34 Diagnostik von Störungen der kortikotropen Achse

Lothar Thomas

34.1 Hypophysäre-adrenokortikale Achse

Die hypothalamisch-hypophysäre-adrenokortikale Achse reguliert genau die Konzentration von Cortisol im Serum durch Einbeziehung komplexer humoral vermittelter positiver und negativer Rückkopplungsschleifen /1/.

34.1.1 Kortikotrope Zellen des Hypophysenvorderlappens

Die kortikotropen Zellen des Hypophysenvorderlappens (HVL) produzieren ACTH durch eine selektive Spaltung von Proopiomelanocortin (POMC). Die kortikotropen Zellen werden durch hypothalamische Faktoren kontrolliert (Abb. 34.1-1 – Hypothalamisch-hypophysäre adrenokortikale Achse). Von diesen ist das Corticotropin releasing hormone (CRH) das Potenteste. CRH stimuliert die Expression des Gens POMC und erhöht die ACTH-Sekretion über den G-Protein gekoppelten CRH-Rezeptor 1. Im Vergleich zur NNR, die einer beständigen Stimulation durch ACTH bedarf, ist das bei den kortikotropen Zellen nicht der Fall. Sie müssen nicht kontinuierlich durch CRH stimuliert werden. Über den V1b-Rezeptor, auch als V3-Rezeptor bezeichnet, stimulieren auch Angiotensin-Vasopressin (AVP) und Oxytocin die ACTH-Sekretion /1/.

34.1.2 Nebennierenrinde (NNR)

Zellen der Zona fasciculata der NNR synthetisieren und sezernieren Glucokortikoide unter der Stimulation von ACTH. Die adrenale Steroidbildung erfolgt durch Bindung von ACTH an den G-Protein-gekoppelten Melanocortin-2-Rezeptor. ACTH ist wichtig für den Erhalt der NNR. Beim ACTH-Mangel kommt es zur Apoptose und den Verlust der Sekretion von NNR-Zellen. Die chronische Überstimulation führt demgegenüber zur Hyperplasie der Zona fasciculata mit einer Vergrößerung und Zunahme der Anzahl an Zellen. Die Sekretion von Glucokortikoiden ist von der ACTH-Konzentration und der Stimulation durch adrenale Nerven abhängig. Cortisol ist das wesentliche durch ACTH-Stimulation sezernierte Glucokortikoid.

In der Zona glomerulosa katalysiert die Aldosteronsynthase die Umwandlung von Corticosteron in Aldosteron unter Bildung des Intermediärproduktes 18-Hydroxycorticosteron. Diese Reaktion wird vom Renin-Angiotensin-II-System und der K⁺-Konzentration im Serum kontrolliert.

Die Synthesewege der Steroide der NNR /2/ sind gezeigt in Abb. 34.1-2 – Synthesewege der Steroide in der Nebennierenrinde.

34.1.3 Kortikostroidsynthese der Nebennierenrinde

Die Kortikosteroidsynthese ist essentiell für die Aufrechterhaltung des Lebens und die Adaption der Biosynthese der Hormone. Die Kortikosteroidsynthese wird durch die Hypothalamisch-hypophysäre-adrenokortikale Achse reguliert und überwacht.

Das aus 27 Kohlenstoffatomen bestehende Molekül Cholesterin ist der Vorläufer der 5 Klassen von Steroidhormonen /3/ (Abb. 34.1-2 – Synthesewege der Steroide in der Nebennierenrinde):

• Glucokortikoide (z.B. Cortisol, Corticosteron), es handelt sich um C21 Steroide.
• Mineralokortikoide (z.B. Aldosteron und Desoxycorticosteron) sind ebenfalls C21 Steroide.
• Androgene, es handelt sich um C19 Steroide; die Androgenvorläufer Dehydroepiandrostendion (DHEA) und Androstendion werden in der Nebennierenrinde gebildet, Testosteron in des Testes.
• Östrogene, es sind C18 Steroidedie in den Ovarien synthetisiert werden (Abb. 37.1-1 – Biosynthese wichtiger Sexualsteroide).
• Prostagene (z.B. Progesteron), es handelt sich um C21 Steroide, die im Corpus luteum gebildet werden (Abb. 37.1-1 – Biosynthese wichtiger Sexualsteroide).

Steroidhormone entstehen aus Vorläufern des Cholesterins:

• Durch Modifikation der Bindungen innerhalb der vier verknüpften Ringe; drei Cyclohexan (C6)-Ringe und einem Cyclopentan (C5) Ring.
• Durch Änderung der Position von Einzelbindungen und Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
• Durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen am Grundgerüst der Steroide.

Die Bildung von Steroiden aus Cholesterinvorläufern zu Cortisol, Aldosteron und den Sexualhormonen erfolgt in 4 Schritten /3/ (Abb. 34.1-2 –Synthesewege der Steroide in der Nebennierenrinde).

Schritt 1: Cholesterin zu den Vorläufern:

• Konversion von Cholesterin zu Pregnenolon durch Bindung einer Seitenkette, erfolgt katalysiert durch das Enzym Desmolase (P450scc) und stimuliert durch ACTH.
• Konversion von Pregnenolon zu Progesteron, katalysiert durch die 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase; Pregnenolon ist der Vorläufer aller Steroide.
• Progesteron wird zu 17-Hydroxyprogesteron hydroxyliert, Schlüsselenzym ist die 17-Hydroxylase (P450c17), die vom Gen CP17A1 kodiert wird; 17-Hydroxyprogesteron ist der Vorläufer zur Synthese von Cortisol und Aldosteron.
• Konversion von 17-Hydroxyprogesteron zu Androstendion und Dehydroepiandrosteron; das Schlüsselenzym ist die 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase (P450c17), die ebenfalls eine 17,20 Lyaseaktivität hat; Androstendion ist der Vorläufer der Sexualhormone Östron, Testosteron und Östradiol.

Schritt 2: Cortisolsynthese von 17 alpha Progesteron

• 17-Hydroxyprogesteron Umwandlung in 11-Desoxycortisol; Schlüsselenzym ist die 21-Hydroxylase (P450c21) die vom Gen CYP21A2 kodiert wird.
• Konversion von 11-Desoxycortisol zu Cortisol; Schlüsselenzym ist die 11-Hydroxylase, sie wird vom Gen CYP11B1 kodiert.

Schritt 3: Bildung von Sexualhormon aus Androstendion

• Androstendion Konversion zu Östron oder Testosteron

Schritt 4: Bildung von Aldosteron aus Progesteron

• Progesteron Konversion zu 11-Desoxycorticosteron; Schlüsselenzym ist die 21-Hydroxylase (P450c21) die vom Gen CYP21A2 kodiert wird
• Konversion von 11-Desoxycorticosteron zu Corticosteron; Schlüsselenzym ist die 11-Hydroxylase, sie wird vom Gen CYP11B2 kodiert.
• Umwandlung von Corticosteron zu Aldosteron durch die Aldosteronsynthase, sie wird kodiert vom Gen CYP11B2.

34.1.4 Glucokortikoid-Rezeptoren

Glucokortikoid- Rezeptoren haben einen dualen Aktionsmodus:

• Als Transkriptionsfaktoren binden sie an Glucokortikoid responsive Elemente, sowohl der DNA im Kern als auch der mitochondrialen DNA.
• Als Modulator anderer Transkriptionsfaktoren.

In den Geweben vermitteln zwei Rezeptoren die Effekte der adrenokortikalen Hormone /1/:

• Der Mineralokortikoid-Rezeptor (MR oder Typ I). Er hat eine geringe Kapazität, aber eine hohe Spezifität.
• Der Glucokortikoid-Rezeptor (GR oderTyp II). Er hat eine hohe Kapazität, aber eine geringe Spezifität

Der Mineralokortikoid-Rezeptor ist auf Aldosteron-sensitive Gewebe (Nieren, Kolon, bestimmte Hirnregionen) limitiert, der Glucokortikoid-Rezeptor ist generell verbreitet. Die Bindung von Cortisol an den Mineralokortikoid-Rezeptor wird physiologischerweise durch die mit dem Rezeptor assoziierte 11-Hydroxysteroid-Dehydrogenase Typ 2 verhindert, die Cortisol in seine inaktive Form 11-Dehydroxycortisol tranformiert (Abb. 34.1-2 – Synthesewege der Steroide in der Nebennierenrinde).

34.1.5 Rückkopplungs-Hemmung

Die Rückkopplungs-Hemmung der hypothalamisch-hypophysären-adrenokortikalen Achse durch Glucokortikoide erfolgt auf der Ebene von Gehirn, Hypothalamus und Hypophyse in einem langsamen, intermediären und einem schnellen Modus /2/.

Langsamer Modus

Er resultiert aus der Präsenz erhöhter Glucokortikoide über Tage und Wochen und reflektiert die verstärkte Aktivierung der hypothalamisch-hypophysären Aktivität oder einer Therapie mit Glucokortikoiden. Hohe Konzentrationen von Glucokortikoiden (Cushing-Syndrom, immunsuppressive Glucokortikoidtherapie) supprimieren ACTH und reduzieren dessen apoptotischen Effekt auf die NNR /2/.

