Einleitung
Einleitung
Es gibt keine einheitliche Biomarker-Definition. Je nach Fachgebiet
wird der Begriff Biomarker z. T. in sehr unterschiedlicher Weise
angewendet. In der Medizin können Biomarker als messbare Produkte, die als
Indikatoren z. B. für Umweltbelastungen oder Krankheiten
herangezogen werden können, definiert werden. Man kann zwischen integralen
und spezifischen Biomarkern unterscheiden, wobei integrale Biomarker eine Menge
von möglichen Abweichungen anzeigen, während spezifische Biomarker
einzelne Indikatoren für eine konkrete Situation, z. B. einen
Stoffwechselschritt, beschreiben. Bezogen auf die Medizin sind Biomarker somit
Faktoren, die sich aus Körperflüssigkeiten oder Zellen isolieren und
meist auch quantifizieren lassen und einen (medizinischen) Zustand anzeigen.
Sie haben somit im Idealfall eine diagnostische Aussagekraft, eignen sich zur
Prognoseabschätzung, zu Therapieentscheid und -steuerung sowie zur
Einschätzung der Schwere der zugrunde liegenden Erkrankung. Sie
können z. B. auf das Fortschreiten einer Erkrankung hinweisen oder
den Behandlungserfolg oder -misserfolg definieren. Entscheidend ist für
den praktischen Einsatz in der Medizin, ob ein oder mehrere Biomarker für
die erwartete Zielaussage eine hohe Spezifität und Sensitivität
besitzen, die diagnostische mit anderen Methoden erzielbare Aussage
erhärten oder bestätigen können. Ist das nicht der Fall oder
wird der/die Biomarker von Störfaktoren beeinflusst, ist die Bestimmung
des/der Biomarker nur bedingt verwertbar oder sinnlos.
Es gibt im pneumologischen Fachgebiet keine Erkrankung, zu der nicht
irgendein Biomarker evaluiert wurde. Ziel dieser Übersicht ist es, an
pneumologisch wichtigen Erkrankungen die Wertigkeit neuerer Biomarker oder
älterer Biomarker, zu denen es neuere, für die praktische Anwendung
wichtige Studienergebnisse gibt, exemplarisch vorzustellen.
Die Fülle der möglichen Biomarker ist unübersehbar
und variiert ständig, weil täglich neue hinzukommen oder alte
verworfen werden. Ungeachtet dessen haben sich viele Biomarker in der
pneumologischen Diagnostik durchgesetzt und besitzen eine überaus wichtige
Aussagekraft mit entsprechender Konsequenz für die Therapiesteuerung, wie
z. B. aus dem Blut bestimmte Laborwerte. Wegen dieser
Informationsfülle und aus Gründen der besseren Übersicht konnten
in dieser Übersicht nur Teilaspekte dieses Themas beleuchtet werden. Der
Fokus liegt auf Biomarkern nicht maligner Erkrankungen. Zudem wurden Aspekte
zur Genetik und die broncho-alveoläre Lavage (BAL) ausgeklammert. Wo eine
Abschätzung der Wertigkeit bestimmter Biomarker möglich und eine
solche anerkannt ist, wurde diese vorgenommen.
COPD
COPD
Ziel der ECLIPSE-(Evaluation of COPD Longitudinally to identify
Predictive surrogate End-points)-Studie ist es unter anderem, mit Hilfe von aus
dem Blut, Urin, Sputum und Atemkondensat zu bestimmenden Biomarkern
COPD-Subgruppen zu identifizieren [1]. Alleine die
Durchführung eines solchen Studienansatzes weist darauf hin, dass es keine
Biomarker gibt, mit denen sicher z. B. zwischen einem Asthma und einer
COPD oder zwischen Therapie-Responder oder -non-Responder unterschieden werden
kann oder die eine für den praktischen Patientenumgang bedeutungsvolle
prognostische Aussage erlauben würden.
Sputum
Der in den Atemwegen der COPD und damit auch im Sputum
dominierende Zelltyp sind die neutrophilen Granulozyten [2]. Der steigende Anteil von Sputumneutrophilen ist mit
steigenden Sputumkonzentrationen von IL- (Interleukin) 8 und MPO
(Myeloperoxidase) und mit einem schnelleren FEV1-Abfall pro Jahr
assoziiert [3]. Eine erhöhte
Sputum-Eosinophilenanzahl (≥ 1,3 %) ist dagegen mit
einem besseren Therapieansprechen (FEV1, Dyspnoesymptomatik, Gehstrecke) auf
Kortikosteroide assoziiert, als bei Patienten, bei denen im Sputum eine
neutrophile Entzündung dominierte [4]
[5]. Im Sputum sind in der Vergangenheit darüber hinaus
eine Fülle von Entzündungsmediatoren quantifiziert worden, die mit
der COPD und der Lungenfunktionseinschränkung korrelieren sollen,
z. B. IL-8, LTC-4, MCP-1, Lipocalin, Metallo- und andere -Proteasen,
diverse Leukotriene und Proteasen [6]
[7]
[8].
Während einer Exazerbation steigen die im Sputum gemessenen
Entzündungsmediatoren und der Anteil an neutrophilen Granulozyten an. Das
Vorhandensein einer bakteriellen bronchialen Infektion korreliert mit dem
Anteil neutrophiler Granulozyten im Sputum. Eine gelbliche oder
gelb-grünliche Verfärbung des Sputums weist ebenfalls auf einen
bakteriellen Infekt hin und gilt als Marker zur Indikation einer
Antibiotikatherapie [9]. Darüber hinaus erwies sie
sich als positiver prognostischer Marker eines Antibiotikatherapieerfolgs
[9]. Obwohl der Eosinophilenanteil im Sputum eher ein
Charakteristikum des Asthmas ist, wurde auch bei der COPD ein solcher Anstieg
sowohl in der stabilen Erkrankungsphase als auch während der Exazerbation
mit erhöhten ECP-(eosinophiles cationisches Protein)-Werten beobachtet.
Darüber hinaus wurden bei der Exazerbation sowohl in der
Bronchialschleimhautbiopsie als auch im Sputum erhöhte CD-8-positive
T-Lymphozyten und reduzierte CD-4-positive T-Zellen nachgewiesen
[10]
[11]
[12].
Das Sputum eignet sich bei ordnungsgemäßer Abnahme zur
bakteriologischen Diagnostik einschließlich Keimisolation, Bestimmung der
Keimzahl und Durchführung eines Antibiogramms [13]
[14]. Zusammenfassend hat nur die
Beurteilung der Sputumfarbe und die aus dem Sputum durchführbare
bakteriologische Diagnostik Eingang in die tägliche Routine gefunden,
nicht jedoch die Fülle aller anderen Sputum-Biomarker [15]
[16]
[17].
