C-reaktives Protein und andere immunologische Biomarker

Infektionen stellen den Hauptgrund für Vorstellungen von Kindern in der Kinderarzt-Praxis und in Kindernotfallambulanzen dar. Erregerspektrum, Auftretenshäufigkeit von z. T. lebensbedrohlichen Komplikationen, d. h. schweren bakteriellen Infektionen (SBI), sind altersabhängig (Tab. 1). Vom Kleinkind- bis zum Erwachsenenalter sind Infektionen überwiegend viraler Genese, vom natürlichen Verlauf her meist unbedenklich und benötigen keine spezifische Therapie. Im Neugeborenenalter dagegen sind allein 2015 weltweit ca. 2 Mio. Neugeborene verstorben, viele davon an Infektionen [25]. Die jüngst beschriebenen Besonderheiten des fetalen bzw. neonatalen Immunsystems könnten für eine Fortentwicklung von Infektionsdiagnostik und -therapie wichtig sein und damit künftig für ein besseres Überleben der Betroffenen von Bedeutung werden [19].

Die Immunsysteme des Neugeborenen und des heranwachsenden Kindes sind von Unreife gegenüber Erregern geprägt. Neutrophile Granulozyten weisen Defizite auf, u. a. sind sie noch nicht ausreichend in der Lage, sog. extrazelluläre „traps“ (Netze) auszulegen, und die Produktion antimikrobieller Peptide ist eingeschränkt. Auf Monozyten/Makrophagen findet sich eine noch nicht vollständig ausgebildete Expression von wichtigen Sensoren des Immunsystems, den sog. Mustererkennungsrezeptoren („pattern recognition receptors“, PPR; [19]).

Das Dogma war bis vor Kurzem, dass Fetus und Plazenta steril sind. Inzwischen gibt es eine gute Evidenz für das Vorhandensein eines fetalen Mikrobioms, d. h., dass in normalen Plazenten Erreger (Lactobacillus, Bacteroides, Bifidobacterium bifidum) nachgewiesen werden, die vom Spektrum her dem oralen Mikrobiom der Mutter ähnlich sind [32]. Schon in utero findet ein Kontakt von fetalen Immunzellen mit Erregern und anderen Antigenen statt, und gesunde Neugeborene weisen bei Geburt hohe Konzentrationen von proinflammatorischen Zytokinen (z. B. Interleukin[IL]-6) und anderen Entzündungsmarkern (C-reaktives Protein [CRP] sowie Prokalzitonin [PCT]) auf.

Ziel einer Entzündung ist es, das Eindringen von Pathogenen zu verhindern, Noxen zu neutralisieren und die Wundheilung zu initialisieren. Nicht jede Entzündung ist eine Infektion. Entzündungs- und Akute-Phase-Reaktion (APR) kommen auch nach Trauma, Neoplasmen, Autoimmunerkrankungen und Infarkten vor. Die klinischen Auswirkungen der APR wie Fieber, Anämie, Somnolenz, Apathie und Abbau der Muskulatur können schädlich sein und in Extremfällen als Folge unkontrollierter Freisetzung von Zytokinen („Zytokinsturm“) zum Tod führen. Andererseits geben Fieber, Somnolenz und Inaktivität dem Körper Zeit, sich zu erholen.

