Die genaue Erfassung der Größe der Eisenspeicher ist essentiell für die Behandlung von chronisch transfundierten Patienten mit Eisenchelatoren, um einerseits die Toxizität durch erhöhte Organ- Eisenkonzentrationen und andererseits Nebenwirkungen durch eine Überdosierung des Chelators zu vermeiden (1). Die Eisenspeicher können durch direkte und indirekte Methoden erfasst werden. Die Referenzmethode ist dabei die direkte Messung von nichthäm-Eisen in einer Lebergewebsprobe. Seit der Einführung des Ferritin- Tests (2) sind in neuerer Zeit eine Reihe von weiteren indirekten (nicht-Transferrin gebundenes Eisen, Hepcidin) und nichtinvasiven (Magnetresonanz-Tomographie MRI, Biosuszeptometrie) Methoden zur Bestimmung der Eisenspeicher entwickelt worden (siehe Tabelle 4.1). Viele der indirekten Parameter sind für die quantitative Bestimmung von normalen Eisenspeichern oder zur Abgrenzung des Eisenmangels durchaus geeignet, aber versagen bei Patienten mit Eisenüberladung. Zum Beispiel wurde mittels erschöpfender Aderlassbehandlung (quantitative Phlebotomie) in Normalpersonen die Relation von 8 mg Speichereisen per 1 µg/l Ferritin gefunden (3), die für die Beurteilung einer Eisenüberladung allerdings unbrauchbar ist.    iopsie Herz-Eisen (T2*, investigativ) INDIREKTE Parameter      DIREKTE Parameter (invasiv) DIREKTE Parameter (nichtinvasiv)  Serum -Ferritin                   Leber-Biopsie                           Leber-Eisen (Standard): Transferrin-Sättigung         - Histologie (TIS)                        SQUID-Biosuszeptometrie Urineisen-Exkretion UIE         - Eisenkonzentration                       Magnetresonanz-Tomographie NTBI                                     Quantitative Phlebotomie                               (MRI-R2) Hepcidin                            Endokard-Biopsie                       Herz-Eisen (T2*, investigativ) Tab 1: Indirekte und direkte Parameter in der Diagnostik und Kontrolle der Eisenüberladung.   Nicht-invasive quantitative Eisenmessungen haben in den letzten Jahren zunehmendes Interesse gefunden (1), nachdem zwar mit  molekular-biologischen Methoden die verschiedenen Formen der hereditären Hämochromatose besser differenziert werden können, aber nun auch die große Variabilität der überschüssigen Eisenspeicherung trotz gleicher Genetik bei Patienten sichtbar geworden ist.  Durch die Entwicklung neuartiger Eisenchelatoren (Deferipron, Deferasirox) für die Behandlung sekundärer Eisenüberladungen ist das Interesse für eine genaue Therapiekontrolle zusätzlich angeregt worden (4). In den letzten Jahren ist die Entwicklung von nicht-invasiven Eisenmessungen im Herzen vorangetrieben worden, weil das Risiko für eine Herzeisenüberladung als Ursache von Herzinsuffizienz und Arrhythmien bei Patienten mit b-Thalassämie im Zuge der längeren Lebenserwartung dieser Patienten immer größer wird (5). Einen zusätzlichen Stimulus erhielt diese Entwicklung durch Fortschritte in der Messtechnik. Die Lebereisen-Suszeptometrie mit SQUID-Biomagnetometern steht als Routine-Methode an verschiedenen Zentren der Welt zur Verfügung (New York, Hamburg, Turin, Oakland, Sao Paulo). Neue hoch-Temperatur basierte Systeme, die weniger technische Expertise erfordern, befinden sich in der Entwicklung und Testung (6). Fortschritte in der Magnetresonanz-Tomographie (MRI-R2) erlauben heute, die Eisenverteilung in einem ganzen Querschnitt der Leber zu erfassen (7). Insbesondere die Anwendung von MRI-GRE-Methoden (Gradient Recalled Echo) zur Erfassung der relativ niedrigen Herzeisenkonzentration (T2*) haben neue Möglichkeiten in der Behandlung der Transfusionssiderose eröffnet (8). Indirekte Parameter Serum-Ferritin als Überwachungsparameter Trotz der Limitierungen der Serum-Ferritin-Messung (SF) zur Erfassung der Eisenspeicher bei Patienten mit Eisenüberladung (9), hat dieser Parameter seine Berechtigung in der Kontrolle der Eisenspeicher. Assays zur Bestimmung von SF sind weltweit verfügbar, gut standardisiert und aufgrund ihrer Kosteneffektivitat wiederholt in kurzen Zeitabständen einsetzbar. Bei Abwesenheit von Störfaktoren wie Entzündungen, Vitamin C Mangel, oxidativem Stress, Leberfunktionsstörungen, vermehrtem Zelluntergang, etc., wird SF proportional zur Größe der zellulären Eisenspeicher im Plasma angetroffen. Allerdings ist der Zusammenhang zwischen SF und den Eisenspeichern bei Eisenüberladungskrankheiten wie Thalassämie, Sichelzell-Anämie, hereditärer Hämochromatose oder anderen Hämoglobinopathien relativ komplex wie die Abb.1 zeigt.   