Bronchialschleimhautbiopsie
In der Bronchialschleimhautbiopsie ([Abb. 1] u. [2])
wurden bei einer Exazerbation mehr eosinophile Granulozyten, Lymphozyten,
Eotaxien, CCR-3 nachgewiesen [11]
[18]
[19].
Abb. 1 Lungenbiopsie bei
einem COPD-Patienten mit einem ausgeprägten Lungenemphysem und
Mischstaubsilikose; v. Gieson Färbung, × 5. A:
Emphysemblasen, B: Staubeinlagerungen.
Abb. 2 Lungenbiopsie bei
einem COPD-Patienten mit einem Lungenemphysem. Deutlich sind die Ansammlungen
von mononukleären und granulozytären Zellen (Pfeile) erkennbar; v.
Gieson, × 20. A: Emphysemblasen, B: Pulmonalarteriole.
Zudem steigt auch der Anteil von Neutrophilen und deren
Stoffwechselprodukte während einer Exazerbation an, ohne dass sich die
chemotaktischen Eigenschaften vom Sputum erhöhen [20]. Schleimhautbiopsien der Atemwege haben für die
COPD-Diagnostik- und Therapiesteuerung keine Wertigkeit in der täglichen
Praxis sind aber evtl. für klinische Medikamentenprüfungen zur
Evaluation etwaiger Medikamentenwirkungen auf zellulärer Ebene bzw.
pathophysiologischer Zusammenhänge aus wissenschaftlicher Sicht
interessant.
Atemkondensat
Im Atemkondensat wurden bei COPD-Patienten u. a. pH, H2O2,
Zytokine, Leukotriene, Isoprostane, Nitrit/Nitrat und für den oxidativen
Stoffwechsel bedeutsame Entzündungsmarker quantifiziert
[21]. Viele dieser Marker korrelierten mit klinischen
Parametern. So wurden z. B. H2O2, Interleukine, Leukotriene,
Prostaglandin E2 (PGE2) und 8-Isoprostane bei der Exazerbation erhöht
gemessen oder sie sinken bei einer erfolgreichen Therapie im weiteren Verlauf
nach Exazerbation. Eine gute Lungenfunktion (FEV1) prädisponiert dagegen
für niedrige Entzündungsmarker im Atemkondensat und umgekehrt
[22]
[23]
[24]. Die Daten sind aber nicht einheitlich, was vor allem
an dem methodischen Problem der im Atemkondensat niedrigen, meist knapp
über der unteren Nachweisgrenze gemessenen Substanzkonzentrationen liegt
[21]. Zudem ist die Reproduzierbarkeit von der Sammel-
und Analysetechnik der Exhalatflüssigkeit abhängig, und die Methode
ist bis heute nicht verlässlich validierbar, was eine Vergleichbarkeit
zwischen den publizierten Studien erschwert [25]
[26]
[27].
Exhaliertes Stickstoffmonoxid (FeNO)
Die Höhe des exhalierten Stickstoffmonoxids (FeNO) korreliert
mit dem Anteil eosinophiler Granulozyten in den Atemwegen, weswegen sie sich in
der Asthmadiagnostik (s. u.) eignet [28]
[29]
[30]
[31]. Da in den Atemwegen von
COPD-Patienten typischerweise ein erhöhter Neutrophilenanteil dominiert
und zudem Zigarettenrauchen FeNO senkt, besitzen FeNO-Messungen bei der
stabilen COPD keinerlei zusätzlichen Aussagewert [29]
[31].
Labordiagnostik aus dem Blut
Wie auch schon im Sputum und in der BAL sind bei COPD-Patienten im
Vergleich zu den gesunden Kontrollen die Neutrophilenzahlen im peripheren Blut
zusammen mit dem zellulären Aktivitätsstatus dieser Zellen
erhöht. Auch der Anteil an zirkulierenden CD-8-positiven T-Lymphozyten ist
höher als bei den nicht rauchenden Kontrollen [32].
Pulmonale Kachexie und Muskelatrophie korrelieren mit einem Anstieg der
systemischen Inflammation, gemessen an erhöhten TNFα, IL-6 und
Interferon-Gamma-Spiegeln [33]
[34]. Im Vergleich zu gesunden Kontrollen waren des Weiteren
folgende Mediatoren im Blut von COPD-Patienten erhöht gemessen worden:
IL-8, MMP-9, MCP-1, VEGF (vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor), ECP,
MPO, ICAM, CD40L und Endothilin-1 [35]. Zusätzlich
steigen während der Exazerbation die Plasmaspiegel für Fibrinogen
(Fbg) und IL-6 und einige andere an, einschließlich ECP, löslicher
IL-5-Rezeptor alpha, Interferon-induziertes Protein C oder Plasmaamyloid A
[36].
Das C-reaktive Protein (CRP) wurde bei COPD-Patienten im Blut
erhöht gemessen und als mortalitätshinweisender und damit
prognostisch bedeutsamer Faktor diskutiert [7]. Insgesamt
zeigen die CRP-Studien allerdings ein uneinheitliches Ergebnis, da nicht alle
Patienten mit einer Exazerbation auch erhöhte CRP-Spiegel aufwiesen. Zudem
sind erhöhte CRP-Konzentrationen unspezifisch und lassen weder eine
verlässlich Aussage über die zugrunde liegende Infektion (Bakterien
oder Viren) noch eine prognostische Aussage über den weiteren
Erkrankungsverlauf in Bezug auf COPD-Exazerbationsrate, die Lungenfunktion oder
die Hospitalisierungsrate zu [37].
Im Gegensatz zur ambulant erworbenen Pneumonie wird die Bedeutung
einer Procalcitonin-basierten Therapiesteuerung bei der COPD-Exazerbation bzgl.
der Überlegenheit gegenüber dem bisher praktizierten
Standardverfahren kontrovers diskutiert [7]
[38]
[39]. Eine Erniedrigung des im
Blut gemessenen Fbg-/CRP-Quotienten korrelierte allerdings mit dem Anstieg der
Mortalität (all-cause Mortalität [40]).
Gleiches wurde auch bei einem erniedrigten Hb-Wert (< 13 g/dl)
beobachtet [41].
BNP (B-type natriuretic peptide) ist ein 32-Aminosäuren
umfassendes Peptid, das vor allem in beiden Herzkammern freigesetzt wird. Die
inaktive Form (Nt-proBNP = N-terminales Frament) wird
für die Diagnostik verwendet und verbessert zusammen mit den schon
bekannten kardialen Risikofaktoren die Prognoseabschätzung bei einer
Herzinsuffizienz und die der Risikostatifikation nach einem akuten
Koronarsyndrom [42]
[43]
[44]
[45]
[46].
