme, was zu einer Entfernung der Liganden durch folgende Vorgänge führt:

• Komplement wird über den klassischen Weg aktiviert mit konsekutiver Klärung von CRP-Ligandenkomplexen durch Makrophagen in den Geweben, im Blut und der Milz. C3b, auf der Oberfläche dieser Komplexe abgelagert, wird von den Makrophagen wahrgenommen. Zusätzlich führt die Bildung von Anaphylatoxinen und Chemokinen zur Auslösung einer Entzündung und der Aktivierung von Makrophagen.
• CRP bindet an hoch- und niedrigaffine Rezeptoren von Phagozyten wie CD32. Somit wird CRP auf der Zelloberfläche aktiv, was den direkten zellulären Kontakt mit dem Liganden, die Aktivierung von Komplement und den Beginn der Phagozytose ermöglicht.
• Milzmakrophagen klären CRP besetzte Liganden und entfernen das Material aus der Zirkulation.
• CRP bindet an den IgGFcR von T-, B- und Null-Zellen und aktiviert Natural killer cells (NK-cells).
• CRP wird, wenn es an die Zellmembran von neutrophilen Granulozyten im Entzündungsherd gebunden ist, durch Proteasen in kleine, Tuftsin-ähnliche Fragmente gespalten. Diese sind Aktivatoren der Makrophagen und Inhibitoren der neutrophiler Granulozyten.
• CRP verknüpft lösliche und partikuläre Liganden miteinander, wodurch diese präzipitieren und somit im Gewebe lokalisiert werden.
• In der Entwicklung der Atherosklerose nimmt in der Gefäßwand befindliches CRP eine dominante Rolle ein. Es reguliert die Expression von Adhäsionsmolekülen hoch, aktiviert Komplement und induziert die Expression von Tissue factor durch Makrophagen (Abb. 19.4-5 – Interaktion von CRP und LDL am CD32-Rezeptor von Makrophagen) /80/.

Die basalen CRP-Werte im Plasma sind vom genetischen Polymorphismus des CRP-Gens abhängig. So variiert die Allelfrequenz Haplotyp-assoziierter Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in den ethnischen Gruppen erheblich. In der weißen Bevölkerung haben Personen mit rs3093068, rs1130846 und rs 1417938 höhere CRP-Konzentrationen als diejenigen mit rs1205 und rs1800947 /81/. Bei postmenopausalen Frauen sind solche Änderungen aber nicht mit einer erhöhten Diabetesrisiko verbunden /82/.

Pentameres CRP ist im Plasma vorhanden während monomeres CRP in den Geweben und den Gefäßwänden exprimiert wird. Es wird angenommen, dass beide Formen unterschiedliche biologische Aktivität an Endothelzellen haben. CRP übt seine Wirkung vorwiegend über den Fc-Rezeptor CD32 (FCRII) aus und hochreguliert den Rezeptor LOX-1, der oxidiertes LDL (oxLDL) in die Endothelzelle aufnimmt. Demgegenüber hemmt monomeres CRP die Aufnahme von oxLDL, unabhängig von LOX-1, CD32 und CD16 /83/.

Literatur

1. Ballantyne CM, Nambi V. Markers of inflammation and their clinical significance. Atherosclerosis Suppl 2005; 6: 21–9.

2. Algarra M, Gomes D, Esteves da Silva JCG. Current analytical srategies for C-reactive protein quantification in blood. Clin Chim Acta 2013; 415: 1–15.

3. Lannergard A, Friman G, Ewald U, Lind L, Larsson A. Serum amyloid A (SAA) protein and high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP) in healthy newborn infants and healthy young through elderly adults. Acta Paediatr 2005; 94. 1198–1202.

4. Dati F, Schumann G, Thomas L, Aguzzi F, Baudner S, Bienvenu J, et al. Consensus of a group of professional societies and diagnostic companies on guidelines for interim reference ranges for 14 proteins in serum based on the standardization against the IFCC/BCR/CAP reference material (CRM 470). Eur J Clin Chem Clin Biochem 1996; 34: 517–20.

5. Colley CM, Fleck A, Goode AW, Muller BR, Myers MA. Early time course of the acute phase response in man. J Clin Pathol 1983; 36: 203–7.

6. Campbell B, Badrick T, Flatman R, Kanowski D. Limited clinical utility of high-sensitivity plasma C-reactive protein assays. Ann Clin Biochem 2002; 39: 85–8.

7. Ford ES, Giles WH, Mokdad AH, Myers GL. Distribution and correlates of C-reactive protein concentrations among adult US women. Clin Chem 2004; 50: 574–81.

8. Boenisch S, Fae P, Drexel H, Walli AK, Fraunberger P. Are circulating levels of CRP compared to IL-6 and CRP still relevant in intensive care unit patients? J Lab Med 2013; 37: 1–11.

9. Imhof A, Fröhlich M, Loewel H, Helbecque N, Woodward M, Amouyel P, et al. Distributions of C-reactive protein measured by high-sensitivity assays in apparently healthy men and women from different populations in Europe. Clin Chem 2003; 49: 669–72.

10. Pearson TA, Mensah GA, Alexander RW, Andersen JL, Cannon RO, Criqui M, et al. Markers of inflammation and cardiovascular disease: application to clinical and public health practice: a statement for health care professionals from the Centers of Disease Control and Prevention and the American Heart Association. Circulation 2003; 107: 499–511.

11. Verma S, Szmitko PE, Ridker PM. C-reactive protein comes of age. Nature Clinical Practice 2005; 2: 29–36.

12. Eriksson SL, Gransstrom L, Bark S. Laboratory test in patients with suspected acute appendicitis. Acta Chir Scand 1989; 155: 177–120.

13. Shen J, Ordovas JM. Impact of genetic and environmental factors on hsCRP concentrations and response to therapeutic agents. Clin Chem 2009; 55: 256–64.

14. Ajani UA, Ford ES, Mokdad AH. Prevalence of C-reactive protein in persons with serum lipid concentrations within recommended values. Clin Chem 2004; 50: 1618–22.

15. Aufwerber E, Jorup-Rönström C, Edner A, Letter HLO. C-reactive protein sufficient as screening test in bacterial versus viral infections. J Infection 1991; 23: 216–20.

16. Povoa P, Coelho L, Almeida E, Fernandes A, Mealha R, Moreira P, Sabino H. C-reactive protein as a marker of infection in critically ill patients. Clin Microbiol Infect 2005; 11: 101–8.

17. Korppi M, Kröger L. C-reactive protein in viral and bacterial respiratory infection in children. Scand J Infect Dis 1992; 25: 207–13.

18. Timonen TTT, Koistinen P. C-reactive protein for detection and follow-up of bacterial and fungal infections in severely neutropenic patients with acute leukemia. Eur J Cancer Clin Oncol 1985; 21: 557–62.

19. Suprin E, Camus C, Gacouin A, Le Tulzo Y, Lavoue S, Feuillu A, Thomas R. Procalcitonin: a valuable indicator of infection in a medical ICU? Intens Care Med 2000; 26: 1232–8.

20. Icard P, Fleury JP, Regnard JF, Libert JM, Magdeleinat P, Gharbi N, et al. Utility of C-reactive protein measurements for empyema diagnosis after pneumonectomy. Ann Thorac Surg 1994; 57: 933–6.

21. Källman J, Ekholm L, Eriksson M, Malmström B. Schollin J. Contribution of interleukin-6 in distinguishing between mild respiratory disease and neonatal sepsis in the newborn infant. Acta Paediatr 1999; 88: 880–4.

22. Hawrylyshyn P, Bernstein P, Milligan JE, Soldin S, Pollard A, Papsin FR. Premature rupture of membranes: the role of C-reactive protein in the prediction of chorioamnionitis. Am J Obstet Gynecol 1983; 147: 240–6.

23. Knitza R, Vogel K, Hubert B, Fateh-Moghadam A, Hepp H. Aussagekraft von Akute-Phase-Proteinen zur Früherkennung von Infektionen bei der peripartalen Phase und bei Neugeborenen. In: Fateh-Moghadam A, Nephelometrie-Symposium. Marburg: Deutsches Grünes Kreuz, 1988: 171.

24. Putto A, Ruuskanen O, Meurman O, Ekblad H, Korvenrantra H, Mertsola J, Peltola H, Sarkkinen H, Viljanen MK, Halonen P. C-reactive protein in the evaluation of febrile illness. Arch Dis Child 1986; 61: 24–9.

25. Pulliam PN, Attia MW, Cronan KM. C-reactive protein in febrile children 1 to 36 months of age with clinically undetectable serious bacterial infection. Pediatrics 2001; 108: 1275–9.

26. Peltola HO. C-reactive protein for rapid monitoring of infections of the central nervous system. Lancet 1982; May 1.

27. Van Vugt SF, Broekhuizen BDL, Lammens C, Zuithoff NPA, de Jong PA, Coenen S, et al. Use of serum C-reactive protein and procalcitonin concentrations in addition to symptoms and signs to predict pneumonia in patients presenting to primary care with acute cough: diagnostic study. BMJ 2013; 346: f2450. doi: 10.1136/bmj.f2450.

28. Künzig HJ, Schmith-Rhode P, Kramer M, Prinz H. Akute-Phase-Proteine (C-reaktives Protein, Orosomucoid, Haptoglobin). Spezifische Marker bei der Diagnostik entzündlicher Adnexerkrankungen. Geburtsh und Frauenheilk 1985; 45: 881–6.

29. Romem Y, Artal R. C-reactive protein in pregnancy and in the postpartum period. Am J Obstet Gynecol 1985; 151: 380–3.

30. Chaisilwattana P, Monif GRGM. Potential use of C-reactive protein determinations in obstetrics and gynecology. Obstet Gynecol Survey 1989; 44: 355–60.

31. Shakespeare PG, Ball AJ, Spurr ED. Serum protein changes after abdominal surgery. Ann Clin Biochem 1989; 26: 49–57

32. Thomas EA, Cobby M, Rhys Davies E, Jeans WD, Whicher JT. Liquid crystal thermography and C-reactive protein in the detection of deep venous thrombosis. Brit Med J 1989; 279: 951–2.

33. de Beer FC, Hind CRK, Fox KM, Allan RM, Maseri A, Pepys MB. Measurement of serum C-reactive protein concentration in myocardial ischaemia and infarction. Br Heart J 1982; 47: 239–43.

34. Christensen H, Boysen G. C-reactive protein and white blood cell count increases in the first 24 hours after stroke. Cerebrovasc Dis 2004; 18: 214–9.

35. Weinstein PS, Skinner M, Sipe JD, Lokich JJ, Zamcheck N, Cohen AS. Acute proteins or tumour markers: the role of SAA, SAP, CRP and CEA as indicators of metastasis in a broad spectrum of neoplastic diseases. Scand J Immunol 1984: 19: 193–8.

36. Erlinger TP, Platz EA, Rifai N, Helzlsouer KJ. C-reactive protein and the risk of incident colorectal cancer. JAMA 2004; 291: 585–90.

37. Tienhaara A, Pulkki K, Mattila K, Irjala K, Pelliniemi TT. Serum immunoreactive interleukin-6 and C-reactive protein levels in patients with multiple myeloma at diagnosis. Br J Haem 1994; 86: 391–3.

38. Lehrer S, Diamond EJ, Mamkine B, Droller MJ, Sone NN, Stock RG. C-reactive protein is significantly associated with prostate specific antigen and metastatic disease in prostate cancer. BJU Int 2005; 95: 961–2.

39. Whicher JT, Dieppe PA. Acute phase proteins. Clin Immunol Allergy 1985; 5: 425–46.

40. Gwyther M, Schwartz H, Howard A, Ansell BM. C-reactive protein in juvenile chronic arthritis: an indicator of disease activity and possibly amyloidosis. Ann Rheum Dis 1982; 41: 259–62.

41. Becker GJ, Waldburger M, Hughes GRV, Pepys MB. Value of C-reactive protein measurement in the investigation of fever in systemic lupus erythematosus. Ann Rheum Dis 1980; 39: 50–2.

42. Cowling P, Ebringer R, Cawdell D, Ishii M, Ebringer A. C-reactive protein, ESR, and klebsiella in ankylosing spondylitis. Ann Rheum Dis 1980; 39: 45–9.

