squid

Die nichtinvasive Bestimmung der Eisenkonzentration in Leber und Milz, in denen 70-90 % des Speichereisens in Form von Hämosiderin- und Ferritin-Eisen gespeichert sind, ist ein alter Traum der Medizin bei Krankheitszuständen mit Eisenüberladung (Bauman & Harris, 1967).Insbesondere Patienten mit erblicher Hämochromatose, bei denen die Indikation zur traditionellen Leberpunktion oft zu spät gestellt wurde und noch wird, sowie alle Patienten mit eisenladenden Anämien mit und ohne chronische Blutransfusionen (z. B. erbliche Mittelmeer-Anämie, dysplastische Anämien, Sichelzell-Anämien) würden von dieser Methode profitieren. Diese Patienten erleiden durch die toxische Wirkung hoher Eisenkonzentrationen in der Leber und in anderen Organen (Herz, Milz), Geweben (Gelenke) und Drüsen (Bauchspeicheldrüse) irreversible Langzeit-Schäden, wenn therapeutisch nicht rechtzeitig eingegriffen wird. Die Methode der Biomagnetischen Leber-Suszeptometrie (BLS) und einzelne Messdetails sind in zahlreichen Publikationen dargestellt worden (Farrell et al, 1980; Brittenham et al, 1982; 1988; Paulson et al, 1991; Fischer et al, 1992; 1998; 2002; 2003; Engelhardt et al, 1989; Starr et al, 2000; Nielsen 1995, 1998, 2002)

Abb. 1: Aufbau des Hamburger SQUID-BioSuszeptometer zur nichtinvasiven Leber-Eisen-Quantifizierung

Im Wesentlichen besteht die Methode darin, die paramagnetische Suszeptibilität des Hämosiderin-Ferritin-Eisenkomplexes in Gegenwart des diamagnetischen Untergrundes, der hauptsächlich durch das über der Leber liegenden Thorax-Gewebe bestimmt wird, zu messen. Der Patient wird dabei auf einem speziellen Patientenbett mit niedrigem magnetischen Untergrund unter Kontrolle von Ultraschall und Kreuzebenen-Laser hinsichtlich einer optimalen Messgeometrie positioniert. Dabei werden die Lebergeometriedaten (Haut-Leber-Abstand und Kontur der anterioren Leberkapsel) mittels Ultraschall-Scanner bestimmt. Der Patient wird dann in der optimalen Messposition auf dem Bett unter die Sensoreinheit des Instruments gefahren. Die Sensoreinheit besteht aus supraleitenden Magnetfeldspulen (Gradiometer 1. Ordnung) und 2 Detektorspulen (Gradiometer 2. Ordnung), die an die SQUIDs gekoppelt sind. Der Patient wird dann in dem inhomogenen Magnetfeld (B_max £ 0.03 Tesla, MRI zum Vergleich B = 1.5 Tesla) in 13 Sekunden ca. 8 cm abgesenkt. Dabei wird die durch die SQUIDs digitalisierte Änderung des magnetischen Flusses in Form von analogen Spannungsänderungen als Funktion des Detektor-Haut-Abstandes gemessen. Mit Hilfe eines aufgelegten Wasserballons kann die Messgeometrie in 1. Näherung als eisenbeladene Leber in einer diamagnetischen Wasserumgebung (Wasserballon und biologisches Körpergewebe) dargestellt werden. Die Theorie der Magnetostatik liefert einen exakt beschreibbaren Zusammenhang zwischen dem Messsignal und dem magnetischen Flussintegral. In 1. Näherung wird dieser lineare Zusammenhang durch die magnetische Volumen-Suszeptibilität bestimmt, woraus sich bei bekannter spezifischer Suszeptibilität des Hämosiderin-Ferritin-Eisenkomplexes von 1600·10^-6 SI-units·g_Fe/g_Leber die Lebereisen-Konzentration berechnen lässt. In 2. Näherung muss zusätzlich die Abweichung der magnetischen Suszeptibilität von der Wasser-Referenz berücksichtigt werden (Fischer, 1998).

Da die Magnetostatik die Verhältnisse hinreichend genau beschreibt ist eine Kalibrierung mittels chemischer Eisenbestimmung in Leberbiopsien nicht notwendig, sondern es reicht aus eine Messung an einem homogenen Objekt mit bekannter Geometrie und Suszeptibilität durchzuführen. Dennoch wurde zur Validierung der Methode die chemische Eisenbestimmung mit der magnetischen verglichen (Brittenham et al, 1982; Fischer et al, 1992). Dabei ist zu beachten, dass eine quantitative Leberbiopsie (ca. 10 mg) ein Volumen von 0.01 cm³ erfasst, während bei der „magnetischen Biopsie“ das Volumen durch die Konfiguration der Sensoreinheit zu 20-60 cm³ bestimmt wird.