BNP hat eine Fülle von physiologischen Aufgaben, so u. a. den
Natriumhaushalt, die Diurese und es wirkt vasodilatatorisch. Unter anderem
wirkt die myokardiale Dehnung als Stimulus zur BNP-Freisetzung, weswegen
erhöhte BNP-Plasmaspiegel bei der Herzinsuffizienz, aber auch bei einer
Erhöhung des rechtsventrikulären Drucks gemessen werden
[46]
[47]
[48]. Bei der COPD-Exazerbation lagen die BNP-Spiegel im
Mittel um ca. ⅓ höher als in der anschließenden
Erholungsphase (65 pg/ml vs. 45 pg/ml,
p < 0,001). Intensivpflichtige Patienten wiesen sogar noch
höhere BNP-Werte auf (105 pg/ml) und besaßen damit einen
schwach positiven prädiktiven Wert für die Intensivpflichtigkeit (HR
1,13; 95 %-Konfidenzintervall 1,03 – 1,24, ab
BNP 100 pg/ml, p = 0,008), nicht aber für ein
erhöhtes Mortalitätsrisiko [39].
Pathophysiologisch wird als Ursache für die BNP-Erhöhung eine
hypoxiebedingte Kontraktion der Pulmonalarterien mit konsekutiver Steigerung
des rechtsventrikulären Drucks angenommen [39],
obwohl bei der Exazerbation auch eine begleitende linksventrikuläre
diastolische Funktionsstörung mit valvulärer Dysfunktion und in der
Folge eine Rechtsherzbelastung in Frage kommen könnten [49]
[50]. Der BNP-Wert erlaubt eine
Differenzierung, ob bei einer geklagten Dyspnoe primär eine dekompensierte
Herzinsuffizienz oder eine pulmonale Ursache zugrunde liegt, da eine
Herzerkrankung mit sehr hohen Werten (im Mittel 731 pg/ml) einhergeht.
Sie erlauben aber keine Unterscheidung, ob sie durch eine primär kardiale
Erkrankung oder bei pulmonalen Erkrankungen mit sekundärer Herzbelastung
erhöht gemessen wurden. Die hohe Streubreite dieser Werte weist darauf
hin, dass auch der BNP-Wert die Standarddiagnostik nur unterstützt
[46]
[51]. [Abb. 3] gibt eine konkrete diagnostische
Abschätzung der Werte in der Herzinsuffizienzdiagnostik.
Abb. 3 a Je höher die
BNP-Serumspiegel sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer
Herzinsuffizienz. b Bei Patienten mit einer chronischen
Herzinsuffizienz sind die BNP-Basiswerte erhöht, was den Aussagewert der
BNP-Bestimmung einschränkt. Zudem besteht eine Altersabhängigkeit.
Der Graubereich liegt zwischen 100 und 400 pg/ml. Die angegebenen Werte
haben eine sehr hohe Herzinsuffizienzwahrscheinlichkeit [46]. BNP = B-type natriuretic
peptide
Zusammenfassend ist es auch mit Plasma-Biomarkern bei der COPD
nicht möglich, den Erkrankungszustand (Schwere) auf verlässliche Art
und Weise näher zu charakterisieren. Sie erlauben für den
individuellen Patienten keine verlässliche prognostische Aussage über
die weitere Erkrankungsentwicklung bzw. die Notwendigkeit der Einleitung oder
des Absetzens bestimmter Therapien, auch wenn einzelne Studien auf eine solche
Möglichkeit hindeuten [52]. Erhöhte
BNP-Serumwerte weisen lediglich auf eine gleichzeitige Herzbelastung hin.
Alpha-1-Antitrypsin-Mangel
Alpha-1-Antitrypsin-Mangel
Im Gegensatz zur COPD wird der autosomal dominant vererbte
Alpha-1-Antitrypsin-Mangel mittels aus dem Blut bestimmbarer Parameter
gesichert, auf denen die Indikation zur Substitutionstherapie basiert
[53]
[54]. Bei symptomatischen
Patienten im Alter von unter 45 Jahren mit einem Lungenemphysem
(FEV1 < 65 % des Sollwertes,
FEV1-Abfall/Jahr > 120 ml bei
FEV1 > 65 % vom Sollwert) oder bei Neugeborenen,
Kindern und älteren Erwachsenen mit Lebererkrankungen unklarer Genese oder
einer Alpha-1-Antitrypsin-Mangelkrankheit in der Familie sollten die folgenden
Tests durchgeführt werden [53]
[55]
[56]
[57]:
-
Plasma-Protein-Elektrophorese: Bei einem
Alpha-1-Antitrypsinmangel ist die alpha1-Globulinfraktion erniedrigt. Im
positiven Fall
-
Quantifizierung des Alpha-1-Antitrypsin-Serumspiegels, der im
positiven Fall < 40 % des Sollwertes (radiale
Immundiffusion < 80 mg/dl, Nephelometrie
50 mg/dl; 11 µM) betragen würde. Im positiven Fall ist
eine
-
Phänotypisierung mittels isoelektrischer Fokussierung aus
dem Serum empfohlen, der im positiven Fall einen Phänotyp PiZ oder PiSZ
zeigt.
-
Die Genotypisierung ist nur bei speziellen Fragestellungen
notwendig.
Ferner müssen bei diesen Patienten ein IgA-Mangel, ein
fortgesetzter Nikotinabusus (Nachweis mittels HbCO, Urin-Cotinin), ein
dekompensiertes Cor pulmonale und eine Unverträglichkeit gegenüber
Blutprodukten ausgeschlossen werden, da dies Ausschlusskriterien für eine
Alpha-1-Antitrypsin-Substitutionstherapie sind.
Asthma bronchiale
Asthma bronchiale
Sputum
Die eosinophilen Granulozyten und das ECP sind in
80 % aller steroidnaiven Asthmatiker im Vergleich zu gesunden
Kontrollen erhöht. Die Sputum-Eosinophilenzahl korreliert mit der
Asthmaschwere, der bronchialen Hyperreagibilität, der
Peakflow-Variabilität und der Schwere der Asthma-Symptomen-Scores
[58]. Bei Asthmapatienten mit einer Allergie führt
die Inhalation eines Allergens zu einem Anstieg der Sputum-Eosinophilenzahl,
die sich therapeutisch durch eine inhalative Kortikosteroidtherapie senken
lässt. Ein Absetzen einer Kortikosteroidbehandlung führt wieder zu
einem Anstieg der Sputum-Eosinophilenmenge. Parallel zu den Eosinophilenzahlen
steigen die Sputumkonzentrationen von IL-5 (für Eosinophile ein
chemotaktisch wirksames Interleukin), MPO, TNF-α, ECP und andere an
[59]
[60].