43. Roseff R, Wohlgethan JR, Sipe JD, Canoso JJ. The acute phase response in gout. J Rheumatol 1987; 14: 974–7.

44. Mallaya RK, Hind CRK, Berry H, Pepys MB. Serum C-reactive protein in polymyalgia rheumatica. A prospective serial study. Arthr Rheum 1985; 28:383–7.

45. Van Leeuwen MA, van Rijswijk MH, Marrink J, Westra J, de Jong HJ. CRP measurements in rheumatic disorders. In: Peeters H (ed). Protides of the biological fluids. New York 1986; Pergamon Press, 315–8.

46. Ter Borg EJ, Horst G, Limburg PC, van Rijswijk MH, Kallenberg CGM. C-reactive protein levels during disease exacerbation and infections in systemic lupus erythematosus: a prospective longitudinal study. J Rheumatol 1990; 17: 1642–8.

47. Fagan EA, Dyck RF, Maton PN, Hodgson HFJ, Chadwick VS, Petrie A, Pepys MB. Serum levels of C-reactive protein in Crohn’s disease and ulcerative colitis. Eur J Clin Invest 1982; 12: 351–9.

48. Chambers RE, Stross P, Barry RE, Whicher JT. Serum amyloid A protein compared with C-reactive protein, alpha 1-antichymotrypsin and alpha 1-acid-glycoprotein as a monitor of inflammatory bowel disease. Eur J Clin Invest 1987; 17: 460–7.

49. Chamouard P, Richert Z, Meyer N, Rahmi G, Baumann R. Diagnostic value of C-reactive protein for predicting activity level of Chrohn´s disease. Clin Gastroenterol Hepatol 2006; 4: 882–7.

50. Falck HM, Maury CPJ, Teppo A-M, Wegelius O. Correlation of persistently high serum amyloid A protein and C-reactive protein concentrations with rapid progression of secondary amyloidosis. Br Med J 1983; 286: 1391–3.

51. Starke ID, De Beer FC, Donelly JP, Catovsky D, Goldman JM, Galton DAG, Pepys MB. Serum C-reactive levels in the management of infection in acute leukaemia. Eur J Cancer Clin Oncol 1984; 20: 319–25.

52. Walker SA, Rogers TR, Riches PG, White S, Hobbs JR. Value of serum C-reactive protein measurement in the management of bone marrow transplant recipients. Part 1: early transplant period. J Clin Pathol 1984; 37: 1018–21.

53. Bradbury BD, Critchlow CW, Weir MR, Stewart R, Krishnan M, Hakim RH. Impact of elevated C-reactive protein levels on erythropoiesis stimulating agent (ESA) dose and responsiveness in hemodialysis patients. Nephrol Dial Transplant 2009; 24: 919–25.

54. U.S. Preventive Services Task Force. Using nontraditional risk factors in coronary heart disease risk assessment: U.S. Preventive Services Task Force Statement. Ann Inten Med 2009; 151: 474–82.

55. Liuzzo G, Biasucci LM, Gallimore JR, Grillo RL, Rebuzzi AG, Pepys MB, et al. The prognostic value of C-reactive protein and serum amyloid A protein in severe unstable angina. N Engl J Med 1994; 331: 417–24.

56. Biasucci LM. C-reactive protein and secondary prevention of coronary events. Clin Chim Acta 2001; 311: 49–52.

57. Ridker PM. Residual inflammatory risk: addressing the obverse side of the atherosclerosis prevention coin. Eur Heart J 2016; 37: 1720–2.

58. Morrow DA, Rifai N, Antman EM, et al. C-reactive protein is a potent predictor of mortality independently of and in combination with troponin T in acute coronary syndromes: a TIMI 11a substudy. Thrombolysis in myocardial infarction. J Am Coll Cardiol 1998; 31: 1460–5.

59. Rebuzzi AG, Quaranta G, Liuzzo G, et al. Incremental prognostic value of serum levels of TnT and C-reactive protein on admission in patients with unstable angina pectoris. Am J Cardiol 1998; 82: 715–9.

60. Ferreiros ER, Boissonnet CP, Pizarro R, et al. Independent prognostic value of elevated C-reactive protein in unstable angina. Circulation 1999; 100: 1958–63.

61. Ridker P, Cushman M, Stampfer M, Tracy R, Hennekens C. Inflammation, aspirin and the risk of cardiovascular disease in apparently healthy men. N Engl J Med 1997; 336: 973–9.

62. Sacks FM, Pfeffer MA, Moye LA, et al. The effect of pravastatin on coronary events after myocardial infarction in patients with average cholesterol levels. Cholesterol and recurrent events trial investigators. N Engl J Med 1996; 335: 1001–9.

63. The long-term intervention with pravastatin in ischemic disease (LIPID) study group. Prevention of cardiovascular events and death with pravastatin in patients with coronary heart disease and a broad range on initial cholesterol levels. N Engl J Med 1998; 339: 1349–57.

64. Park DW, Yun SC, Lee JY, Kim WJ, Kang SJ, Lee SW, et al. C-reactive protein and risk of stent thrombosis and cardiovascular events after drug-eluting stent implantation. Circulation 2009; 120: 1987–95.

65. Koenig W, Khuseyinova N, Baumert J, Meisinger C. Prospective study of high-sensitivity C-reactive protein as a determinant of mortality: results from the Monica/Kora Augsburg cohort study, 1984–1998. Clin Chem 2008; 54: 335–42.

66. Meng YX, Ford ES, Li C, Quashir A, Al-Mahmoud AM, Giles W, et al. Association of C-reactive protein with surrogate measures of insulin resistance among nondiabetic U. S. adults: findings from National Health and Nutrition Examination Survey 1999–2002. Clin Chem 2007; 53: 2152–9.

67. Thorand B, Löwel H, Schneider A, Kolb H, Meisinger C, Fröhlich M, et al. C-reactive protein as a predictor for incident diabetes mellitus among middle-aged men. Results from the Monica/Kora Augsburg cohort study, 1984–1998. Arch Intern Med 2003; 163: 93–9.

68. Liu S, Tinker L, Song Y, Rifai N, Bonds DE, Cook NR, et al. A prospective study of inflammatory cytokines and diabetes mellitus in a multiethnic cohort of postmenopausal women. Arch Intern Med 2007; 167: 1676–85.

69. Sonio M, Marniemi J, Laakso M, Lehto S, Rönnemaa T. High-sensitivity C-reactive protein and coronary heart disease mortality in patients with type 2 diabetes. Diabetes Care 2006; 29: 329–33.

70. Vepsäläinen T, Sonio M, Marniemi J, Lehto S, Juutilainen A, Laakso M, et al. Physical activity, high-sensitivity C-reactive protein, and total and cardiovascular disease mortality in type 2 diabetes. Diabetes Care 2011; 34: 1492–6.

71. Olafsdottir IS, Gislason T, Thjodleifsson B, Olafsson I, Gislason D, Jögi R, Janson C. C-reactive protein levels are increased in non-allergic but not allergic asthma: a multicentre epidemiological study. Thorax 2005; 60: 451–4.

72. Muntner P, Vupputuri S, Coresh J, Uribarri J, Fox CS. Metabolic abnormalities are present in adults with elevated serum cystatin C. Kidney Int 2009; 76: 81–8.

73. Wiegratz I, Thaler CJ. Hormonale Kontrazeption – was, wann, für wen? Dtsch Arztebl Int 2011; 108: 495–506.

74. Krintus M, Sypniewska G, Kuligowska-Prusinska M. Effect of second and third generation oral contraceptives on C-reactive protein, lipids and apolipoproteins in young, non-obese, non-smoking apparently healthy women. Clin Biochem 2010; 43: 626–8.

75. Tegtmeyer FK, Otte J, Horn C. Bestimmung des C-reaktiven Proteins (CRP) aus Kapillarblut – ein Vergleich mit der CRP-Konzentration im venösen Serum. Monatsschr Kinderheilkd 1990; 138: 443–5.

76. Hutchinson WL, Koenig W, Frölich M, Sund M, Lowe GDO, Pepys MB. Immunoradiometric assay of circulating C-reactive protein: age-related values in the adult general population. Clin Chem 2000; 46: 934–8.

77. Ford ES, Giles WH, Myers GL, Rifai N, Ridker P, Mannino DM. C-reactive protein concentration distribution among US children and young adults: findings from the National Health and Nutrition Examination Survey, 1999–2000. Clin Chem 2003; 49: 1353–7.

78. Chenillot O, Henny J, Steinmetz J, Herbeth B, Wagner C, Siest G. High sensitivity C-reactive protein: biological variations and reference limits. Clin Chem Lab Med 2000; 38: 1003–11.

79. Shrive AK, Cheetham GMT, Holden D, Myles DAA, Turnell WG, Volanakis JE, et al. Three dimensional structure of human C-reactive protein. Nature Struct Biol 1996; 3: 346–54.

80. Szalai AJ, Agarwal A, GreenhoughTV, Volanakis JE. C-reactive protein: structural biology and host defense function. Clin Chem Lab Med 1999; 37: 265–70.

81. Plebani M. Why C-reactive protein is one of the most requested tests in clinical laboratories? Clin Chem Lab Med 2023; 61 (9): 1540–9.

82. Chan KK, Brennan K, You NY, Lu X, Song Y, Hsu YH, et al. Common variations in the genes encoding C-reactive protein, tumor necrosis factor-α, and interleukin-6, and the risk of clinical diabets in the Women’s Health Initiative Observational study. Clin Chem 2011; 57: 317–25.

83. Schwedler SB, Hansen-Hagge T, Reichert M, Schmiedeke D, Schneider R, Galle J, et al. Monomeric C-reactive protein decreases acetylated LDL uptake in human endothelial cells. Clin Chem 2009; 55: 1728–31.

84. Selvaraj V, Dapaah-Afriyie K, Finn A, Flanigan DP. Short-term dexamethasone in SARS-COV-2 patients. RI Medical J. 2020; 103 (6) 39–43.

85. Verschueren P, De Cock D, Corluy L, Joos R, Langenaken C, Taelman V, et al. Patients lacking classical poor prognostic markers might also benefit from a step-down glucocorticoid bridging scheme in early rheumatoid arthritis; week 16 results from the randomized multicenter CareRA trial. Arthritis Research & Therapy 2015; 17. doi: 10.1186/s13075-015-0611-8.

86. Stone JH, Tuckwell K, Dimonaco S, Klearman M, Aringer M, Blockmans D, et al. Glucocorticoid dosages and acute-phase reactant levels at giant cell arteritis flare in a randomized trial of tocolizumab. Arthritis Rheumatol 2019; 71 (8): 1329–38.

19.5 Procalcitonin (PCT)

Lothar Thomas

Das Gen CALC-1 kodiert die Peptide Procalcitonin und das Calcitonin gene-related peptide. Beim Gesunden erfolgt die Bildung von PCT in neuroendokrinen Zellen wie den C-Zellen der Schilddrüse, im pulmonalen Gewebe und im Pankreas. Sukzessive wird PCT in drei Moleküle gespalten:

• Calcitonin mit 32 Aminosäuren.
• Katacalcin mit 21 Aminosäuren.
• Ein aminoterminales Ende mit 57 Aminosäuren.

Durch den Stimulus bakterieller Toxine und Mediatoren der Entzündung erfolgt eine Bildung von PCT in allen parenchymatösen Organen und differenzierten Zellen des Organismus. Die PCT-Konzentration steigt im Plasma innerhalb weniger Stunden an, wenn eine systemische bakterielle Infektion vorliegt, nicht aber bei viralen Infektionen und bei bakterieller Kolonisation.

19.5.1 Indikation

PCT ist ein Indikator der Schwere einer Infektion und einer der meist bestimmten Marker zur Risikostratifizierung von Patienten /1/:

• Mit Verdacht auf Sepsis.
• Zur Steuerung der Antibiotikatherapie bakterieller Infektionen.
• Zur Fragestellung, ob eine Antibiotikatherapie bei Infektion der oberen Atemwege erforderlich ist.
• Zur Beurteilung der Prognose einer Infektion mit Erhöhung von PCT.

19.5.2 Bestimmungsmethode

Immunoluminometrischer Assay (ILMA) /2/

Prinzip: An das Teströhrchen ist ein monoklonaler Antikörper gegen Katacalcin gebunden. Der Tracer besteht aus einem mit Acridiniumester markierten Antikörper gegen Calcitonin. Nach Zugabe von Probe und Tracer in das Röhrchen und Inkubation wird das Röhrchen gewaschen zur Entfernung nicht gebundener Moleküle. Die mit dem Tracer markierten PCT-haltigen Immunkomplexe werden quantitativ bestimmt durch Zugabe von NaOH und H₂O₂. Es wird ein Lichtsignal erzeugt, dessen Intensität in einem Luminometer gemessen und der Konzentration der markierten Immunkomplexe entspricht.

