C. pneumoniae - medac
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Chlamydia pneumoniae Mycoplasma pneumoniae EinpunktQuantifizierung C. pneumoniae und M. pneumoniae Serologie medac Diagnostischer Fortschritt bei Atemwegsinfektionen Gesellschaft für klinische Spezialpräparate mbH Diagnostika Theaterstrasse 6 D-22880 Wedel Telefon 04103/8006-0 Fax 04103/8006-359 www.medac-diagnostika.de Chlamydia pneumoniae Chlamydia pneumoniae (Chlamydophila pneumoniae = neue Nomenklatur) ist ein obligat intrazellulärer Schleimhautparasit, der primär das Epithel des Respirationstrakts besiedelt. Über interstitielle Makrophagen im entzündeten Lungenparenchym gelangen die Erreger auch in die Blutbahn, von wo aus sie u.a. Gefäßwände, Gelenke oder auch das Zentralnervensystem zu infizieren vermögen. Die Infektion beginnt häufig mit uncharakteristischer Symptomatik wie Pharyngitis, Husten oder Schnupfen. Eine Verwechselung mit einem grippalen Infekt ist nicht selten. Der Krankheitsverlauf kann langwierig sein. Nicht erkannte C. pneumoniae-Infektionen können zu schwerwiegenden Folgeerkrankungen führen. Die höchste Inzidenz von C. pneumoniae-Infektionen liegt bei Kindern zwischen dem 5. und 9. Lebensjahr. Sie wird mit 9 % beschrieben. Wiederholte Reinfektionen sind für die hohe Prävalenz der IgG-Antikörper (50 bis > 75 %) im Erwachsenenalter verantwortlich. Das Spektrum der klinischen Manifestationen ist vielgestaltig und z. T. in heftiger Diskussion (s. Abb. S. 3) Akute C. pneumoniae-Infektionen Die respiratorische C. pneumoniae-Infektion verläuft häufig subklinisch, mitunter jedoch auch als fulminante interstitielle Pneumonie. Der Erreger besiedelt das Schleimhautepithel des Nasopharyngealraums und parasitiert intrazellulär. Koinfektionen mit Viren und weiteren respiratorischen Bakterien sind möglich. Akute, produktive Chlamydieninfektionen sind mit Tetracyclinen, Makroliden oder Chinolonen in der Regel komplikationslos zu behandeln. Eine Differenzialdiagnostik zu anderen Infektionen ist allein über den klinischen Befund nicht möglich. Daher werden Chlamydieninfektionen häufig nicht erkannt und demzufolge auch nicht behandelt. Das Selbstheilungspotenzial gegenüber dem intrazellulär lebenden Bakterium ist begrenzt, so dass zahlreiche Infektionen chronisch werden können. Jeder Erwachsene macht im Laufe seines Lebens wenigstens eine C. pneumoniae-Infektion durch. Ein Teil dieser Infekte chronifiziert. Chronische C. pneumoniae-Infektionen Vom oberen Respirationstrakt gelangen die Chlamydien nicht selten in die Lunge. In der Lunge wird eine Vielzahl der Erreger von den Alveolarmakrophagen/Monozyten aufgenommen. Die Monozyten gelten als Vektoren, die die Chlamydien in die Wand der arteriellen Gefäße, das ZNS und die Gelenke verbringen. In den Monozyten wechseln die Chlamydien von der produktiven Phase der Infektion (Vermehrung der Erreger) in die nichtproduktive Phase (Persistenzzustand der Erreger). Persistierende Chlamydien haben eine aberrante Form, einen modifizierten Metabolismus und ein verändertes Antigenmuster. Persistierende Chlamydien vermehren sich nicht und sind somit überwiegend therapierefraktär. Persistierende Chlamydien triggern jedoch Entzündungs- und Proliferationsprozesse durch das Freisetzen von Faktoren. Die chronische vaskuläre Chlamydien-Infektion gilt als ein Faktor für das Fortschreiten der Atherosklerose bis hin zum Infarkt. Eine chronische Synovia-Infektion durch persistierende Chlamydien führt zur reaktiven Arthritis. Nicht auszuschließen ist, dass unter dem Einfluss von persistierenden Chlamydien Erkrankungen des Zentralnervensystems (Multiple Sklerose, Alzheimer) befördert werden. 2 Modell einer C. pneumoniae-Infektion 1 Akute, produktive Infektion - therapierbar Vermehrung von C. pneumoniae in den Epithelzellen des Respirationstraktes: Zerstörung der Wirtszelle EB 1 RB 2 Zellkern 2 1 2 2 1 Chronische, nicht produktive Infektion therapierefraktär Persistenz von C. pneumoniae in Monozyten und Zellen der Gefäßwand 3 PRB Zellkern 2 Chronisch-infizierte Zellen setzen proinflammatorische Zytokine frei 2 2 Inhibition durch exogene Statine* Inflammation der Gefäßwand mit Zellproliferation Inflammation der Gelenke Inflammation im ZNS Krankheitsassoziationen der chronischen Förderung der Plaqueentstehung Chlamydieninfektion Gelenkentzündungen entzündliche Prozesse im ZNS (?) 