Diagnose an der Seitenlinie: Wie zuverlässig weist ein neuer Bluttest Gehirnerschütterungen nach?

Inge Brinkmann | 28. Januar 2014

Autoren und Interessenkonflikte

Weiterspielen oder nicht? Wenn bei rauen Kontaktsportarten wie American Football oder Eishockey die Köpfe der Spieler auf Banden oder andere Köpfe stoßen, ist nicht selten eine Gehirnerschütterung die Folge. Um Spätfolgen zu vermeiden, muss ein Spieler mit diesem leichten Schädel-Hirn-Trauma sofort für einige Zeit vom Feld.

Für eine rasche Diagnose am Spielfeldrand müssen sich Trainer wie Ärzte auf klinische Symptome wie Bewusstlosigkeit, Amnesie, Benommenheit oder Erbrechen verlassen. Zu ungenau, befand ein deutsch-US-amerikanisches Team um Prof. Dr. Peter Biberthaler, Leiter der Klinik für Unfallchirurgie am Klinikum rechts der Isar der TU München, und entwickelte einen Bluttest, der künftig zuverlässiger und trotzdem rasch eine Diagnose ermöglichen soll.

Die Ergebnisse der prospektiven Kohortenstudie mit 46 Athleten wurden unlängst in der Online-Fachzeitschrift PLOS One veröffentlicht [1]. Demnach steigt offenbar die Serumkonzentration des neuroglialen Proteins S110B innerhalb von 3 Stunden nach einer Gehirnerschütterung bei den Sportlern deutlich an. Das Protein, so meinen die Autoren, stellt deshalb eine nützliche Ergänzung bei der Diagnose der Commotio cerebri dar.


Prof. Dr. Michael Schmidt

Prof. Dr. Michael Schmidt, Leiter der Geschäftsstelle der Deutschen Vereinten Gesellschaft für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (DGKL) zweifelt jedoch im Gespräch mit Medscape Deutschland an der klinisch-praktischen Bedeutung des Bluttests. Die bisherigen vorläufigen Ergebnisse, die in der Studie gezeigt wurden, lassen seiner Ansicht nach gegenwärtig keine eindeutigen Rückschlüsse auf die Vorteile des Bluttests im Vergleich zur symptomatischen Diagnose zu.

Gehirnerschütterung heißt: Raus aus dem Spiel

Bei Gehirnerschütterungen kann es zu kleinen Blutungen und/oder Schwellungen im Gehirn kommen. Den Betroffenen ist häufig schwindlig, manche verlieren kurzzeitig das Gedächtnis oder sind verwirrt. Die meisten erholen sich aber – abhängig von der Stärke des Traumas – innerhalb von Stunden oder wenigen Tagen vollständig.

Wenn Sportler allerdings nicht sofort aus dem Spiel genommen werden und womöglich erneute Schläge gegen den Kopf einstecken müssen, könne dies, so die Autoren der aktuellen Studie, langfristig zu schwerwiegenden Erkrankungen des Gehirns, z.B. einer chronisch traumatischen Enzephalopathie, führen.

Der derzeitige Ansatz zur Diagnose einer Gehirnerschütterung im Sport werde jedoch durch die subjektive Natur der aktuellen Bewertungsinstrumente an der Seitenlinie erschwert, schreiben Biberthaler und Kollegen. Und auch die Verharmlosung der Symptome durch die Sportler selbst, die damit ein Auswechseln aus dem Spiel verhindern wollen, stelle ein Problem dar.

Ein einleuchtender Ansatz – aber auch spezifisch genug?

Der Gedanke hinter der Entwicklung des Bluttests ist zunächst einmal einleuchtend. Denn aufgrund seiner relativen Hirnspezifität kann die Freisetzung des Proteins S100B aus geschädigten Astrozyten und Gliazellen in die systemische Zirkulation potenziell eine strukturelle Hirnschädigung markieren. Eine Reihe von Studien hatte sich schon mit dem Protein als Marker für das Ausmaß eines Schädel-Hirn-Traumas befasst [2].

Schmidt gibt an dieser Stelle jedoch zu bedenken, dass die Differenzierung zwischen einer normalen Sportverletzung und einer Gehirnerschütterung mit dem Bluttest nicht ohne Weiteres möglich ist: „Das Protein kommt zwar im Gewebewasser der Hirnzellen in einer 100-fach höheren Konzentration als in anderen Körperzellen vor, jedoch konnte es auch in Skelettmuskelzellen nachgewiesen werden. Auch diese Zellen können bei Sportunfällen betroffen sein und somit für falsch positive Laborbefunde sorgen.“ [3]

Schwankende Normwerte und Anstieg nach körperlicher Anstrengung

Zudem erschwerten laut Biberthaler und seinen Kollegen bislang 2 Gründe die Verwendung von S100B als biochemischen Marker einer Gehirnerschütterung: Zum einen behindern bereits stark schwankende Normwerte die Definition eines Schwellenwertes. Und zum anderen steigt die Konzentration des Proteins bekanntermaßen auch durch körperliche Anstrengung an – problematisch, da sich der Test ja gerade bei Sportlern bewähren soll.

