Alles, was Sie über Troponin-Messungen wissen müssen

Einführung

Dieser Artikel bietet einen allgemeinen Hintergrund zu den analytischen Merkmalen, die mit kardialen Troponin-Tests verbunden sind.

Er behandelt die folgenden Bereiche:

• Einführung in die Troponin-Bestimmung
• Was ist die 99-prozentige obere Referenzgrenze (URL) und warum verwenden wir sie?
• Bestimmung der 99. Perzentil-URL
• Die Dynamik von Troponin und die Notwendigkeit von Serienmessungen
  • Alles über Empfindlichkeit und Präzision
  • Alles über Veränderungen, wann die 2. Probe entnommen und gemessen werden sollte
• Auswirkungen der Testleistung auf Rule-in und Rule-out Algorithmen für akuten Myokardinfarkt (MI)
• Zusammenfassung

Einführung in Troponin

Troponin ist eines der regulatorischen Proteine im Muskelgewebe. Der Herzmuskel, das Myokard, enthält einen herzspezifischen Troponintyp (cTn). Bei einer Verletzung des Herzmuskels und einer Zellschädigung wird cTn aus dem Herzmuskel in das Blut abgegeben. Spezifische monoklonale Antikörper gegen cTn haben die Entwicklung von cTn-spezifischen Tests ermöglicht, mit denen die Konzentration von cTn im Blut gemessen werden kann. Seit den ersten Veröffentlichungen über kardiales Troponin (cTn) in den 1970er Jahren wurden etwa 20.000 wissenschaftliche Berichte über diesen aussagekräftigen Biomarker für Herzmuskelschäden veröffentlicht. Im Laufe der Zeit haben die cTn-Tests ihre analytische Leistung verbessert und sind zum bevorzugten Labor-Biomarker für die Diagnose von Herzmuskelschädigungen und Herzinfarkten (MI) geworden. Je größer die Schädigung des Herzmuskels ist, desto mehr Troponin wird in den Blutkreislauf freigesetzt. Folglich bieten quantitative cTn-Ergebnisse auch einen prognostischen Wert zur Unterstützung der Risikostratifizierung und des Patientenmanagements.

Was ist die 99. Perzentil-URL und warum verwenden wir sie?

Da cTn kein konstitutives Blutprotein ist, sind die cTn-Blutspiegel bei gesunden Personen ohne Myokardschäden extrem niedrig. Im Gegensatz zu vielen anderen Blut-Biomarkern, die abnorm niedrige und abnorm hohe Werte aufweisen können, bezieht sich das klinische Interesse an cTn-Spiegeln daher nur auf erhöhte Werte.

Die ersten Generationen von cTn-Tests waren, wenig überraschend, kaum in der Lage, quantitative cTn-Ergebnisse bei Personen zu liefern, die KEINE Herzmuskelschädigung hatten. In den meisten dieser Fälle lag ein „Nachweis unterhalb der Nachweisgrenze“ (

Bis zu einem gewissen Grad erklärt dies auch den Ursprung der Verwendung der 99. Perzentil-URL als Grenzwert zwischen normalen und erhöhten cTn-Werten. Hätte man den üblichen 97,5-Perzentil-Cut-off gewählt, wie er z. B. für die meisten Biomarker verwendet wird, hätten viele zeitgenössische cTn-Assays Schwierigkeiten gehabt, mehr als 2,5 % messbare Ergebnisse zu erzielen, die für die Festlegung eines 97,5-Perzentil-Cut-offs auf der Grundlage nichtparametrischer Statistiken erforderlich sind.

Der wichtigste Grund für die Verwendung des 99-Perzentil-URL ist jedoch der derzeitige Mangel an Harmonisierung und Standardisierung der verschiedenen cTn-Assays. Dies verbietet die Anwendung eines numerischen Grenzwerts für alle cTn-Tests als physiologischer Schwellenwert für eine Myokardschädigung. Stattdessen stellt die 99. Perzentil-URL eine verbindliche Richtschnur für jeden cTn-Test und den analytischen Grenzwert zwischen normalen und erhöhten cTn-Werten dar. Die klinische Bedeutung der 99. Perzentil-URL ist daher klar, und das ständige Interesse der Experten an der 99. Perzentil-URL der cTn-Assays ist eine logische Folge.