Kommerziell verfügbar sind Tests mit unterschiedlicher funktioneller Sensitivität (kleinste Konzentration, die mit einem VK ≤ 20 % gemessen werden kann):

• Der Test mit einer funktionellen Sensitivität von 0,3–0,5 μg/l ist für die Diagnose und Verlaufsbeurteilung der Sepsis geeignet.
• Der ultrasensitive Test mit einer funktionellen Sensitivität von 0,06 μg/l wird zur Differenzierung der Infektion der oberen Atemwege von der Pneumonie eingesetzt.

Semiquantitativer solid phase immunoassay /3/

Prinzip: Es handelt sich um einen semiquantitativen Einschritt solid phase immunoassay. Ein polyklonaler anti-Calcitonin-Antikörper vom Schaf ist an eine feste Phase immobilisiert und ein monoklonaler Gold-konjugierter Anti-Katacalcin-Antikörper von der Maus befindet sich als Tracer in der löslichen Phase. Das Serumwasser der Probe löst den Tracer, wenn die Probe auf das dafür vorgesehene Feld aufgegeben wird. Der Antigen-Tracerkomplex wird sichtbar als rot gefärbte Linie, wenn er an den Anti-Calcitonin-Antikörper gebunden ist. Ungebundener Tracer wandert in die Region der Kontrolllinie unter Ausbildung einer dunkelroten zweiten Linie und zeigt somit die positive Funktion des Tests an. Folgende Konzentrationen von pCT können im Vergleich zu einer Farbskala differenziert werden: < 0,5 μg/l, 0,5 bis ≤ 2 μg/l, > 2 bis ≤ 10 μg/l und ≥ 10 μg/l.

19.5.3 Untersuchungsmaterial

Plasma (EDTA-, Citrat-, Heparin), Serum: 1 ml

19.5.4 Referenzbereich

19.5.5 Bewertung

Alle Attacken gegen den Organismus, seien sie infektiöser, inflammatorischer, traumatischer oder chemischer Natur führen zu einer Aktivierung proinflammatorischer Zytokine (PCT in der Regel < 0,5 μg/l).

Bei schweren systemischen Entzündungen, insbesondere bakterieller Genese, ist die Abwehrreaktion des Organismus stark und führt zu vielen Veränderungen wie der Synthese von Proteinen, die als Marker der Inflammation und Infektion eingesetzt werden (PCT in der Regel ≥ 0,5 μg/l).

Die PCT zeigt eine erhebliche Streuung bei Patienten mit scheinbar ähnlichen klinischen Zuständen und Einzelmessungen sind schwer zu bewerten. Es besteht jedoch die allgemeine Überzeugung, dass hohe PCT-Werte eine bakterielle Infektion anzeigen. Der Nachteil des PCT-Einzelwertes kann dadurch kompensiert werden, dass die Kinetik des Konzentrationsverlaufs beurteilt wird /4/.

Im Unterschied zum CRP und IL-6 ist PCT bei sterilen Entzündungen wie den Erkrankungen der Bindegewebe, rheumatischen Erkrankungen, postoperativ und vielen Zuständen mit Fieber nicht erhöht, es sei denn, es liegt eine bakterielle Superinfektion vor.

19.5.5.1 PCT bei Infektionen

Bei bakterieller Infektion steigt PCT im Plasma rasch an und ist progressiv bei mangelnder immunologischer Kontrolle des Infektionsherds oder fehlender oder falscher Antibiotikatherapie. Die diagnostische Sensitivität und Spezifität von PCT für schwere bakterielle Infektionen beträgt 75–85 %.

PCT ist nicht erhöht bei viralen Infektionen, z.B. der viralen Meningitis und nur moderat erhöht bei systemischer Pilzinfektion. Eine eindeutige Differenzierung von Sepsis und Systemic inflammatory response syndrome (SIRS) ist durch PCT nicht möglich (Tab. 19.5-1 – Verhalten von PCT bei inflammatorischen Erkrankungen und Zuständen).

Transiente Erhöhungen des PCT können auf einer Schwächung der Darmbarriere, bedingt durch Hypotension, chirurgische Eingriffe oder Paralyse des Darmes beruhen. Bei all diesen Ereignissen zeigt PCT innerhalb von 24 h einen Abfall.

Nach Kontakt mit bakteriellem Endotoxin steigt PCT nach 4–6 h im Serum messbar an, erreicht nach 24 h ein Maximum und beginnt bei adäquater Therapie wieder abzufallen täglich um jeweils etwa 50 %. Dagegen ist CRP erst nach 12 h im Serum erhöht und erreicht ein Maximum nach 24–48 h. PCT erreicht wieder den Referenzbereich nach 2–3 Tagen, CRP erst nach 3–7 Tagen. Der zeitliche Verlauf des Anstiegs von PCT im Vergleich zu anderen Inflammationsmarkern ist dargestellt in Abb. 19.5-1 – Zeitlicher Verlauf des Anstiegs von Tumornekrosefaktor, Interleukinen, C-reaktivem Protein und Procalcitonin nach operativem Trauma.

19.5.5.2 Abgrenzung bakterieller von anderen systemisch entzündlichen Erkrankungen

Bei unklarer Ätiologie einer systemisch entzündlichen Erkrankung gibt PCT Hinweise auf die bakterielle Genese. Bei nicht bakterieller Genese (virale Infektion, Autoimmunkrankung, Transplantatabstoßung) betragen die PCT-Werte < 0,5 μg/l, selten 0,5–2 μg/l bei vergleichbarer Schwere des klinischen Bildes.

Im Verlaufe nicht bakteriell entzündlicher Erkrankungen kann PCT jedoch durch bakterielle Sekundärinfektionen, Sepsis oder Funktionsstörungen von Organ ansteigen. Auch ist zu beachten, dass PCT Infektions unabhängig bei Polytrauma, Verbrennung, ausgedehnter Operation oder prolongiertem Kreislaufschock erhöht sein kann.

Zur Abgrenzung der bakteriellen Genese von nicht infektiösen Ursachen einer Inflammation ist PCT ein besserer Marker als CRP /5/. Siehe Abb. 19.5-2 – Receiver-Operator-Charakteristik von PCT und CRP zur Abgrenzung bakterieller Infektionen von nicht infektiösen Ursachen einer Inflammation.

19.5.5.3 Überwachung infektiologischer Risikopatienten

PCT ist ein Akutparameter zur Verlaufs- und therapeutischen Überwachung der inflammatorischen Aktivität. Der PCT-Wert korreliert mit dem Schweregrad der Erkrankung und der Mortalität. Beim erhöhten Wert der Erstmessung sollte eine tägliche Bestimmung zur Verlaufsbeurteilung durchgeführt werden. Verbleibt PCT auf hohem Niveau, ist die Prognose ungünstig. Neben dem Gipfelwert gibt auch ein Anstieg oder Rückgang der Konzentration Informationen über den Verlauf der Erkrankung. PCT ist somit ein Marker zur Steuerung therapeutischer Maßnahmen und der Prognose.

Auf Grund der kurzen Halbwertszeiten von Anstieg und Abfall ist PCT ein guter Verlaufsparameter der Sepsis. PCT wird deshalb zur infektiologischen Überwachung kritisch Kranker eingesetzt.

PCT hat einen hohen negativen prädiktiven Wert. Niedrige Konzentrationen schließen eine systemische Infektion durch Bakterien mit hoher Wahrscheinlichkeit aus.

Da lokale Entzündungen und Bagatellinfektionen keine PCT-Erhöhung bewirken, bietet PCT bessere interpretative Möglichkeiten als CRP, die Temperaturmessung und die Leukozytenzahl.

19.5.5.4 Infektionen bei Kindern

Die PCT-Werte gesunder Kinder betragen < 0,5 μg/l, mit einem leichten Anstieg in den Bereich von 0,5–2 μg/l bei viralen Infektionen, nicht-infektiösen Entzündungen, Stresssituationen und fokalen bakteriellen Infektionen. Bei systemischen bakteriellen Infektionen steigt der Wert > 2 μg/l und erreicht Konzentrationen von 50–100 μg/l /6/.

Etwa 20 % der Kinder mit Fieber, die in die Notaufnahme kommen, haben bei der klinischen Untersuchung keinen Focus /7/. Obwohl der überwiegende Anteil eine virale Erkrankung hat, können 10–20 %, insbesondere diejenigen < 3 J., eine bisher nicht erkannte ernste bakterielle Erkrankung wie Pyelonephritis, Pneumonie, Osteomyelitis oder bakterielle Meningitis haben. Die Bestimmung der Leukozytenzahl und des CRP zeigen bei vergleichbarer diagnostischer Spezifität eine Sensitivität von nur 70–86 % /8/. Die zusätzliche Bestimmung von PCT erhöht die positive Likelihood ratio. Sie beträgt 10,6 bei einer schweren bakteriellen Infektion und dem Befund: Leukozytenzahl > 15 × 10⁹/l, CRP > 50 mg/l, PCT > 2 μg/l /9/.

19.5.5.5 Infektionen bei Neugeborenen

Bakterielle Infektionen sind die wesentliche Ursache neonataler Morbidität und Mortalität, insbesondere von Frühgeburten. Neugeborenen Infektionen sind schwer durch ärztliche Untersuchung allein zu diagnostizieren, da die klinische Symptomatik (Hypoglykämie, Respiratory distress syndrome) unspezifisch ist oder gar noch nicht besteht, wenn die Infektion kurz vor der Entbindung erfolgte oder noch in der Frühphase ist. Blut- und Liquorkulturen sind oft negativ und dauern 24–48 h. In solchen Fällen ist es oft schwierig, zu entscheiden, ob eine Antibiotikatherapie erfolgen soll und wenn, wann diese zu beenden ist. Obwohl PCT ein Indikator der Sepsis bei Erwachsenen und Kindern ist wird die Bestimmung bei Neugeborenen nicht empfohlen.

Die Gründe sind:

• PCT fluktuiert physiologisch in den ersten Lebenstagen und zeigt einen Anstieg. Siehe Abb. 19.5-3 – Nomogramm der PCT-Werte Neugeborener, die bis zur Schwangerschaftswoche 30 oder danach geboren wurden.
• Bei reifen Neugeborenen wird innerhalb der ersten 48 h ein Gipfelwert bis zu 20 μg/l erreicht /10/, der nach 48–72 h normalisiert /11/.
• Bei Frühgeburten sind die Werte niedriger, kehren aber erst nach 72–96 h in den Referenzbereich zurück /6/.

Aufgrund der physiologisch instabilen und erhöhten PCT-Werte in den ersten Lebenstagen ist bei Verdacht auf eine Sepsis bei Neugeboren PCT nicht zu empfehlen, sondern IL-6 zu bestimmen.

19.5.5.6 Inadäquat hohe oder niedrige PCT-Werte

Erkrankungen und Zustände mit erhöhten PCT-Werten, obwohl offensichtlich keine bakterielle Infektion vorliegt oder Erkrankungen und Zustände mit niedrigen Werten, obwohl offensichtlich ein bakterieller Infekt vorliegt, sind aufgeführt in Tab. 19.5-2 – PCT-Werte, die nicht mit der jeweiligen Erkrankung bzw. Zustand im Einklang sind.

19.5.6 Hinweise und Störungen

Bestimmungsmethode

In einer Studie /12/ wurde vergleichend untersucht: Die PCT-Bestimmung von Diazyme am Roche Cobas c702 (PCT-D) und PCT von Brahms am Cobas e602 (PCT-BR) und PCT-sensitiv von Brahms am Kryptor. Bei den Proben mit einer Konzentration unter 0,5 μg/l zeigten bei Bestimmung mit PCT-D 40 % der Proben Störungen und somit abweichende Werte. PCT-BR und PCT-BK zeigten eine gute Korrelation.

Referenzbereich

Bei Gesunden liegt die Plasmakonzentration von PCT im Bereich von 0,005–0,05 μg/l. Der Referenzbereich zum Ausschluss einer Sepsis wird auf Grund klinischer Studien jedoch mit < 0,5 μg/l angegeben.