Hohe Eosinophilenzahlen im Sputum sind prädiktiv für
eine Zunahme von Asthmasymptomen und gehäuften Exazerbationen nach
Reduktion oder Absetzen inhalativer Kortikosteroide. Umgekehrt zeigen
absinkende Eosinophilenzahlen den Therapieerfolg einer inhalativen
Kortikosteroidtherapie mit Reduktion der Exazerbationsrate und asthmabedingter
Krankenhausaufnahmen an [61]. Die Diskriminierung
zwischen COPD und Asthma ist anhand der Eosinophilenzahlen im Regelfall
möglich, wird allerdings in seiner Aussagekraft dadurch
eingeschränkt, dass auch COPD-Patienten eine erhöhte
Eosinophilenanzahl im Sputum und in der BAL aufweisen können. Eosinophile
im Sputum und in der BAL sind bei der COPD mit einem guten Therapieansprechen
im Sinne einer höheren Verbesserung der FEV1 unter inhalativen
Kortikosteroiden assoziiert als bei Patienten, bei denen im Sputum ein hoher
Neutrophilenanteil dominiert [62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67].
Bronchialschleimhautbiopsie
Biopsien der Bronchialschleimhaut imponieren bei steroidnaiven
Patienten durch vermehrte eosinophile Granulozyten, Lymphozyten und Mastzellen
im subepithelialen Gewebe sowie der Verbreiterung der Basalmembran und der
inflammatorischen Schädigung der Bronchialepithelschicht, die
Abschilferung. Umgekehrt konnte bei einem solchen Befund der restitutive Effekt
einer inhalativen Kortikosteroidtherapie in eine post-therapeutische
Folgebiopsie eindrucksvoll belegt werden [68].
Bioptischen Verfahren beim Asthma kommen in praxi weder eine diagnostische noch
prognostische Bedeutung zu, auch wenn in Medikamentenstudien der Therapieerfolg
eines Medikaments mittels Bronchialschleimhautbiopsie als Surrogatparameter
eindrucksvoll belegt wurde [69].
Zusammenfassend haben in der Routinediagnostik des Asthmas weder
die Sputumuntersuchungen noch auf bronchoskopischen Verfahren basierenden
Untersuchungen einen Stellenwert, auch wenn in Studien der Therapieerfolg von
z. B. einer inhalativen Kortikosteroidtherapie mittels Reduktion von
Entzündungszellen und/oder Entzündungsmediatoren in der
Bronchialschleimhautbiopsie, in der BAL oder im Sputum nachgewiesen wurde. Die
gute mittels klinischer Evaluation und Lungenfunktion mögliche
Therapiesteuerung rechtfertigt die genannten methodisch aufwendigen Verfahren
allenfalls für wissenschaftliche Fragestellungen.
FeNO
In unbehandelten Asthmapatienten ist das ausgeatmete
Stickstoffmonoxid (FeNO) erhöht und korreliert mit der
Eosinophileninflammation der Atemwege atopischer (Asthma-) Patienten.
FeNO-Konzentrationen korrelieren ferner mit dem Ausmaß der bronchialen
Hyperreagibilität, der Reversibilität auf einen Bronchodilatator, der
Positivität eines Allergen-Haut-Pricktests, Serum-IgE-Spiegel und
Bluteosinophilenmenge. Nicht allergische Asthmapatienten weisen gegenüber
Gesunden allerdings einen nur marginal erhöhten FeNO-Wert auf. Die
Allergie ist somit die FeNO beeinflussende Erkrankung und weniger das Asthma
[70]
[71]
[72].
Sinkende FeNO-Werte zeigen die Effektivität einer
antiinflammatorischen Medikation an, da eine erfolgreiche inhalative
Kortikosteroidtherapie mit Reduktion der bronchialen Entzündung auch die
FeNO-Werte reduziert. Allerdings zeigen Studien, in denen die Effektivität
der Therapiekontrolle zwischen FeNO und der Lungenfunktion/klinische
Untersuchung miteinander verglichen wurde, dass die mittels FeNO geführten
Patienten statistisch gegenüber den mittels Lungenfunktion geführten
Patienten therapeutisch nicht überlegen sind [73]
[74]. Ganz im Gegenteil
erhöhte sich sogar der inhalative Kortikosteroidverbrauch, ohne dass sich
die Lungenfunktion zusätzlich verbesserte, weswegen die FeNO-gesteuerte
Therapie wahrscheinlich sogar eine Übertherapie bewirkt
[74]
[75]. Damit eignet sich FeNO
allenfalls nur bedingt zur Therapiesteuerung, obwohl erhöhte Werte mit
einem erhöhten Asthmaexazerbationsrisiko assoziiert wurden
[75].
Wegen der zahlreichen Einflussfaktoren und der intraindividuellen
Schwankungsbreiten gibt es derzeit keine allgemein anerkannten Referenzwerte,
obwohl verschiedene Versuche unternommen wurden, solche zu erstellen.
Wesentliche Einflussfaktoren sind: Art der Erkrankung, Atemtechnik
(Ausatemfluss), Patientenalter, Körpergröße, Geschlecht,
Atopiestatus und Raucherstatus [27]
[29]
[30]
[75]
[76]
[77]
[78]. Das Ausmaß dieser
Einflussfaktoren auf die FeNO-Messwerte wurde aber in Studien unterschiedlich
bewertet. Olin et al. erstellten an 1131 gesunden Nichtrauchern Normwerte
für FeNO ([Tab. 1]), die auf den empfohlenen
Ausatemfluss von 50 ml/Sekunde [28] normiert
wurden [79].
Tab. 1 Obere FeNO-Grenzwerte
(ppb), die an 1803 gesunden Nichtrauchern erhoben wurden [79].
