Sepsismarker und Rolle des Labors Pathophysiologie der Sepsis Aarau, 23. Juni 2011 Prof. Dr. med. Andreas Huber Zentrum für Labormedizin Kantonsspital Aarau Schweiz

Bedeutung der Labormedizin 3 % 58.2 % 38.8 % 3 % 97 % Die Laborkosten betragen etwa 3% der Kosten des Gesundheitswesens. Laborbefunde steuern in 60% der Fälle die klinischen Entscheide.

Nutzen von Labortests: Prävention, Diagnose, Monitoring

Einsatz von Labortests Krankheit / Frage Parameter als Beispiel Ausschluss Infarkt Prostata Carcinom Myoglobin PSA Diagnose Infekt Troponin Mikrobiologie Stratifizierung Atemnot Dickes Bein Fieber BNP D-Dimere PCT Monitoring Malignom Medikation HIV Tumormarker Medikamenten-Spiegel Viralload und CD4/8

Assay performance Bsp. PCT Meisser M, CCA, 2002; 323:17-28

Assay/Labor performance Range Analytische Sensitivität Präzision, Robustheit Präanalytik Probenmaterial (Liquor, Blut, Exsudate…) Turn-around-time, Erhältlichkeit Methode, Standardisierung Qualität/Personal

Einsatz von Labortests Krankheit / Frage Parameter als Beispiel Ausschluss Infarkt Prostata Carcinom Myoglobin PSA Diagnose Infekt Troponin Mikrobiologie Stratifizierung Atemnot Dickes Bein Fieber BNP D-Dimere PCT Monitoring Malignom Medikation HIV Tumormarker Medikamenten-Spiegel Viralload und CD4/8

Nutzen: Weichenstellung / Patientenpfad

Prognostische Faktoren… erlauben eine Vorhersage des Krankheitsverlaufes und somit die Abschätzung des individuellen Rezidiv- und Sterberisikos (erlaubt Risikostratifizierung) LOH (Glioblastom) Zytogenetische Aberationen (AML) 5q- (ET) b2 Microglobulin (Myelom) Hypoalbuminämie, Anämie, …

Prädiktive Faktoren bezeichnen… Merkmale einer Erkrankung, die helfen, die Wahrscheinlichkeit des Therapieerfolgs vorherzusagen und damit zu einer selektiven Therapiewahl beizutragen KRAS, BRAF (anti-EGFR-MAb-Therapie) EGFR-Mutationen (anti-VGF) Her-2-Amplifikation (Herzeptin) Östrogen-Rezeptor 9/22 (Bcrabl), 15/17-Translokationen 5q-

Kernprozess Patientenpfad Faktor Zeit Eintritt Labor Bericht Radiologie Röntgen Labor Mikro-biologie Pathologie Ops Nuklear-medizin Radio-therapie Apotheke Medikation Austritt Anamnese Kernprozess Patientenpfad Kosten / Nutzen 3% der Gesundheitskosten (330 Mio), aber bei 60-80% Entscheidungsrelevanz

Umgesetzt in Sepsis (Entzündung) Viele Ursachen, heterogen Krankheits-Kontinuum Kurze Latenz Redundanz der Mediatoren Unspezifität Irreversibilität Wirt oft wichtiger als Erreger (Leukozyten, Gefässreaktion) „Physiologische“, prinzipiell gute Reaktionen

Umgesetzt in Sepsis Resultat-Interpretation ist u.u.abhängig von Alter, Neugeborene (Referenzwerte) Geschlecht (Grund-) Krankheit Zeitpunkt der Entnahme

Andere Normwerte bei Neugeborenen in den ersten beiden Lebenstagen Bei Neugeborenen ist der PCT-Spiegel physiologisch und altersabhängig erhöht. Maximum nach 24 h Median bei 2 ng/ml 95%-Perzentile bei 20 ng/ml Normalisierung nach 48 h

Umgesetzt in Sepsis Resultat-Interpretation ist u.u.abhängig von Alter, Neugeborene (Referenzwerte) Geschlecht (Grund-) Krankheit Zeitpunkt der Entnahme …

Verlauf der Parameter

Kardinalsymptome lokal

Systemic inflammation Systemische Akute Phase Endotoxin Role in Sepsis Cascade Bacteria G- Monocyte Endotoxin LPS cytokines nitric oxide Multi-organ failure (MOF) Hypotension (shock) Organ Damage Endothelium damage Sepsis Systemic inflammation Systemische Akute Phase

Akute Phase Proteine

Akut-Phasen-Antwort (APA) Thomas, Labor & Diagnose

Serum-Protein-Elektrophorese Neg. AP-Proteine Albumin, Transferrin, alpha-Fetoprotein, ILGF Apolipoproteine Pos. AP-Proteine Proteinase-Inhibitoren Komplement-Faktoren Gerinnungsproteine Transport-Proteine Andere (CRP, SA A, LPB)

weitere mögliche Marker

Und weitere

Und weitere

Linksverschiebung LC Differenzierung war arbeitsintensiv Reproduzierbarkeit ist abhängig von: 1. der gewählten Methode (Faden- vs. Drittelsmethode) 2. Training/Erfahrung Stabkernige > 20% (Sensitivität 53%, Spezifität 79%) Sensitivität  (80%) durch Erfassung von toxischen Granulationen, Döhlekörperchen und zytoplasmatischen Vakuolen (Spezifität  58%) Seebach J, Am J Clin Pathol. 1997;107:582