1 Elementarkörperchen, 2 Retikularkörperchen, 3 persistierende Retikularkörperchen * Statine wirken antiinflammatorisch 3 Mycoplasma pneumoniae M. pneumoniae ist ein extrazellulärer Schleimhautparasit, der primär die Epitheloberfläche des Respirationstrakts besiedelt. Darüber hinaus ist eine systemische Ausbreitung des Erregers über das Blut bekannt. M. pneumoniae besitzt eine hohe Wirtsspezifität und gilt daher auch als ausschließlich humanpathogen. Die höchste Inzidenz für M. pneumoniae-Infektionen liegt zwischen dem 5. und 15. Lebensjahr. Die Seroprävalenz der IgG-Antikörper schwankt altersabhängig von 15 % bei Kleinkindern bis zu 50 % bei Erwachsenen. M. pneumoniae ruft Erkrankungen sowohl im oberen als auch im unteren Respirationstrakt hervor. Neben Tracheobronchitiden und atypischen Pneumonien können Pharyngitis, Laryngitis, Otitis media und Myringitis verursacht werden. Als mögliche extrapulmonale Komplikationen bzw. Folgeerkrankungen sind Meningitis, Meningoenzephalitis, Polyneuritis (Guillain-Barré-Syndrom), Myo- und Perikarditis, Myalgien, Arthralgien, Arthritis, hämolytische Anämien, thrombopenische Purpura sowie Affektionen der Haut (u.a. Stevens-Johnson-Syndrom) bekannt. M. pneumoniae kann sowohl endemisch als auch epidemisch zu jeder Jahreszeit auftreten. Epidemien sind alle drei bis sieben Jahre zu beobachten. Die Inkubationszeit für eine Erkrankung beträgt 10 bis 21 Tage. Die Infektionen verlaufen sowohl asymptomatisch als auch symptomatisch mit unspezifischen Krankheitszeichen. Nach einer abgelaufenen Infektion sind häufig noch persistierende Erreger über Wochen und Monate nachweisbar. Für die Therapie dieser Infektionen kommen klassischerweise Tetracycline, Makrolide und Chinolone zur Anwendung. Die Diagnostik ist mittels Direktnachweis und Serologie möglich. Die Serologie ist die Methode der Wahl. In der Routine dominiert die ELISA-Technik, mit deren Hilfe IgG-, IgA- und IgM-Antikörper differenziert werden. Maßgeblich für einen spezifischen und sensitiven ELISA ist das Antigen. Als entscheidender Virulenzfaktor für M. pneumoniae gilt die Adhärenz an die Wirtszelle. Das Andocken des Erregers erfolgt über die Terminal- oder Tip-Struktur, die charakteristisch für den Erreger ist (Abb.). Tip-Struktur Die wichtigen hochimmunogenen Proteine sind über die gesamte Oberfläche des Erregers verbreitet. Auf der Terminal-Struktur können sie auch als größere Cluster vorkommen. Von den mehr als 10 bekannten immunogenen Proteinen kommt dem P1-(170 kDa) Adhäsin eine vorrangige Bedeutung zu. M. pneumoniae tritt in zwei Varianten auf, die sich durch Variationen im P1-Adhäsin manifestieren. Neueste Erkenntnisse wurden bei der Auswahl des Antigens für den Mycoplasma pneumoniaeIgG- und IgA-ELISA medac berücksichtigt. Das Antigen stellt ein Gemisch aus mehreren rekombinant hergestellten Proteinen dar, wodurch besonders die Spezifität der Serologie erhöht wird . Für den Mycoplasma pneumoniae-IgM-ELISA medac wird ein natives, aufgereinigtes Antigen eingesetzt. Aufnahmen von M. pneumoniae: Mit freundlicher Erlaubnis von Prof. G. Christiansen, Prof. S. Birkelund, Universität Aarhus, Dänemark, 2004. 4 C. pneumoniae- und M. pneumoniae-Diagnostik Serologischer Nachweis Zur Differenzialdiagnostik bei respiratorischen Infektionen werden überwiegend serologische Nachweisverfahren eingesetzt. Das trifft auch auf die C. pneumoniae- und M. pneumoniaeDiagnostik zu. Mikroimmunfluoreszenztest und Partikelagglutinationstest Als goldener Standard in der Chlamydienserologie gilt nach wie vor der MikroimmunfluoreszenzTest (MIF-Test). Die Qualität der Ergebnisse leidet unter der subjektiven Bewertung. Außerdem differieren die Resultate stark in Abhängigkeit vom Testsystemhersteller. Um die Antikörperkonzentration beurteilen zu können, ist die Ermittlung des Endtiters über zahlreiche Verdünnungsschritte erforderlich. Insgesamt kann der MIF-Test die Anforderungen der Routinediagnostik nur bedingt erfüllen. Für die M. pneumoniae-Serologie existiert kein goldener Standard. Als Basis gilt hier der Partikelagglutinationstest. Eine Differenzierung der Antikörperklassen ist mit diesem Test jedoch nicht möglich. Zur sicheren Bewertung der Ergebnisse muß in