Kardiale Biomarker und Myokardschädigung

Kardiale Biomarker sind zirkulierende Moleküle, deren Blutkonzentrationen bei Herzschädigung, -stress oder -belastung ansteigen. Sie bilden die biochemische Grundlage für die Detektion und Charakterisierung von Myokardschädigungen im Labor. Dieser Bereich führt den Leser in die Hauptklassen der kardialen Marker ein, erläutert, was jeder biochemisch widerspiegelt, und beschreibt, wie sich das Feld von Enzymfreisetzungsmarkern hin zu hochsensitiven, strukturspezifischen Assays entwickelt hat.

Definition

Kardiale Biomarker sind messbare Moleküle, die aus Kardiomyozyten in den Kreislauf freigesetzt (oder als Reaktion auf kardialen Stress produziert) werden, deren Konzentration Myokardschädigung, Nekrose, Wandstress oder assoziierte Prozesse widerspiegelt und die mittels Immunoassays im Labor quantifiziert werden, um den Zustand des Herzens zu charakterisieren.

Scope

Dieser Bereich untersucht die wichtigsten kardialen Biomarker als Analyten der klinischen Biochemie: Troponine und hochsensitive Troponin-Assays, die natriuretischen Peptide, die älteren Nekrosemarker Myoglobin und Kreatinkinase-MB, Ischämie-modifiziertes Albumin und D-Dimer als Gerinnungsmarker, der bei akuten kardiovaskulären Ereignissen relevant ist. Sie werden nach ihrem molekularen Ursprung, ihrer Freisetzungskinetik und ihrer analytischen Leistung und nicht nach diagnostischen Algorithmen eingeordnet. Myokardschädigungen werden durch die Brille der Universal Definition of Myocardial Infarction betrachtet, die die Troponinerhöhung in den Mittelpunkt der biochemischen Definition stellt.

Sub-topics

• B-Typ natriuretisches Peptid (BNP) und NT-proBNP
• Kardiale Troponine und hochsensitive Assays
• D-Dimer und Fibrin-Abbauprodukte
• Ischämie-modifiziertes Albumin
• Myoglobin und Kreatinkinase-MB

Core questions

• Welches molekulare Ereignis meldet jeder kardiale Biomarker tatsächlich – Nekrose, Wandstress, Ischämie oder Gerinnungsaktivierung?
• Wie prägen die Freisetzungskinetik (Anstieg, Peak und Clearance) das analytische Fenster, in dem ein Marker informativ ist?
• Was bedeutet 'hochsensitiv' analytisch, und wie verändert es die Interpretation von geringfügigen Troponinerhöhungen?
• Wie wird Myokardschädigung biochemisch definiert, und wie unterscheidet sie sich vom Myokardinfarkt?
• Welche nicht-kardialen und präanalytischen Faktoren beeinflussen Biomarker-Konzentrationen und ihre Referenzbereiche?

Key concepts

• Myokardschädigung versus Myokardinfarkt
• 99. Perzentil der oberen Referenzgrenze
• Freisetzungskinetik und das diagnostische Fenster
• Analytische Sensitivität und Assay-Ungenauigkeit (CV am URL)
• Markerspezifität für Herzgewebe
• Wandstressmarker versus Nekrosemarker
• Serielle Probenahme und das Delta-Konzept (Veränderung)
• Präanalytische und biologische Variation

Mechanisms

Kardiale Biomarker berichten über unterschiedliche biologische Ereignisse. Nekrosemarker (kardiale Troponine, Kreatinkinase-MB, Myoglobin) treten aus Kardiomyozyten aus, wenn die Membranintegrität verloren geht; Troponine, als strukturelle Proteine des kontraktilen Apparats, die weitgehend auf das Herz beschränkt sind, kombinieren hohe kardiale Spezifität mit anhaltender Freisetzung, während Myoglobin und CK-MB schneller erscheinen und eliminiert werden und weniger spezifisch sind. Wandstressmarker – B-Typ natriuretisches Peptid und sein N-terminales Prohormonfragment – werden von Myozyten als Reaktion auf ventrikuläre Dehnung und Druck synthetisiert und sezerniert, sodass sie eher die hämodynamische Belastung als den Zelltod anzeigen. Ischämie-modifiziertes Albumin spiegelt eine vorgeschlagene Konformationsänderung des Albumins unter ischämischen Bedingungen wider, und D-Dimer markiert die Aktivierung von Gerinnung und Fibrinolyse. Die Umstellung auf hochsensitive Troponin-Assays senkte die Nachweisgrenze ausreichend, um Troponin bei den meisten gesunden Personen zu quantifizieren, wodurch die Definition der Schädigung um die 99. Perzentile des Referenzbereichs und die serielle Veränderung präzisiert wurde.