Auf molekularer Ebene erkennen Entzündungszellen (u. a. Makrophagen, dendritische Zellen) mit Sensoren/Rezeptoren (ähnlich Scannern) auf ihrer Oberfläche oder in ihrem Zytoplasma molekulare Muster (ähnlich Barcodes) auf Erregern oder absterbenden Zellen („pathogen-associated molecular patterns“ [PAMP] und „damage-associated molecular patterns“ [DAMP]; [36]; Abb. 1). Die nach Aktivierung von Entzündungszellen vermehrte Sekretion von Botenstoffen wie Zytokinen (z. B. IL-6, IL-8) oder sog. Hormokinen (Hormone mit zytokinähnlichem Verhalten, z. B. PCT), sowie erhöhte Expression löslicher (z. B. CRP) oder membranständiger Mustererkennungsrezeptoren („pattern recognition receptors“, PRR) hat sich in klinischen Studien als geeignet erwiesen, um als Biomarker Entzündung anzuzeigen. In Abb. 1 sind die physiologische Entzündungsresponse und die Rolle von Molekülen, die als Biomarker genutzt werden, dargestellt. Der Erkennung von PAMP/DAMP (Entzündungsreiz) durch PRR folgt die Freisetzung von entzündungsfördernden Zytokinen (sog. proinflammatorischen) IL-1β, IL-6, IL-8, Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNF-α), Granulozyten-koloniestimulierendem Faktor (G-CSF), Granulozyten-Monozyten-koloniestimulierendem Faktor (GM-CSF) u. a. aus aktivierten Monozyten und Makrophagen. Dabei führen GCSF und GMCSF zu einer vermehrten Ausschleusung von Leukozyten aus dem Knochenmark und zu einer Leukozytose im Blut. Tumor-Nekrose-Faktor-α und IL-1β bewirken, dass an den Gefäßen Adhäsionsmoleküle auf Endothelzellen vermehrt exprimiert werden, die gemeinsam mit Chemokinen (z. B. IL-8) fördern, dass weiße Blutkörperchen an den Ort der Entzündung wandern. Tumor-Nekrose-Faktor-α ruft eine Vasodilatation und eine erhöhte Gefäßdurchlässigkeit hervor (klassische klinische Entzündungszeichen Rubor, Calor, Tumor). Tumor-Nekrose-Faktor- α, IL-1β und IL-6 initiieren im Gehirn, dass die Körpertemperatur (≥39 °C) hochgeregelt (Calor) und das Schmerzempfinden gesteigert werden (Dolor). Interleukin-1β und IL-6 lösen in der Leber die Freisetzung sog. Akute-Phase-Proteine (APP), z. B. CRP und PCT, aus. Die PAMP von Viren (z. B. deren Nukleinsäuren) werden vorwiegend durch intrazelluläre PRR erkannt, und deren Aktivierung führt zur Sekretion von Typ-1-Interferonen (z. B. IFN-α) und IFN-γ. Typ-1-Interferone aktivieren u. a. zytotoxische T‑Zellen und natürliche Killerzellen (NK-Zellen) zur Lyse virusinfizierter Zellen. Das CRP fungiert als löslicher PRR, opsoniert Mikroorganismen, leitet sie der Phagozytose zu und aktiviert gleichzeitig das Komplementsystem. Die Funktion des PCT ist unbekannt. Es wird durch IL-1β bzw. Zentralnervensystem(ZNS)-vermittelte Stimulation neuroendokriner Zellen und auch normaler Zellen bei Entzündung vermehrt gebildet. Interferon-γ, das bei Virusinfektionen vorherrscht, inhibiert die PCT-Produktion.

Im klinischen Alltag und in der klinischen Forschung muss es ganz vorrangig darum gehen, dass der Zustand des kranken Patienten selbst besser wird (in Studien: sog. klinische Endpunkte) und nicht dessen Laborwerte (Biomarker; [37]). Damit ein Biomarker überhaupt als Surrogat für einen klinischen Zustand benutzt werden kann, bedarf es sehr gut durchgeführter, hochwertiger Studien, die aber oft fehlen.

Wesentliche Schwäche von Studien und Metaanalysen zu Laborbiomarkern ist das Publikationsbias. Studien mit positiven Resultaten werden besser und eher veröffentlicht als Ergebnisse, die keine Relation zwischen Biomarker und Infektion zeigen. Dies führt zur generellen Überschätzung von Biomarkern in der Infektionsdiagnostik. Die Vergleichbarkeit von Studien zu Biomarkern wird erschwert durch Benutzung unterschiedlicher Assays, unterschiedlichen Ein- und Ausschluss von Untersuchungsgruppen (z. B. Vorstellung in Kinderarztpraxis oder Notfallambulanz, unterschiedliches Patientenalter, Geschlecht/Begleiterkrankungen etc.), inadäquate Randomisierungen, sehr unterschiedliche Definitionen der Endpunkte/des Outcome z. B. als SBI oder invasive bakterielle Infektion (IBI) sowie willkürlich gewählte, z. T. sehr unterschiedliche „Cut-off“-Werte (z. B. </>0,5 ng/ml PCT). Die Validität des Biomarkertests hängt schließlich von der guten Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Präzision sowie von präanalytischen Variablen wie Teströhrchen, Transportzeiten und -medien usw. ab [9, 20].