jedem Fall ein zweites Serum herangezogen werden. Enzymimmunoassay In der Routine haben sich automatisierbare ELISA durchgesetzt. Um das Fortschreiten einer Erkrankung bzw. den Therapieerfolg besser beurteilen zu können, ist ein Monitoring von Antikörperverläufen notwendig. Bei chronischen Infektionen ist mit gleichbleibenden Antikörperkonzentrationen zu rechnen. Im Gegensatz dazu steigen diese bei akuten Primärinfektionen und Reinfektionen signifikant an. Konzentrationsveränderungen sind jedoch nur über eine sichere Quantifizierung feststellbar. Ein wesentlicher Fortschritt bei der Quantifizierung der serologischen Ergebnisse ergibt sich aus der Einpunktkalibrierung/Einpunktquantifizierung, die sowohl im speziesspezifischen Chlamydia pneumoniae-IgG- und IgA-ELISA plus medac als auch im Mycoplasma pneumoniae-IgG- und IgA-ELISA medac zur Anwendung kommt. Einpunktquantifizierung (EPQ) Die entscheidende Voraussetzung für die EPQ medac ist die Bestimmung der beiden Kurvenparameter a und b sowie des Kalibratorsollwertes durch den Hersteller. Mit Hilfe dieser chargenspezifischen Parameter werden die Messwerte korrigiert und die Antikörperkonzentrationen berechnet. Beispiel EPQ medac: OD-Sollwert des Kalibrators x OD gemessen OD-Messwert des Kalibrators 1. Messwertkorrektur ODkorrigiert = 2. Unit-Berechnung a -1 Konzentration [AU/ml] = b/ OD korrigiert ( ) AU = arbiträre Einheit Die Kurvenparameter a und b sind chargenabhängig. 5 C. pneumoniae- und M. pneumoniae-Serologie Eigene Ergebnisse Wie eingangs erwähnt, rufen C. pneumoniae und M. pneumoniae Erkrankungen im oberen und unteren Respirationstrakt hervor. Darüber hinaus sind diese Erreger auch am Entstehen extrapulmonaler Erkrankungen beteiligt. Sowohl C. pneumoniae- als auch M. pneumoniaeInfektionen treten asymptomatisch oder aber mit unspezifischer Symptomatik wie leichtem Fieber, Husten, Abgeschlagenheit und Gliederschmerzen auf, ähnlich wie bei typischen bakteriellen oder viralen Infekten. Deshalb ist eine Differenzialdiagnostik unumgänglich, um erregerspezifisch therapieren zu können. Als Methode der Wahl wird die Serologie eingesetzt. Ergebnisse zur C. pneumoniae- oder M. pneumoniae-Serologie sind aus dem deutschsprachigen Raum kaum vorhanden. Die Firma medac hat sich daher mit folgenden Fragen auseinandergesetzt: - Mit welcher Antikörperprävalenz haben wir in Deutschland zu rechnen? Welche Antikörperhäufigkeiten finden wir in Routinekollektiven bei der Fragestellung “Respiratorische Infektion” (RI)? Wie häufig treten Doppelinfektionen auf? Wie lassen sich aussagefähige Interpretationen erzielen ? Patientenauswahl: C. pneumoniae M. pneumoniae - 513 Patienten mit RI (0 - 80 Jahre alt, Routinekollektiv) - 502 Kinder mit RI (0 - 10 Jahre alt) aus Belgien - Antikörperverläufe von Patienten mit RI, KHK (koronare Herzkrankheit) - 417 Patienten mit RI (0 - 80 Jahre alt) - Antikörperverläufe von Patienten mit RI (während einer Epidemie in Schweden) Das Routinekollektiv (RK) Zusammensetzung des RK nach Altersklassen Für die Untersuchungen von Antikörperhäufigkeiten wurde ein Kollektiv aus der täglichen Laborroutine in Deutschland mit der Fragestellung “Respiratorische Infektion” ausgewählt. Die Rekrutierung der Seren* erfolgte von Oktober bis November 2007 in Deutschland. 30% Häufigkeit 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0-5 6-10 11-20 21 -40 41-60 >60 Altersklassen (Jahre) * Danke an alle, die bei der Rekrutierung der Seren und Ergebnisse geholfen haben. 6 Antikörperprävalenzen C. pneumoniae Das Routinekollektiv mit RI Ein repräsentativer Anteil (195 Patienten) des RI-Kollektivs ist jünger als 20 Jahre. In dieser Gruppe sind die meisten Primärinfektionen (IgM positiv) zu verzeichnen (s. Abb. links). Altersabhängige Häufigkeitsverteilung von C. pneumoniae-Antikörpern bei RI 100% 90% IgG IgA IgM Häufigkeit 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0-5 6-10 11-20 21-40 41-60 >60 Altersklassen (Jahre) Bei Kleinkindern (0-5 Jahre) sind IgG (11 %), IgA (4 %) und IgM (4 %) nachweisbar. Im frühen Schulalter (6-10 Jahre) nehmen besonders IgA(18 %) und IgG-Antikörper (41 %) an Häufigkeit zu. Jenseits von 10 Jahren sind IgA-Antikörper in Abhängigkeit von den Altersklassen zwischen 25 % und 42 % vorhanden. Der IgG-Anteil nimmt mit dem Alter