Körpergröße
|
Alter
|
|
25 – 34 Jahre
|
35 – 44 Jahre
|
45 – 54 Jahre
|
55 – 64 Jahre
|
65 – 75 Jahre
|
< 160 cm
|
24,0
|
24,5
|
28,8
|
31,5
|
34,1
|
160 – 169 cm
|
27,4
|
29,7
|
32,8
|
35,9
|
38,9
|
170 – 179 cm
|
31,2
|
34,1
|
37,3
|
40,9
|
44,3
|
180 – 189 cm
|
35,5
|
38,9
|
42,5
|
46,5
|
50,4
|
> 190 cm
|
40,4
|
44,3
|
48,4
|
53,0
|
57,4
|
Basierend auf diesem nicht allergischen Normalkollektiv ergibt
sich folgende FeNO-Normalwerteformel:
FeNO = – 0,0026 + 0,013 × Körpergröße (cm) + 0,01 × Patientenalter
(Jahre)
Biomarker im Blut
Wie auch im Sputum, in der BAL und in den
Bronchialschleimhautbiopsien so findet sich auch im Blut von Asthmapatienten
eine erhöhte Eosinophilenzahl. Die Behandlung mit Kortikosteroiden
führt zu einer Reduktion der Eosinophilenzahl, des ECP und des EPO
[80]. Bei Asthmatikern wurden im Blut zudem erhöht
gefunden: Eotaxin, IL-4, IL-5, CCR-4, Ligand, TARC und MCP-4
[81]
[82]
[83]. Bei Allergikern ist zudem der Serum-IgE-Spiegel
erhöht, der bei Asthmapatienten des Schwergrades IV für die
Indikation einer Omalizumab-Behandlung mit entscheidend ist. Hohe
Serum-IgE-Spiegel und eine erhöhte Eosinophilenzahl im Blut sind typisch
für das allergische Asthma, welches somit gut von einer COPD unterschieden
werden kann [84].
Pneumonie
Pneumonie
Bakterielle Infektionen und Sepsis sind die häufigsten Ursachen
von Morbidität und Mortalität bei intensivpflichtigen internistischen
Krankheitsbildern, wobei die ambulant erworbene Pneumonie
(CAP = community aquired pneumonia) altersabhängig
mit einer Inzidenz von 1,6 – 10,6 / 1000
Erwachsenen die am häufigsten zum Tode führende Infektionskrankheit
darstellt. Eine schnelle und richtige Diagnosestellung sowie eine
leitliniengerechte Therapie und Therapiesteuerung verbessert die Prognose
dieser Patienten [15]
[85]
[86]
[87]
[88].
Ein Therapieversagen stellt bei diesen Patienten einen unabhängigen
Risikofaktor für eine erhöhte Mortalität dar, wie die
CAPNETZ-Studie (German competence network for community-acquired pneumonia)
zeigte [89]. Daher sind gerade bei diesen Patienten die
individuelle Risikoabschätzung und die zeitnahe
Therapieüberprüfung auch mit Hilfe von Biomarkern wichtig. Die
wichtigsten klinischen Indizes sind vor allem die im CRB-65 Index subsumierten
Parameter (confusion, respiratory rate [≥ 30
Atemzüge/Minute], low blood pressure
[systolisch < 90,
diastolisch ≤ 60 mm Hg], age
[≥ 65 Jahre]). Dem gegenüber stehen eine Fülle
von im Blut quantifizierbaren Parametern, die einzeln oder kombiniert in der
Diagnostik, Therapiesteuerung und/oder zur Prognoseabschätzung
infektiöser Erkrankungen der Lunge und bei Sepsis Anwendung fanden bzw.
finden: CRP, Leukozytenmenge, Procalcitonin (PCT), Zytokine und deren
Rezeptoren (z. B. IL-1β, TNF-α, IL-6, IL-8), pro-endothelin-1,
pro-Adrenomedullin, Nitrit, RBEF (pre-B-cell colony enhancing factor), CXC
Chemokine, Surfactantproteine, sTREM-1 (soluble triggering receptor expressed
on myeloid cells -1), suPAR (soluble urokinase-type plasminogen activator
receptor), MIF (cytokine macrophage migration inhibitory factor),
Wachstumsfaktoren (prostaglandin derived growth factor [PDGF], colony
stimulating factor [CSF] tissue growth factor [TGF]),
Lipopolysaccharid bindendes Protein (LBP), metabolische Marker (z. B.
Colsterin) und BNP oder Quotienten zweier verschiedener Marker (z. B.
IL-6/TNFα) [90]
[91]
[92]
[93]
[94]
[95]
[96]
[97].
Marker mit der bei der Pneumonie höchsten Wertigkeit für
Prognose und Therapiesteuerung sind PCT, CRP und Leukozytenmenge
[95]. In der CAPNETZ-Studie lagen bei den 70
(4,2 %) verstorbenen CAP-Patienten die PCT-Plasmaspiegel
signifikant über denen derer, die in dem 28-tägigen
Beobachtungszeitraum nicht verstarben. PCT korrelierte ferner mit der
Erkrankungsschwere und hatte einen mit dem CRB-65-Index vergleichbaren
Vorhersagewert. Die prognostische Wertigkeit von CRP und Leukozytenhöhe
lag dagegen im Vergleich signifikant niedriger [90]. Die
PCT-kontrollierte Therapie, in der erst ab einem
Plasmaspiegel ≥ 0,25 µg/l Antibiotika erlaubt
waren, führte im Vergleich zum Standardvorgehen zu einer Reduktion der
Verschreibungsrate von 72 %, bei einem jedoch vergleichbaren
Therapieerfolg [98]. In einer anderen Studie konnte
unter einer PCT-Therapiesteuerung der Antibiotikaverbrauch bei Patienten mit
entweder einer CAP, einer COPD, einem Asthma oder anderen Infektionen der
Atemwege und der Lunge um ca. 50 % gesenkt werden, ohne dass es
zu einer Verschlechterung des klinischen Erfolges kam [99]. Bei an einer Sepsis verstorbenen Patienten lag der
PCT-Wert signifikant über den Werten derjenigen, die überlebten (19,2
vs. 2,4 ng/ml, p = 0,001). Etwas weniger deutlich
fielen die entsprechenden Unterschiede der Plasma-sTREM-Werte aus (Verstorbene
94 pg/ml vs Überlebende 154 pg/ml,
p = 0,02) [92]. CRP diskriminierte
nicht zwischen diesen beiden Gruppen.
Für die Entscheidung für oder gegen eine
Antibiotikatherapie bei einer Infektion der unteren Atemwege wurden folgende
PCT-Grenzwerte vorgeschlagen [96]
[97]
[98]:
-
PCT < 0,1 µg/l: keine
Antibiotika
-
PCT 0,1 – 0,49 µg/l:
Antibiotika nur, wenn durch andere Befunde begründbar
-
PCP ≥ 0,5 µg/l:
Antibiotikatherapie
Gründe für falsch zu hohe, z. B. bei akuter
Niereninsuffizienz oder nicht bakteriellen Infektionen, oder falsch zu niedrige
Werte, z. B. sehr frühe oder lokalisierte Entzündungsprozesse,
sind dabei allerdings zu beachten [100].