Abb. 1: Serum-Ferritin (SF) und Lebereisenkonzentration (LIC) in Patienten mit b-Thalassaemia major (n = 626; SF/LIC = 1.13, r2 = 0.59) und hereditärer Hämochromatose (n = 142; SF/LIC = 0.47, r2 = 0.35; quadratische Funktion; SF/LIC2 = 1.6·10-4, r2 = 0.54).   Die Korrelation zwischen Serum-Ferritin und Lebereisenkonzentration ist für Patienten mit b-Thalassaemia major und hereditärer Hämochromatose zwar hoch-signifikant, aber als Prediktor für die Größe der Eisenspeicher ist SF ungeeignet (Bestimmtheitsmaß r2: 59 % bzw. 54 %). Der nicht-lineare Zusammenhang für hereditäre Hämochromatosen in Abbildung 1 zeigt die einsetzende Leberfibrose und die Auffüllung der RES-Eisenspeicher mit zunehmender Eisenüberladung an. Darüber hinaus ist das Verhältnis SF/LIC für verschiedene Eisenüberladungs-Krankheiten sehr unterschiedlich. Transfusionssiderosen besitzen im Plasma bei gleichen Eisenspeichern relativ höhere Ferritinkonzentrationen als eisenladende Anämien (nicht transfundierte b-Thalassaemia intermedia) und hereditäre Hämochromatosen (10). Dieses krankheits- spezifische Verhältnis SF/LIC sollte bei der semi-quantitativen Einschätzung der Eisenspeicher Beachtung finden. Dennoch ist über einen kurzen Zeitraum (1-3 Jahre) bei bekanntem individuellen SF/LIC- Verhältnis das Serum-Ferritin ein brauchbarer Verlaufsparameter für die Eisenspeicher solange die Transfusions- und Chelat-Behandlung nicht geändert wird, die Compliance des Patienten gegeben ist und etwaige Störparameter wie Entzündungen (s. o.) berücksichtigt werden. Die Messung der Eisenkonzentration im Serum-Ferritin, von der man anfangs annahm, dass sie die Eisenspeicher ungestörter reflektieren würde, hat sich gegenüber der Messung des Serum- Ferritins als nicht überlegen erwiesen (11).   Weitere indirekte Parameter (TfS,  NTBI, Hepcidin)  Parameter wie Serum-Eisen oder Transferrin-Eisen-Sättigung (TfS) reagieren sehr empfindlich auf erhöhte Eisenkonzentrationen im Blut,  geben aber keine Information über den Grad der bestehenden Eisenüberladung. Sie haben eine gewisse Berechtigung bei der Diagnostik der hereditären Hämochromatose (Screening-Parameter: TfS > 52%) bzw. bei der Überwachung der Aderlass-Therapie (Monitor-Parameter: 20 < Tfs < 52%) (12). Bei Patienten mit sekundären Siderosen sind sie meist ständig oberhalb der Norm und deshalb diagnostisch eher wertlos. Früher wurde häufig der Desferal-Urineisen-Exkretionstest zur Bestimmung des Speichereisens eingesetzt, ohne dass er einer kritischen Überprüfung standhielt. Im Hinblick auf  die toxische Wirkung von Eisen könnte dieser Test neues Interesse finden (13). In Studien wird häufig das nicht-Transferrin-gebundene Eisen im Serum (NTBI) bestimmt, dem eine große Rolle als katalytisch aktive Eisenform in der Pathogenese der Eisenüberladung zugeschrieben wird. Neuerdings kann auch daraus eine evtl. biologisch  aktive Unterfraktion (LPI, labile plasma iron) bestimmt werden. NTBI tritt bei verschiedenen Eisenüberladungserkrankungen, aber auch bei anderen Krankheiten (z.B. Krebsleiden, Z.n. Chemotherapie) auf, immer wenn im Blut die Transferrin-Eisen-Sättigung >  50% erhöht ist. Ein Zusammenhang mit Gesamtspeichereisen besteht offenbar nicht, deswegen hat sich dieser Parameter in der Routinediagnostik nicht durchgesetzt. Hepcidin spielt offenbar eine zentrale Rolle in der Regulation des Eisenstoffwechsels,  speziell der intestinalen Eisenabsorption. Eine Bestimmung von Hepcidin in Urinproben ist zuverlässig möglich. Es bleibt abzuwarten, ob dieser Parameter diagnostisch bei Patienten mit primärer oder sekundärer Eisenüberladung zukünftig eine Rolle spielen wird.   