Schneller Modus

Die hypothalamisch-hypophysäre-adrenokortikalen Achse reagiert z.B. beim akuten Stress innerhalb von Sekunden auf einen Stimulus und resultiert aus einer hypothalamisch-hypophysären Aktivierung. Eine Proteinsynthese ist nicht erforderlich. Die hypophysäre ACTH-Sekretion erfolgt durch neuronale Aktivität auf der Ebene der Rezeptorsignalgebung.

Intermediärer Modus

Die Hemmung tritt nach 30 Minuten bis Stunden auf und ist die hypophysäre oder hypothalamische Antwort auf einen Stimulus. Die Antwort erfordert eine neue Proteinsynthese. Auf hypothalamischer Ebene reagieren die Neurone für Corticotropin releasing hormone (CRH) und Vasopressin empfindlich auf Änderungen der Glucokortikoide im Blut.

34.1.6 Zirkadiane hypothamisch-hypophysären-adrenokortikale Aktivität

Im Zustand ohne Stress variiert die Konzentration der Glucokortikoide im Plasma in einem zirkadianen Rhythmus. Die Gipfelwerte bewegen sich in einem Zeitraum von 2–4 h um das Aufwachen und der Nadir 2–4 h im Zeitraum zum Schlafengehen. Bei normaler Tagesaktivität liegen die Gipfelwerte am frühen Morgen und der Nadir um 23 Uhr. Die Gipfelwerte resultieren aus einer erhöhten Aktivität von Hypothalamus und Hypophyse und einer erhöhten ACTH-Sensitivität der NNR. Am Nadir erfolgt keine hypothalamisch-hypophysäre Stimulation. Nahrungsaufnahme ist ein Stimulator der hypothalamisch-hypophysäre-adrenokortikalen Achse und führt zum Anstieg der Glucokortikoide. Die Besetzung der Mineralokortikoid-Rezeptoren durch Glucokortikoide spielt ebenfalls eine Rolle für die Höhe des Gipfels /1/. Patienten, die wegen eines zu hohen Blutdrucks Mineralokortikoid-Hemmer einnehmen haben eine Zunahme der Glucokortikoidgipfel.

Bei vielen Gesunden ist die zirkadiane hypothalamisch-hypophysären-adrenokortikale Aktivität durch Änderung des Schlafzyklus, Entzug von Schlaf und Alter gestört. Auch Krankheitszustände ändern den zirkadianen Rhythmus der Glucokortikoide, z.B. die autonome Glucokortikoid-Sekretion beim Cushing-Syndrom.

34.1.7 Autoimmunes polyglanduläres Syndrom (APS)

Unter dem APS versteht man eine größere Gruppe von immunen Endokrinopathien mit klinischen Symptomen bei gleichzeitiger Präsenz multipler endokriner Erkrankungen. Bezugnehmend der Autoimmunität gibt es verschiedene Organbeteiligungen bei den APS-Syndromen.

Die APS werden in folgende Typen eingeteilt:

• APS 1; autoimmune Polyendokrinopathie-Candidiasis- ektodermale Dystrophie (APECED Syndrom)
• APS 2; es handelt sich um einen Komplex polygener Störungen, die noch nicht in Gänze verstanden werden
• APS 3 (X-bezogene Fehlregulation, Polyendokrinopathie und Enteropathie)
• IPEX (X-bezogene Fehlregulation, Polyendokrinopathie und Enteropathie).

34.1.8 Physiologische Wirkungen der Glucokortikoide

Glucokortikoide haben eine erhebliche metabolische Wirkung auf den Glucosestoffwechsel, auf Grund einer dem Insulin entgegen gerichteten Wirkung. Das kann zur Hyperglykämie und Insulinresistenz führen. Glucokortikoide aktivieren die Lipolyse im Fettgewebe und haben eine katabole Wirkung auf den Muskel durch Hemmung der Proteinsynthese und Aktivierung der Proteolyse. Auch haben die Glucokortikoide eine kardiovaskuläre Wirkung durch Effekte auf die Kontraktion des Herzmuskels, den Gefäßtonus und den Blutdruck.

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34.2 Diagnose des Hypokortisolismus

Die Insuffizienz der Nebennierenrinde ist ein Zustand, bei dem die Nebennieren nicht die erforderliche Menge an Steroiden, besonders Cortisol zur Verfügung stellen. Die Insuffizienz der Nebennierenrinde (NNR) wird differenziert in /1/:

• Primäre Insuffizienz, die Funktion der NNR ist vermindert bei intakter hypothalamisch-hypophysärer Funktion.
• Sekundäre Insuffizienz, es liegt eine verminderte Stimulation der NNR vor, die auf einer verminderten Sekretion von ACTH aus dem Hypophysenvorderlappen beruht.
• Tertiäre Insuffizienz, die Sekretion des hypothalamischen Releasing Hormones CRH ist ineffektiv.

34.2.1 Basales Cortisol

Am frühen Morgen, der Zeit der maxmalen Sekretion (7–9 Uhr) ist eine aktuelle Cortisolreserve anzunehmen bei einem Wert oberhalb 18 μg/dl (500 nmol/l)im Serum /1/. Bei Vorliegen einer adrenokortikalen Insuffizienz ist die Konzentration geringer als 3–4 μg/dl (83–110 nmol/l). Der Ausschluss einer adrenokortikalen Insuffizienz bei Patienten mit dazwischen liegenden Werten von 4–14 μg/dl (110–390 nmol/l) erfordert die Durchführung eines Funktionstests. Nach einer Studie /2/ schließen ein unterer Grenzwert von 2,7 μg/dl (74 nmol/l) und ein oberer Grenzwert von 7,9 μg/dl (218 nmol/l) einen erheblichen Teil der Patienten, die einen Funktionstest benötigen würden, aus.

34.2.2 ACTH-Test

Bei Werten im Graubereich gibt der ACTH-Test weitere Information (Abb. 34.2-1 – Diagnostisches Vorgehen und Bewertung bei Verdacht auf Hypokortisolismus). Untersucht wird die Funktion der NNR Antwort auf einen Stress und die adrenale Glucokortikoid-Reserve (Tab. 33.3-3 – Funktionstests zur Untersuchung der Hypothalamo-hypophysären Achsen und Zielorgane). Der ACTH-Test führt zu einem Gipfelwert des Cortisols, der mehr als 1.000 fach der physiologische Stimulation entspricht /1/. Ein mangelnder Anstieg im ACTH-Test spricht für die primäre NNR-Insuffizienz. Der ACTH-Test kann bei einer kürzlich aufgetretenen sekundären NNR-Insuffizienz normal sein, da das verminderte Ansprechen auf einer relativen Atrophie der NNR bei länger bestehendem ACTH-Mangel beruht. So darf der ACTH-Test auf Grund mangelnder diagnostischer Sensitivität nach einer Hypophysenoperation in den ersten 2 Wochen nicht zur Beurteilung der hypothalamisch-hypophysären-adrenokortikalen Achse durchgeführt werden.

Besser sind in einem solchen Fall der CRH-Test oder der Metopiron-Test /3/. Siehe Tab. 33.3-3 – Funktionstests zur Beurteilung der hypothalamisch-hypophysären Achsen und Zielorgane.

Für die Diagnose der NNR-Insuffizienz bei kritisch Kranken wurden Grenzwerte des ACTH-Tests vorgeschlagen /3/.

Siehe Abb. 34.2-2 – Diagnostisches Vorgehen und Bewertung bei Verdacht auf Hypokortisolismus bei kritisch Kranken.

34.2.3 Basales ACTH

Die Bestimmung von basalem ACTH wird durchgeführt, wenn im ACTH-Test keine ausreichende Stimulation erreicht wird [Cortisol ≤ 18 μg/dl, (500 nmol/l)] und eine Differenzierung zwischen primärer und sekundärer NNR-Insuffizienz erfolgen soll. Siehe Abb. 34.2-2 – Diagnostisches Vorgehen zur Differenzierung von primärer, sekundärer und tertiärer Nebenniereninsuffizienz.

34.2.4 CRH-Test oder Insulin-Hypoglykämie-Test

Zeigt die ACTH-Bestimmung eine niedrige Konzentration muss eine sekundäre oder tertiäre NNR-Insuffizienz in Erwägung gezogen werden. Die Abklärung erfolgt durch den CRH-Test oder den Insulin-Hypoglykämie-Test (Abb. 34.2-3 – Differenzierung von primärem, skundärem und tertiärem Hypocortisolismus). Ein mangelnder Anstieg von ACTH im CRH-Test weist auf eine sekundäre NNR-Insuffizienz hin. Eine tertiäre NNR-Insuffizienz liegt vor, wenn im CRH-Test ein ausreichender ACTH-Anstieg erzielt wird. Falls eine Glucokortikoid-Therapie besteht, sind die Funktionstests frühestens 24 h nach Absetzen der Therapie durchführbar /3, 4/.

34.2.5 Bewertung

Zum Hypokortisolismus siehe:

• Tab. 33.3-3 – Funktionstests zur Beurteilung der hypothalamisch- hypophysären-Achsen.
• Tab. 34.2-1 – Cortisol, ACTH und Funktionstests bei Störungen der hypophysären adrenalen Achse.
• Tab. 34.2-2 – Hypokortisolismus.