Je nach Studie und Erkrankung korrelieren auch die anderen der
o. g. zahlreichen Surrogatparameter mehr oder weniger mit dem
Erkrankungsstatus der Hospital-Pneumonie (HAP = hospital
aquired pneumonia), der Sepsis, aber auch der CAP sowie dem Therapieerfolg und
ermöglichen einen Einblick in die zugrunde liegende Pathophysiologie des
Entzündungsgeschehens. Manche haben alleine oder in Kombination mit den
klinischen Parametern einen prognostischen Aussagewert. So zeigt z. B.
ein hoher PSI (pneumonia severity index; PSI) in Kombination mit erhöhten
BNP-Werten (> 279 pg/ml) ein erhöhtes Risiko an, an einer
CAP zu versterben oder ein Therapieversagen besser an, als die jeweiligen
Parameter alleine [93]. Trotz dieser und anderer
positiver Publikationen erlangten die meisten dieser Marker gegenüber den
ohnehin zur Verfügung stehenden klinischen Parametern (s. o.; aber
auch Beatmungsparameter, Körpertemperatur, radiologische Bildgebung) keine
nennenswerte Bedeutung im täglichen Management der betroffenen Patienten
[91]
[101]. Etabliert sind CRP,
Leukozytenmenge und vor allem PCT.
Tuberkulose
Tuberkulose
Die jetzt zur Verfügung stehenden Interferon-γ-Tests
beruhen auf aus dem Patientenblut isolierten Lymphozyten, die in vitro mit
Tuberkuloseoberflächenantigen exponiert werden. Das von diesen Zellen
freigesetzte Interferon-γ wird in einem Immunoassay quantifiziert.
Lymphozyten von Patienten, die mit diesen Tuberkuloseantigenen Kontakt hatten,
weisen typischerweise eine erhöhte Interferon-γ-Freisetzung auf. Es
wird somit die zellvermittelte Immunantwort gegen drei Tuberkulose-Antigene
bestimmt. Die Indikationen für diesen Test sind [102]:
-
Diagnostik einer Mycobacterium tuberculosis Infektion (aktiv und
latent)
-
Screening von Kontaktpersonen
-
Ausschluss einer latenten Tuberkuloseinfektion, z. B. bei
Patienten, die mit Immunsuppressiva oder TNFα-Antikörpern therapiert
werden müssen.
Der Interferon-γ-Test besitzt die Vorteile, dass keine
Kreuzreaktion mit einer BCG-Impfung oder nicht tuberkulösen Mykobakterien
auftreten und dass er mit einer Spezifität von bis
zu ≥ 95 % und einer Sensitivität von
≥ 90 % für eine aktive oder latente
Tuberkuloseinfektion spezifischer und sensitiver als der Tuberkulin-Hauttest
(Hauttest < 70 %) ist [103]. Vorausgesetzt, es liegt kein Immundefekt vor,
schließt ein negativer Test durch die fehlende Immunreaktion
gegenüber Tbc-Antigenen eine stattgehabte Tuberkulose praktisch aus. Ein
negativer Interferon-γ-Test bei positivem Tuberkulin-Hauttest könnte
für eine latente Tuberkulose sprechen [104]
[105]. Allerdings ergeben sich auch einige
Einschränkungen. So erlaubt der Test keine Aussage zur Aktivität,
d. h. es kann nicht zwischen einer latenten Infektion und einer aktiven
Tuberkulose unterschieden werden. Bei Lymphopenie, angeborenen oder erworbenen
Immundefekten einschließlich HIV und medikamentöser Immunsuppression
sowie bei Kindern unter 2 Jahren ist die Sensitivität des Tests
herabgesetzt [106]. Unverändert gilt für den
Tuberkulosenachweis das kulturelle Ergebnis als der diagnostische Goldstandard.
Der Interferon-γ-Test ersetzt nicht die anderen bei der
Tuberkulosediagnostik erforderlichen Untersuchungen, wie z. B. die
radiologische Bildgebung, die Mikrobiologie, sondern unterstützt diese
[107]
[108]. Der Test ist nicht
zum Nachweis der nicht tuberkulösen Mykobakteriose geeignet.
Ungeachtet dieser Testverfahren wird die aktive Infektion mittels
mikroskopischen Nachweises säurefester Stäbchen, z. B. im
Sputum oder in der Biopsie ([Abb. 4]), und dem
kulturellen Nachweis geführt [109].
Abb. 4 Käsige Nekrose
einer Lungentuberkulose mit Zellresten (blau) und säurefesten
Stäbchenbakterien (Mykobacterium tuberculosis, Pfeile); Ziehl-Neelsen,
× 250.
Erst im positiven Fall ergibt sich die Indikation zur
antituberkulösen Therapie [107]
[110].
Interstitielle Lungenerkrankungen
Interstitielle Lungenerkrankungen
Über 2000 verschiedene interstitielle Lungenerkrankungen
(diffuse parenchymale Lungenerkrankungen DPLDs) oder extrapulmonale
Erkrankungen (z. B. Sklerodermie, granulomatöse Erkrankungen,
Erkrankungen aus dem rheumatischen oder dem autoimmunologischen Formenkreis)
sind bekannt, die zu einer direkten oder indirekten Entzündung des
Lungenparenchyms führen. Des Weiteren können auch diverse Medikamente
(z. B. Amiadaron, einige Immunsuppressiva) oder Stäube
(z. B. Asbest, Byrillium) zu einer interstitiellen Lungenentzündung
führen [111]
[112]
[113]. Bei vielen dieser
Erkrankungen ist die Ätiologie nicht bekannt [114]
[115]
[116]. Die Diagnosestellung beruht auf der Anamnese, dem
HRCT (high resolution Computertomographie) der Lunge, der
Lungenfunktionsprüfung und bei unklaren Fällen auf einer
Lungenhistologie [117]
[118].
Bei immunologisch ausgelösten DPLDs, insbesondere die
Hypersensitivitätspneumonitis (HP; z. B. Farmerlunge), helfen die
im Blut bestimmbaren Antigentiter, das auslösende Agens einzugrenzen bzw.
zu beweisen und haben neben dem Nachweis einer aktuellen Antigenexposition,
rezidivierenden Symptomen, Fibroseknistern bei der Auskultation, Auftreten von
Symptomen 4 – 6 Stunden nach Antigenexposition und
Gewichtsverlust einen hohen prädiktiven Wert für eine klinische
Verschlechterung (OR 5,3, 95 % CI 2,7 – 10,4)
[119]. In der Vergangenheit wurde auch bei anderen
DPLDs Biomarker im Blut untersucht. Bei der Sarkoidose korrelieren z. B.
der erhöhte lösliche IL-2-Rezeptor und Neopterin mit der Schwere der
Sarkoidose [120]. Symptomatische Sarkoidose-Patienten
weisen vergleichbar erhöhte Serum-ACE (angiotensin converting
enzyme)-Spiegel auf, die mit einer Erhöhung des Propeptids des
Typ-I-Prokollagens in der BAL korrelierten [121]. Eine
ACE-Serumerhöhung ist aber nicht für eine Sarkoidose beweisend. Bei
der IPF wurde ACE-2 dagegen eine prädiktive Funktion zugeschrieben
[122]. Weitere bzgl. einer prognostischen und
diagnostischen Wertigkeit untersuchte Serummarker waren z. B.