Soweit zur Theorie, die zugegeben etwas kompliziert erscheint. Die Praxis ist für den Patienten sehr viel einfacher und angenehmer. Patienten ab ca. 3 Jahren sind problemlos mit dieser Methode messbar.

Im Zeitraum von 1989 bis 2001 wurden mit dem Biomagnetometer in der Eisenstoffwechselambulanz des UKE Patienten aus Deutschland, Italien, Greichenland untersucht .:

==> ca. 1100 Patienten mit Transfusions-Siderosen mittels SQUID-Biosuszeptometrie (anbei drei Literaturstellen als pdf-file:

==> ca. 1000 Patienten mit Verdacht auf hereditäre Hämochromatose (DAerzteblatt)

Insgesamt wurden 3700 Messungen an Patienten hauptsächlich aus Deutschland, durchgeführt

Patienten mit bestätigter homozygoter (oder heterozygoter) hereditärer Hämochromatose (n=478), Patienten mit Verdacht auf Eisenüberladung bzw. mit Eisenüberladung infolge anderer Erkrankungen wie Lebererkrankung (n=368), ß-Thalassämie major (n=804), ß-Thalassämie intermedia (n=52), ß-Thalassämie minor (n=13), ß-Sichelzellenthalassämie (n=21), Lepore-ß-Thalassämie (n=5), a-Thalassämie major (n=7), ex-Thalassämie nach Knochenmarks-Transplantation (KMT_ex-Thal: n=31), Sichelzell-Krankheit (n=28), aplastische Anämie (n=22), hämolytische Anämie (n=5), kongenitale dyserythropoetische Anämie (CDA: n=11), Blackfan-Diamond-Anämie (n=20), myelodysplastisches Syndrom (MDS: n=10), seltene Anämien wie z. B. Fanconi-Anämie (n=15) und ex-Leukämien nach Knochenmarks- bzw. Stammzell-Transplantation (KMT_ex-Leuk: n=84).

Seit 1993 werden die Patienten mit klinischer Indikation mit den reinen Nettokosten dieser Methode gemäß des Leistungskatalogs des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf belastet. Dies erfolgt in einem Einzelantragsverfahren der Patienten bei ihren jeweiligen Krankenkassen unter Beteiligung der Medizinischen Dienste (MDK). Da dieses Verfahren vielen Ärzten als zu mühsam erscheint, erhalten viele Patienten trotz Indikation diese Untersuchung nicht bzw. bekommen sie wegen unzureichender Begründung nicht genehmigt.

Seit Mai/Juni 2002 hat sich leider die Entscheidungslage hinsichtlich der Indikationen „Lebensgefahr“ bzw. „irreversible Schäden“ für sinnvolle aber nicht anerkannte Verfahren verschärft. Trotzdem raten wir, einen solchen Antrag bei begründeter Indikation zu stellen. Hinzuweisen ist insbesondere auf die Tatsache, dass die Biomagnetometeruntersuchung als nichtinvasive Alternative zur potentiell risikobehafteten Leberbiopsie zu sehen ist. Es gilt das Argument, dass wenn es eine anerkannte nichtinvasive Alternative gibt, dass dann auch Kassenpatienten Ihren Anspruch auf diese Möglichkeit gelten machen können.

Anwendungen des Biomagnetometers und dessen Nutzen Die nicht-invasive Eisenbestimmung durch Biomagnetische Leber-Suszeptometrie dient zur Diagnose und zur Therapiekontrolle bei primärer (hereditärer Hämochromatose) und sekundärer Eisenüberladungserkrankungen („iron-loading anaemias“, Posttransfusions-siderosen).

Eine frühere Studie zeigte eine gute Korrelation zwischen invasiver (Biopsie-Fe) und nichtinvasiver (SQUID-Fe) Lebereisenquantifizierung an 33 Patienten mit Eisenüberladung (Fischer et al, 1992; Nielsen et al, 1998a).