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34.3 Hyperkortisolismus

Cortisol ist das wesentliche Glucokortikoid, wird aus Cholesterin in der Nebenierenrinde gebildet und repräsentiert etwa 80 % der 17-Hydroxycortikosteroide im Blut. Cortisol wird relativ zu den anderen Hormonen der Nebennierenrinde in relativ großer Menge in die Zirkulation abgegeben, unter der Kontroller von adrenocortikotrophen Hormon (ACTH). Beim primären Hyperkortisolismus haben die Nebennieren eine hohe Sekretionsrate bei intakter Funktion der hypothalamisch-hypohysären adrenokortikalen Achse. Diese Achse ist beim sekundären Hyperkortisolismus gestört. Meist beruht der Hyperkortisolismus auf einem Granulom der Hypophyse und verursacht das Cushing-Syndrom.

34.3.1 Initiale Untersuchungen

Bei Verdacht auf einen Hyperkortisolismus sollte initial mindestens einer der folgenden Tests durchgeführt werden /1/:

• Cortisol im Serum
• Freies Cortisol im Speichel oder Urin
• Dexamethason Test.

34.3.1.1 Cortisol im Serum

Eine Blutprobe, entnommen am Morgen (7–9 Uhr) zum Zeitraum der maximalen Sekretion weist auf eine gute Cortisolreserve hin, wenn die Konzentration im Plasma über 18 μg/dl (500 nmol/l) beträgt . Charakteristisch für den subklinischen Hyperkortisolismus und das Cushing-Syndrom ist die mangelnde Absenkung der Cortisolsekretion auf den natürlichen Nadir in der Nacht. Cortisolwerte beim liegenden, ruhenden Patienten über 5 μg/dl (138 nmol/l) können auf ein Cushing-Syndrom hinweisend sein. Zur weiteren Abklärung sind der Dexamethason-Test mit 1 mg oder 2 mg oder die Bestimmung der freien Cortisolausscheidung im Urin erforderlich

34.3.1.2 Freies Cortisol im 24 h-Urin

Für einige Untersucher ist die Bestimmung des freien Cortisols im 24 h-Sammelurin der aussagekräftigste Parameter zur Feststellung eines Hyperkortisolismus und wird dem Dexamethason-Test vorangestellt /2/. Die Bestimmung erfolgt bei ungenügender Suppression des Cortisols oder alternativ zum Dexamethason-Test. Eine erhöhte Ausscheidung ist der Hinweis auf einen Hyperkortisolismus.

Dexamethason-Tests

Die Tests beruhen auf der negativen Feedback-Wirkung von Dexamethason auf die hypothalamisch-hypohysäre adrenokortikale Achse.

Dexamethason-Test mit 1 mg

Ein Konsensus Statement besagt, dass Patienten mit Cortisolwerten im Plasma über 1,8 μg/dl (50 nmol/l) in diesem Test weiterer Untersuchungen bedürfen /3/. Zur Durchführung des Tests siehe Tab. 33.3-3 – Funktionstests zur Beurteilung der hypothalamisch-hypophysären Achsen. Die diagnostische Sensitivität des Tests beträgt 95–98 % bei einer geringen diagnostischen Spezifität.

Übernacht 2 mg Dexamethason-Test

Eine Suppression des Cortisols auf unter 3 μg/dl (83 nmol/l) schließt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Cushing-Syndrom aus.

Übernacht 8 mg Dexamethason-Test

Der Test erfolgt stationär. Um 24 Uhr wird Blut zur Bestimmung von Cortisol und ACTH entnommen, und danach werden 8 mg Dexamethason per os verabreicht. Ist die Cortisolkonzentration im Serum morgens um 8 Uhr unter 5 μg/dl (138 nmol/l) ist ein Cushing-Syndrom sehr unwahrscheinlich. Werte über 5 μg/dl (138 nmol/l) weisen, zusammen mit einer fehlenden Suppression im 2 mg-Dexamethason-Test, mit hoher Wahrscheinlichkeit auf ein Cushing-Syndrom hin.

Die ACTH-Konzentration vor Dexamethasongabe um Mitternacht und die Cortisolkonzentration nach 8 mg Dexamethason am nächsten Morgen geben Aufschluss über die Art des Cushing-Syndroms (Abb. 34.3-1 – Diagnostischer Ablauf und Bewertung bei Verdacht auf Cushing-Syndrom):

• Ein erhöhter ACTH-Wert spricht für ein ektopes ACTH-Syndrom, ein niedrig/normaler Wert für einen Tumor der Nebennierenrinde.
• Die Suppression des Cortisols im Dexamethason-Test spricht für den hypophysär-hypothalamischen Cushing, die mangelnde Suppression für ein ektopes ACTH-Syndrom oder einen Tumor der Nebennierenrinde.

Steroid metabolome profiling

Einige Autoren empfehlen zur Diagnostik und Differenzierung des M. Cushing das Metabolom Profiling. Patienten mit unterschiedlichen Subtypen des M. Cushing zeigen spezielle Steroidprofile. Das Metabolom Profiling erspart zusätzliche Einzeltests, die ansonsten erforderlich wären /4/.

34.3.1.3 Bewertung

Zum Hyperkortisolismus siehe:

• Tab. 33.3-3 – Funktionstests zur Beurteilung der hypothalamisch-hypophysären Achsen.
• Tab. 34.2-1 – Cortisol, ACTH und Funktionstests bei Störungen der hypophysären adrenokortikalen Achse.
• Tab. 34.3-1 – Ursachen eines Pseudo-Cushing
• Tab. 34.3-2 – Cushing Syndrom

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34.4 Cortisol

Etwa 80 % der 17-Hydroxykortikosteroide in der Zirkulation werden durch Cortisol repräsentiert. 90 % des Cortisols sind an Cortisol-bindende Globuline (CBG) gebunden, etwa 7 % an Albumin, der Rest liegt in freier Form vor. Zustände, die eine Veränderung der Konzentration der CBG bewirken, ändern auch die Konzentration des Gesamt-Cortisols. Biologisch aktiv ist nur das freie Cortisol, das im Serum/Plasma, Urin und Speichel bestimmt werden kann. Für die klinische Diagnostik von Störungen der hypothalamisch-hypophysären adrenokortikalen Achse hat sich die Bestimmung von Gesamt-Cortisol, nachfolgend als Cortisol bezeichnet, durchgesetzt.

34.4.1 Indikation

Cortisol

• Diagnose des Hyper- und Hypokortisolismus.
• Im Rahmen von Funktionstests in der Differentialdiagnostik des Hyper- und Hypokortisolismus.

Freies Cortisol

Verdacht auf Cushing-Syndrom, vor allem bei Patienten mit veränderter Konzentration von Steroid bindenden Globulin, z.B. bei Zuständen wie Adipositas, Hunger, Schwangerschaft, Östrogentherapie, oralen Kontrazeptiva oder Erkrankungen wie Hypothyreose, Anorexia nervosa, multiples Myelom, nephrotisches Syndrom.

34.4.2 Bestimmungsmethode

Cortisol (Gesamt-Cortisol)

Hochdruckflüssigkeits-Chromatographie (HPLC) in Kombination mit Spektrophotometrie oder Fluorimetrie /1/.

Hochdruckflüssigkeits-Chromatographie (HPLC) in Kombination mit Tandem Massenspectrometry (LC-MS/MS) /2/.

Immunoassay: Angewendet werden direkte Assays, bei denen eine Extraktion von Cortisol aus dem Serum/Plasma nicht erforderlich ist. Vor der immunologischen Bestimmung wird Cortisol aus der Proteinbindung freigesetzt, z.B. durch Salicylsäure, 8-Anilin-1-Naphthol-Sulfonsäure, durch niedrigen pH oder durch Hitze. Die eingesetzten Antikörper sind monoklonalen oder polyklonalen Ursprungs, gebildet gegen Cortisol-21-Hemisuccinat-Konjugate oder Cortisol-3-Carboxymethyloxim-Konjugate mit Protein.

Freies Cortisol

Die Bestimmung von freiem Cortisol im Serum/Plasma ist aufwändig, deshalb wird freies Cortisol entweder im Speichel oder im Harn bestimmt.

Freies Cortisol im Speichel: Es können Immunoassays für die Bestimmung des Gesamt-Cortisols angewendet werden, da im Speichel Cortisol nur in freier Form vorkommt.

Freies Cortisol im Urin: Bestimmbar mittels HPLC oder Immunoassay. Da im Urin eine größere Menge von Cortisolmetaboliten und Cortisolkonjugaten vorliegt, ist eine Extraktion des Cortisols erforderlich. Cortisol ist weniger wasserlöslich als diese Substanzen und kann daher vermittels Dichlormethan oder Äthylacetat extrahiert werden. Der Extrakt wird eingedampft, in Puffer aufgenommen und Cortisol bestimmt.

34.4.3 Untersuchungsmaterial

• Serum, Heparinplasma: 1 ml
• Speichel, der mit einem Wattetupfer im Mund für etwa 5 min gesammelt wird: 0,5–1 ml
• 24 h-Sammelurin, gekühlt sammeln, damit der pH nicht durch Bakterienwachstum über 7,5 ansteigt: 5–10 ml

34.4.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 34.4-1 – Referenzbereich für Cortisol.

34.4.5 Bewertung

34.4.5.1 Screeningtests beí Hyperkortisolismus

Screeningtests bei Verdacht auf Hyperkortisolismus sind /22/:

• freies Cortisol im 24 Std.-Sammelurin.
• Über Nacht 1 mg Dexamethason-Suppressionstest oder
• 48 Std. 2 mg/Tag (0,5 mg in 8 Dosierungen) Dexamethason-Suppressionstest.