Metalloproteinasen, Oxidantien und Oxidationsprodukte, Antioxidantien,
Serum-KL-6 (MUC1 mucin), Surfactantprotein-A und -D, Laktatdehydrogenase,
CYFRA-16 (Cytokeratin-19), Zytokeratin-18 und anti-Zytokeratin-18
Antikörperimmunkomplexe oder MCP-1 (monocyte chemoattractant protein-1)
[123]
[124]
[125]
[126]
[127].
Das Ergebnis der BAL hat in der Diagnostik interstitieller
Lungenerkrankungen nur unterstützenden Wert. Einen prädiktiven Wert
besitzt sie nicht, hat aber unser pathophysiologisches Verständnis der
untersuchten Erkrankungen vertieft [117]
[128]
[129].
Es gibt bzgl. der DPLDs keinerlei Biomarker, die zum
gegenwärtigen Zeitpunkt einen für die Praxis nennenswerten
diagnostischen, therapeutischen oder prognostischen Wert besitzen. Ob in
Zukunft die Analyse von Proteinnetzwerken (proteomics)
weiterhilft, wie unlängst diskutiert, bleibt abzuwarten
[130]
[131].
Lungenembolie
Lungenembolie
Obwohl die meisten Patienten mit akuter Lungenembolie (LE) eine gute
Prognose aufweisen, übersteigt die Gesamtmortalität nach 3 Monaten
15 %. Während der ersten 30 Tage nach Diagnosestellung
stellt das akute Rechtsherzversagen die häufigste Todesursache dar und die
spätere Mortalität ist oft durch zugrunde liegende Krankheiten wie
Herzinsuffizienz, Tumorleiden oder chronische Lungenerkrankungen bedingt
[132].
Die Risikostratifizierung ist nicht nur hilfreich, um die initiale
Therapie festzulegen, sondern auch entscheidend für das
Langzeit-Management. Ausgewählte Patienten können von der
systemischen Thrombolyse oder der chirurgischen Embolektomie profitieren
[133]. Die akkurate Risikoeinschätzung hilft auch
diejenigen Patienten zu identifizieren, die ein erhöhtes Risiko der
Entwicklung einer chronisch-thromboembolischen pulmonalen Hypertonie
aufweisen.
Die Diagnosestellung und Risikostratifizierung der Lungenembolie
umfasst folgende diagnostische Schritte [134]:
-
die klinische Beurteilung: klinische Zeichen der
Rechtsherzbelastung, Hypotonie, Halsvenenstauung, Herztöne/pathologische
Herzgeräusche infolge Trikuspidalinsuffizienz,
-
EKG: Tachykardie, T-Wellen-Inversion, Qr in V1,
-
Echokardiografie: Thrombennachweis (histologisches Korrelat in
[Abb. 5]), Quantifizierung der
Rechtsherzbelastung/rechtsventriukärer Dysfunktion, Abklärung
wichtiger Differentialdiagnosen (z. B. Aortendissektion,
Perikardtamponade, offenes Foramen ovale),
-
CT des Thorax: Thrombennachweis ([Abb. 6]), Pneumonienachweis, Abklärung wichtiger
Differenzialdiagnosen und
-
Biomarker [135]: D-Dimere, Troponin I
und T, NT-pro brain natriuretic peptide (NT-proBNP) und BNP
Abb. 5 Verschluss eines
Pulmonalarterienastes (links) durch einen Thrombembolus (Pfeil) umgeben von
einem panacinären Emphysem; v. Gieson, × 10.
Abb. 6 Embolus in der A.
pulmonalis (Pfeil).
Die Höhe des Troponin-Spiegels korreliert bei der akuten
Lungenembolie mit dem Ausmaß der rechtsventrikulären Dysfunktion.
Als Pathomechanismus der Troponin-Freisetzung wird eine Mikro-Myokardnekrose
infolge eines Missverhältnisses zwischen dem erhöhten
Sauerstoffbedarf des druckbelasteten rechten Ventrikels und dem aktuell
geringen Sauerstoffangebot angenommen. Der negative prädiktive Wert
für die Krankenhausmortalität bei niedrigen Troponinwerten
beträgt 97 % [136].
Wie auch bei der COPD-Exazerbation erhöhen sich die Plasma
NT-proBNP und BNP-Werte bei einer Rechtsherzbelastung. Erhöhte Plasmawerte
sind mit einer gesteigerten Krankenhausmortalität assoziiert
[137]. Der negative prädiktive Wert für die
Krankenhausmortalität beträgt 99 % für die
NT-proBNP und BNP, d. h. niedrige Werte schließen ein
erhöhtes Risiko aus. Die cut-off-Werte liegen allerdings niedriger
(z. B. BNP 50 pg/ml) als die cut-off-Werte für die
Herzinsuffizienz (z. B. BNP 90 pg/ml). Durch die möglichen
kardialen, pulmonalen und vielen anderen Differenzialdiagnosen, wie
z. B. Leukämien, Sepsis, Tumore (vor allem Ovarialkarzinom,
Lungentumore), Komplikationen während der Schwangerschaft und selbst
körperlicher Stress, haben erhöhte Messwerte für die
Lungenembolie keine diagnostische Bedeutung [50].
Aus quervernetztem Fibrin spaltet Plasmin, unter der Wirkung von
Faktor XIII, Dimere strangversetzter Bruchstücke des Fibrins ab,
sogenannte D-Dimere, welche die D und E Sequenz enthalten. Diese werden
anschließend mit einer physiologischen Halbwertszeit von ca. 8 h
weiter abgebaut [138]. Der Nachweis von D-Dimere
erlaubt also keine Differenzierungsmöglichkeit bezüglich der
Lokalisation des Thrombus, sondern zeigt lediglich eine Fibrinolyse und damit
alle Krankheitszustände mit gesteigerter Gerinnungsaktivierung an.