Scattergramme Sysmex XE-2100

IMI - Messkanal

C-reaktives Protein Gehört zur Familie der Pentraxine Stark konservierte Proteine (Pfeilschwanzkrebs- Mensch) Zyklisches Protein mit 5 identischen Untereinheiten à 23.5 kDA Gen liegt auf Chromosom 1 Nach Stimulation durch IL 6 Synthese v.a. in Hepatozyten HWZ 19 Std. Messbarer Anstieg nach 6-12 Std. Schlüsselkomponente in der unspezifischen Immunabwehr Shrive et al. Nat struc Biol 1996; 3: 346

Serum Amyloid A (SAA) Physiologie: - Heterogene Familie von Apolipoproteinen (ca. 12 kD). Bindet an HDL, LDL und VLDL v.a. HDL3 Messmethode: - Immunnephelometrisch/ -turbidimetrisch ELISA. RIA, Referenzbereich: < 10 mg/l Indikation: - Entzündungsmarker für Infektionskrankheiten - Marker bei Transplantatabstossung - Abklärung einer Amyloidose Gegenüber CRP vergleichbar sensitive Messung einer APA  Anstieg nach 8h, übersteigt aber früher oberer Referenzbereich  bessere Diskrimination einer leichten APA von “normal“

LBP

Endotoxin Role in Sepsis Cascade Ann Int Med, 1995

EAA Results EAA < 0.4 ( 0.0-0.39 ) EAA 0.40 - 0.59 EAA ≥ 0.6 Low Level of EA No Gram negative infection EAA 0.40 - 0.59 Intermediate Level of EA Patient observation for 24 hours EAA ≥ 0.6 High Level of EA High Risk Anche se l’interesse per l’endotossina come causa scatenante di stati settici non è un nuovo argomento per la ricerca clinica, la prima difficoltà che si è incontrata è stata quella di poter misurare l’endotossina in circolo. Un test storicamente utilizzato per questo scopo è stato il LAL test ottimo per la misura su matrici acquose, ma che presenta ancora oggi limiti di specificità sul sangue. Inoltre, il concetto di dose circolante non tiene conto della differente tolleranza del singolo individuo alla medesima dose di endotossina e che endotossine tra loro differenti possono avere effetti differenti sullo stesso individuo. Per superare questi limiti è stato realizzato un test EAA che si svincoli dalla reattività del singolo soggetto e dalla tipologia di endotossina circolante. Gli studi clinici di validazione hanno permesso di identificare tre livelli di attività correlabili con la gravità delle condizioni dei soggetti. Il livello più alto EAA>0.6 identifica i pazienti con alto rischio di sepsi da endotossina e che si gioverebbero di una terapia mirata per la sua rimozione Marshall J.C., Foster D., Vincent J.L., Cook D.J., Cohen J., Dellinger R.P., Opal S., Abraham E.; Diagnostic and Prognostic Implications of Endotoxemia in Critical Illness: Results of the MEDIC Study. The Journal of Infectious Diseases 2004; 190:527–34 33

Mikroskopie Gram-Färbung Gram-negativ Stäbchen E. coli C. jejuni

Mikroskopie Vorteile Nachteile Schnell, informativ Geringe Kosten ≤ 1 Stunde Liquor Aszites, Punktate Tb-Diagnostik Pilzerkrankungen Parasitologie Geringe Kosten Nachteile Wenig sensitiv Nachweisgrenze 104/ml Unspezifisch „säurefest“… „Kokken“…

Kultur Vorteile Nachteile Schnell Qualitative Beurteilung Falls übliche Flora ! Qualitative Beurteilung Normale vs. pathogene Automatisierbar Blutkulturen Resistenzprüfung Epidemiologie Nachteile Langwierig Mykobakterien, spez. Keime, Dermatophyten, Viren Unterschiedlich sensitiv Präanalytik ? Nach AB-Anbehandlung Gonokokken, Bordetella, Spirochäten zT. nicht kultivierbar Chlamydien, Mycoplasmen, Bartonellen, Rickettsien, uva. Viren, Protozoen

Neue Tools MultiplexPCR /Sequenzierung Massenspektrometrie Maldi-TOF Matrix-assisted laser desorption/ionisation – time of flight ID innerhalb Minuten Direkt ab Kolonienmaterial zT direkt aus klinischer Probe Bakterien, Pilze, Hefen

MALDI Spektrum Detektion Auftrennung Beschleunigung Ionisation Ionendetektor + + Flugrohr Auftrennung + + Ringelektrode Beschleunigung Spannungsfeld Beschleunigungszone + Ionisation + Desorption Matrix/Analyt Kristalle Matrix / Target © BioMérieux 2010

Sequenzieren 16SrDNA !

Zusammenfassung Verschiedene, teils gut validierte Entzündungs- Biomarker stehen zu Verfügung Korrekte Fragestellung, gute und rasche Analytik sind wichtig Marker haben teils prognostischen und prädiktiven Wert, erlauben so Risikostratifizierung und Therapieauswahl Neue Marker sind am Horizont Neue Methoden sind vielversprechend Die Erforschung geschieht aber nicht nur alleine im Labor

Zukunft der Labordiagnostik Diagostische Möglichkeit Geräte Parameter Sensitivität, Spezifität Diagnostische Zweckmässigkeit Positiver Prädiktiver Wert Negativer Prädiktiver Wert Wahrscheinlichkeit Diagnostische Effektivität/Wirtschaftlichkeit

Documentation of economic benefits of laboratory medicine (Comparative Effectiveness Research, CER, NEJM gestern) There is an urgent need for studies, especially when introducing new methods. Analytic and diagnostic characteristics are not enough. Outcome studies: Performing laboratory tests leads e.g. to reduction of Mortality, morbidity Reduction of hospital stay Reduction of medication (spending) Reduction of side effects of drug therapy Reduction of health care spending Of note: Aim is not investigation of sensitivity/specificity/ PPV/NPV/LR

Danke ! www.zflm.ch