Basales Cortisol ist klinisch nur von geringer Bedeutung, denn die individuelle Variation ist groß und wird stark beeinflusst durch eine episodische Sekretion sowie durch exogene Stimuli wie Nahrungsaufnahme oder physischen und psychischen Stress und ist deshalb wenig aussagekräftig. Auf Grund der pulsatilen Sekretion von ACTH können erhebliche Schwankungen auftreten /3/.

Zu berücksichtigen ist, dass der nächtliche Cortisolnadir durch Stressoren wie schwere Allgemeinerkrankungen oder Schmerzen zu hoch ausfallen kann. Er steigt linear mit dem Lebensalter an und liegt in der achten Lebensdekade häufig um den oberen Referenzbereichswert /4/. Mit zunehmendem Lebensalter tritt der Anstieg von Cortisol in den frühen Morgenstunden bis zu 2 h früher auf, was bei verspäteter Blutentnahme zu berücksichtigen ist.

Ausgeprägte physische und psychische Stresssituationen am Tag können die Cortisolsekretion bis tief in die Nacht beeinflussen und damit den Cortisolnadir verfälschen /5/. Ebenso kann es bei akuten Psychosen oder schweren Allgemeinerkrankungen zu einer Aufhebung der zirkadianen Cortisolrhythmik kommen /6/.

Ursachen, die zu einem Hyperkortisolismus führen ohne ursächliches Cushing Syndrom, also einen Pseudo-Cushing verursachen, müssen vom Cushing-Syndrom abgegrenzt werden. Die weltweite Prävalenz des metabolischen Syndroms unter Fettleibigen wird auf 10 % geschätzt. Das klinische Bild dieser Personen entspricht dem des Cushing Syndroms. Die Prävalenz des nicht diagnostizierten Cushing Syndroms beträgt etwa 75 Fälle auf 1 Million Bevölkerung. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person mit Fettleibigkeit, Bluthochdruck, Hirsutismus, Diabetes Typ 2 oder Hyperlipidämie ein Cushing Syndrom hat beträgt etwa 1 : 500 /7/.

Siehe:

• Tab. 34.3-1 – Störungen, die ein Pseudo-Cushing Syndrom verursachen
• Tab. 34.3-2 – Hyperkortisolismus und Cushing-Syndrom
• Abb. 34.4-1 – Ursachen des endogenen Cushing-Syndroms.

Freies Cortisol im Speichel

Der Cortisolwert im Speichel entspricht weitgehend dem des freien, biologisch aktiven Cortisols im Plasma und ist vom Speichelfluss unabhängig. Die Konzentration wird nicht wie beim Plasmacortisol von Änderungen des Cortisol-Bindungsproteins beeinflusst. Auch für die Funktionstests ist die Cortisolbestimmung im Speichel geeignet. Eine erhöhte Cortisolkonzentration im Speichel am späten Abend, z.B. 23 Uhr, wird als Hinweis für ein Cushing-Syndrom beurteilt /2/.

Freies Cortisol im Urin

Die Bestimmung von freiem Cortisol im Urin ist eine zuverlässige Methode zum Nachweis eines Cushing-Syndroms, wenn eine korrekte Sammlung des 24 h-Urins gewährleistet ist /8, 9/. Das freie Cortisol im Urin ist erhöht beim Cushing Syndrom jeglicher Genese, nicht aber bei Adipösen oder Patienten mit erhöhter Konzentration von Östrogenen. Zur Diagnostik des Cushing Syndroms betrug bei einem Entscheidungswert von 55 μg (153 nmol)/24 h die diagnostische Sensitivität 100 %, bei einer diagnostischen Spezifität von 73 %. Bei einem Entscheidungswert von 100 μg (276 nmol)/24 h betrugen diagnostische Sensitivität und Spezifität jeweils 94 % /10/.

Probleme der Bestimmung von freiem Cortisol im Urin können sein /11/:

• Ein mildes Cushing Syndrome geht oft mit einer leichten, aber signifikanten Cortisolsekretion von 4 Uhr nachmittags bis 4 Uhr nachts einher und wird möglicherweise im 24 h-Urin nicht erkannt. Die adäquate Urinsammlung sollte durch die Bestimmung der Ausscheidung von Creatinin kontrolliert werden.
• Wesentliche Faktoren der Cortisolausscheidung sind die Nierenfunktion und die Flüssigkeitsaufnahme. Bei großer Flüssigkeitsaufnahme wird glomerulär viel Cortisol filtriert, weniger metabolisiert und die Ausscheidung von Cortisol ist somit vermehrt. So haben 76 % der Personen mit einer täglichen Flüssigkeitsaunahme von etwa 5 Litern eine erhöhte Ausscheidung von freiem Cortisol /12/.
• Liegt eine Niereninsuffizienz vor, wird mehr Cortisol metabolisiert und die Cortisolausscheidung kann bei bestehendem Cushing Syndrom normal sein. Auch ist die Cortisolausscheidung bei den sogenannten Pseudo-Cushing Syndromen wie bei der endogenen Depression, dem Alkoholismus und Essstörungen erhöht.

34.4.5.2 Hypokortisolismus

Bei ambulanten Patienten und der Fragestellung eines Hypokortisolismus besteht oft nicht die Möglichkeit einen ACTH-Test durchzuführen und es erhebt sich die Fragestellung, ob ein Cortisolwert aus Blut, das im Tagesverlauf entnommen wurde, diagnostische Aussagekraft im Vergleich zum ACTH-Test hat. Nach einer Studie /13/ hat ein Cortisol über 15 μg/dl (420 nmol/l) die gleiche diagnostische Sensitivität und Spezifität wie der ACTH-Test zum Ausschluss einer NNR-Insuffizienz und ein Wert unter 5,1 μg/dl (142 nmol/l) zu deren Bestätigung. Siehe Tab. 34.4-2 – Hypokortisolismus.

34.4.5.2.1 Addison Erkrankung

Die Addison Erkrankung ist ein bekanntes Risiko, wenn andere autoimmune Erkrankungen vorliegen und wenn Beschwerden vorhanden sind wie Anorexie,Verlangen nach Kochsalz, Müdigkeit, Blässe, erniedrigter Blutdruck und Hyponatriämie. Besteht die Addison Erkrankung z.B. gemeinsam mit einem Typ 1 Diabetes, sind beide Diagnosen der Teil eines autoimmunen polyendokrinen Symptoms des Typs 2.

34.4.6 Hinweise und Störungen

Störfaktoren

Immunoassays zur Cortisolbestimmung zeigen eine Kreuzreaktivität mit anderen Corticosteroiden. Sie beträgt 1–5 % für 11-Desoxycortisol und Corticosteron und über 20 % für Prednisolon /14/. Letzteres wird im Organismus in Prednison umgewandelt. Unter Prednisolontherapie ist deshalb die Cortisolbestimmung mittels Immunoassay nicht sinnvoll. Bei Behandlung des Hypophysenadenoms mit Metyrapon sollte die Bestimmung des Cortisols nicht mit einem Immunoassay erfolgen, da die hohen Konzentrationen von 11-Desoxycortisol falsch hohe Cortisolwerte ergeben.

Immunoassays sind störanfällig für endogene Steroide und bewirken eine zu hohe Cortisolkonzentration, besonders im Urin. Die Massenspektrometrie ist analytisch spezifischer und hat auch den Vorteil, dass andere Steroide ebenfalls im gleichen Lauf analysiert werden, was die diagnostische Unsicherheit reduziert.

Dexamethason-Therapie

Dexamethason ist ein exogenes Steroid und unterdrückt die Bildung von ACTH und damit auch die Synthese und Sekretion von Cortisol. Die normale Konzentration von Cortisol am Morgen nach Dexamethason beträgt < 1,8 μg/dl (50 nmol/L). Eine mangelnde Unterdrückung der Cortisolsekretion nach Dexamethasongabe lässt eine vermehrte Cortisolsekretion vermuten. Um definitiv ein Cushing-Syndrom zu diagnostizieren wird der zweitägige Dexamethason-Suppressionstest oder die Desmopressin-Stimulation empfohlen /22/.

Absolute Differenz in der Konzentration von Cortisol in Relation zur LC-MS/MS Methode

Zu früh Geborenen fehlt in den ersten 4 Wochen eine adäquate Cortisolantwort bezugnehmend auf den Grad des Stresses oder den vorliegenden Störungen. Beruhen soll dies auf einer mangelnden Enzymsynthese, besonders der 11-β-Hydroxylase, der Nebennierenrinde. Die adrenokortikale Funktion von Frühgeborenen ist vergleichbar der CAH (congenitalen adrenalen Hyperplasie), die durch einen Überschuss an Corticosteroidvorläufern in Relation zu Cortisol charakterisiert ist. Werden Immunossays zur Bestimmung von Cortisol angewendet, wird eine relative adrenale Insuffizienz (RAI) diagnostiziert. Bedingt durch die Kreuzreaktivität von Immunoassays für Cortisol mit 11-Desoxycortisol, 17-Hydroxyprogesteron, Cortison und Corticosteron wird Cortisol zu hoch bestimmt. Die Autoren empfehlen zur Bestimmung einer richtigen Cortisolkonzentration bei Frühgeborenen die Bestimmung von Cortisol nicht mit einem Immunoassay durchzuführen, sondern mit der LC-MS/MS zu bestimmen /41/.