Stabilität

Im Vollblut bei Raumtemperatur nach 6 Std., Abfall um 9 % und nach 24 h um 13 %. Bei Lagerung bei 4 °C innerhalb der ersten 6 h kein nennenswerter Abfall der Konzentration, nach 24 h Abfall um 7 %. Wiederholtes Einfrieren bei –20 °C und Auftauen von Proben ist ohne Konzentrationsverlust möglich /13/. Im Liquor cerebrospinalis, bei 20 °C und 4 °C betrug in den ersten 72 h die Abnahme jeweils 5 % und 8 % /14/.

19.5.7 Pathophysiologie

PCT, ein Protein mit einem MG von etwa 13 kD, enthält an Position 60–91 die Aminosäuresequenz von humanem Calcitonin (hCT, 32 Aminosäuren). Siehe Abb. 19.5-4 – Procalcitonin (Aminosäure 1–116) /15, 16/.

PCT ist nicht glykosyliert, im Plasma werden N-terminal zwei Aminosäuren durch das Enyzm Dipeptidylpeptidase IV (DPP IV, CD 26), welches auf renalen Zellen, Epithelzellen und Endothelzellen vorkommt, abgespalten. Auch andere Bruchstücke des PCT sind im Plasma nachweisbar. PCT existiert in zwei unterschiedlichen Formen (PCT-I, PCT-II), die sich in den acht C-terminalen Aminosäuren unterscheiden. Im Plasma ist PCT-I die vorherrschende Form bei Sepsis. Die kommerziellen Assays erkennen beide Formen.

Endotoxin ist ein starker Stimulus der Synthese von PCT, jedoch können auch proinflammatorische Zytokine wie TNF-α und IL-6 die Bildung von PCT induzieren, wenngleich in geringerem Ausmaß. Die Induktion erfolgt inflammations- und Infektions-spezifisch in verschiedenen Körperzellen, wobei die Leber die größten Mengen an PCT synthetisiert /17/.

Die Halbwertszeit im Plasma beträgt 25–35 h und kann bei schwerer Niereninsuffizienz um 30–40 % verlängert sein, ohne dass es zu einer Akkumulation von PCT kommt /18/.

Unter Hämofiltration wird PCT bei Verwendung von PMSF 1200-Membranen mit einem Siebkoeffizient von etwa 0,2 eliminiert /19/. Bei normalem Fluss der Filtrationslösung (< 1–2 l pro Stunde) sind die Auswirkungen auf die Plasmakonzentration gering, bei Verwendung von High-Flux-Systemen und anderen Membranen wird dagegen eine Absenkung der Plasmakonzentration beobachtet.

Die biologischen Funktionen von PCT sind nur teilweise bekannt. Das Protein ruft im gesunden Organismus keine messbaren Veränderungen hervor, führt jedoch bei Sepsis zu einer erhöhten Mortalitätsrate. Mikrobielle Infektionen verursachen generell eine verstärkte Genexpression von CALC-1 mit nachfolgender Freisetzung von Calcitonin-1-Vorläufern in allen Körpergeweben. Bei bakteriellen Infektionen nimmt die Konzentration von PCT im Serum von Werten unterhalb des Messbereiches, also von 0,01 bis 1.000 μg/l, zu. Ein solcher Anstieg korreliert mit der Schwere und Mortalität der Erkrankung.

Literatur

1. Christ-Crain M, Schuetz P, Huber AR, Müller B. Procalcitonin: importance for the diagnosis of bacterial infections. J Lab Med 2008; 32: 425–33.

2. Meisner M, Brunkhorst FM, Reith HB, Schmidt J, Lestin HG, Reinhart K. Clinical experiences with a new semi-quantitative solid phase immunoassay for rapid measurement of procalcitonin. Clin Chem Lab Med 2000; 38: 989–95.

3. Snider RH, Jr, Nylen ES, Becker KL. Procalcitonin and its component peptides in systemic inflammation: immunochemical characterization. J Investig Med 1997; 45: 552–60.

4. Trasy D, Molnar Z. Procalcitonin–assisted antibiotic strategy. eJIFCC 2017; 28: 104–13.

5. Simon L, Gauvin F, Amre DK, Saint-Louis P, Lacroix J. Serum procalcitonin and C-reactive protein levels as markers of bacterial infection: a systematic review and meta-analysis. Clin Infect Dis 2004; 39: 206–17.

6. Turner D, Hammerman C, Rudensky B, Schlesinger Y, Goia C, Schimmel MS. Procalcitonin in preterm infants during the first few days of life: introducing an age related nomogram. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2006; 91: F283–F286.

7. Baraff LJ. Management of fever without source in infants and children. Ann Emerg Med 2000; 36: 602–14.

8. Pullium PN, Attia MW, Cronan KM. C-reactive protein in febrile children 1 to 36 months of age with clinically undetectable serious bacterial infection. Pediatrics 2001; 108: 1275–9.

9. Thayyil S, Shenoy M, Hamaluba M, Gupta A, Frater J, Verber IG. Is procalcitonin useful in early diagnosis of serious bacterial infections in children? Acta Paediatrica 2005; 94: 155–8.

10. Guibourdenche J, Bedu A, Petzold L, Marchand M, Mariani-Kurdjian P, Hurtaud-Roux MF, et al. Biochemical markers of neonatal sepsis: value of procalcitonin in the emergency setting. Ann Clin Biochem 2002; 39: 130–5.

11. Chiesa C, Pellegrini G, Pandero A, Osborn JF, Signore F, Assumma M, Pacifico L. C-reactive protein, interleukin-6, and procalcitonin in the immediate postnatal period: influence of illness severity, risk status, antenatal and perinatal complications, and infection. Clin Chem 2003; 49: 60–8.

12. Ceriotti F, Marino I, Motta A, Carobene A. Analytical evaluation of the performances of Diazyme and Brahms procalcitonin applied to Roche Cobas in comparison with Brahms PCT.sensitive kryptor. Clin Chem Lab Med 2018; 56: 162–9.

13. Meisner M, Tschaikowsky K, Schnabel S, Schmidt J, Katalinic A, Schüttler J. Procalcitonin – influence of temperature, storage, anticoagulation and arterial or venous asservation of blood samples on procalcitonin concentrations. Eur J Clin Chem Clin Biochem 1997; 35: 597–601.

14. Dorresteijn KRIS, Jellema K, Ponjee GAE, Verheul RJ. Stability of procalcitonin in cerebrospinal fluid. Clin Chem Lab Med 2017; 55: e230-e232.

15. Meisner M. Procalcitonin: Erfahrungen mit einer neuen Messgrösse für bakterielle Infektionen und systemische Inflammation. J Lab Med 1999; 23: 263–72.

16. Le Moullec JM, Jullienne A, Chenais J, Lasmoles F, Guliana JM, Milhaud G, Moukhtar MS. The complete sequence of human preprocalcitonin. FEBS 1984; 167: 93–7.

17. Meisner M, Müller V, Khakpour Z, Toegel E, Redl H. Induction of procalcitonin and proinflammatory cytokines in an anhepatic baboon endotoxin shock model. Shock 2003; 19: 187–190.

18. Meisner M, Lohs T, Hüttemann E, Schmidt J, Hüller M, Reinhart K. The plasma elimination rate and urinary secretion of procalcitonin in patients with normal and impaired renal function. Eur J Anaesthesiol 2001; 18: 79–87.

19. Meisner M, Hüttemann E, Lohs T, Kasakov L, Reinhart K. Plasma concentrations and clearance of procalcitonin during continuous veno-venous hemofiltration in septic patients. Shock 2001; 15: 171–5.

20. Brunkhorst FM. Sepsismarker – was ist sinnvoll? Dtsch Med Wochenschr 2008; 133: 2512–5.

21. Sudhir U, Venkatachalaiah RK, Kumar TA, Rao MY, Kempegowda P. Significance of serum procalcitonin in sepsis. Indian J Crit Care Med 2011; 15: 1–5.

22. Uzzan B, Cohen R, Nicolas P, Cucherat M, Perret GY. Procalcitonin as a diagnostic test for sepsis in critically ill adults and after surgery or trauma: a systematic review and meta-analysis. Crit Care Med 2006; 34: 1996–2003.

23. Tang BMP, Eslick GD, Craig JC, McLean A. Accuracy of procalcitonin for sepsis diagnosis in critically ill patients: systemic review and meta-analysis. Lancet Infect Dis 2007; 7: 210–7.

24. Haasper C, Kalmbach M, Dikos GD, Meller R, Müller C, Krettek C, et al. Prognostic value of procalcitonin (PCT) and/or interleukin-6 (IL-6) plasma levels after multiple trauma for the development of multi organ dysfunction syndrome (MODS) or sepsis. Technol Health Care 2010; 18: 89–100.

25. Jensen JU, Heslet L, Jensen TH, Espersen K, Steffensen P, Tvede M. Procalcitonin increase in early identification of critically ill patients at high risk of mortality. Crit Care Med 2006; 34: 2596– 2602.

26. Luyt CE, Guerin V, Combes A, Trouillet JL, Ayed SB, Bernard M, et al. Procalcitonin kinetics as a prognostic marker of ventilator-associated pneumonia. Am J Respir Crit Care Med 2005; 171: 48–53.

27. Bouadma L, Luyt CE, Tubach F, Cracco C, Alvarez A, Schwebel C, et al. Use of procalcitonin to reduce patients’ exposure to antibiotics in intensive care units (PRORATA trial): a multicentre randomised controlled trial. Lancet 2010; 375: 463–74.

28. Charles PE, Tinel C, Barbar S, Aho S, Prin S, Doise JM, et al. Procalcitonin kinetics within the first days of sepsis: relationship with appropriateness of antibiotic therapy and outcome. Crit Care 2009; 13: R 38.

29. Rau B, Steinbach G, Gansauge F, Mayer JM, Grünert A, Beger HG. The potential role of procalcitonin and interleukin 8 in the prediction of infected necrosis in acute pancreatitis. Gut 1997; 41: 832–40.

30. Benador N, Siegrist CA, Gendrel D, Greder C, Benador D, Assicot M, et al. Procalcitonin is a marker of severity of renal lesions in pyelonephritis. Pediatrics 1998; 102: 1422–5.

31. Mantadakis E, Plessa E, Vouloumanou EK, Karageogopoulos DE, Chatzmichael A, Falagas ME. Serum precalcitonin for prediction of renal parenchymal involvement in children with urinary tract infections: a meta-analysis of prospective clinical studies. J Pediatr 2009; 155: 875–81.

32. Kuse ER, Langefeld I, Jaeger K, Külpmann WR. Procalcitonin in fever of unknown origin after liver transplantation: a variable to differentiate acute rejection from infection. Crit Care Med 2000; 28: 555–9.

33. Schuetz P, Christ-Crain M, Thomann R, Falconnier C, Wolbers M, Widmer I, et al. Effect of procalcitonin based guidelines on antibiotic use in lower respiratory tract infections. The ProHosp randomized controlled trial. JAMA 2009; 302: 1059–66.

34. Odermatt J, Friedli N, Kutz A, Briel M, Bucher HC, Christ-Crain M, et al. Effects of procalcitonin testing on antibiotic use and clinical outcomes in patients with upper respiratory tract infections. An indidividual patient data meta-analysis. Clin Chem Lab Med 2018; 56: 170–7.

35. Liu D, Su LX, Guan W, Xiao K, Xie LX. Prognostic value of procalcitonin in pneumonia: a systematic review and meta-analysis. Respirology 2016; 21: 280–8.

19.6 Serum Amyloid A (SAA) Protein

Lothar Thomas

SAA ist ein Akute-Phase Protein, das im Plasma an High Density Lipoprotein (HDL) gebunden vorliegt. Vergleichbar dem CRP wird SAA als Anwort auf die Stimulation durch IL-1beta; und IL-6 in der Akute-Phase Reaktion von der Leber synthetisiert. SAA ist ebenfalls das Vorläuferprotein reaktiver Ablagerungen von Amyloid in den Organen. Diagnostisch wird SAA zur Erkennung einer Entzündung, insbesondere viraler und bakterieller Infektionen und auch der nicht mikrobiell bedingten Low grade inflammation eingesetzt.

19.6.1 Indikation

• Entzündungsmarker bei viralen Infektionen.
• Marker der Transplantatabstoßung.
• Abklärung einer Amyloidose.
• Prädiktor der koronaren Herzkrankheit.