Negative D-Dimere schließen bei entsprechendem klinischen Verdacht eine
Pulmonalembolie mit fast 100 %iger Wahrscheinlichkeit aus. Dieser
hohe negativ prädiktive Aussagewert hilft, in der Praxis eine aufwendige
Lungenemboliediagnostik zu reduzieren [139]. Bei
kleinen peripheren Pulmonalembolien ([Abb. 5])
sinkt die Sensitivität allerdings auf 70 %
[138].
Nordenholz et al. testeten bei Patienten mit einer Lungenembolie
oder einer tiefen Beinvenenthrombose 50 weitere Biomarker und fanden, dass
lediglich D-Dimere, CRP und die Myeloperoxidase (MPO) eine gewisse
diagnostische Aussage für das Vorliegen einer Lungenembolie besitzen
[140]. Bei einem Grenzwert von
≥ 500 ng/ml betrug die Sensitivität und Spezifität
von D-Dimere für das Vorliegen einer Lungenembolie oder einer
Venenthrombose 100 %, womit eine frühere Studie, die den
gleichen Grenzwert untersuchte, bestätigt wurde [141]. Die Kombination negativer D-Dimere oder einem
MPO-Wert von < 22 mg/dl nicht aber CRP sagten mit einer
Sensitivität von 100 % und einer Spezifität von
73 % ein negatives Ergebnis in der Pulmonalisangiografie voraus
[142].
Biomarker: ein kleiner Blick in die Zukunft
Biomarker: ein kleiner Blick in die Zukunft
Biomarker sind aus der medizinischen Diagnostik und zur besseren
Therapiesteuerung nicht mehr wegzudenken. Manche besitzen einen prognostischen
Wert. Die meisten Marker eignen sich allerdings als diagnostische und die
Therapie leitende Surrogatparameter nicht, da Sensitivität und/oder
Spezifität nicht beschrieben oder zu schlecht sind. Auch in der
Pneumologie wird unverändert nach Surrogatparametern gesucht, die uns
zusätzliche verlässlichere Aussagen über die Patienten
ermöglichen und die eine hohe Korrelation mit den uns zur Verfügung
stehenden diagnostischen Parametern besitzen ([Abb. 7]).
Abb. 7 Auswahl von Biomarkern,
deren Beziehung zur Quelle und dem Bezug zur Klinik.
QoL = Lebensqualitätsfragebogen (quality of life
questionnaire), IL- = Internleukine,
FeNO = exhaliertes Stickstoffmonoxid,
CO = Kohlenmonoxid.
Wissenschaftlich interessant ist diesbezüglich die Entwicklung
bei Parametern aus der Ausatemluft und dem Atemkondensat.
Atemkondensat
Aus diversen methodischen Gründen hat sich die Hoffnung,
durch die Bestimmung von Atemkondensatmarkern eine genauere Diagnostik und
therapeutische Erfolgskontrolle bei entzündlichen, allergischen, malignen,
degenerativen und durch Umwelteinflüsse bedingten Atemwegs- und
Lungenerkrankungen zu erzielen, bis heute nicht erfüllt
[27]
[143]
[144]. Folgende Ansätze werden zur Zeit in
wissenschaftlichen Studien verfolgt:
-
Proteine: Die Erstellung von Proteinprofilen (proteomics) ermöglicht auf der translationalen Seite
die Untersuchung von Proteinnetzwerken, wie sich diese im Zellmetabolismus und
letztendlich auf die Entstehung von Krankheiten auswirken. Die
Charakterisierung von Proteinnetzwerken im einfach zu gewinnenden
Atemkondensat, aber auch im Sputum oder in der BAL böte sich als Methode
zur Erweiterung unseres pathophysiologischen Verständnisses von benignen
und malignen Atemwegs- und Lungenerkrankungen und/oder zur Diagnostik an
[145]
[146]
[147].
-
DNA-Mikrosatelliten (MSs): MSs sind die häufigsten
intergenetischen DNA-Sequenzen, die sich im eukariontischen Genom als minimal
repetitive Sequenzen (meist ein bis fünf Basenpaare) wiederholen. Da das
Ausmaß der MSs-Instablität mit hohen Genmutationsraten korreliert,
eignen sie sich zur Identifizierung von sich potenziell verändernden
Genregionen [148]
[149]. Im
Exhalat gemessene MSs-Instabiltät lag bei Patienten mit einem Asthma,
einer COPD oder malignen Erkrankungen im Vergleich zu Gesunden höher
[150]
[151].
Elektronische Nase
Die s. g. elektronische Nase bildet basierend auf
elektronischen Signalen einen digitalen Fingerabdruck der in der Luft
enthaltenen Moleküle. Die elektrische Signalstärke von mehreren
Sensoren (Sensor- oder Chemosensor-Arrays) wird mathematisch verarbeitet und
als Mustererkennung wiedergegeben. Einzelne Stoffe oder Stoffgruppen
können nicht erkannt werden, sondern nur Muster der molekularen
Zusammensetzung der analysierten Luft oder volatile organic
compunds (VOCs). Die VOCs der exhalierten Luft kann bei bestimmten
Erkrankungen ein charakteristisches Muster aufweisen und so z. B. auf
ein Malignom oder ein Asthma hinweisen [152]
[153]
[154]
[155]. Die Messung ist simpel, da der Patient lediglich in
ein Gerät einatmen muss, das je nach Hersteller nur die Größe
einer Flasche besitzt. Durch die fehlende Validierbarkeit, die Fülle an
Einflussgrößen und die schwierige Interpretierbarkeit der Ergebnisse
eignet sich diese Methode (noch) nicht für die Routine
[156].
Spektrometrie
Spektrometrische Analysen erlauben die Quantifikation von
Spurengasen und in der Luft befindlichen Komponenten/Molekülen
[157]. Gaschromatographische Profile und die
(massen-)spektrometrisch gemessenen exhalierten Moleküle, wie z. B.
Methylfurane können zwischen aktiven, passiven und Nichtrauchern
unterscheiden [158]
[159]. Wie
auch bei der elektronischen Nase sind die methodischen
Einflussgrößen groß. Durch die ausgesprochene Empfindlichkeit
und Sensitivität ergeben sich aber auch Störfaktoren seitens des
Patienten und der mitgemessenen Umgebungsluft, da kleinste Veränderungen
das Detektionsmuster grundlegend ändern können, was auch für die
ebenfalls in Entwicklung befindliche Nuklearmagnetresonanz-Messung gilt
[21].
Interessenkonflikte
Interessenkonflikte
A. Gillissen, W. Wiechmann und U. R. Jürgens erklären,
dass bezüglich des Artikelinhalts bei keinem ein Interessenkonflikt mit
der pharmazeutischen Industrie oder sonstigen Dritten besteht.