Einflussgrößen

Blutentnahmen sollten postprandial nicht erfolgen. Denn die Nahrungsaufnahme führt zum Anstieg des Cortisols nach 1 h von im Mittel 90 %, wenn diese mittags und etwa 50 % wenn sie abends erfolgt /15/.

Stabilität

Lagerung bei 22 °C oder 4 °C für 4 Tage.

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34.5 Adreno­corticotropes Hormon (ACTH)

ACTH und dessen verwandte Peptide entstehen durch die proteolytische Spaltung des Prohormons Proopiomelanocortin (POMC) /1/. POMC hat ein Molekulargewicht von 32 kDa und wird in der Hypophyse durch die Prohormonkonvertase-1 in das N-terminale Glykopeptid (N-POC), das Verbindungsstück (JP) in ACTH und das C-terminale Fragment β-Lipotrophin (β-LPH) gespalten. In die Zirkulation werden neben ACTH auch N-POC, JP und β-LPH abgegeben. Auch POMC und Pro-ACTH, die direkten Vorläufer von ACTH, sind im Plasma nachweisbar und zwar in einer Konzentration, die etwa 5 fach höher ist als die von ACTH. Es betragen die Plasmakonzentrationen von /1/:

• POMC: 5–33 pmol/l.
• Pro-ACTH: 5–33 pmol/l.
• N-POC: 5,6–16,8 pmol/l.
• β-LPH: 2,5–6,7 pmol/l.
• ACTH: 0,9–11,3 pmol/l.
• β-Endorphin: ≤ 1,7 pmol/l.

Siehe Abb. 34.5-1 – Prozessierung des Proopiomelanocortin durch die Prohormonkonvertasen.

Die Aminosäuren 1–18 sind für die biologische Aktivität des ACTH verantwortlich, während die Aminosäuren 19–39 einen Einfluss auf die Halbwertszeit haben. Diese beträgt 8–14 min und ist abhängig davon, ob die Halbwertszeit mit einem Immunoassay oder einem Bioassay bestimmt wird. Sie ist kürzer bei Bestimmung mit dem Immunoassay.

POMC hat im Bioassay wenig Aktivität im Vergleich zu ACTH, Pro-ACTH hat eine vergleichbare Aktivität. Es ist aber nicht bekannt, ob beide an den ACTH-Rezeptor (MC-2R) binden. Patienten mit ektopem ACTH-Syndrom auf Grund eines kleinzelligen Bronchialkarzinoms bilden Vorläufer von ACTH. Diese stimulieren nur die Cortisolsynthese, wenn sie in hoher Konzentration vorliegen oder in der Zirkulation zu ACTH gespalten werden.

34.5.1 Indikation

• Differentialdiagnose des Hyperkortisolismus. Die Abklärung sollte durch die Bestimmung von Cortisol und/oder den entsprechenden Funktionstests erfolgen.
• Differentialdiagnose der NNR-Insuffizienz.
• Verdacht auf ektope ACTH-Sekretion, z.B. Hypokaliämie und metabolische Alkalose bei bekannten Tumorleiden; bei jedem kleinzelligen Bronchialkarzinom auch ohne klinische Zeichen des Hyperkortisolismus.

34.5.2 Bestimmungsmethode

Immunometrischer Assay

Zwei Antikörper werden eingesetzt. Einer ist an eine feste Phase gebunden, der andere frei in Lösung und mit einem Enzym- oder Lumineszenzlabel markiert. Ein Antikörper ist gegen das aminoterminale Ende des ACTH 1–39 gerichtet, z.B. die Aminosäuren 1–17, der andere gegen die carboxyterminale Region, z.B. die Aminosäuren 34–39. Der immunometrische Assay erfasst deshalb nur das intakte ACTH-Molekül. Die Nachweisempfindlichkeit der Assays liegt bei 0,6–9 ng/l (0,12–2 pmol/l) /1/.

Radioimmunoassay

Es werden meist polyklonale Antikörper eingesetzt, die sich gegen ein Segment des intakten ACTH, häufig des N-terminalen Anteil des Moleküls richten. Erfasst werden intaktes ACTH, biologisch aktive ACTH-Fragmente sowie Teile des POMC. Nachweisempfindlichkeit 10–20 ng/l (2,2–4,4 pmol/l). Der Radioimmunoassay ist zur Messung einer niedrigen ACTH-Konzentration ungeeignet /2/.

34.5.3 Untersuchungsmaterial

EDTA-Plasma, Li-Heparinat-Plasma: 1 ml

34.5.4 Referenzbereich

Angaben in ng/l (pmol/l), Umrechnung: ng/l × 0,2202 = pmol/l

34.5.5 Bewertung

Bei Patienten mit Hyperkortisolismus zeigt die niedrige ACTH-Konzentration einen NNR-Tumor an, während bei normalem oder erhöhtem ACTH-Wert eine hypophysäre Ursache oder ein ektopes ACTH-Syndrom wahrscheinlich ist. Da die Konzentrationen von ACTH überlappen, ist die Differenzierung des hypophysären Cushing vom ektopen ACTH-Syndrom durch die ACTH-Bestimmung nicht möglich.

Die ACTH-Bestimmung spielt keine Rolle in der Diagnostik des M. Addison. Ist jedoch eine NNR-Insuffizienz nachgewiesen, so weist die erhöhte ACTH-Konzentration auf eine adrenale Störung hin, während normale oder erniedrigte Konzentrationen Indikatoren einer hypophysären Störung sind.

Zur Bewertung von ACTH in Zusammenhang mit anderen Parametern der hypothalamisch adrenokortikalen Achse siehe Tab. 34.2-1 – Cortisol, ACTH und Funktionstests bei Störungen der hypothalamisch-adrenokortikalen Achse.

Erkrankungen und Syndrome mit pathologischem ACTH-Wert sind aufgeführt in Tab. 34.5-1 – Erkrankungen und Syndrome mit pathologischen ACTH-Werten.

34.5.6 Hinweise und Störungen

Einflussgrößen

ACTH wird pulsatil sezerniert, die mittlere Pulsfrequenz beträgt bei der Frau 10 und beim Mann 18 pro 24 h mit einer mittleren Gipfelamplitude von 10,3 ng/l (2,3 pmol/l) bei der Frau und 16,8 ng/l (3,7 pmol/l) beim Mann /3/. Die pulsatile Sekretion wird durch einen zirkadianen Rhythmus überlagert mit den höchsten Werten von 6–8 Uhr.

Probennahme

Soll mit EDTA- oder Heparin enthaltenden, aus Plastik bestehenden Blutentnahmesystem erfolgen, da ACTH stark von Oberflächen aus Glas adsorbiert wird. Nach der Probennahme Vollblut innerhalb von 4 h zentrifugieren.

Bestimmungsmethode

Immunometrische Assays mit monoklonalen Antikörpern haben eine höhere analytische Spezifität für ACTH als kompetitive Bindungsassays wie der Radioimmunoassay. Die immunometrischen Verfahren sind aber nicht geeignet, ACTH-Vorläuferpeptide, wie sie beim ektopischen ACTH-Syndrom auftreten, zu erfassen. Beim ektopischen ACTH-Syndrom können die in hoher Konzentration vorliegenden ACTH-Vorläuferpeptide kreuzreagieren. Es ist deshalb wichtig, die Kreuzreaktivität des Assays zu kennen. Auch können die ACTH-Vorläuferpeptide zu einem High-dose hook effect führen /1/.

Standardisierung

Die mit kommerziellen Tests erhaltenen Ergebnisse sind nur begrenzt miteinander vergleichbar. Standardisiert sind die Tests gegen eine der beiden Referenzpräparationen /1/:

• National Institute of Biological Standard and Control (United Kingdom), MRC 74/555; 6,2 IU pro 25 μg ACTH 1–39,
• National Hormone and Pituitary Program (Baltimore); 4,71 IU pro 50 μg ACTH 1–39.

Stabilität

ACTH hat eine geringe Stabilität und wird leicht durch proteolytische Enzyme inaktiviert. Zentrifugation von EDTA-Blut ohne Entfernung des Plasmas gefolgt von der Aufbewahrung bei 4 °C führt zu keiner Änderung der ACTH-Konzentration /7/. Eine Abnahme der ACTH-Konzentration um über 10 % erfolgt, wenn das Plasma vor der Bestimmung bei 4 °C über 24 h und bei 22 °C über 19 h gelagert wird /4/.

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34.6 17-Hydroxyprogesteron

Viele Fälle des Hyperandogenismus beruhen auf einer Dysregulation der Synthese von Androgenen, bedingt durch folgende Störungen:

• Die kongenitale adrenale Hyperplasie (CAH) aufgrund eines Mangels des Enzyms 21-Hydoxylase
• Das polyzystische Ovarialsyndrom (PCOS), bedingt durch einen funktionellen Hyperandrogenismus der Ovarien.

Der erste Suchtest zur Feststellung dieser Erkrankungen ist die Bestimmung von 17-OH Progesteron im Plasma.

Siehe auch Abb. 37.1-1 – Biosynthese von Sexualsteroiden.