Direkte Parameter Lebereisenquantifizierung Bei Patienten mit sekundärer Eisenüberladung werden 70 – 90 % des Gesamtspeichereisens in den Hepatozyten und Kupfferzellen  der Leber gespeichert, hauptsächlich als Ferritin- und Hämosiderin-Eisen (9, 15). Effekte einer Eisenentzugstherapie mittels Chelatoren oder Aderlässen werden am stärksten in der Leber angezeigt. Die Bestimmung der Eisenkonzentration in der Leber erfolgt entweder invasiv durch Leberpunktion oder nicht-invasiv durch die Ausnutzung der paramagnetischen Eigenschaften des Speichereisens. Andere nicht-invasive Methoden, die die höhere Elektronendichte der Eisenatome (Z = 26) ausgenutzt haben wie die Röntgen-Computer-Tomographie (16, 17) oder die die Kernenergieniveaus des Eisen-Isotops 56Fe angeregt haben wie die Kern-Resonanz-Streuung (18), konnten sich bisher nicht durchgesetzen. Mit Ausnahme der Kern-Resonanz-Streuung sind all diese Methoden nicht- spezifisch für Eisen. Sowohl die Magnetresonanz-Tomographie (MRI) als auch die Biomagnetische Leber-Suszeptometrie (BLS) basieren auf den paramagnetischen Eigenschaften des Speichereisens, und für beide gelten die gleichen physikalischen (magnetisches Dipolmoment) und mathematischen Grundkonzepte. Die magnetischen Dipolmomente, sowohl die der Protonen bei MRI bzw. die der Eisenatome (Ferritin, Hämosiderin) bei BLS, erfahren in einem angelegten Magnetfeld eine Ausrichtung, die durch thermische Bewegung gestört wird, sodass nur eine kleine feldinduzierte Fraktion von Dipolmomenten letztlich das für die Diagnostik nutzbare Signal erzeugt. Die Summe aller magnetischen Dipolmomente Smi in einem Volumenelement dV erzeugt die Magnetisierung M, wobei diese für dia- und paramagnetische Materie (biologisches Gewebe) proportional dessen magnetischer Suszeptibiltät (Materialkonstante) c und dem externen Magnetfeld Bf ist (Gleichung 4.1). (1) Smi / dV = M ~ c Bf (magnetische Suszeptibilität)   Die Änderung des magnetischen Flusses DF wird in einer Detektorspule, die in einem Volumenelement dV ein virtuelles Magnetfeld Bd erzeugt, entweder als Radiowellen-Signal (MRI) bzw. als Spannungsänderung (BLS) angezeigt (19). (2) DF = ∫ M(r)•Bd dV (magnetisches Flussintegral für MRI und BLS)   Quantitative Eisenbestimmung mittels Leberbiopsie Seit der Durchführung der ersten Leberbiopsie durch Paul Ehrlich (1883), der massenhaften Anwendung während und nach dem 2. Weltkrieg im Zusammenhang mit Hepatitis-Infektionen, haben verschiedene Leberbiopsie-Methoden Eingang in die klinische Routine gefunden (20). Die häufigsten Komplikationen sind Blutdruckabfall aufgrund von Blutungen (21) und Schmerzen in ca. 30% der Patienten (22). Inwieweit die Messung der Eisenkonzentration in einer Leberbiopsie als Referenzmethode für die genaue und repräsentative Bestimmung der Eisenspeicher gelten kann, ist ein immer wieder diskutiertes Problem. Es herrscht jedoch Einigkeit darüber, dass ein Mindestgewicht von ca. 4 mg Feuchtgewicht bzw. 1 mg Trockengewicht für eine quantitative Bestimmung nicht unterschritten werden sollte (23). Außerdem sollte die Eisenverteilung in der Leber homogen sein, was bei Eisenüberladungskrankheiten nicht immer gegeben ist (24). In eisenüberladenen Patienten ohne Lebererkrankung haben Barry und Sherlock (25) eine gute Übereinstimmung (Variationskoeffizient VK = 7.1 %) zwischen zwei Leberbiopsien aus voneinander entfernten Leberregionen erhalten, allerdings bei einem durchschnittlichen Trockengewicht von 10 mg. Unter heutigen Bedingungen wurde in Patienten mit b-Thalassaemia major und Sichelzell-Anämie mit einer Bajonett-Biopsienadel (mittleres Trockengewicht 0,94 mg) eine ebenso gute Übereinstimmung gefunden wie die Abbildung 2 zeigt (26), wobei allerdings auch Unterschiede von bis zu 30% gefunden wurden.  Abb. 2:  Relative Abweichung der Eisenbestimmung (Altman-Bland Plot) zwischen 2 in Paraffin eingebetteten Biopsien aus der gleichen Leberregion (VK 7.6 %) (34).    