Allerdings, so heißt es in der Veröffentlichung, war auch bekannt, dass sich individuell ein deutlicher Unterschied zwischen dem S100B-Ruhewert und dem Wert nach einer Gehirnerschütterung zeigt.

„Die Spezifität des Tests wurde aber
auf Kosten der Sensitivität erhöht.“
Prof. Dr. Michael Schmidt

Die Herausforderung bestand für die Wissenschaftler also darin herauszufinden, ob ein bestimmter Anstieg der Proteinkonzentration bei einzelnen Sportlern eindeutig auf eine Erschütterung des Gehirns hinweisen könnte.

Individuelle Ausgangswerte von 46 Sportlern

Biberthaler und Kollegen untersuchten dafür bei 46 Sportlern zwischen 2009 und 2011 zunächst einmal den S100B-Wert in Ruhe vor Beginn der Wettkampfsaison. Von den 46 Sportlern spielten 30 in einem semi-professionellen Münchener Eishockey-Team und weitere 16 waren Teil von Fußball-, American Football-, Basketball- oder Hockeyteams der Universität von Rochester in den USA.

Von diesen 46 im Ruhezustand untersuchten Athleten erlitten 22 eine Gehirnerschütterung, die anhand eines SCAT2-Scores (Sport Concussion Assessment Tool 2) diagnostiziert wurde. Ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma lag demnach bei einem oder mehreren klinischen Symptomen vor, wie Kopfschmerzen, Schwanken, Verwirrtheit oder unnormalem Verhalten. Bei 17 von ihnen konnte innerhalb von 3 Stunden nach dem Unfall der S100B-Wert erneut gemessen werden.

Um außerdem herauszufinden, wie stark sich körperliche Anstrengung auf den Blutwert auswirkt, untersuchten die Ärzte das Blut der Münchener Athleten (n=30) nach sportlicher Betätigung.

Die mittleren S100B-Normwerte in Ruhe lagen bei den Sportlern aus München bei 0,070±0,03 µg/l und bei denen aus Rochester bei 0,068±0,04 µg/l. Wie erwartet stieg die Serumkonzentration der Ruhewerte durch körperliche Anstrengung an, im Mittel um 2,7%.

Mit 81% verlief der durchschnittliche Anstieg der S100B-Serumkonzentration bei den 17 Athleten mit einer klinisch diagnostizierten Gehirnerschütterung dann zwar tatsächlich deutlich steiler (0,058 µg/l im Ruhezustand vs. 0,099 µg/l nach Gehirnerschütterung).

Aber noch musste die Frage geklärt werden, welche Werte gesunde von angeschlagenen Sportlern mit größtmöglicher Sicherheit trennen können.

Hohe Spezifität des Tests geht auf Kosten der Sensitivität

Biberthaler und Kollegen berechneten, dass sie durch die Festlegung zweier Schwellenwerte – S100B-Werte >0,122 µg/l oder ein Anstieg von 45,9% innerhalb von 3 Stunden nach dem Kopfstoß – eine Spezifität des Tests von 96,7% erreichen konnten. Lagen die Werte eines Sportlers über diesen Schwellenwerten, konnte man also mit ziemlicher Sicherheit davon ausgehen, dass er eine Gehirnerschütterung erlitten hatte.

„Die Spezifität des Tests wurde aber auf Kosten der Sensitivität erhöht“, bemerkt Schmidt. Setze man etwa den Schwellenwert bei einem Mindestanstieg von 45,9% fest, sinke die Sensitivität des Test-Assays auf 70,6%. Das bedeute, dass bei einem Drittel aller Sportler mit einer Gehirnerschütterung der Bluttest einen falsch negativen Befund anzeigen würde.