34.6.1 Indikation

• Neugeborenen-Screening und Labordiagnostik auf kongenitale adrenale Hyperplasie.
• Polyzystisches Ovarialsyndrom

34.6.2 Bestimmungsmethode

• Immunoassays mit Messung der Zeit verzögerten Immunfluoreszenz (TRFIA) von 17-OHP /1/.
• Liquid chromatography tandem mass spectrometry (Goldstandard) LC-MS/MS /2/.

In vielen Ländern ist das Screening auf 21-Hydroxylase-Mangel in Programme des Screenings Neugeborener integriert. Ein zweistufiges Vorgehen erfolgt; zuerst wird ein Immunoassay durchgeführt und bei einem positiven Test die Flüssigkeites-Chromatographie- Tandem-Massenspektrometrie.

34.6.3 Untersuchungsmaterial

• Zur Untersuchung auf CAH wird 17-OHP im getrockneten Bluttropfen gemessen
• Serum: 1 ml

34.6.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 34.6-1 – Referenzbereich für 17-Hydroxyprogesteron.

34.6.5 Bewertung

Die Erkrankungen der kongenitalen adrenalen Hyperplasie und des polyzystischen Ovarialsyndroms werden besprochen.

34.6.5.1 Kongenitale adrenale Hyperplasie (CAH)

Die CAH ist eine Gruppe autosomal rezessiver Erkrankungen, die durch eine verminderte Synthese von Cortisol charakterisiert sind. Die häufigste Form der CAH ist bedingt durch Mutationen im Gen CYP21A2, das die steroidale 21-Hydroxylase (P450c21) kodiert. Es handelt sich um ein Enzym der Nebennierenrinde das die 21-Hydroxylierung von Progesteron durchführt und für die Biosynthese von Cortisol und Aldosteron erforderlich ist /3/.

Zwei Formen der CAH werden unterschieden /4/:

• Die klassische Form, die entweder mit einen vorwiegenden Salzverlust einhergeht oder die virilisierende Form. Beide beruhen auf einer Blockierung der Cortisolsynthese, als deren Folge es zur Stimulierung der Corticotropin-Ausschüttung kommt. Somit wird die Nebennierenrinde stimuliert, es werden vermehrt Cortisolvorläufer gebildet, die in Richtung der Sexualsteroide und somit auch der Androgene gelenkt werden was zu einer Virilisierung führt. Etwa 75 % der Patienten mit klassischer CAH haben einen Aldosteronmangel mit neonatalem Salzverlust und einer fatalen Hypovolämie. Neben der klassischen CAH Form mit Salzverlust hat die virilisierende Form eine scheinbar normale Mineralokortikoid-Synthese. Diese Form präsentiert sich in der Regel später als diejenige mit Salzverlust. Der peri- und postpubertale Beginn des Hyperandrogenismus entwickelt sich beim weiblichen Geschlecht sekundär zum 21-Hydroxylasemangel.
• Die nicht-klassische milde Form des CAH zeigt im Gegensatz zur schweren klassischen Form postnatal einen Androgenüberschuss von unterschiedlichem Ausmaß und ist manchmal asyptomatisch.

Die klinischen Symptome der CAH resultieren direkt aus dem Mangel an Mineralo- oder Glucokortikoiden oder der Überproduktion von Androgenen. Mangel an Mineralokortikoiden verursacht Salzverlust, Androgenüberschuss eine Virilisierung und der Mangel an Glucokortikoiden bewirkt viele Einschränkungen /3/.

Der Goldstandard in der Diagnostik der CAH ist die Bestimmung von 17-OH Progesteron (17-OHP) im ACTH-Test. Bei einer Dosierung von 0,125–0,25 mg ACTH kommt es zu einer maximalen Stimulation der Nebennierenrinde (Tab. 33.3-3 –Funktionstest bei Störungen der hypothalamisch-hypophysären-adrenokortikalen Achse).

Ist die Diagnose einer CAH höchst wahrscheinlich aufgrund des Genitalbefundes und des 17-OHP Werts bei Mädchen in der Neonatalperiode und/oder aufgrund der Veränderungen der Elektrolyte, so sollte eine Therapie sofort eingeleitet werden und nicht das Ergebnis des ACTH-Tests abgewartet werden /5/.

Enzymmängel bei CAH sind aufgeführt in Tab. 34.6-2 – Enzymdefekte bei kongenitaler adrenaler Hyperplasie.

34.6.5.1.1 Diagnostik der CAH

Die Endocrine Society Clinical Pactice Guideline der USA empfehlen /6/:

• Kinder mit positiven Screeningtest auf CAH sollten der Obhut eines pädiatrischen Endokrinolgen zugeführt und ein ACTH-Test unter Bestimmung von 17-OH Progesteron durchgeführt werden.
• Bei symptomatischen Patienten nach der Kindheit sollte eine Bestimmung von 17-OHP am frühen Morgen (vor 8 Uhr) durchgeführt werden. Die Bestimmung von 17-OHP sollte mittels LC-MS/MS erfolgen.
• Bei Patienten mit grenzwertigem Befund sollte im ACTH Test zur Differenzierung des 21-Hydroxylase-Mangels von anderen Enzymdefekten ein komplettes adrenokortikales Profil erstellt werden (17-OHP, Cortisol, Desoxycorticosteron, 11-Desoxycortisol, 17-OH Pregnenolon, Dehydroepiandrosteron).
• Eine CAH Genotypisierung ist in Betracht zu ziehen, wenn die Ergebnisse des ACTH-Tests zweifelhaft sind, der ACTH-Test nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden kann (z.B. wenn der Patient Glucokortikoide einnimmt) oder wenn ein genetisches Konzil erforderlich ist.

Ein Algorithmus zu Diagnostik des 21-Hydroxylase-Mangels ist gezeigt in Abb. 34.6-1 – Diagnostik des 21-Hydroxylase-Mangels.

34.6.5.1.2 Management der kindlichen CAH

Kinder mit CAH sind lebenslang von Steroiden abhängig und der tägliche Ersatz ist erforderlich den Mangel an Cortisol und/oder Aldosteron zu ersetzen, den Androgenexzess zur Verhinderung einer Virilisierung zu reduzieren, das Wachstum zu optimieren und die Fertilität zu gewährleisten. Wird den Kindern zu viel Hydrocortison dosiert, führt das zu Nebeneffekten mit Wachstumsverminderung und Übergewicht. Ist die Dosierung unzureichend, besteht das Risiko der verfrühten Pubertät und der adrenalen Krise /7, 8/.

Ein beständiges Monitoring der Therapie von CAH-Patienten wird empfohlen /6/. 17-OHP und Andostendion sind die empfohlenen Hormone zur Kontrolle der Glucokortikoid-Behandlung. Eine komplette Unterdrückung der 17-OHP Konzentration ist nicht das Behandlungsziel und zeigt im Gegenteil sogar eine Überdosierung an. Die Werte von Androstendion sollen Alters- und Geschlechts-bezogen beurteilt werden. CAH-Patienten unter akzeptabler Therapie haben 17-OHP Konzentrationen, die im oberen Refernzbereich oder leicht darüber liegen. 17-OHP und Andostendion sollten in der gleichen Probe gemessen werden, optimal ist die Bestimmung mit LC-MS/MS.

34.6.5.2 Polycystisches Ovarialsyndrom

Das PCOS ist das Ergebnis eines funktionellen Hyperandrogenismus des Ovars und beruht auf einer Fehlregulation der Androgensekretion. Etwa zwei Drittel der Fälle haben ein typisches PCOS (PCOS-T), bei dem eine Überempfindlichkeit gegenüber LH besteht, die sich in einer vermehrten Bildung von 17-OHP im GnRH-Test oder dem hCG-Test zeigt. Das restliche Drittel des PCOS ist funktionell atypisch (PCOS-A) und es fehlt eine funktionelle Überreaktion von 17-OHP. Beim PCOS-A handelt es sich um eine heterogene Gruppe von Störungen, die meisten haben einen atypischen funktionellen Androgenüberschuss der sich im Dexamethason-Kurztest zeigt /9/.

Das PCOS-A wird durch den GnRH-Test oder den hCG-Test diagnostiziert.

Beim GnRH-Test wird Leuprolidacetat 10 μg/kg Körpergewicht oder ein anderes kurz wirkendes GnRH subkutan appliziert. Es erfolgt die Freisetzung von endogenem LH und FSH innerhalb von 3–4 Std. und persistiert für etwa 24 Std. Die Folge ist eine Freisetzung von Sexualsteroiden und deren Vorläufer mit Spitzenwerten im Serum nach etwa 18–24 Std. In Abwesenheit eines steroidalen Blocks kommt es zu einem Anstieg von 17-OHP auf über 152 ng/dl (4,6 nmol/l), was typisch für das PCOS-A ist /9/.

Beim hCG-Test erfolgt die Verabreichung von 3.000 IU hCG pro m² Körperoberfläche. Es resultiert eine maximale Stimulation der interstitiellen Thekazellen mit Gipfelwerten nach 24 Std. In Abwesenheit eines steroidalen Blocks kommt es zu einem Anstieg von 17-OHP auf über 152 ng/dl (4,6 nmol/l), was typisch für das PCOS-A ist /9/.