Abb. 2 Vergleich Leber-Fe aus der invasiven Biopsie mit dem Wert aus dem Biomagnetometer

Die Korrelation zwischen invasiver und nichtinvasiver Leber-Eisen-Quantifizierung war im Bereich niedriger bis mittelgradig erhöhter Lebereisenkonzentration sehr gut. Bei Patienten mit schwerster Eisenüberladung zeigten sich mehr oder weniger deutliche Abweichungen. Wir gehen davon aus, dass hier die mehr integral messende (ca. 100 ml Messvolumen) Biomagnetometer-Methode zuverlässige ist als die evtl. bei schwerem Leberschaden nichtrepräsentative invasive Leberbiopsie (Probenvolumen ca. 10 mg Gewebe).

Validierung durch „biologische Modelle“ In Tabelle 1 werden die Ergebnisse der Biomagnetischen Leber-Suszeptometrie an 60 gesunden Probanden gezeigt (Nielsen et al, 2002). Die gefundenen Lebereisen-konzentrationen stimmen mit Literaturwerten, die mit Leberbiopsien ermittelt wurden, gut überein (Brittenham et al, 1982).

Tabelle 1. Medianwerte der Lebereisenkonzentration (LIC) in Normalpersonen und in Patienten mit Eisenmangel

Alter [Jahre]	n	LIC [µg/g_Leber]	LIC (2.5 – 97.5 %)
a.) Eisenmangel
16.0 – 66.3	27	97	49 - 335

b.) Normalpersonen
9.8 – 17.4	18	183	77 - 368
18.2 – 64.4	42	240	93 - 481

Eine Studie an Marathonläufern mit ursprünglich vorhandenem Eisenmangel hat gezeigt, dass die Wirkung einer 100 mg Eisen(II)/Tag über 3 Monate die Lebereisenkonzentration signifikant ansteigen lässt und dass dieser Anstieg mit dem SQUID Biomagnetometer erfassbar ist (Nachtigall et al, 1996) (Abb. 2).

Abb. 3 Erhöhung der Lebereisenkonzentration und des Serum-Ferritins bei Langstreckenläufern nach Gabe von oralem Eisen (3 Monate, 100 mg Eisen(II)/Tag).

Eine weitere „biologische Validierung“ des SQUID-Biomagnetometers stellt die Messung der Lebereisenkonzentration unter der erschöpfenden Aderlasstherapie bei hered. Hämochromatose dar. Abb. 3 zeigt den typischen Verlauf bei einem Patient mit hered. Hämochromatose unter Aderlasstherapie. Aus der entzogenen Blutmenge kann die Eisenmenge berechnet werden, die zwischen zwei Biomagnetometermessungen entzogen wurde.

Abb. 4 Linearer Abfall der Lebereisenkonzentration bei einem Patienten mit hereditärer Hämochromatose unter der Aderlasstherapie

Im Zeitraum vom Jan. 1992 bis Oktober 1994 wurden alle Blutspendekandidaten (n=2812) der Abteilung für Transfusionsmedizin des Universitätskrankenhaus Eppendorf im Rahmen der obligatorischen Erstblutspenderuntersuchung auf die Eisenstoffwechselparameter Hämoglobin, Serum-Eisen und Serum-Ferritin untersucht. 200 der untersuchten Personen waren im ersten Untersuchungsfilter (Serum-Ferritin > 200 µg/l in Männern, > 100 µg/l bei Frauen oder Serum-Eisen > 180 µg/dl) auffällig. Ein zweiter Bluttest wurde bei diesen Probanden am Ende der ersten Blutspende durchgeführt, um zusätzlich die Transferrin-Eisen-Sättigung (Filter 2: > 50 % oder das Erythrozyten-Ferritin (Filter 2: > 50 ag/cell) zu messen. 60 Personen zeigten auch im Filter 2 erhöhte Werte und bei diesen Personen wurde als 3. diagnostisches Kriterium die nichtinvasive Leber-Eisen-Konzentration mit dem Hamburger SQUID-Biomagnetometer gemessen (Benn et al, 1994; Nielsen et al, 1995c).

Ein entscheidendes Problem bei solchen Screeninguntersuchungen ist das Setzen der geeigneten Filterkriterien. Niedrig gesetzte Schwellenwerte erzeugen eine hohe Zahl von falsch-positiven Ergebnissen, bei hohen Schwellenwerten werden dagegen einige Homozygote evtl. nicht erfasst. Bei unserer Untersuchung konnte die als vergleichsweise spezifisch und empfindlich bekannte Transferrin-Eisen-Sättigung aus organisatorischen Gründen nicht bereits in die erste Filterstufe eingebaut werden. Der Schwellenwert im 2. Filter von > 50 % stellt eher eine niedrige Stufe dar (Studien in der Literatur: Transferrin-Fe-Sättigung 48-70 %). Die dadurch entstehende hohe Zahl von falsch positiven Befunden konnte dadurch akzeptiert werden, dass die Indikation für eine Leber-Eisenquantifizierung sehr weit gefasst werden konnte, da es sich hierbei um eine vollkommen nichtinvasive Methode handelt.