19.6.2 Bestimmungsmethode

Enzymimmunoassay /1/, Latex-verstärkte immunnephelometrische und immunturbidimetrische Tests /2/ oder Surface enhanced laser desorption/ionization (SELDI) protein chip technology /3/.

19.6.3 Untersuchungsmaterial

Serum, Plasma: 1 ml

19.6.4 Referenzbereich

Siehe Lit. /4/ und Tab. 19.6-1 – Referenzbereiche für Serumamyloid A-Protein.

19.6.5 Bewertung

SAA ist ein sehr sensitiver aber unspezifischer Marker zur Diagnose, Prognose und Verlaufsbeurteilung von entzündlichen und infektiösen Erkrankungen. Unter pathologischen Bedingungen wie inflammatorischen oder infektiösen Erkrankungen und bei malignen Tumoren betragen die Konzentrationen von SAA im Serum mehr als 10 mg/l und bis zu 1.000 mg/l. SAA steigt etwa 8 h nach Beginn der Entzündung an, übersteigt aber früher den oberen Referenzbereichswert als CRP. Während bei CRP zwischen dem Medianwert gesunder Personen und dem oberen Referenzbereichswert ein Faktor von etwa 10 liegt, ist es beim SAA nur etwa der Faktor 5. SAA ist deshalb bei leichteren Infektionen, z.B. bei vielen Virusinfektionen, häufiger erhöht als CRP /5/. Die Erhöhung von SAA bei Infektionen ist stärker als die von CRP (Tab. 19.6-2 – Vergleich von SAA mit CRP bei Virusinfektionen).

Chronisch erhöhte Konzentrationen von SAA bei Patienten mit rheumatoider Arthritis, Tuberkulose oder Lepra, führen zur Bildung von AA-Amyloid Fibrillen, und zur sekundären Amyloidose /6/.

19.6.5.1 SAA bei Infektionskrankheiten

Da SAA empfindlicher als CRP bei niedrigen inflammatorischen Stimuli reagiert, ist es besser als dieses zur Diagnostik bzw. Abgrenzung viraler von bakteriellen Infektionen geeignet. Bei bakteriellen Infektionen mit einer CRP Konzentration über 100 mg/l korreliert SAA gut mit CRP, wobei die SAA-Konzentration etwa 10–15 fach höher ist als die von CRP /7/ (Tab. 19.6-3 – Verhalten von SAA bei inflammatorischen Erkrankungen und Zuständen). Die SAA-Bestimmung ermöglicht, insbesondere bei gering aktiver Akute-Phase Reaktion, eine bessere Diskrimination gegenüber normal als CRP (Tab. 19.6-3).

19.6.6 Hinweise und Störungen

Bestimmungsmethode

Die Kalibration erfolgt anhand einer Referenzpräparation für SAA, die 1997 erstellt wurde.

19.6.7 Pathophysiologie

SAA ist der genetische Name für eine Proteinfamilie mit 103–104 Aminosäuren die einen hohen Grad an Sequenzhomologie hat aber von unterschiedlichen Genen kodiert wird. Der Mensch hat 4 Gene für SAA (SAA1, SAA2, SAA3 und SAA4). Von diesen kodieren SAA1 und SAA2 für die Akute-Phase Proteine des SAA. SAA4 kodiert ein konstitutiv exprimiertes SAA-Protein und SAA3 ist ein Pseudogen /8/.

Die N-terminale Region von SAA besitzt eine Bindungsstelle für High-density lipoprotein während das C-terminale Segment die Struktur von SAA dergestalt einschränkt, dass ihre Entfernung die Aggregation eines Spaltproduktes AA begünstigt unter Bildung einer geordneten β-Struktur wie in Amyloidfibrillen /8/.

Im Serum kommen SAA1 und SAA2 vor, deren primäre Struktur zu 93 % identisch ist. SAA1 ist die wesentliche Isoform bei der Akute-Phase Antwort. Die Ratio SAA1/SAA2 beträgt etwa 75 % und bleibt auch bei der Akute-Phase Reaktion erhalten /9/. Die Promotergene des SAA sind für Stimuli durch IL-1β empfindlicher als diejenigen für CRP, die Promotergene für beide Akute-Phase Proteine haben eine hohe Empfindlichkeit für IL-6.

Wie CRP wird SAA vorwiegend vom Hepatozyten gebildet. Nach Sekretion von SAA bindet dies an HDL, LDL und VLDL, insbesondere aber an HDL3. Während der Akute-Phase Antwort nimmt die SAA-Konzentration im Plasma um das 100–1.000-fache zu, was auf einem vermehrten Einbau von SAA in den HDL-Partikel beruht (Abb. 19.6-1 – Relationen von SAA zu Apo A-I im Lipidbilayer der HDL-Partikel bei Normalpersonen und bei der Akute-Phase-Antwort).

SAA ist ein Akute-Phase Protein, hat proinflammatorische Zytokin ähnliche Aktivität und wirkt chemotaktisch auf Phagozyten. Die Ergebnisse einer Studie /10/ zeigen, dass die N- und C-terminalen Sequenzen von SAA strukturelle Determinanten für proinflammatorische und chemotaktische Aktivitäten haben und ihre Entfernung das SAA in einen antiinflammatorischen Status überführen.

Der Katabolismus von SAA erfolgt nach gemeinsamer Aufnahme mit dem HDL-Partikel durch den Hepatozyten. Während der Akute-Phase Antwort ist der Katabolismus vermindert. Das zeigt, dass der SAA-Anstieg während der Akute-Phase Antwort auf einer vermehrten Synthese und einem verminderten Abbau von SAA beruht /5/.

SAA ist der Hauptbestandteil der fibrillären Kom­ponente der Amyloid A-Ablagerungen in den Geweben. Die Homozygotie des Allels SAA1 ist ein strenger Prädiktor der Typ AA Amyloidose.

SAA hat zahlreiche biologische Funktionen /11/. Die minimal effektive SAA-Konzentration, die zur Durchführung dieser Funktionen erforderlich ist, zeigt Tab. 19.6-4 – Verschiedene biologische Funktionen von Serum Amyloid A (SAA) bei Erkrankungen.

Literatur

1. Wilkins J, Gallimore JR, Tennent GA, Hawkins PN, Limburg PC, van Rijswijk MH, et al. Rapid automated enzyme immunoassay of serum amyloid A. Clin Chem 1994; 40: 1284–90.

2. Yamada T, Nomata Y, Sugita O, Okada M. A rapid method for measuring serum amyloid A protein by latex agglutination nephelometric immunoassay. Ann Clin Biochem 1993; 30: 72–6.

3. Pang RTK, Poon TCW, Chan KCA, Lee NLS, Chiu RWK, Tong YK, et al. Serum amyloid A is not useful in the diagnosis of severe acute respiratory syndrome. Clin Chem 2006; 52: 1202–4.

4. Lannergard A, Friman G, Ewald U, Lind L, Larsson A. Serum amyloid A (SAA) protein and high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP) in healthy newborn infants and healthy young through elderly adults. Acta Paediatr 2005; 94. 1198–1202.

5. Whicher J, Chir B. Serum amyloid A. In: Ritchie RF, Navolotskaia O (eds). Serum proteins in clinical medicine. Scarborough: Foundation for Blood Research 1996: 7.02-1–5.

6. Husebekk A, Skogen B, Husby G, Marhang G. Transformation of amyloid precursor SAA to protein AA and incorporation of amyloid fibrils in vivo. Scand J Immunol 1985; 21: 283–7.

7. Lannergard A, Larsson A, Kragsbjerg P, Friman G. Correlations between serum amyloid A protein and C-reactive protein in infectious diseases. Scand J Clin Lab Invest 2003; 63: 267–72.

8. Sun L, Ye RD. Serum amyloid A1: structure, function ang gene polymorphism. Gene 2016; 25: 48–57.

9. Xu Y, Yamada T, Datoh T, Okuda Y. Measurement of serum amyloid A1 (SAA1), a major isotype of acute phase SAA. Clin Chem Lab Med 2006; 44: 59–63.

10. Zhou H, Chen M, Zhang G, Ye RD. Suppression of lipopolysaccharide-induced inflammatory response by fragments from serum amyloid. J immunol 2017; 199: 1105–12.

11. De Buck M, Gouwy M, Wang JM, van Snick J, Openakker G, Struyf S, van Damme J. Structure and expression of different serum amyloid A (SAA) variants and their concentration-dependent functions during host results. Current Medical Chemistry 2016; 23: 1725–55.

12. Peltola HO. C-reactive protein for rapid monitoring of infections of the central nervous system. Lancet 1982; i: 980–2.

13. Nakayama T, Sonoda S, Urano T, Yamada T, Okada M. Monitoring both serum amyloid protein A and C-reactive protein as inflammatory markers in infectious diseases. Clin Chem 1993; 39: 293–7.

14. Mangiarotti P, Moulin F, Palmer P, Ravilly S, Raymond J, Gendrel D. Interferon-alpha in viral and bacterial gastroenteritis: a comparison with C-reactive protein and interleukin-6. Acta Paediatr 1999; 88: 592–4.

15. Lindback S, Hellgren U, Julander I, Hansson LO. The value of C-reactive protein as a marker of bacterial infection in patients with septicemia/endocarditis and influenza. Scand J Infect Dis 1989; 21: 543–9.

16. Whicher JT, Chambers RE, Higginson J, Nashel L, Higgins PG. Acute phase response of serum amyloid A protein and C-reactive protein to the common cold and influenza. J Clin Pathol 1985; 38: 312–6.

17. de Beer FC, Fagan EA, Hughes GRV, Mallya RK, Lanham JG, Pepys MB. Serum amyloid A protein concentration in inflammatory diseases and its relationship to the incidence of reactive systemic amyloidosis. Lancet 1982; ii: 231–3.

18. Lojnaric I, Casl T, Simic D, Lukac J. Serum amyloid A protein in colorectal carcinoma. Clin Chem Lab Med 2001; 39: 129–33

19. Maury CPJ, Teppo AM, Eklund B, Ahonen J. Serum amyloid A protein: a sensitive indicator of renal allograft rejection in humans. Transplantation 1983; 36: 501–4.

20. Müller TF, Grebe SO, Neumann MC, Lange H, Reibnegger G. Die Zeit als Schlüsselvariable beim immunologischen Monitoring nach Organtransplantation. Berichte der ÖGKC 1998; 21: 24–7.

21. Johnson DB, Kip KE, Marroquin OC, Ridker PM, Kelsey SF, Shaw LJ, et al. Serum amyloid A as a predictor of coronary artery disease and cardiovascular outcome in women. Circulation 2004; 109: 726–32.

22. Kang X, Xu Y, Wu X, Liang Y, Wang C, Guo J, et al. Proteomic fingerprints for potential application to early diagnosis of severe acute respiratory syndrome. Clin Chem 2005; 51: 56–64.

23. Real de Asua D, Costa R, Galvan JM, Filigheddu MT, Trujillo D, Cadinanos J. Systemic AA amyloidosis: epidemiology, diagnosis, and management. Clinical Epemiology 2014; 6: 369–77.

19.7 Granulozytenfunktion

Gertrud M. Hänsch

Polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMN) spielen eine wesentliche Rolle bei der Beseitigung von Pathogenen. PMN sind die Hauptagonisten der unspezifischen, nicht-adaptiven zellulären Immunantwort. Sie stehen an vorderster Front, in der Abwehr bakterieller Infekte, in dem sie die Bakterien inkorporieren und dann abtöten. Auch sind sie an der Abwehr von Parasiten, Viren und Tumoren beteiligt und haben regulatorische Funktionen im Immunsystem /1/.

Funktionsstörungen von Granulozyten äußern sich in der Regel als häufige, rezidivierende oder auch Therapie resistente bakterielle Infektionen, zum Teil mit banalen oder allgemeinen apathogenen Keimen (Tab. 19.7-1 – Keime bei Granulozytendefekten). Untersuchungen der Funktion von Granulozyten sind sinnvoll, wenn andere Immundfekte, wie Antikörpermangelsyndrome oder Komplementdefekte ausgeschlossen sind.

Da die Funktionen von Granulozyten durch zahlreiche Antibiotika beeinflusst werden sollte die Diagnostik in ein Therapie freies Intervall gelegt werden (Tab. 19.7-2 – Beeinflussung der Granulozytenfunktion durch Antibiotika).