zu (66 % bis 86 %). IgM tritt im Erwachsenenalter in ca. 3 % der Fälle auf. Befundbeurteilung für das Routinekollektiv mit RI Die Beurteilung der Infektion erfolgt in der Regel anhand der Antikörperkonstellation in einem Serum. Die Positivrate (Anteil aller positiven Ergebnisse in einer Altersklasse) steigt von 13 % bei Kleinkindern (0-5 Jahre) bis zu 89 % jenseits von 60 Jahren an. Die Akutinfektionen (Antikörperkonstellation mit einem positiven IgM) nehmen mit zunehmenden Alter ab. C. pneumoniae-Befunde bei RI 100% 90% 80% Häufigkeit Die zurückliegenden Infektionen/ Seronarben (solitäres IgG) kommen bereits auffallend häufig (>25 %) in der Gruppe 6-10 Jahre vor. Außer im Kindesalter bis zu 10 Jahren überwiegen die Befunde aus IgG und IgA als Zeichen einer bestehenden Infektion. Hierin liegt die große Herausforderung für die Diagnosestellung (s. S. 8). 70% 60% 50% 40% Akutinfektion Best. Infektion Seronarbe Negativ 30% 20% 10% Befundbeurteilung für Kinder mit RI aus Deutschland und Belgien 0% 0-5 6-10 11-20 21-40 41-60 >60 Altersklassen (Jahre) Insgesamt stehen die serologischen C. pneumoniae-Ergebnisse von 608 Kindern mit respiratorischer Infektion zur Diskussion (Abb. unten). 100% 90% Häufigkeit 80% 70% 60% 50% 40% Akutinfektion best.Infektion 30% Seronarbe negativ 20% 10% 0% 0-5 0-5 6-10 6-10 D B D B Die Ergebnisse stammen sowohl von hospitalisierten als auch ambulant versorgten Kindern. Sie entsprechen somit dem Probenspektrum eines Routinelabors. Unabhängig davon, ob die Kinder aus Belgien* (B) oder Deutschland (D) kommen, liegt die Infektionsrate (Summe aller positiven Befunde) in den ersten fünf Lebensjahren zwischen 8 % und 13 %. Bereits im frühen Schulalter (8 10 Jahre) sind die C. pneumoniae-Infektionen auf mehr als 40 % angestiegen. Altersklassen (Jahre) 7 Befundinterpretation C. pneumoniae Aufgrund des überwiegend unspezifischen und asymptomatischen Verlaufs einer C. pneumoniae-Infektion und durch die hohe Prävalenz von Antikörpern (s.S. 7) ist eine Abgrenzung zwischen aktuellen, gerade ablaufenden und bereits zurückliegenden Infektionen sehr schwierig. Obwohl jeder Mensch in seinem Leben wenigstens eine C. pneumoniae-Infektion bekommt, erinnern wir uns kaum daran. Da nur ein Bruchteil dieser Infektionen während ihrer Akutphase erkannt werden, kann daraus eine Erregerpersistenz resultieren. Über die nicht auszuschließenden schwerwiegenden Spätfolgen einer persistierenden C. pneumoniaeInfektion wurde bereits auf S. 2 berichtet. Sowohl vor dem Hintergrund der hohen Durchseuchung mit C. pneumoniae als auch angesichts der nicht auszuschließenden Gefahr der Folgeerkrankungen ist eine Differenzialdiagnostik erforderlich. Allein das Auftreten von IgG- und IgA-Antikörpern gegen C. pneumoniae signalisiert nur, dass sich der Körper mit diesem Erreger auseinandergesetzt hat. Im Folgenden werden Möglichkeiten aufgezeigt, die die Befundung der serologischen Ergebnisse erleichtern sollen. Akute Infektionen Serologisch sicherer Nachweis einer akuten Infektion 1.) Durch den Nachweis von IgM-Antikörper im Akutserum Neben dem IgM sollte IgA und/oder IgG vorhanden sein, da ansonsten eine polyklonale BZellstimulation nicht auszuschließen ist. 2.) Durch den Nachweis einer Antikörperbewegung in Serumpaaren Der Abstand zwischen den Blutabnahmen sollte 10 Tage nicht unterschreiten. Statistisch gesicherte Veränderung in der Antikörperkonzentration (AU/ml) IgG: 2-facher Anstieg der Antikörperkonzentration IgA: 2,5-facher Anstieg der Antikörperkonzentration Wahrscheinlicher Nachweis einer akuten Infektion 1.) Nachweis von IgG und IgA bei Fehlen von IgM in Einzelproben In der Regel kommen IgM-Antikörper nur bei Primärinfektionen vor. Bei Reinfektionen oder Reaktivierungen treten im allgemeinen keine oder nur vereinzelt IgM-Antikörper auf. Die Immunantwort wird hier durch IgG und IgA bestimmt. In der Praxis sind das die häufigsten Fälle, die zur Beurteilung anstehen (s. Seite 7). Nach Kuo et al. (1995) und Dowell et al. (2001) sprechen IgG-Titer ³ 1 : 512 (MIF-Test) mit großer Wahrscheinlichkeit für eine akute Infektion. Entsprechende IgG-Konzentrationen im C. pneumoniae-IgG-ELISA plus medac werden zur Zeit überprüft. Um die Aussage sicherer zu machen, wird zusätzlich zu diesem IgG ein positiver IgABefund