Ein generelles CRP-Screening aller Kinder im Rahmen einer Notfallvorstellung ist nicht sinnvoll: Die Abnahme der CRP, basierend auf standardisierter klinischer Risikoeinschätzung (d. h. Abnahme nur bei Atembeschwerden, Fieber ≥40 °C, Diarrhö, Patientenalter ≤30 Monate), ist in Bezug auf die Diagnose SBI ebenso gut wie ein generelles CRP-Screening bei allen Kindern (Studie mit CRP-POCT aus Flandern bei 2773 Kleinkindern im Alter von ca. 3 Jahren mit 3174 Fieberepisoden, [45]). Ebenso kann ein generelles Laborbiomarkerscreening den Antibiotikaverbrauch nicht reduzieren [44].

Kein Laborbiomarker kann bisher isoliert und ohne anamnestische/klinische Vorinformationen (Prädiagnostik) zuverlässig Infektionen vorhersagen. Daher sind die klinisch-biometrischen Biomarker (d. h. die Befunde aus Anamnese und klinischer Untersuchung) für die Früherkennung von SBI viel entscheidender als die Laborbiomarker ([41]; Tab. 2). Die Anwendung der modifizierten Rochester-Kriterien zum Ausschluss von SBI geht mit einem sehr hohen NPV-Wert von 98,9 % einher [18]. Beim Management ambulant erworbener Pneumonien (pCAP) und Bronchiolitiden kann leitliniengemäß ganz auf die Abnahme routinemäßiger Blutentnahmen verzichtet werden, wenn keine schwere Form der pCAP vorliegt [5, 11].

Die Ergebnisse aus 2 qualitativ hochwertigen Metaanalysen sind in Tab. 3 zusammengefasst. Für Kinder und Erwachsene haben Kapasi et al. 193 Arbeiten gescreent und 59 Arbeiten zwischen 2010 und 2015 ausgewählt, die „host biomarker“ auf ihre Vorhersagefähigkeit von bakteriellen vs. nichtbakteriellen Infektionen prüfen [20]. Für Früh- und Neugeborene mit Verdacht auf Sepsis oder kulturell nachgewiesener Sepsis >24. SSW bis zum 28. Lebenstag werteten Hedegaard et al. 292 Studien zu Serum‑/Plasmamarkern aus und selektierten 16 Studien hoher Qualität [14]. Im Folgenden wird die Evidenzlage für Zytokine, klassische und hämatologische Biomarker und neue Marker diskutiert.

Bei Fieber im Zelltief können die klassischen Marker PCT und CRP sowie Zytokine und deren lösliche Rezeptoren (IL-6, IL-8, IL-2-Rezeptor und TNF-Rezeptor II) weder zwischen bakterieller und viraler Infektion unterscheiden, noch sind sie hilfreich für die Verlaufsbeurteilung. Sie werden daher als nichtrelevant angesehen [13, 21, 26, 34]. Große kinderonkologische Zentren in England (z. B. Great Ormond Street Hospital, London) und einzelne Zentren in Deutschland (Göttingen und Halle), verzichten weitgehend auf die Untersuchung von CRP und anderen Biomarkern bei der Abklärung/Verlaufsbeobachtung von Kindern im Zelltief. Dort wird unabhängig von den klassischen Biomarkern wie CRP (abgesehen von wenigen Ausnahmen) gemäß dem Verlauf der klinischen Symptome und des Blutbilds über das weitere Vorgehen entschieden (persönliche Kommunikationen C. Kramm, Göttingen, und D. Hargrave, London).