19.7.1 Indikation

• Erhöhte Infektanfälligkeit.
• Therapie resistente Infektionen.
• Rezidivierende Infekte mit banalen oder im allgemeinen apathogenen Keimen.
• Schwere Periodontitis.
• Wundheilungsstörungen.

19.7.2 Bestimmungsmethode

Folgendes kann bestimmt werden:

• Granulozytenzahl, Morphologie und Rezeptorexpression.
• Funktionstests wie Chemotaxis, Phagozytose und Produktion von Sauerstoffradikalen.
• Gendefekte und Genpolymorphismen.

Durch diese Untersuchungen können Neutropenie, Granulozytendefekte und wichtige Funktionsdefekte ein- oder ausgeschlossen werden. Bei pathologischen Ergebnissen ist eine Wiederholung der Untersuchungen nach einigen Wochen, möglichst zusammen mit einer Untersuchung der Familienangehörigen, indiziert. Bei Bestätigung einer Funktionsstörung der Granulozyten schließen sich weitere Untersuchungen zur Eingrenzung des Granulozytendefekts an (Abb. 19.7-1 – Stufenplan zur Diagnostik von Granulozyten-Funktionsstörungen).

19.7.2.1 Granulozytenzahl und Morphologie

Unterschreitet die Zahl der neutrophilen Granulozyten im Blut den unteren Referenzbereichswert liegt eine Neutropenie vor. Diese kann verschiedene Ursachen haben, wie Infektionen (Parvovirus), Medikamente (Chemotherapeutika, Antibiotika) oder Reifungsstörungen (siehe Beitrag 15.12 – Leukozytenzahl). Für kongenitale Neutropenien sind molekulare Defekte beschrieben. Mutationen im ELA2 Gen treten bei der zyklischen Neutropenie auf, Mutation im Gen Hax1 bei Morbus Kostmann und im Gen WAS bei der X-chromosomal gekoppelten Neutropenie. Die Zusammenhänge zwischen den jeweiligen Gendefekten und der Neutropenie konnten zwar bisher nicht hergestellt werden, der Nachweis der Mutation ist aber ein zuverlässiges Diagnostikum /3, 4/.

Veränderte Granulozytenmorphologie lässt sich in den üblichen Blutausstrichen mit Färbemethoden nachweisen. Ein Defekt der sekundären, spezifischen Granula geht mit einer erhöhten Infektanfälligkeit einher. Dieser Defekt beruht auf dem Fehlen eines Transkriptionsfaktors (C/EBPε) und hat eine reduzierte Chemotaxis und reduzierte Sauerstoffradikal-Produktion zur Folge /4/.

19.7.2.2 Granulozyten Funktionstests

Zur Prüfung der Funktion von Granulozyten steht eine Reihe in vitro Tests zur Verfügung, die zum Teil im Vollblut, z.T. mit isolierten Zellen durchgeführt werden. Zur Isolierung der PMN werden verschiedene Verfahren angewandt, wie Sedimentation oder Zentrifugation auf Dichtegradienten (PolymorphPrep™ oder Dextran) oder hypotone Lyse der Erythrozyten, wobei zwar Monozyten und Lymphozyten als Verunreinigung vorhanden bleiben, was aber die funktionellen Kurzzeittests nicht beeinflusst.

19.7.2.2.1 Spontanbeweglichkeit und Chemotaxis

Prinzip der Boyden-Kammer Technik /5, 6/: Isolierte Granulozyten wandern in Richtung eines definierten chemotaktischen Reizes in einen Filter bestimmter Porengröße. Verwendet wird eine Kammer (Boyden-Kammer), die durch einen Filter (Porengröße 3 μm) in zwei Kompartimente getrennt ist. In das untere Kompartiment werden die chemotaktischen Stimuli, in das obere die Granulozyten gegeben (Zellzahl 1 × 10⁹/l). Als chemotaktische Stimuli dienen Hefe aktiviertes Plasma, als Quelle derKomplementkomponente C5a das chemotaktische Peptid f-Met-Leu-Phe (formyl-Methionin-Leucin-Phenylalanin) oder Interleukin 8.

Man lässt die Zellen 2 Std. bei 37 °C in den Filter wandern, entfernt diesen, fixiert und färbt die Zellen und führt eine mikroskopische Auswertung durch. Bei jeder Untersuchung müssen gleichzeitig Granulozyten eines gesunden Spenders getestet werden.

Bei der mikroskopischen Auswertung werden folgende Kriterien zur Beurteilung der Chemotaxis gewählt:

• Anzahl der Zellen pro Filterebene. Erhalten wird eine Verteilungskurve, die Fläche unter der Kurve gilt als Maß der Chemotaxis.
• Wegstrecke der am weitesten gewanderten Granulozyten. Bei dieser, als Leitfront bezeichneten Methode, wird die Wegstrecke bestimmt, bei der noch 5 Granulozyten im Gesichtsfeld sind.
• Zahl der Granulozyten, die auf der Unterseite des Filters angekommen sind.

Analytische Beurteilung: Die Untersuchungsansätze ermöglichen eine Aussage zu folgenden Funktionen:

• Spontanbeweglichkeit der Granulozyten.
• Chemotaktische Aktivität der Granulozyten.
• Möglichkeit, im Serum eine chemotaktische Aktivität zu erzeugen.

Medizinische Beurteilung: Bei reduzierter Spontanmigration und/oder Chemotaxis liegt der Verdacht auf einen Adhärenzdefekt nahe. Der Nachweis der Adhärenzproteine CD11/CD18 erfolgt mittels Durchflusszytometrie. Bei normaler Expression dieser Proteine können zur weiteren Eingrenzung eines möglichen Defektes bestimmt werden: CD 15, die Polymerisation von Aktin, Komplement-Rezeptoren sowie Membransignale.

Siehe auch Tab. 19.7-3 – Medizinische Beurteilung zur Spontanbeweglichkeit und Chemotaxis von Granulozyten.

19.7.2.2.2 Phagozytose und intrazelluläre Abtötung

Zur Bestimmung der Phagozytose, also der Aufnahme von Bakterien, und ihrer intrazellulären Abtötung sind zahlreiche Methoden beschrieben /7, 8/.

Prinzip des Phagozytose- und Abtötungs-Tests: Radioaktiv markierte, Serum-resistente Bakterien, z.B. E. coli, werden mit Serum zur Opsonierung inkubiert und isolierten Granulozyten zur Phagozytose angeboten. Nach 20 min. werden die Granulozyten beschallt, um die Bakterien freizusetzen. Aus der Zahl der angebotenen und der Zahl der phagozytierten Bakterien wird die Phagozytoserate bestimmt. Die freigesetzten Bakterien werden ausplattiert und 20 Std. später die Kolonien gezählt, wodurch sich die intrazelluläre Abtötung bestimmen lässt. Vorteil dieser Methode ist, dass man in demselben Test Phagozytose und Abtötung gleichzeitig bestimmen kann. Nachteil ist die Verwendung radioaktiv markierter Bakterien, wodurch die Methode, trotz der sehr geringen Radioaktivität, aufwändig wird.

Phagozytose kann auch mit Fluorescein (FITC)-markierten Bakterien mikroskopisch oder durchflusszytofluorometrisch nachgewiesen werden. Für diese Methode kann Heparinblut verwendet werden, was den experimentellen Aufwand gering hält und Artefakte durch das Isolierungsverfahren ausschließt. Fixierte, FITC markierte Bakterien sind kommerziell erhältlich, was ebenfalls zu der Standardisierung der Methode beiträgt. Nachteilig ist, dass die Abtötung der Bakterien nicht gleichzeitig gemessen werden kann.

Wie bei allen funktionellen Tests werden Patientenzellen und Zellen eines gesunden Spenders parallel getestet. Werden in diesem Test Bakterien aus Isolaten von Patienten eingesetzt, so lässt sich auch deren Resistenz gegenüber der körpereigenen Abwehr prüfen. Dies ist relevant, weil Bakterien Varianten beschrieben sind, die zwar phagozytiert, nicht aber abgetötet werden können.

Analytische Beurteilung: Verhältnis phagozytierter zu phagozytierten, aber nicht abgetöteten Bakterien.

Referenzbereich: 80–90 %.

19.7.2.2.3 Nitroblautetrazolium (NBT)-Test

Prinzip: Es wird parallel in einem Ansatz die Fähigkeit der Granulozyten zur Phagozytose und zur Bildung von Sauerstoffradikalen untersucht /9/. Isolierte Granulozyten werden mit einer Suspension von Candida albicans, Serum und dem Farbstoff NBT inkubiert. Die Produktion von Sauerstoffradikalen führt zur Reduktion des Farbstoffes und damit zu einem blauen Niederschlag in der Zelle. Aufgenommene Candida und Blaufärbung werden lichtmikroskopisch nachgewiesen. Mitgeführt wird ein Leeransatz, indem anstatt Patientenserum eine Pufferlösung eingesetzt wird.

Analytische Beurteilung

• Die Zahl der Granulozyten mit intrazellulären Candidapartikeln (= Phagozytose).
• Anzahl der Zellen mit Blaufärbung (= Phagozytose und Sauerstoffradikalbildung).

Referenzbereich

Medizinische Beurteilung

Siehe Tab. 19.7-4 – Medizinische Beurteilung von Phagozytose und intrazellulärer Abtötung von Bakterien.

19.7.2.2.4 Bestimmung von Sauerstoffradikalen

Zur einfachen und schnellen Untersuchung der Fähigkeit der Granulozyten, Sauerstoffradikale nach entsprechender Stimulation zu produzieren, stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Abhängig von der Laborausstattung bieten sich Fluoreszenz- oder Lumineszenz-Verfahren an.

Cytochrom c-Assay

Prinzip: Isolierte Granulozyten werden in einer Cytochrom c-Lösung suspendiert und durch PMA (Phorbol-12-Myristat-13-Acetat) Rezeptor unabhängig zur Freisetzung von Sauerstoffradikalen stimuliert. Die Radikale reduzieren das Cytochrom c, wobei sich die Extinktion ändert, was photometrisch gemessen wird. Aus der Extinktionsänderung und dem Extinktionskoeffizienten für Cytochrom c wird die produzierte Menge an Sauerstoffradikalen berechnet /10/.

Analytische Beurteilung: Die Fähigkeit der Granulozyten des Patienten zur Bildung von Sauerstoffradikalen wird mit den Granulozyten einer parallel mitgeführten Kontrollperson verglichen. Gemessen werden die Anzahl nmol reduziertes Cytochrom c, die von 1 Million Zellen pro Zeiteinheit gebildet werden.

Referenzbereich: 5–15 nmol/10⁶ Zellen.

Medizinische Beurteilung: Reduktion oder Ausbleiben der Produktion von Sauerstoffradikalen weist auf Defekte in der Enzymkaskade, die zu der Reduktion des molekularen Sauerstoffs führt, hin. Diese Enzyme bzw. Coenzyme sind z.T. nachweisbar und können zur Funktionsdiagnostik der Granulozyten herangezogen werden.

19.7.3 Untersuchungsmaterial

Frisches, möglichst nicht gelagertes Vollblut (Heparin, 50 IU/ml), zeitgleich vom Patienten und einer gesunden, nicht verwandten Kontrollperson entnommen.

19.7.4 Bewertung

Störungen der Granulozytenfunktion resultieren in einer erhöhten Infektanfälligkeit. Die bei Granulozyten-Funktionsstörungen nachgewiesenen Keime sind aufgeführt in Tab. 19.7-1 – Keime bei Granulozytendefekten.

Die Granulozytendefekte sind äußerst selten (unter 1 : 200.000) und betreffen meist Säuglinge und Kleinkinder; es gibt eine Reihe erblicher Defekte. Familienuntersuchungen können in diesen Fällen helfen, den Befund zu stützen. Sie treten entweder als primäre Defekte auf, sekundär als Folge anderer Erkrankungen oder assoziiert mit bestimmten Grunderkrankungen, ohne dass in allen Fällen der Zusammenhang auf molekularer Ebene geklärt ist /11, 12/ (Tab. 19.7-5 – Störungen der PMN Funktion).

Funktionsstörungen der Granulozyten können sich auch erst im Erwachsenenalter manifestieren, vor allem dann, wenn noch Restfunktionen vorhanden sind.