gefordert. Einschätzung der Methoden Beim Vergleich von Ergebnissen zwischen MIF-Test und ELISA ist zu berücksichtigen, dass der MIF-Test subjektiv abzulesen ist und dass zudem aufgrund verschiedener Testeinstellungen eine hohe Variabilität in den Ergebnissen auftreten kann. Die Reproduzierbarkeit der ELISA-Ergebnisse ist dagegen sehr hoch. 8 Antikörpermonitoring C. pneumoniae Im Folgenden werden Beispiele für Infektionsstadien dargestellt und beschrieben. Akute Infektion Patienten mit respiratorischer Infektion Beispiele für eine akute C. pneumoniae-Infektion: 700 10,0 350 300 1,55 6,0 300 4,0 200 IgG 2,0 IgA 100 1,50 250 1,45 200 1,40 150 1,35 100 1,30 50 1,25 Cp IgG/IgA (AU/ml) 400 LJ-A9 300 IgM (COI) 500 Cp IgG/IgA (AU/ml) LJ-F9 8,0 IgM (COI) Cp IgG/IgA (AU/ml) LJ-H7 600 IgM 0 0 0,0 0 0 200 150 100 50 0 1,20 42 Blutabnahme (Tage) 250 0 31 42 Blutabnahme (Tage) Blutabnahme (Tage) IgM: cut off = 1* ; IgG und IgA: cut off = 25 AU/ml *IgM-Ergebnisse werden als Cut off Index (COI) angegeben Patient LJ-H7: - IgM als Akutmarker vorhanden - Innerhalb von 42 Tagen keine signifikanten Veränderungen im IgG und IgA Patient LJ-A9: - IgM nicht vorhanden - IgG und IgA bei t0 unauffällig niedrig - Signifikanter IgG-Anstieg um den Faktor 4,2 innerhalb von 42 Tagen Patient LJ-F9: - IgM als Akutmarker vorhanden - Innerhalb von 31 Tagen keine signifikanten Veränderungen im IgG und IgA Chronische Infektion Eine chronische Infektion mit persistierenden Erregern gehört offensichtlich zu den häufigsten Erscheinungsbildern einer C. pneumoniae-Infektion (s. Seite 7). Dieser Zustand ist durch konstante Antikörper-Konzentrationen für IgG und IgA über Wochen, Monate und vielleicht sogar Jahre gekennzeichnet (s. unten). Bei persistierenden Chlamydien ist die Chance eines Therapieerfolgs durch Antibiotika nur gering. So erklärt sich auch die hohe Anzahl persistierender, konstanter Antikörper-Titer. Patienten mit koronarer Herzkrankheit Beispiele für eine persistierende C. pneumoniae-Infektion: 400 300 A-33v 250 200 IgG 150 IgA 100 350 300 250 200 150 100 50 50 0 0 0 12 26 Blutabnahme (Wochen) 52 400 A-162v Cp IgG/IgA (AU/ml) 350 Cp IgG/IgA (AU/ml) Cp IgG/IgA (AU/ml) 400 350 A-149p 300 250 200 150 100 50 0 0 12 26 52 Blutabnahme (Wochen) 0 12 26 52 Blutabnahme (Wochen) IgG und IgA: cut off = 25 AU/ml Patienten A-33v, A-162v, A-149p: - IgG- und IgA-Antikörper persistieren auf unterschiedlich hohem Niveau. - Zum Ausschluss einer Reaktivierung oder Reinfektion serologische Kontrollen in größeren Abständen durchführen! - Veränderungen der IgG-Konzentration um den Faktor 2 bzw. für das IgA um den Faktor 2,5 würden eine signifikante Veränderung anzeigen. 9 Antikörpermonitoring C. pneumoniae Zurückliegende Infektion (Seronarbe) Die zurückliegende, abgelaufene Infektion ist durch das solitäre IgG gekennzeichnet, das auch als Seronarbe bezeichnet wird. Dabei ist die Höhe der IgG-Antikörper-Konzentration nicht ausschlaggebend (s. unten). Die Seronarben können über Monate und wahrscheinlich auch Jahre bestehen bleiben. Dennoch wird eine langfristige Immunität gegen Chlamydien nicht aufgebaut. Aus einem Einzelwert ist nicht abzuleiten, ob es sich nur um eine zurückliegende Infektion handelt. Bei klinischen Verdacht sollte durch ein Zweitserum eine Reinfektion ausgeschlossen werden. Patienten mit koronarer Herzkrankheit Beispiele für eine zurückliegende C. pneumoniae-Infektion: 300 250 200 150 IgG 100 IgA 50 350 A-57v Cp IgG/IgA (AU/ml) A-27p Cp IgG/IgA (AU/ml) Cp IgG/IgA (AU/ml) 350 400 400 400 300 250 200 150 100 50 0 0 0 12 26 350 A-102v 300 250 200 150 100 50 0 0 52 Blutabnahme (Wochen) 12 26 52 0 Blutabnahme (Wochen) 12 26 52 Blutabnahme (Wochen) IgG und IgA: cut off = 25 AU/ml Patienten A-27p, A-57v und A-102v:- IgA über den Untersuchungszeitraum von einem Jahr negativ - IgG über den Untersuchungszeitraum von einem Jahr konstant positiv Therapieerfolg Offensichtlich lässt sich ein Therapieerfolg auch am Verlauf einer Antikörperkonzentration ablesen. Eine Halbierung der IgG-Konzentration und/oder ein Abfall des IgA sind Anhaltspunkte für einen Rückgang der Immunreaktion gegen den Erreger und ein Hinweis auf den Therapieerfolg. Patienten mit respiratorischer Infektion Beispiele für Therapieerfolg bei einer C. pneumoniae-Infektion: 1200 LJ-I3 200 150 100 50 IgG Cp IgG/IgA (AU/ml) Cp IgG/IgA (AU/ml) 250 LJ-C2 1000 800 600 400 200 IgA 0 0 0 62 0 21 Blutabnahme (Tage) Blutabnahme (Tage) IgG und IgA: cut off = 25 AU/ml Patient LJ-I3: - IgA-Abfall um den Faktor 1,7 (n.s.) - IgG-Abfall um den Faktor 2 (sign.) Patient LJ-C2: - IgA-Abfall um den Faktor 2,4 (n.s.) - IgG-Abfall um den Faktor 4 (sign.) . Im Idealfall sind signifikante Antikörperabnahmen bereits innerhalb von 3 bis 9 Wochen nach Therapieende zu verzeichnen. 