„Man will aber doch mit einem solchen Test vor allem herausfinden, welcher Sportler tatsächlich eine Gehirnerschütterung hat, weiter untersucht und behandelt werden muss“, so Schmidt. Und je sensitiver ein Test sei, umso höher sei die Wahrscheinlichkeit, dass ein angeschlagener Sportler auch ein positives Testergebnis erhalte, erklärt der Mediziner. „Eine hohe Spezifität sagt dagegen nur etwas über die Wahrscheinlichkeit eines negativen Testergebnisses bei einem Gesunden aus.“

Ziehe man die Grenze zwischen gesund und krank überdies bei dem S100B-Schwellenwert von über 0,122 µg/l, habe der Test zwar ebenfalls eine „ganz passable“ Spezifität von 96,7%. Gleichzeitig würde jedoch die Empfindlichkeit des Tests auf 29,4% reduziert, ergänzt Schmidt. „Dann würde nur noch ein Drittel aller Gehirnerschütterungen nachgewiesen werden können.“

Diagnostische Spezifität muss mindestens 99,5% betragen

„Man will aber doch … vor allem heraus-
finden, welcher Sportler tatsächlich eine Gehirnerschütte-
rung hat, weiter untersucht und behandelt werden muss.“
Prof. Dr. Michael Schmidt

Für die Interpretation der Ergebnisse wäre seiner Ansicht nach deshalb auch die Betrachtung von zwei weiteren Parametern sinnvoll gewesen, des positiv und negativ prädiktiven Wertes (PPV bzw. NPV). Dabei ist der PPV die Wahrscheinlichkeit, dass ein als „positiv“ Diagnostizierter auch tatsächlich eine Gehirnerschütterung hat, und der NPV die Wahrscheinlichkeit, dass ein als „negativ“ Diagnostizierter gesund ist.

„Diese Werte sind für die Praxistauglichkeit des Nachweisverfahrens unerlässlich, da ja bei unbekannten Proben durch den Test festgestellt werden soll, ob eine Gehirnerschütterung vorliegt oder nicht. Dazu wird jedoch in der Publikation keine Aussage getroffen.“

Letztlich, so Schmidt, sei die Zahl der untersuchten Sportler in dieser Studie auch nur sehr gering gewesen, für verlässliche Aussagen reiche das nicht aus: „Damit sind die Ergebnisse vom wissenschaftlichen Standpunkt zunächst als vorläufige Daten zu werten, die durch weitere Studien bestätigt werden müssen.“

Für eine Zulassung eines neuen diagnostischen Tests müsse dieser zudem die Vorgaben der In-vitro-Diagnostika (IVD)-Richtlinie erfüllen, d.h. seine diagnostische Spezifität müsse mindestens 99,5% betragen. „Davon sind Biberthaler und Kollegen jedoch noch weit entfernt. Auch die diagnostische Sensitivität des neuen Bluttestes sollte alle relevanten Athleten mit Gehirnerschütterung erfassen (möglichst >99%).“

Welche Folgen hätten falsch negative Ergebnisse?

Die Autoren der Studie hoffen trotzdem langfristig darauf, den Test so zu verfeinern, dass ihn jeder Vereinsarzt am Spielfeldrand durchführen kann. Noch ist das Analysegerät allerdings so groß wie ein normaler Drucker und erfordert eine zentrifugierte Blutprobe. Geräte, die mit einem Tropfen Blut aus der Fingerspitze auskommen, würden aber bereits entwickelt, heißt es in der Veröffentlichung.

Einen Vorteil gegenüber der klinischen Diagnose hätte der Test jedenfalls: Man könnte auch bei solchen Sportlern eine Gehirnerschütterung diagnostizieren, die die Symptome lieber verschweigen, um nicht ausgewechselt oder für mehrere Spiele auf die Ersatzbank verbannt zu werden.

Im Umkehrschluss, so Schmidt, dürfe ein negatives Testergebnis, welches möglicherweise durch eine geringe diagnostische Sensitivität auch falsch negativ sein könnte, nicht dazu führen, dass ein Spieler mit klaren klinischen Zeichen einer Gehirnerschütterung (Benommenheit, kurzzeitige Amnesie, Erbrechen) weiter am aktuellen Spiel teilnimmt. „Dies könnte beim aktuellen Stand des diagnostischen Verfahrens sogar eine große Gefahr darstellen, der durch die allgemeinen Anforderungen der IVD-Richtlinien vorgebeugt wird“, meint Schmidt.

Referenzen

Referenzen

  1. Kiechle K, et al: PLoS One (online) 8. Januar 2014
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0084977
  2. Sun ZL, et al: J Neural Transm. 2014; 121(1):79-90
    http://dx.doi.org/10.1007/s00702-013-1078-x
  3. Schmidt S: Nervenarzt 1998; 69:639-646
    http://www.springermedizin.de/s100b-pathogenetische-und-pathophysiologische-bedeutung-in-der-neurologie/110202.html

Autoren und Interessenkonflikte

Inge Brinkmann
Es liegen keine Interessenkonflikte vor.

Biberthaler P: Erklärungen zu Interessenkonflikten finden sich in der Originalpublikation.

Schmidt M: Es liegen keine Interessenkonflikte vor.

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