Bei der Bewertung der Ergebnisse ist besonders der Einfluss von Medikamenten zu berücksichtigen. Bevorzugt Antibiotika können Chemotaxis, Phagozytose, Adhärenz und die Produktion von Sauerstoffradikalen beeinflussen /13, 14/ (Tab. 19.7-2 – Beeinflussung der Granulozytenfunktion durch Antibiotika).

19.7.4.1 Leukozytenadhäsionsmangel-Syndrome (LAD)

Unterschieden werden die LAD I und II.

Die LAD I beruht auf einem autosomal rezessiv vererbten Defekt der β₂-Kette (CD18), was auch eine verminderte Expression des CD11 zur Folge hat. In klinisch schwer verlaufenden Fällen ist kein CD11/CD18 auf der Membran von Granulozyten nachweisbar, in leichter verlaufenden Fällen sind 3–10 % der normalen Menge CD11/CD18 exprimiert. Der Zelladhärenz Defekt ist ein eigenständiges Krankheitsbild /15/.

Das LAD II-Syndrom beruht auf einer gestörten Fucosylierung, die auch den Liganden für E-Selektin betrifft. Dadurch kommt die initiale Bindung der Granulozyten an das Endothel nicht zustande. In Folge ist die Reaktion der Integrine vermindert, die Adhärenz und schließlich auch die Auswanderung der Granulozyten aus dem Gefäß. Neben der erhöhten Infektanfälligkeit haben Kinder mit LAD II-Syndrom weitere schwerwiegende Defekte /16/. Der Nachweis des Defekts der Fucosylierung gelingt über die zytofluorometrische Bestimmung des CD15 (sialyl Lewis x).

19.7.4.2 Weitere Chemotaxis-Defekte

Weitere Defekte der Chemotaxis und der Migration sind beschrieben, die molekularen Ursachen sind aber nur teilweise aufgeklärt. Eine Variante des Syndroms LAD-I, von manchen Autoren auch als LAD III bezeichnet, ist beschrieben, die auf einer verminderten Bindungsfähigkeit der β₂-Integrine beruht /20/. Ein anderer, isolierter Defekt, nur als Kasuistik beschrieben, ist das sog. Lazy Leukocyte Syndrom mit verzögerter Wanderung der Granulozyten /21/.

Chemotaxis Defekte der Granulozyten sind häufig auch mit anderen Erkrankungen assoziiert (Tab. 19.7.5 – Störungen der PMN-Funktion):

• Bei Kindern mit Down Syndrom, bei juveniler Periodontitis oder Pyoderma gangraenosum besteht eine Reduktion der chemotaktischen Aktivität. Vermutet werden Defekte der Signalübertragung.
• Granula-Defekt Syndrom (SGD); die Chemotaxis ist reduziert. Das SGD beruht auf einem funktionellen Defekt eines Transkriptionsfaktors (CCAA/enhancer binding protein epsilon), was vermutlich zu einem Differenzierungs-Defekt, verbunden mit dem Ausbleiben der Synthese von Proteinen der Granula führt. Neben dem Chemotaxis-Defekt weisen die Granulozyten auch andere funktionelle Defekte, z.B. eine reduzierte Bakterizidie und reduzierte Expression von Rezeptoren, auf /4, 22/.

19.7.4.3 Phagozytose-Defekte

Mikrobielle Infektionen führen über die Bildung von chemotaktischen Faktoren zur Infiltration der Granulozyten in das Gewebe. Hier erfüllen sie ihre entscheidende Funktion; die fremden Organismen werden phagozytiert und intrazellulär abgetötet. Voraussetzung zur Phagozytose ist das Erkennen und Binden des Keimes. Wichtige Strukturen zur Erkennung von Bakterien sind die Pathogen associated molecular patterns (PAMPs), also Strukturen, die vielen Bakterien gemeinsam sind, wie Lipopolysaccharide, Lipoteichonsäure, Flagellenproteine usw. Die PAMPs werden von Pattern recognition receptors erkannt, zu denen die Familie der Toll-like receptors zählt, aber auch der LPS-Rezeptor CD14 /20, 23/.

Die Opsonisierung, also Beladung der Bakterien mit körpereigenen Proteinen, die von den Granulozyten über spezielle Rezeptoren erkannt werden, steigert die Erkennung von Bakterien messbar. Beladung z.B. mit Fibronectin fördert die Erkennung von S. aureus oder Streptococcus /24/.

Bessere Opsonierung wird durch die Beladung des Keimes mit spezifischen Antikörpern der IgG-Klasse erreicht, sowie durch die Komplement-Aktivierungsprodukte C3b und iC3b. C3b wird von dem Komplement-Rezeptor CR1 erkannt, iC3b von CR3 (CD11b/CD18). Optimal phagozytiert werden Partikel, die sowohl C3b/C3bi als auch IgG gebunden haben.

Für die IgG gibt es ebenfalls spezifische Rezeptoren auf Granulozyten, die den konstanten Teil (Fc-Teil) des Antikörpers binden und entsprechend Fc-Rezeptoren (FcγR) genannt werden.

Auf Granulozyten werden verschiedene FcγR exprimiert: FcγRII (CD32), FcγRIII (CD16) und nach Aktivierung auch der hochaffine Fc-Rezeptor FcγRI (CD64) /25/.

Die Funktionen der Fc-Rezeptoren sind zum Teil überlappend, jedoch unterscheiden sie sich in ihrer Bindungsfähigkeit und Avidität, so dass bevorzugt monomeres IgG gebunden wird, oder IgG-Aggregate oder auch bestimmte Subklassen. Für CD32 und CD16 sind auch Allotypen beschrieben, die sich bei CD32 beispielsweise durch eine Punktmutation in Position 131, an der entweder Arginin oder Histidin vorkommt, unterscheiden (FcγRIIa-R131 und FcγRIIa-H131).

Unterschiede in der Bindungsfähigkeit von IgG₂ sind beschrieben, wobei FcγRIIa-H131 gut, FcγRIIa-R131 nur schwach bindet. Da bei Kapsel-tragenden Bakterien (Streptococcus Gruppe B, H. influenzae Typ1B, N. meningitidis B, K1-positiven E. coli) vor allem IgG₂ gebildet wird, könnte der FcγII-Allotyp bei der Phagozytose dieser Keime eine Rolle spielen. Es gibt Studien, die zeigen, dass Patienten mit FcγaII-R131 ein höheres Risiko haben, an einer Meningitis zu erkranken /26/.

Auch für CD16 sind zwei Isoformen bekannt, wobei eine Form, FcγRIIIa, auf NK-Zellen und Makrophagen als integrales, transmembranales Protein vorkommt, die andere, FcγRIIIb, auf Granulozyten über Glykosyl-Phosphatidyl-Inositol (GPI) verankert ist. FcγRIII bindet IgG-Aggregate, vor allem IgG₁ und IgG₃, mit hoher Avidität. Für CD16 ist ein Polymorphismus, der auf einem Aminosäureaustausch beruht (NA1/NA2-Polymorphismus) beschrieben und auch hier gibt es Hinweise auf unterschiedliche Phagozytose-Effizienz, deren Auswirkung auf die Abwehrlage noch unklar ist, zumal CD16-Defekte relativ häufig sind, aber offensichtlich nicht zu einem erhöhten Infektionsrisiko führen /26, 27, 28, 29, 30/.

Bindung der Bakterien an Granulozyten induziert intrazellulär Signal Transduktionskaskaden, deren Qualität und Quantität von den erkannten bakteriellen Strukturen (PAMP) und der Opsonisierung abhängt. Aktivierung führt zu der Ausbildung von Pseudopodien, die das Bakterium umfließen, bis es sich in einem Vesikel aus Zellmembran, dem Phagosom, im Inneren des Granulozyten befindet. Phagozytose wird von einem erhöhten Sauerstoffbedarf der Zelle und einem verstärkten Glucoseabbau begleitet, wobei der Metabolismus von Glucose mit der Reduktion des molekularen Sauerstoffs verknüpft ist (Abb. 19.7-3 – Bildung von Sauerstoffradikalen in Granulozyten). Die Phagozytose ist von einer ausreichenden Beweglichkeit der Zellen und einem intakten Zellskelett abhängig. Defekte der Phagozytose sind daher häufig mit Defekten der Chemotaxis verknüpft.

19.7.5 Störungen der Bakterizidie

Chemotaxis und Phagozytose zielen auf die intrazelluläre Abtötung der Bakterien ab. Dabei werden Sauerstoff abhängige von Sauerstoff-unabhängigen Mechanismen unterschieden. Bei der Aufnahme werden die Bakterien in ein Membranvesikel, das sogenannte Phagosom, eingeschlossen, das dann mit azurophilen Granula, es handelt sich um die Lysosomen, zum Phagolysosom fusioniert. Dabei werden lysosomale Enzyme ausgeschüttet. Gleichzeitig werden Sauerstoffradikale durch stufenweise Reduktion von molekularem Sauerstoff gebildet. Diese Reaktion wird auch als Oxidativer burst oder Respiratory burst bezeichnet und ist von entscheidender Bedeutung für die intrazelluläre Abtötung von Erregern (Abb. 19.7-3). Die Sauerstoffradikale können auch in die Umgebung der Zelle gelangen. Sie werden dort durch Serumproteine, wie z.B. Coeruloplasmin, inaktiviert. Übermäßige Sauerstoffradikal-Produktion kann zur Gewebeschädigung führen und zur lokalen Entzündungsreaktion beitragen.

Defekte innerhalb der Enzymkaskade, die zu der Produktion von Sauerstoffradikalen führen, sind selten (Inzidenz 1/200.000) und manifestieren sich in rezidivierenden bakteriellen Infektionen, wobei in der Regel zelluläre Infiltrate zu beobachten sind, wie auch Granulombildung. Entsprechend wird das Krankheitsbild als chronische Granulomatose (CGD) bezeichnet. Defekte können die Cytochrom b-Untereinheiten p22^phox oder gp91^phox betreffen und auch die im Zytosol lokalisierten Faktoren p47^phox oder p67^phox der NADPH-Oxidase, wobei Cytochrom-Defekte die häufigeren sind /31/.

Neutrophile Proteine wie die Myeloperoxidase (MPO) und Proteinase-3 spielen eine wichtige Rolle in der Ausbildung von Autoimmunerkrankungen. Diese Proteine wirken als Autoantigene gegen die eine pathogene Autoimmunantwort generiert wird /3/. MPO ist ein Autoantigen bei der Immunvaskulitis und mit den MOP-ANCA assoziiert. Siehe auch Beitrag 25.9 – ANCA-assoziierte Vaskulitiden und pulmorenale Syndrome.

Der Mangel an Myeloperoxidase (Inzidenz etwa 1:2,000), tritt klinisch relativ selten in Erscheinung, was vermuten lässt, dass er anderweitig kompensiert wird.

Die Kenntnis über bakterizide Substanzen aus den polymorphkernigen Granulozyten hat sich in den letzten Jahren erweitert. Das betrifft:

• Die Bildung von NO, das neben seiner Gefäß aktiven Wirkung auch eine bakterizide hat.
• Antibakterielle Proteine und Peptide wie Bacterial permeability increasing (BPI) protein, Defensine und Catheline. Als natürliche Antibiotika werden sie in ihrer Potenz und Wirkungsweise mit den klassischen Antibiotika verglichen. Ihr Stellenwert für die bakterielle Abwehr lässt sich nur schwer abschätzen.
• Defekte des Defensins und des Cathelin-LL37, wie sie bei Patienten mit kongenitaler Neutropenie (Kostmann-Syndrom) auftreten, sind für das erhöhte Infektionsrisiko verantwortlich, das nach Anheben der Granulozytenzahl durch Granulozyten-Colony Stimulating Factor (G-CSF) weiterbesteht.

19.7.6 Hinweise und Störungen

Granulozyten sind im Blut oder nach Isolierung nur für eine begrenzte Zeit funktionsfähig. Vor allem komplexe Vorgänge, wie die chemotaktische Wanderung, nehmen durch die in vitro-Alterung (2–6 h) schnell ab. Daher ist bei reduzierter Granulozytenfunktion immer zu prüfen, ob das Blut oder die Zellen zu lange gelagert waren. Auch die Isolierungsbedingungen, Temperatur, Medien und Puffer beeinflussen die Granulozytenfunktion und müssen daher immer konstant gehalten und überprüft werden.

Verunreinigungen, vor allen durch Lipopolysaccharide, (LPS), sind unbedingt zu vermeiden, da LPS in kleinsten Konzentrationen die Granulozytenfunktion hemmt bzw. die Expression von Oberflächenrezeptoren beeinflusst.