Der Dexamethason-Kurztest wird zur Diagnostik des PCOS-A durchgeführt. Beim PCOS-A kommt es zu keiner funktionellen Überreaktion von 17-OHP. Zur Durchführung des Tests werden 0,25 mg Dexamethason pro m² Körperoberfläche oral verabreicht um 12 Uhr nachts. Vier Stunden später erfolgt die Blutentname zur Hormonbestimmung. Dexamethason unterdrückt rasch die adrenale Produktion von Cortisol und Testosteron. Ist nach Suppression der Cortisolwert unter 5 μg/dl (138 nmol/l) und der Wert des Gesamt-Testosterons über 26 ng/dl (7,5 nmol/l) ist ein PCOS-A wahrscheinlich /9/.

34.6.6 Hinweise und Störungen

Probennahme

17-OH Progesteron (17-OHP) zeigt diurnale Schwankungen und das auch in Abhängigkeit vom Menstruationszyklus. Die Blutentnahme sollte morgens um 8–9 Uhr und während der Follikelphase erfolgen.

Schlechte Prädiktivität der Screeningtests

Die vielen falsch-positiven Screeningtests auf CAH beruhen darauf, dass bei Geburt die 17-OHP-Konzentration hoch ist und stark in den ersten 2 Tagen abfällt. Bei Neugeborenen mit CAH steigt sie aber an. Neugeborene Mädchen haben niedrigere Werte als Jungen. Frühgeborene und gesunde Neugeborene unter Stress haben erhöhte Werte.

Stabilität

Bei 22 °C und 4 °C bis zu 4 Tage.

34.6.7 Pathophysiologie

17-OHP ist ein Gestagen, wird in der Nebenniere gebildet und hat ein MG von 330 D. Während des Menstruationszyklus steigt es gemeinsam mit dem LH an und erreicht seinen Gipfelwert zum Ovulationszeitpunkt. 17-OHP entsteht durch die Hydroxylierung von Progesteron, katalysiert durch die 17-Hydroxylase. Beim 21-Hydroxylasemangel akkumuliert 17-OHP und ist die Basisuntersuchung zur Diagnostik des 21-Hydroxylasemangels. Siehe Abb. 37.1-1 – Biosynthese von Sexualsteroiden.

Patienten mit Androgenisierung zeigen eine Vielzahl klinischer Manifestationen wobei äußerlich Hirsutismus, Alopecie und Akne häufig sind. Physiologisch sezernieren die endokrinen Drüsen die fünf Androgene Dehydroepiandrosteron (DHEA), Dehydroepiandrosteronsulfat (DHEAS), Androstendion, Testosteron und Androstendiol. Androstendiol bindet sowohl an Androgen- als auch an Östrogen-Rezeptoren. Siehe Abb. 37.1-1 – Biosynthese von Sexualsteroiden.

Wichtige Enzymdefekte der hypophysär-hypothalamisch-adrenokortikalen Achse, die eine kongenitale adrenale Hyperplasie und einen Hyperandrogenismus verursachen sind:

• 21-Hydroxylase (CYP21A2)-Mutationen zu etwa 90 %. 21-Hydroxylase, ein Cytochrom P450 Enzym überführt 17-OHP zu 11-Desoxycortisol und Progesteron zu 11-Desoxycorticosteron. Da 11-Desoxycortisol und 11-Desoxycorticosteron Vorläufer von Cortisol und Aldosteron sind, führt ein Verlust des Enzyms zum Mangel beider Kortikoide und zur Anhäufung von 17-OHP, dem besten Biomarker zur Erkennung dieses Enzymdefekts. Mehr als 100 CYP21A2-Mutationen sind bekannt, aber große Deletionen und eine Splicing-Mutation (Intron 2,-13 auf der Splice Acceptor Seite, C-G Substitution), heben die Aktivität des Enzyms auf. Diese Defekte machen 50 % der klassischen CAH-Fälle aus. Da viele Patienten compound heterozygot für mehr als zwei CYP21A2-Allele sind, existiert ein breites Spektrum von Phänotypen des klassischen CAH /4/.
• 11β-Hydroxylase (CYP11A1-Mutationen) in 5–8 % der Fälle. Es resultiert eine Akkumulation von 11-Desoxycorticosteron und 11-Desoxycortisol (Steroid-Vorläufer mit leichter Mineralokortikoid-Wirkung). Eine schwere Virilisierung tritt auf bedingt durch verstärkte Bildung von Androstendion und dessen Umwandlung in Testosteron.
• 3β-Hydroxy-Steroid-Dehydrogenase (HSD3B2) Mutationen in unter 5 % der Fälle. Gestört sind die Synthesewege von Cortisol und Aldosteron mit konsekutiver Umleitung in den Syntheseweg der Androgene.
• 17-Hydroxylase (CYP17A1)Mutationen mit nur etwa 125 bekannten Fällen. Es kommt bei diesem seltenen Defekt zu einer verminderten Bildung von Cortisol und adrenalen Androgenen und Umleitung in den Syntheseweg des Aldosterons. Der 17-Hydroxylase-Mangel manifestiert sich erst ab der Pubertät oder später.

Literatur

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8. Fleming L, van Riper M, Knafl K. Management of childhood congenital adrenal hyperplasia: an adrenal integrative review of the literature. J Pediatr Health Care 2017; 31: 560–77.

9. Rosenfield RL, Ehrmann DA. The pathogenesis of polycystic ovary syndrome (PCOS): the hypothesis of PCOS as functional ovarian hyperandrogenism revisited. Endocr Rev 2016; 37: 467–520.

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34.7 17-Hydroxypregnenolon

17-Hydroxypregnenolon entsteht durch Hydroxylierung von Pregnenolon an der C17-Position, katalysiert durch das Enzym 17-Hydroxylase. Das Molekulargewicht beträgt 332 D. Es handelt sich um ein Prohormon von DHEA. Siehe Abb. 37.1-1 – Biosynthese von Sexualsteroide.

34.7.1 Indikation

Bei Hirsutismus und kongenitaler adrenaler Hyperplasie (CAH):

• Diagnose des 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase (3β-HSD)-Mangels.
• Diagnose des 17-Hydroxylase-Mangels.

34.7.2 Bestimmungsmethode

Radioimmunoassay

34.7.3 Untersuchungsmaterial

Plasma: 1 ml

34.7.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 34.7-1 – Referenzbereiche für 17-Hydroxypregnenolon.

34.7.5 Bewertung

17-OH Pregnenolon wird nur in der Nebennierenrinde gebildet. Der Mechanismus, warum 17-OH Pregnenolon bei Patienten mit 21-Hydroxylasemangel erhöht ist, ist unbekannt /1/. Die Stimulation mit ACTH verursacht keinen nennenswerten Anstieg der Plasmakonzentration des Hormons. Das Verhältnis von 17-OH Pregnenolon zu 17-OHP ist bedeutsam zur Diagnostik des 3β-HSD-Mangels bei CAH. Siehe Tab. 34.7-2 –Bestimmung des Verhältnisses 17-OH Pregnenolon zu 17-OH Progesteron.

Literatur

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2. Mayo Clinic Medical Laboratories.

3. Frank-Raue K, Junga G, Raue F, Korth-Schatz S, Vecsei P, Ziegler R. 3-β-Hydroxysteroiddehydrogenase-Mangel und 21-Hydroxylase-Mangel bei Hirsutismus. Dtsch Med Wschr 1989; 114: 1955–9.

34.8 11-Desoxycorticosteron

11-Desoxycorticosteron, auch als Desoxycorticosteron (DOC) oder 21-Hydroxyprogesteron bekannt, ist ein Steroidhormon das in der Nebenniere gebildet wird. Es hat Mineralokortikoidwirkung und ist ein Vorläufer von Aldosteron. 11-Desoxycorticosteron entsteht durch die 21-Hydroxylase katalysierte Umsetzung von Progesteron und hat zwar eine schwache Mineralokortikoidwirkung aber keine Glucokortikoidaktivität. Die Addition einer OH-Gruppe in Position C11 verleiht dem Molekül Glucokortikoidaktivität, die weitere Hydroxylierung in Position C18 führt zum Mineralokortikoid Aldosteron.

In der Zona fasciculata katalysiert die 11β-Hydroxylase die Transformation von 11-Desoxycortisol und 11-Desoxycorticosteron zu Cortison und Corticosteron. Die Reaktionen werden durch ACTH kontrolliert.

In der Zona glomerulosa katalysiert die Aldosteronsynthase die Umwandlung von Corticosteron in Aldosteron unter Bildung des Intermediärproduktes 18-Hydroxycorticosteron. Diese Reaktion wird im Wesentlichen vom Renin-Angiotensin-II-System und der Konzentration von K⁺ im Serum kontrolliert.

Die homologen Enzyme 11β-Hydroxylase und Aldosteronsynthase werden jeweils von den Genen CYP11B1 und CYP11B2 kodiert.

Siehe Abb. 34.1-2 –Biosynthese adrenokortikaler Steroide.

34.8.1 Indikation

• Mineralokortikoidexzess unklarer Genese.
• Kongenitale adrenale Hyperplasie aufgrund vom 11β-Hydroxylase-Mangel.
• Glukokortikoid-remediable Hyperaldosteronismus.

34.8.2 Bestimmungsmethode

Radioimmunoassay nach Extraktion und Chromatographie.

34.8.3 Untersuchungsmaterial

• Serum: 1 ml
• 24 h-Sammelurin; auf Borsäure sammeln (1 g/100 ml), Sammelurin ins Labor bringen oder Volumen messen und 10 ml zum Versand.