10 Antikörperprävalenzen M. pneumoniae Altersabhängige Häufigkeitsverteilung von M. pneumoniae-Antikörpern bei RI 100% IgG IgA IgM 90% 80% Häufigkeit 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0-5 6-10 11-20 21-40 41-60 Das Kollektiv der Patienten mit RI Bereits bei Kleinkindern (0-5 Jahre) sind IgMund IgG-Antikörper in 17 % bzw. 35 % der Fälle nachweisbar (s. Abb. links). IgA-Antikörper treten hier nur sporadisch auf (3 %). Vom frühen Schulalter (6-10 Jahre) bis hin zum Alter von 20 Jahren nimmt die IgG-Häufigkeit auf mehr als 65 %, die des IgM auf 22 % zu. Das IgA ist in der gleichen Zeit bei 11 % der Fälle nachweisbar. >60 Altersklassen (Jahre) Auch jenseits von 20 Jahren bleibt die IgA-Häufigkeit auf etwa diesem Niveau. Im Gegensatz dazu tritt das IgM jetzt nur noch in durchschnittlich 4 % der Fälle auf. Der IgG-Anteil schwankt um 35 %. Befundbeurteilung für das Kollektiv mit RI Die Beurteilung der Infektion erfolgt in der Regel anhand der Antikörperkonstellation in einem Serum. Die Positivrate (Anteil aller positiven Ergebnisse in einer Altersklasse) beträgt im vorliegenden Kollektiv bei Kleinkindern (0-5 Jahre) bereits 35 %, bei frühen Schulkindern schon 58 % und bei Teenagern und jungen Erwachsenen (11-20 Jahre) 65 %. Danach verringert sich die Häufigkeit der positiven Ergebnisse auf etwa die Hälfte (33-46 %). Der relativ hohe Anteil an Akutinfektionen (Antikörperkonstellation mit einem positiven IgM) im Alter zwischen 0 und 20 Jahren ist auffallend. Akut- und zurückliegende Infektionen/ Seronarben (solitäres IgG) sind die vorherrschenden Befunde in den Altersgruppen vom Kleinkind bis hin zum jungen Erwachsenen. Danach häufen sich die sogenannten bestehenden Infektionen (IgG und IgA gemeinsam positiv), die nur von den Seronarben (22-32 %) an Häufigkeit übertroffen werden. Häufigkeit M. pneumoniae-Befunde bei RI 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Akutinfektion Best. Infektion Seronarbe Negativ 0-5 6-10 11-20 21-40 41-60 Altersklassen (Jahre) >60 Befundinterpretation M. pneumoniae Nach den vorliegenden serologischen Befunden finden die meisten M. pneumoniae-Infektionen zwischen dem Eintritt in das Schulalter und dem frühen Erwachsenenalter statt. Primärinfektionen werden durch das gemeinsame Auftreten von IgM und IgG und/oder IgA angezeigt. Mit fortschreitendem Alter sind die aktiven Infektionen (offensichtlich Reinfektionen) durch die Kombination von IgA und IgG gekennzeichnet. Erreger- und Antikörperpersistenzen sind für Mycoplasma-Infektionen nicht bekannt. Insofern bestehen keine besonderen Schwierigkeiten bei der Beurteilung der serologischen Ergebnisse. 11 Befundinterpretation M. pneumoniae Darüber hinaus erfaßt der Mycoplasma pneumoniae-ELISA medac die Dynamik der Antikörperkonzentration sehr gut (s. Abb. unten). Antikörperkinetik während einer Mycoplasma pneumoniae-Infektion bei Kindern Häufigkeit der Ak im M.pneumoniae-ELISA medac 70% IgM positiv 60% IgA positiv Größe des Kinderkollektivs: n = 113 IgG positiv 50% - IgM-Antikörper bereits 0 - 1 Tag nach Fieberbeginn nachweisbar - IgM-Maximum zwischen 5. und 10. Tag - IgA-Maximum zwischen 11. und 14. Tag - IgG-Maximum innerhalb von 21 Tagen noch nicht erreicht 40% 30% 20% 10% 0% 0-1 2-4 5-7 8-10 11-14 15-21 Tage nach Fieberbeginn Aus der Antikörperkonstellation für M. pneumoniae in nur einem Serum ergeben sich diagnostische Hinweise. Die sichersten Ergebnisse sind aus Serumpaaren abzuleiten. Im Folgenden werden Beispiele für das Verhalten der IgG-, IgA- und IgM-Antikörper im Verlauf einer M. pneumoniae-Infektion dargestellt. Alle Patienten wurden aufgrund der Symptomatik bereits bei t0 mit Doxycyclin therapiert. Die einzelnen Infektionsstadien wurden bereits auf den Seiten 8 bis 10 charakterisiert und gelten grundsätzlich auch für