19.7.7 Pathophysiologie

Etwa 5 % der Granulozyten zirkulieren mit einer Halbwertszeit von 6–8 h im peripheren Blut oder haften als marginaler Pool am Gefäßendothel. Die restlichen Granulozyten verbleiben im Knochenmark und können bei Bedarf, z.B. Infektionen, schnell rekrutiert werden unter Ausbildung einer Leuko­zytose.

PMN haben die Fähigkeiten der Chemotaxis, Phagozytose und Bakterizidie zur Abwehr mikrobieller Infektionen.

Die effektive Abwehr von Infektionen ist maßgeblich von der Fähigkeit der PMN abhängig vom Blut zum Herd der Infektion zu gelangen Das erfordert /32, 33, 21/:

• Eine Änderung von Form und Funktion, denn die im Blut passiv mitgeführte Zellen müssen jetzt aktiv migrieren.
• Die Fähigkeit, den Infektionsherd zu erkennen.

Voraussetzung für die Auswanderung aus dem Gefäß, der Diapedese, ist die lokale Veränderung der Gefäßendothelien. Durch Mediatoren, die am Entzündungsort gebildet werden, z.B. Histamin, werden die Endothelzellen zur Expression von Adhärenzproteinen, den Selektinen, aktiviert. Granulozyten erkennen und binden an Selektine über ein Oberflächenglykoprotein, dessen Kohlenhydratanteil, vor allem Fucose, entscheidend für die Bindung ist. Diese führt einerseits zu einer, wenn auch nicht stabilen, Adhäsion an die Endothelzellen, zum anderen zu der Aktivierung von Adhärenzproteinen der Granulozyten, den sogenannten β₂-Integrinen.

Integrine sind in der Plasmamembran verankerte Rezeptoren, als Heterodimere zusammengesetzt aus je einer α- und einer β-Kette in nichtkovalenter Bindung. Beide Ketten sind für eine normale Rezeptorexpression und Bindung an die entsprechenden Liganden notwendig. Bei der Adhäsion von Leukozyten an das Gefäßendothel sind vor allem die β2-Integrine mit der gemeinsamen α-Kette CD18 beteiligt: CD11a/CD18 (LFA-1), CD11b/CD18 (MAC-1) und CD11c/CD18 (gp150, 95). CD11b/CD18 bindet als Komplementrezeptor (CR3) aktiviertes Komplement C3 (iC3b).

Der Kontakt der PMN mit dem Endothel führt zu einer Ausbreitung der Zellen und schließlich zu einer aktiven Auswanderung zwischen den Endothelzellen hindurch in das Gewebe zum Entzündungsherd hin. Diese gerichtete Bewegung wird als Chemotaxis bezeichnet, im Unterschied zur Spontanmigration (zufällige Wanderung nicht stimulierter Leukozyten) und zur Chemokinese (ungerichtete Bewegung von Leukozyten auf Grund chemischer Substanzen).

Die Chemotaxis wird durch lösliche, im Infektionsherd gebildete Mediatoren, so genannte chemotaktische Stimuli, ausgelöst. Als chemotaktische Stimuli wirken vor allem das Anaphylatoxin C5a, von Bakterien gebildete Formylpeptide (experimentell wird das entsprechende synthetische Peptid N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanin, f-Met-Leu-Phe, eingesetzt), Leukotrien B4 (LTB4), Plättchen aktivierender Faktor (PAF), Interleukin-8, Transforming growth factor β, aber auch Neuropeptide oder die Fragmente von Matrixproteinen /32, 33, 21/.

Für die meisten chemotaktischen Stimuli sind Rezeptoren auf Granulozyten beschrieben. Sie vermitteln die Signale und lösen eine vermehrte Adhärenz, Formänderung und Migration aus. Die chemotaktischen Substanzen, die im Infektionsherd entstehen, diffundieren in die Umgebung und binden an die Granulozyten Rezeptoren. An der Stelle der höchsten Konzentration führt dies zu einer Polarisierung der Chemotaxis-Rezeptoren, wodurch die Richtung der aktiven Wanderung festgelegt wird. Da die höchste Konzentration von Chemotaxin üblicherweise am Infektionsherd vorliegt, wandern die Zellen dort ein (Leukozyteninfiltration) (Abb. 19.7-2 – Infiltration von PMN in einen Infektionsherd).

Alle bisher bekannten Rezeptoren für Chemokine sind mit G-Proteinen assoziiert. Sie bringen die chemotaktischen Signale in die Zelle. Entscheidende Signalmoleküle sind die Phosphatidyl-Inositol 3 Kinase (PI3K) und die Map Kinase p38, die letztendlich die Dynamik des Zellskeletts steuern und damit die Beweglichkeit der Zelle /21, 22/.

Die Myeloperoxidase (MPO) ist ein kationisches Häm enthaltendes Protein das in azurophilen Granula der PMN gelegen ist. Diese enthalten das MPO/HOCl-System zur intrazellulären Degradation von Bakterien und Pilzen (Abb. 19.7-3 – Radikalbildung in PMN). Die MPO is involviert in die Funktionen des angeboren und erworbenen Immunsystem /34/. Siehe Tab. 19.7-6 – Einbeziehung der MPO in PMN Funktionen in der angeborenen und erworbenen Immunität.

Aktivierte PMN setzen NETs frei. Es handelt sich um Strukturen, bestehend aus dekondensiertem Chromatin, Histonen und verschiedenen antimikrobiellen Substanzen wie Myeloperoxidase und Elastase. In der Zirkulation helfen diese Substanzen die Verbreitung von Bakterien zu begrenzen /2/. NETs können extrazelluläre Bakterien einfangen und einige abtöten, nicht aber alle.

Literatur

1. Müller I, Munder M, Kropf P, Hänsch GM. Polymorphonuclear neutrophils and T lymphocytes: strange bedfellows or brothers in arms? Trends In Immunology 2009; 30: 522–9.

2. Myadas TN, Cullere X, Lowell CA. The multifaced functions of neutrophils. Ann Rev Pathology: Mechanisms of Disease 2014; 9: 181–214.

3. Flint SM, McKinney EF, Smith KGC. Emerging concepts in the pathogenesis of antineutrophil cytoplasmic antibody associated vasculitis. Curr Opin Rheumatol 2015; 27: 197–203.

4. Dinauer MC, Lektrom JA, Dale DC. Inherited Neutrophil disorders: molecular basis and therapy. Hematology 2000; 303–18.

5. Boyden S. The chemotactic effect of mixtures of antibody and antigen on polymorphonuclear leukocytes. J Exp Med 1962; 115: 453–66.

6. Brenneis H, Hänsch GM. Granulozytenfunktionsstörungen: Formen und Diagnostik. Dtsch Med Wschr 1993; 118: 1117–20.

7. van Furth R, van Zwet TL, Leigh PCJ. In vitro determination of phagocytosis and intracellular killing by polymorphonuclear or mononuclear phagocytes. In: Weir DM, ed. Handbook of experimental immunology. London: Blackwell, 1978.

8. Quie PG, White JG, Holmes B, Good RA. In vitro bactericidal activity in chronic granulomatous disease of childhood. J Clin Invest 1967; 46: 668–79.

9. Baehner RL, Nathan DG. Quantitative nitroblue tetrazolium test in chronic granulomatous disease. N Engl J Med 1968; 278: 971–6.

10. Babior BM, Kippnes RS, Curnutte JT. Biological defense mechanisms. The production by leukocytes of superoxide, a potential bactericidal agent. J Clin Invest 1973; 52: 741–4.

11. Brenneis H, Schmidt A, Blaas-Mautner P, Wörner I, Ludwig R, Hänsch GM. Chemotaxis of polymorphonuclear neutrophils (PMN) in patients suffering from recurrent infection. European J Clin Invest 1993; 19: 693–8.

12. Lekstrom-Himes JA, Gallin JI. Immunodeficiency diseases caused by defects in phagocytes. N Engl J Med 2000; 343: 1703–13.

13. Van Vlem B, Vanholder R, De PaepeP, Vogelaers D, Ringoir S. Immunomodulating effects of antibiotics: literature review. Infection 1996; 24: 275–91.

14. Gemmell CG. Antibiotics and neutrophil function – potential immunomodulating activities. J Antimicrob Chemother 1993; 31, Suppl B: 8–33.

15. Fischer A, Lisowska-Grospierre B, Anderson DC, Springer T. Leukocyte adhesion deficiency: molecular basis and functional consequences. Immunodefic. Rev 1988; 1: 39–54.

16. Etzioni A, Frydman M, Pollack S, Avidor I, Phillips ML, Paulson JC, Gershoni-Baruch R. Recurrent severe infections caused by a novel leukocyte adhesion deficiency. N Engl J Med 1992; 327: 1789–90.

17. Kuijpers TC, van Bruggen R, Kamerbeck N, Tool ATJ, Hicsonmez G, Gurgey, et al. Natural history and early diagnosis of LAD-1/variant syndrome. Blood 2007; 109: 3529–37.

18. Miller ME, Oski FA, Harris MB. Lazy-leucocyte syndrome. A new disorder of neutrophil function. Lancet 1971: 3: 665–9.

19. Gombart AF, Koeffler HP. Neutrophil specific granule deficiency and mutations in the gene encoding transcription factor C/EBP(epsilon). Curr Opin Hematol 2002; 9: 36–42.

20. Stuart LM, Ezekowitz AB. Phagocytosis: elegant complexity. Immunity 2005; 22: 539–50.

21. Igelias PA. Spatial regulation of PI3K signaling during chemotaxis. Syst Biol Med 2009; 1: 247–51.

22. Friedl P, Weigelin B. Interstitial leukocyte migration and immune function. Nature Immunology 2008; 9: 960–9.

23. Takeda K, Akira S: Toll-like receptors in innate immunity. International Immunology 2005; 17: 1–14

24. Eriksen HO, Espersen F, Celmmensen I. Opsonic activity of fibronectin in the phagocytosis of Staphylococcus aureus by polymorphonuclear leukocytes. Eur J Clin Microbiol 1984; 3: 108–12.

25. Van de Winkel JG, Capel PJ. Human IgG Fc receptor heterogeneity: molecular aspects and clinical implications. Immunology Today 1993; 14: 215–21.

26. Bredius RGM, Fijen CAP, De Haas M, Kuijper EJ, Weening RS, van de Winkel JG, Out TA. Role of neutrophil FcRγIIa (CD32) and FcγRIIIb (CD16) polymorphic forms in phagocytosis of human IgG1- and IgG3-opsonized bacteria and erythrocytes. Immunol 1994; 83: 624–30.

27. Sanders LAM, Feldman RG, Voorhorst-Ogink MM, de Haas M, Rijkers GT, Capel PJA, et al. Human immunoglobulin G (IgG) FcγReceptor IIa (CD32) polymorphism and IgG2-mediated bacterial phagocytosis by neutrophils. Infect Immun 1995; 63: 73–81.

28. Bredius RGM, Derkx BHF, Fijen CAP, de Wit TPM, de Haas M, Weening RS. FcγReceptor IIa (CD32) polymorphism in fulminant meningococcal septic shock in children. J Infec Dis 1994; 170: 848–53.

29. Verhoef J, Visser MR. Neutrophil phagocytosis and killing: normal function and microbial evasion. In: Abramson JS, Wheeler JG (eds). The neutrophil. Oxford: University Press, 1993: 109–13.

30. Wagner C, Hänsch GM. Genetic deficiency of CD16, the low-affinity receptor for immunoglobulin G, has no impact on the functional capacity of polymorphonuclear neutrophils. Eur J Clin Invest 2004; 34: 149–55.

31. Segal A. The NADPH oxidase and chronic granulomatous disease. Mol Med Today 1996; 2: 129–35.

32. Wong CHY, Heit B, Kubes P. Molecular regulators of leucocyte chemotaxis during inflammation. Cardiovascular Res 2010; 86: 183–91.

33. Kobayashi SD, Voyich JM, Burlak C, DeLeo F. Neutrophils in the innate immune response. Arch Immunol Ther Exp 2005; 53: 505–17.

34. Odobasic D, Kitching AR, Holdsworth SR. Neutrophil-mediated regulation of innate and adaptive immunity: the role of myeloperoxidase. J Immunol Res 2016; article ID 2349817. doi: 10.1155/2016/2349817.