Als letztendliches Resultat dieser Screeningstudie wurden 7 Personen ermittelt, bei denen die diagnostischen Kriterien für eine bestehende homozygote hered. Hämochromatose erfüllt waren

Keiner der ermittelten Probanden zeigte die klinischen Symptome einer fortgeschrittenen Eisenüberladung. Trotzdem wurde bei allen eine erschöpfende Aderlasstherapie empfohlen und in 6 Fällen auch durchgeführt, um der Ausbildung von Organschäden vorzubeugen und die Eisenstoffwechselparameter zu normalisieren.

Die ermittelte Prävalenz von 7/2812 = 1:402 entspricht der in der Literatur bekannten Prävalenz der hereditären Hämochromatose in der kaukasischen Bevölkerung.

Es ist natürlich zu fragen, ob ein Kollektiv junger Blutspendekandidaten einen repräsentativen Querschnitt durch die Bevölkerung im Norddeutschen Raum darstellt. Denkbar erscheint auch, dass eine Reihe von jungen Probanden mit homozygoter hereditärer Hämochromatose nicht erfasst werden konnten, weil in diesem Lebensalter in manchen Fällen einfach noch keine repräsentative Eisenüberladung vorliegt. Dafür spricht, dass das Durchschnittsalter der gefundenen Homozygoten (31.8 Jahre) höher liegt als das Durchschnittsalter aller untersuchten Blutspender (26 Jahre). Diese einschränkenden Effekte würden aber zu einer Unterschätzung der Zahl von Homozygoten führen und nicht zu einer Überschätzung.

Diese Studie zeigt, dass die hier angewendete Kombination von Serum-Eisen und Serum-Ferritin im ersten Filter und der abschließenden nichtinvasiven Leber-Eisen-Quantifizierung in der Lage ist, aus einem vergleichsweise großen Kollektiv von Testpersonen einige Patienten mit homozygoter hereditärer Hämochromatose zu erkennen.

Nach unseren über 10-jährigen Erfahrung mit der Diagnose von Eisenüberladung sehen wir folgende Indikationen zur Biomgnetischen Lebersuszeptometrie:

1.) Erstdiagnose bzw. Ausschluss einer Eisenüberladung bei Verdacht auf hereditäre Hämochromatose mit negativer HFE-Analytik (C282Y, H63D-Mutation), aber unklar erhöhten Werten für Serum-Ferritin und Serum-Eisen/Transferrin-Fe-Sättigung

2.) Quantitative Erfassung der individuell vorhandenen Eisenüberladung bei bekannter C282Y-positiver hered. Hämochromatose. Erbringt Aussage über die Anzahl der notwendigen Aderlässe und über die Prognose. Insbesondere bei Kindern und Jugendlichen kann über einen Therapiebeginn vor dem 18. Lebensjahr entschieden werden

3.) Therapiekontrolle bei sekundärer Eisenüberladung unter Eisenchelatortherapie Erfassung der Unter- und Überdosierung von Deferoxamin bzw. Deferipron. Bei Kindern kann der Therapiebeginn (meist im Alter von 3-4 Jahren) festgelegt werden. Zu früher Beginn beeinträchtigt das Körperwachstum.

4.) Therapienotwendigkeit bei ß-Thalassämia intermedia, Zustand vor und nach Knochemarktransplantation mit potentiell bestehender Eisenüberladung.

Tabelle 3. Labor-Parameter zur Indikation der Biomagnetischen Lebersuszeptometrie

^§)Die Häufigkeit der BLS-Messungen wird auch von dem Grad der Eisenüberladung und dem Therapieverhalten des Patienten abhängen.

Bei Kassenpatienten ist ein Einzelabrechnungsverfahren mit dem Medizinischen Dienst der Krankenkassen vereinbart. Entsprechende Unterlagen finden sich hier.

Nach der entsprechenden Genehmigung, die z.Zt. leider etwas schleppend abläuft (vollständig ausgefüllter Antrag notwendig!) ist die Messung bei tel. Anmeldung kurzfristig möglich.