Clinical relevance

Kardiale Biomarker untermauern, wie Myokardschädigungen in der Labormedizin erkannt und beschrieben werden, und das Verständnis dessen, was jeder Marker widerspiegelt, ist Teil der kritischen Interpretation kardialer Untersuchungen. Dieser Bereich dient als Referenzorientierung zu den Analyten und ihrer Biologie; er erklärt, wie biochemische Evidenz für Herzschädigungen generiert wird und ist keine Quelle für diagnostische Schwellenwerte oder Behandlungsentscheidungen für einzelne Patienten.

Epidemiology

Akute Koronarsyndrome und Herzinsuffizienz gehören weltweit zu den häufigsten Gründen für eine akute kardiovaskuläre Abklärung, und kardiale Biomarker gehören zu den am häufigsten angeordneten Labortests in Notfall- und Kardiologie-Settings. Die Rahmenwerke der Universal Definition of Myocardial Infarction haben die Meldung von Troponin-basierten Schädigungen in Gesundheitssystemen zunehmend standardisiert.

Evidence & guidelines

Die Vierte Universelle Definition des Myokardinfarkts (Thygesen et al., 2018) legt den Konsensrahmen fest, der Troponin über dem 99. Perzentil des Referenzbereichs in den Mittelpunkt der biochemischen Definition von Myokardschädigung und -infarkt stellt. Leitlinien der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie zu akuten Koronarsyndromen ohne ST-Hebung (Roffi et al., 2015) und Übersichten zu Biomarkern bei Herzinsuffizienz (Braunwald, 2008) beschreiben, wie die Hauptmarkerklassen in der kardiovaskulären Diagnostik positioniert sind.

History

Der biochemische Nachweis von Myokardschädigungen begann mit unspezifischen Enzymen wie Aspartat-Aminotransferase und Laktat-Dehydrogenase, entwickelte sich weiter zur herzspezifischeren Kreatinkinase-MB und wurde durch die Einführung von kardialen Troponin-Assays in den 1990er Jahren revolutioniert, die eine weitaus höhere kardiale Spezifität boten. Aufeinanderfolgende Dokumente zur Universal Definition of Myocardial Infarction formalisierten dann die zentrale Rolle des Troponins, und hochsensitive Assays in den 2010er Jahren verfeinerten die Auflösung, mit der Schädigungen gemessen werden konnten.

Debates

Wo sollte die Grenze zwischen physiologischem und pathologischem Troponin liegen?

Hochsensitive Assays weisen Troponin bei den meisten gesunden Personen nach. Die Unterscheidung zwischen chronisch niedriger Erhöhung und akuter Schädigung hängt daher von der 99. Perzentile und der seriellen Veränderung ab, anstatt von einem einzelnen positiven/negativen Cut-off. Die Interpretation kleiner Erhöhungen bleibt eine aktive methodische Diskussion.

Key figures

• Kristian Thygesen
• Allan S. Jaffe
• Eugene Braunwald
• Fred S. Apple

Seminal works

• thygesen-2019
• braunwald-2008
• apple-2003

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem kardialen Biomarker für Nekrose und einem für Wandstress?

Nekrosemarker wie Troponin und CK-MB treten aus Herzmuskelzellen aus, wenn diese geschädigt sind, und weisen somit auf Zellschädigung hin; Wandstressmarker wie BNP und NT-proBNP werden aktiv als Reaktion auf ventrikuläre Dehnung sezerniert und weisen somit eher auf hämodynamische Belastung als auf Zelltod hin.

Warum wird Troponin als der zentrale kardiale Biomarker angesehen?

Troponin ist ein Strukturprotein, das weitgehend spezifisch für den Herzmuskel ist, und moderne hochsensitive Assays messen es präzise in sehr niedrigen Konzentrationen. Aus diesem Grund stellt die Universal Definition of Myocardial Infarction Troponin über dem 99. Perzentil des Referenzbereichs in den Mittelpunkt der biochemischen Definition von Myokardschädigung.