34.8.4 Referenzbereich

• Serum: 20–190 ng/l (61–576 nmol/l) /1/
• Urin: 0,1–0,4 μg/24 h /2/

34.8.5 Bewertung

Die kongenitale adrenale Hyperplasie (CAH) bedingt durch den 11β-Hydroxylase-Mangel ist selten /3/. Die Prävalenz in den Arabischen Ländern beträgt 5–8 % der CAH Fälle was einer Frequenz von etwa 1 Fall auf 100.000 Neugeborene entspricht /4/. Nicht vergleichbar mit dem 21-Hydroxylase-Mangel kommt der 11β-Hydroxylase-Mangel im mittleren Osten und Nordafrika aufgrund von Blutsverwandschaft relativ häufiger vor. In einer Studie /4/ waren betroffene weibliche Neugeborene häufiger virilisiert (Prader score 4/5) und beide Geschlechter hatten ein signifikant fortgeschrittenes Knochenalter und teilweise einen erhöhten Blutdruck. 11-Desoxycortisol und 11-Desoxycorticosteron erwiesen sich als robuste Indikatoren zur Diagnostik des 11β-Hydroxylase-Mangels. Computermodelle von 25 Missense-Mutationen von CYP11B1 zeigten, dass spezifische Modifikationen der Hämbindungsstelle (R374W und R448C) oder der Substratbindungsstelle (W116C) der 11β-Hydroxylase oder Änderungen in der Stabilität (L299P und G267S) eine schwere Erkrankung voraussagen können /4/.

Literatur

1. Kratz A, Ferraro M, Schluss PM, Lewandrowski KB. Laboratory reference values. N Engl J Med 2004; 351: 1548–63.

2. Hornung J, Gless KH, Abdelhamid S, Vielhauer W, Vecsei P. Radioimmunoassay of free urinary 18-hydroxy-deoxycorticosterone (18-OH-DOC) in patients with essential hypertension. Clin Chim Acta 1978; 87: 181.

3. Vinson GP. The mislabelling of deoxycorticosterone: making sense of corticosteroid structure and function. J Endocrinol 2011: 211: 3–16.

4. Khattab A, Haider S, Kumar A, Dhawan S, Alam D, Romero R, et al. Clinical, genetic, and structural basis of congenital adrenal hyperplasia due to 11β-hydroxylase deficiency. PNAS 2017; E1933-E1940. doi: 10.1073/pnas.1621082114.

5. Elmlinger MW, Kühnel W, Ranke MB. Reference ranges for serum concentrations of lutropin (LH), follitropin (FSH), estradiol (E2), prolactin, progesterone, sex hormone-binding globulin (SHBG), dehydroepiandrosterone sulfate (DHEAS), cortisol and ferritin in neonates, children and young adults. Clin Chem Lab Med 2002; 40: 1151–60.

6. Mayo Clinic Medical Laboratories.

34.9 Dehydro­epian­drosteron­sulfat (DHEAS)

Die Zirkulation Großer Mengen an Dehydroepiandrosteron (DHEA) und sein Sulfatester DHEAS lassen eine wichtige Rolle in der Physiologie des Organismus vermuten.

DHEA und DHEAS sind mengenmäßig die wesentlichen Sekretionsprodukte der Nebennieren und die Vorläufer der androgenen und östrogenen Steroide /1/. P450c17 ist ein Enzym, dass die Aktivitäten der 17-Hydroxylase (17 Monooxygenase, EC1.14.99.9) und der 17,20 Lyase zur Synthese der Steroidhormone beinhaltet. Die 17-Hydroxylase katalysiert die Reaktion von Pregnenolon zu 17-Hydroxypregnenolon und wandelt Progesteron in 17-Hydroxyprogesteron um. Die 17 hydroxylierten Steroide können dann, vemittelt durch die 17,20 Lyase, in Dehydroepiandosteron oder Androstendion umgewandelt werden. Die beiden letzteren Steroide sind Vorläufer des Testosterons und der Östrogensynthese, während 17-Hydroxyprogesteron der wichtigste Vorläufer der Cortisolsynthese ist /2/.

Siehe Abb. 34.1-2 – Synthesewege der Steroide in der Nebennierenrinde.

Die Enzyme zur Transformation von DHEA zu DHEAS und umgekehrt, die Sulfotransferasen zur Konjugation und die Sulfatasen zur Hydrolyse, sind in vielen Geweben vorhanden. Die in der Zirkulation befindlichen Konzentrationen von DHEAS sind etwa 1.000-fach höher als die von DHEA.

Der Konzentrationsverlauf von DHEA im Plasma ist dem des Cortisols vergleichbar zeigt aber eine erheblich geringere intraindividuelle Variation. DHEA und DHEAS stehen im Gleichgewicht. Da im Vergleich zu DHEA die Konzentration von DHEAS besser zu bestimmen und die Halbwertszeit mit 7–9 h länger ist und somit die tageszeitlichen Schwankungen geringer sind, wird der Bestimmung von DHEAS der Vorzug gegeben.

In Organen wie den Gonaden, aber auch der Haut, wandeln die Steroidsulfatasen DHEAS wieder in DHEA um, das dann die Ausgangssubstanz für stärkere Androgene und Östrogene ist.

34.9.1 Indikation

• Verdacht auf Überschuss der Androgenproduktion bei jungen Frauen (tiefe Stimme, Haarausfall, Akne, Maskulinisierung, Geschlechtsmerkmale zweideutig).
• Verdacht auf Androgenüberschuss bei jungen Männern (vorzeitige Pubertät, vorzeitige Schambehaarung, vorzeitige Vergrößerung des Penis, tiefe Stimme als Jugendlicher).
• Differentialdiagnose des Hirsutismus und Virilismus.
• Verdacht auf NNR-Tumor, insbesondere Karzinom.
• Bei primärer NNR-Insuffizienz zur Beurteilung der Funktion der Zona reticularis.
• Nicht klassische kongenitale adrenale Hyperplasie.

34.9.2 Bestimmungsmethode

• DHEA: Radioimmunoassay und Immunoassays mit und ohne Extraktion.
• DHEAS: Immunoassays ohne Extraktion.

Beide Parameter mit LC-MS/MS.

34.9.3 Untersuchungsmaterial

Serum: 1 ml

34.9.4 Referenzbereich

Siehe Tab. 34.9-1 – Referenzbereiche für DHEAS.

34.9.5 Bewertung

Während der Schwangerschaft wird DHEAS von der fetalen Nebenniere in großen Mengen gebildet und dient der Plazenta als Vorläufer zur Synthese von Östrogenen.

Nach der Geburt fällt DHEAS stark ab (80 %) und steigt erst wieder bei Jungen im Alter von 7–8 J. an. Im Alter von 20–25 J. erreicht DHEAS bei beiden Geschlechtern Gipfelwerte, die in etwa denen der Neugeborenen entsprechen. Im Alter von 40–60 J. kommt es zu einem stärkeren Abfall der Werte, die etwa nur noch 20 % des Gipfelwertes entsprechen und führt zu einer Reduktion von Androgenen und Östrogenen in den Zielgeweben.

Bei Frauen führen erhöhte Konzentrationen von DHEA und DHEAS zu Symptomen des Hyperandrogenismus, bei Männern ist das nicht der Fall. Milde bis moderate Erhöhungen sind oft idiopathischer Natur. Bei Männern kommt es bei stärkerer Erhöhung durch Umwandlung in Östrogene zu deren Erhöhung.

DHEA vermittelt seine Wirkung über verschiedene Signalwege und nimmt dabei spezifische Membranrezeptoren in Anspruch oder wirkt über eine Umwandlung in Androgene und Östrogene über deren spezifische Rezeptoren /3/. Die Aktionen umfassen die Aktivierung der NO-Synthase, Modulation von Rezeptoren der γ-Aminobuttersäure, die Aktivierung von N-methyl-Aspartat, die differenzierte Expression von Entzündungsmarkern und von reaktiven Sauerstoffspezies. Anhand klinischer und epidemiologischer Studien wird vermutet, dass niedrige DHEA Konzentrationen mit ischämischer Herzerkrankung, endothelialer Dysfunktion und Atherosklerose assoziiert sein könnten. DHEA, das früher als ein intermediäres Steroid auf dem Wege der Biosynthese der Sexualhormone betrachtet wurde, scheint nach neueren Untersuchungen selbst wichtige Funktionen zu haben /3/.

Zur klinischen Bedeutung von DHEAS bei hyperandrogenen Störungen siehe Tab. 34.9-2 – Verhalten von DHEAS bei Hyperandrogenismus.

34.9.6 Hinweise und Störungen

Referenzbereiche

Sind alters- und geschlechtsabhängig. Mit steigendem Alter sind die Referenzbereiche niedriger. Männer haben gegenüber gleichaltrigen Frauen höhere Werte, für DHEAS /4/.

Stabilität

Lagerung der Serumproben bei 22 °C oder 4 °C für 4 Tage möglich.

Einflussgrößen

Die Freisetzung von in der NNR gebildeten Androgenen wird durch ACTH und nicht durch Gonadotropine stimuliert. Deshalb kann die Synthese der NNR-Androgene durch Gabe von Glukokortikoiden supprimiert werden.

Literatur

1. Goodarzi MO, Carmina E, Azziz R. DHEA, DHEAS and PCOS. J Seroid Biochem Molecular Biol 2015; 145: 213–25.

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6. Mayo Clinic Medical Laboratories.