Solange die Eisenbestimmung aus einer Leberbiopsie nur in einem Labor und mit der gleichen Biopsie- Technik (Menghini, True-Cut, etc.) erfolgt, kann diese in vitro Methode abgesehen von Problemen der Eisenverteilung als Referenz-Methode angesehen werden (26). Beim Vergleich mit in vivo Methoden, die LIC per se im nativen feuchten Zustand messen und wie MRI meistens gegen LIC per Trockengewicht kalibriert werden, können Unterschiede im Feucht-zu-Trockengewichts-Verhältnis für LIC-Variationen von im Mittel 20% hinzukommen. Der lange Zeit unkritisch übernommene Konversionsfaktor von 3.33 für die Lebereisen-Konzentration und die daraus abgeleiteten empfohlenen LIC-Bereiche (27) für die Therapie von Thalassämie-Patienten lassen sich so nicht länger aufrechterhalten, wie eine neuere Untersuchung an Autopsie-Lebern (28) und schon frühere Studien gezeigt haben (26, 29). Tabelle 2 zeigt für verschiedene Leberbiopsie-Prozeduren (Feuchtgewichts-Bestimmung, Trockengewichts-Bestimmung, Paraffin-Block) die aktuellen Konversions-Faktoren und die sich daraus ergebenden neuen Empfehlungs-Bereiche für die Lebereisen-Konzentration (29).         LIC (in vivo)                   LIC (70%)        LIC (FT)           LIC (PB)                Kommentar     (µg/gliver)  (µmol/gliver)      (mg/gdry w.)             (mg/gdry w.)        (mg/gdry w.)                                                                   4.37          5.83       120 °C Hitze getrocknet (28)       Konversions-Faktor               3.33               4.8                    6.4     LIC wet w. = 1.1 · LICin vivo  1000  18        3.33      4.5 ± 0.8           5.5 ± 1.0 Untere optimale Schwelle (27)              1300  23                  4               5.9                  7.2        max. LIC C282Y (+/-) (12) 2100  38                  7.0               9.6 ± 1.7          11.7 ± 2.1 Obere optimale Schwelle (27)         2884  52                10              13.0          16.0           Fibrose Progression (30)                                     4500  80                15.0              20.1 ± 3.6            24.6 ± 4.5 Risiko f. Herzkrankheit (27) Tab. 2: Empfohlene optimale Lebereisen-Konzentrationen (LIC = 18 - 38 µmol/gwet weight) für die Behandlung von transfundierten Thalassämie-Patienten (27). Konversionsfaktoren (28) beziehen sich auf in vivo LIC und sind für LIC aus in Paraffin eingebetteten Biopsien (paraffin block PB) und aus Frisch-Gewebe (fresh tissue FT) angegeben. Der weithin übernommene Feucht-zu-Trockengewichts-Faktor von 3.33 (27) basiert auf dem Wassergehalt von 70% der normalen Autopsie-Leber und stellt einen unteren Wert dar.
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Diagnostik bei Eisenüberladung  Die diagnostische Abklärung einer Eisenüberladung geschieht in der Praxis häufig allein durch Messung der bekannten Blutparameter (Serum-Eisen, Transferrin-Fe- Sättigung und Serum-Ferritin). Diese indirekten Parameter erlauben aber keine (Serum-Eisen) bzw eine nur ungenaue Abschätzung (Serum-Ferritin) der individuell vorliegenden Schweregrades der Eisenüberladung. Neben der Art der betroffenen Zellen (parenchymale oder  makrophageale Eisenspeicherung) ist aber gerade die Größe der Eisenspeicher ein bestimmender Parameter für das klinische Ergebnis bei systemischen Eisenüberladungen, unabhängig davon ob sie durch Bluttransfusionen (wie bei Thalassaemia major, Sichelzell-Anämie, aplastischer oder refraktärer Anämie oder myelodysplastischem Syndrom) oder durch hochregulierte Nahrungseisenabsorption (hereditäre Hämochromatose, Thalassaemia intermedia, „iron- loading-anemias“) verursacht werden.                                                                                       

Eisenüberladung

Aderlasstherapie. Methode aus dem Mittelalter!? Für Eisenspeicherkrankheit aber hochmodern
Symptome Diagnostik Therapie Typ 1 Typ 2-4 unklar erhöhtes Ferritin weiter zurück
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