M. pneumoniae-Infektionen. Antikörpermonitoring M. pneumoniae Akute Infektion Patienten mit respiratorischer Infektion Beispiele für eine akute M. pneumoniae-Infektion: 160 4 140 2,5 2 100 1,5 1 0,5 0 0 0 14 28 Blutabnahme (Tage) 4,5 p1519 4 3,5 120 3 100 2,5 80 2 60 1,5 40 1 20 500 3,5 400 3 2,5 300 2 200 1,5 1 100 0,5 0 0 0 14 28 Blutabnahme (Tage) IgM (COI) 150 50 600 4 IgM (COI) 3 Mp IgG/IgA (AU/ml) 3,5 IgM 4,5 1701 IgM (COI) Mp IgG/IgA (AU/ml) IgA 200 4,5 y102 IgG Mp IgG/IgA (AU/ml) 250 0,5 0 0 0 14 28 Blutabnahme (Tage) IgM: cut off = 1* ; IgG und IgA: cut off = 10 AU/ml (*IgM-Ergebnisse werden als Cut off Index (COI) angegeben) Patient y102: - IgG und IgA Serokonversion innerhalb von 14 Tagen - IgM negativ Patient 1701: - IgG und IgA Serokonversion innerhalb von 14 Tagen - IgM negativ Patient p1519: - IgG und IgA Serokonversion erst nach 28 Tagen - IgM Serokonversion innerhalb von 14 Tagen Serokonversionen für IgG, IgA und IgM erfolgen überwiegend bereits innerhalb von 14 Tagen nach dem ersten Auftreten von Symptomen. 12 Antikörpermonitoring M. pneumoniae Zurückliegende Infektion (Seronarbe) Patienten mit respiratorischer Infektion Beispiele für eine zurückliegende M. pneumoniae-Infektion: 80 IgA 2 50 40 1,5 30 1 20 0,5 10 0 IgG und IgA: cut off = 10 AU/ml 2 50 40 1,5 30 1 Patienten 1802 und 1420: - IgG positiv oder grenzwertig - IgA und IgM negativ 20 0,5 10 0 14 2,5 60 IgM (COI) Mp IgG/IgA (AU/ml) 2,5 IgM 0 3 1420 70 IgM (COI) Mp IgG/IgA (AU/ml) 60 80 3 1802 IgG 70 0 0 28 0 14 28 Blutabnahme (Tage) Blutabnahme (Tage) Bei klinischen Verdacht auf eine Infektion sollte durch ein Zweitserum eine Reinfektion ausgeschlossen werden. Therapieerfolg Über die Veränderung der Antikörperkonzentrationen unter Therapie ist wenig bekannt. In den dargestellten Beispielen wird deutlich, dass es unter Therapie zunächst noch zu einem Anstieg der Antikörperkonzentration kommen kann, danach fallen die Konzentrationen unterschiedlich schnell ab. Patienten mit M. pneumoniae-Infektion Beispiele für Therapieerfolg bei einer M. pneumoniae-Infektion: 120 IgM 3,5 140 3 100 2 80 1,5 60 1 40 0 0 0 14 28 Blutabnahme (Tage) 5 4,5 140 4 1301 100 3,5 80 3 2,5 60 2 40 1,5 1 3,5 120 3 100 2,5 80 2 60 1,5 40 1 20 0,5 20 0,5 20 160 0,5 0 0 0 14 28 Blutabnahme (Tage) 0 IgM (COI) 2,5 180 4 IgM (COI) 120 4,5 1001 4 IgA Mp IgG/IgA (AU/ml) 160 4,5 1728 IgG IgM (COI) Mp IgG/IgA (AU/ml) 180 Mp IgG/IgA (AU/ml) 200 0 0 14 28 Blutabnahme (Tage) IgM: cut off = 1* ; IgG und IgA: cut off = 10 AU/ml *IgM-Ergebnisse werden als Cut off Index (COI) angegeben Patienten 1728 und 1001: - IgG, IgA und IgM Serokonversion innerhalb von 14 Tagen, danach Abnahme der Ak-Konzentration bei allen drei Antikörpern Patient 1301: - IgG, IgA und IgM bereits bei t0 positiv - Anstieg aller drei Antikörper innerhalb von 14 Tagen, danach Abfall aller drei Antikörper Unter Therapie wird besonders der schnelle und signifikante Abfall der IgA-Konzentration deutlich. 13 Doppelinfektion C. pneumoniae und M. pneumoniae Häufig wird nachgefragt, ob Infektionen mit C. pneumoniae und M. pneumoniae zur gleichen Zeit möglich sind. In diesem Zusammenhang wurde ein Teilkollektiv bestehend aus 181 Patienten aus dem Routinekollektiv älter als 20 Jahre parallel mit den C. pneumoniae- und M. pneumoniae-ELISA medac untersucht. Antikörperkonstellationen und “Doppelinfektionen” bei Patienten mit RI Antikörperkonstellation IgG + + + + - IgA + + + + - IgM + + + + - C. pneumoniae M. pneumoniae n 0 2 0 67 0 0 75 37 relativ 0% 1% 0% 37% 0% 0% 41% 20% n 1 4 0 14 0 0 50 112 relativ 1% 2% 0% 8% 0% 0% 28% 62% 181 100% 181 100% C. und M. pneumoniae gleichzeitig n 0 0 0 7 0 0 25 22 relativ 0% 0% 0% 4% 0% 0% 14% 12% Vergleichbar mit dem Gesamtkollektiv (s. S. 7 u. 11) differieren auch hier die Ergebnisse zwischen beiden Erregern (s. Tab.). In 80 % der Fälle sind Antikörper gegen C. pneumoniae nachweisbar. Im Gegensatz dazu treten nur bei etwa 38 % der Patienten Antikörper gegen M. pneumoniae auf. Anhand des serologischen Befundes ist der Anteil Akutinfektionen, verursacht durch C. pneumoniae, mit 1 % relativ gering (s. Abb.). Etwa zu gleichen Teilen können bestehende Infektionen (37 %) und Seronarben (41 %) einer zurückliegenden Infektion festgestellt werden. Bei den M. pneumoniae-Infektionen besteht bei 3 % der Patienten ein Hinweis auf eine Akutinfektion. Ein ähnlich kleiner Anteil (8 %) hat offensichtlich eine bestehende Infektion. Der Anteil an Seronarben liegt bei 28 %. C. pneumoniae- und M. pneumoniae-Befunde bei RI 100% 90% Akutinfektion Best. Infektion Seronarbe 80% 70% Häufigkeit Bei 32 (18 %) von den insgesamt 181 Patienten kommen sowohl Antikörper gegen C. pneumoniae als auch M. pneumoniae vor. Dieser Fakt bedeutet jedoch nicht, dass bei diesen Patienten eine floride Infektion durch beide Erreger gleichzeitig abläuft. In 25 Fällen (14 %) ist jeweils nur ein solitäres IgG vorhanden, das auf eine in der Vergangenheit abgelaufene Infektion mit C. und M. pneumoniae hinweist. Bei einem verschwindend kleinen Anteil von 4 % der Seren liegen IgG- und IgAAntikörper sowohl gegen C. pneumoniae als auch M. pneumoniae vor. 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 80% 38% C. pneumoniae M. pneumoniae Positivrate Die serologischen Ergebnisse geben keinen Hinweis auf eine parallel ablaufende akute Infektion (Doppelinfektion) mit C. pneumoniae und M. pneumoniae. Bei weniger als 20 % der Patienten sind sowohl Antikörper gegen C. pneumoniae als auch M. pneumoniae nachweisbar, die jedoch nichts über den zeitlichen Verlauf der Infektionen aussagen. 14 Zusammenfassung/Schlussfolgerungen C. pneumoniae und M. pneumoniae · · · · · · · Respiratorische Infektionen gehören zu den häufigsten Infektionskrankheiten weltweit. Etwa 10 bis 15 % dieser Infektionen werden durch C. pneumoniae oder M. pneumoniae verursacht. Neben Infektionen des Respirationstrakts sind zahlreiche extrapulmonale Erkrankungen durch C. pneumoniae und M. pneumoniae bekannt. Zur Differenzialdiagnostik wird die Serologie als Methode der Wahl eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse zur C. pneumoniae- und M. pneumoniaeSerologie aus Deutschland vorgestellt. Die Diagnostik wurde mit den C. pneumoniae-IgG- und IgA-ELISA plus sowie C. pneumoniaeIgM-sELISA und den M. pneumoniae-IgG-, IgA- und IgM-ELISA von medac durchgeführt. Die IgG- und IgA-ELISA ermöglichen aufgrund der Einpunktquantifizierung ein einfaches und stabiles Antikörpermonitoring. C. pneumoniae-Serologie: · · · · · Die Positivrate steigt von 13 % bei Kleinkindern bis zu 89 % bei über 60-Jährigen an. Außer bei Kleinkindern herrscht der Befund bestehende C. pneumoniae-Infektion (IgG in Kombination mit IgA) vor. Der Nachweis von IgG und IgA bei Fehlen von IgM in Einzelproben trägt Hinweischarakter. IgG-Konzentrationen von ³ 1 : 512 im MIF-Test sprechen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit für eine akute Infektion. Definierte Antikörperveränderungen in gepaarten Seren ergeben die sichersten Aussagen. M. pneumoniae-Serologie: · · · Die höchste Positivrate von 65 % tritt bereits im Kindesalter auf. Hier dominieren IgM und IgG. Bei Erwachsenen sinkt die Positivrate auf etwa die Hälfte ab. Jenseits von 20 Jahren scheinen Reinfektionen vorzuherrschen. Hier fungiert das IgA als Aktivitätsmarker. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass C. pneumoniae- und M. pneumoniaeInfektionen zu einem hohen Anteil an den respiratorischen Infektionen in Deutschland beteiligt sind. Antikörper gegen C. pneumoniae und M. pneumoniae treten in weniger als 20 % der Fälle gemeinsam auf. Die vorliegenden serologischen Daten sollten durch Ergebnisse molekularbiologischer Untersuchungen untermauert werden. 15 Literatur Baer G, Engelcke G, Abele-Horn M, Schaad UB, Heininger U: Role of Chlamydia pneumoniae and Mycoplasma pneumoniae as causative agents of community-acquired pneumonia in hospitalised children and adolescents. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 22, 742 - 745 (2003). Balin BJ, Gérard HC, Arking EJ, Appelt DM, Branigan PJ, Abrams JT, Whittum-Hudson JA, Hudson AP: Identification and localization of Chlamydia pneumoniae in the Alzheimer’s brain. Med Microbiol Immunol 187, 23 - 42 (1998). Bunk S, Susnea I, Rupp J, Summersgill JT, Maass M, Stegmann W, Schrattenholz A, Wendel A, Przybylski M, Hermann C: Immunoproteomic identification and serological responses to novel Chlamydia pneumoniae antigens that are associated with persistent C. pneumoniae infections. J Immunol 180, 8, 5490 - 5498 (2008). 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