Interleukin 6 ist das am meisten als Biomarker genutzte Zytokin. Es wird sehr früh nach einer Infektion von Phagozyten, Endothelzellen, aber auch von Chorion‑, Amnionzellen und Trophoblasten produziert und unterliegt einer kurzen Halbwertszeit von ca. 100 min ([27, 46]. Interleukin-6 induziert die Proteinsynthese (einschließlich der APP) in der Leber, u. a. des CRP und des PCT. Interleukin-8 (CXC-Motiv-Chemokin 8, CXCL8) ist ein proinflammatorisches Chemokin, das von Monozyten, Makrophagen und Endothelzellen (einschließlich Plazentazellen) früh, ca. 1–3 h nach einem Entzündungsreiz gebildet wird und ebenso eine relativ kurze Halbwertszeit (4 h) aufweist, ähnlich dem IL-6. Es reguliert die Leukozytenmigration und -aktivierung. Die Konzentrationen von IL-6 und -8 werden in Pikogramm pro Milliliter (pg/ml) angegeben.

Als Biomarker für die neonatale Sepsis schneiden CRP/PCT und IL-8 ähnlich ab [29, 48]. Wegen ihrer Kinetik eignen sich IL-6 und IL-8 besser zur Früherkennung der Sepsis bei Neugeborenen als CRP/PCT: Die Metaanalysen zeigen für IL-6 die besten Wertebereiche in Bezug auf Sensitivität/NPV (IL-6: 61–89/81–91; IL-8: 62–75/80; CRP: 30–80/74–87; s. Tab. 3).

Die Blutsenkungsgeschwindigkeit (BSG) gibt die Rate an, in der die Erythrozyten im stehenden Reagenzglas nach der Blutabnahme absinken. Die Geschwindigkeit des Herabsinkens von Erythrozyten (angegeben in Millimeter pro Stunde, mm/h) ist abhängig von deren Beladung mit APP (u. a. Fibrinogen, Immunglobulin M) und ein Maß für die Plasmaviskosität. Die BSG ist zum Ausschluss von Infektionen (aber auch vielen anderen Erkrankungen) geeignet. Die BSG ist im höheren Alter, bei Frauen sowie bei Vorliegen von Anämie, Niereninsuffizienz und Adipositas unspezifisch erhöht. Bei einer Leukozytose oder einem Fibrinogenmangel ist sie mitigiert. Differenzialblutbild und Blutbild, insbesondere die Leukozytenzahl, ergeben nur in Verbindung mit klinisch-biometrischen Markern gute Vorhersagewahrscheinlichkeiten [16]. Die Werte für die Sensitivität der BSG (77,4–85 %) und der Leukozytenzahl (17–82 %) zeigen eine hohe Variabilität, und die Marker sind noch weniger zuverlässig für die Unterscheidung einer bakteriellen vs. nichtbakteriellen Infektion als andere Marker (Tab. 3).

Es ist tägliche Praxis in vielen Kinderkliniken, die Dauer der Antibiotikatherapie neben den klinischen Aspekten nach dem Konzentrationsverlauf des CRP/anderer Marker zu steuern. Bei Neugeborenen (n = 176, Körpergewicht >1500 g) zeigten Ehl et al. vor 20 Jahren in einer prospektiven randomisierten Studie, dass CRP zur Verlaufsbeurteilung und Steuerung einer antibiotischen Therapie eingesetzt werden kann [10]. Nach Kenntnisstand des Autors des vorliegenden Beitrags ist dies bemerkenswerterweise die einzige gut angelegte Studie zu diesem Thema; in den britischen Leitlinien wird das Fehlen von Evidenz diesem Thema bemängelt [1].

Zu wichtigen Fragestellungen des Praxisalltags in der Verlaufsbeurteilung fehlen Studiendaten: Wie oft und wann im Verlauf müssen die Biomarker untersucht werden? Hat eine laborwertgesteuerte Änderung der Therapiedauer und der Entscheidung über Entlassung aus dem Krankenhaus überhaupt einen Benefit für Kinder mit Infektionen bzw. Infektionsverdacht? Die oft praktizierte CRP-Bestimmung vor Entlassung bei unkompliziertem Verlauf und klinisch unauffälligem Kind erscheint wenig sinnvoll. Noch immer besteht die Tendenz bei vielen Ärzten, Laborwerte zu behandeln, unabhängig vom klinischen Zustand des Kindes. Im Rahmen des Antibiotic Stewardship wird an vielen Kliniken versucht, hier einen Paradigmenwechsel herbeizuführen.