Die Hersteller von cTn-Assays sind daher verpflichtet, ihre assayspezifische 99. Perzentil-URL in der Gebrauchsanweisung anzugeben. Dieser Wert basiert jedoch in der Regel auf einer regionalen Population gesunder Kontrollen, was möglicherweise nicht den optimalen Wert für alle Anwender weltweit darstellt. Faktoren wie Alter, Geschlecht und ethnische Zugehörigkeit können und werden sich auf die cTn-Werte auswirken und die URL erheblich beeinflussen. Daher ist eine sorgfältige lokale Validierung dieser IFU-basierten 99-prozentigen URL ratsam. Darüber hinaus ist für den Fall, dass ein lokaler Populationsbias zu erwarten ist, eine lokale Ableitung des 99. Perzentil-URL-Cut-offs empfehlenswert, wie später noch erörtert wird.

Neben dem 99. Perzentil-URL-Cut-off ist auch die Präzision des Assays auf diesem Niveau wichtig, wie später noch erörtert wird.

Bestimmung (und Überwachung) der 99. Perzentil-URL

Die 99. Perzentil-URL für einen bestimmten Assay wird aus den Ergebnissen einer gesunden Kontrollpopulation berechnet. Gemäß den Leitlinien ist für eine qualifizierte Bestimmung der 99. Perzentil-URL für einen aktuellen cTn-Test eine Population von mindestens 300 gesunden Personen mit einer angemessenen Mischung aus Alter, Ethnie und Geschlecht erforderlich. Bei Assays mit hoher Empfindlichkeit sind die 99. Perzentile geschlechtsspezifisch, so dass mindestens 300 gesunde Frauen und 300 gesunde Männer getestet werden sollten. Bei modernen Assays basiert die 99. Perzentile bei den meisten Ergebnissen auf einer begrenzten Anzahl von messbaren Ergebnissen. Als Methode zur Bestimmung des 99. Perzentils der URL wird eine einfache nichtparametrische Methode empfohlen, nachdem offensichtliche Ausreißer ausgeschlossen wurden. Ausgehend von einer Population von 300 gesunden Personen werden alle Ergebnisse >LoD in eine Rangfolge gebracht, und der dritthöchste Wert in der Datenbank bestimmt dann die 99-te Perzentil-URL.

Es ist bekannt, dass verschiedene Komorbiditäten und/oder Störfaktoren den zirkulierenden cTn-Spiegel erhöhen. Wenn einige der Ergebnisse, die zur Bestimmung der 99. Perzentil-URL verwendet werden, durch solche Komorbiditäten beeinflusst werden, kann die 99. Perzentil-URL leicht ebenfalls beeinflusst werden. Folglich müssen alle Probanden, die in die gesunde Referenzpopulation aufgenommen werden, einer Vorauswahl unterzogen werden, um den möglichen Einfluss solcher Faktoren zu verringern. Wie wichtig eine solche gründliche Vorauswahl für die Bestimmung der geeigneten 99. Perzentil-URL von cTn-Tests ist, wurde in vielen Studien gezeigt. Insgesamt wird empfohlen, dass die Auswahl von Personen für gesunde Referenzpopulationen zumindest einen Gesundheitsfragebogen und mehrere Labortests umfassen sollte, um sicherzustellen, dass die Nierenfunktion normal ist und keine kongestive Herzinsuffizienz vorliegt.

Viele Studien haben über alternative Cut-off-Werte für die verschiedenen cTn-Tests berichtet, die von der 99-ten Perzentil-URL, wie sie vom Hersteller in der Gebrauchsanweisung angegeben wird, abweichen und oft mit einer besseren diagnostischen Leistung verbunden sind. Die derzeitigen Best Practices, die auf der Verwendung der 99. Perzentil-URL mit cTn-Assays basieren, um eine optimale diagnostische Genauigkeit für Myokardverletzungen zu erreichen, sollten daher eine kritische Überwachung des cTn-Assays in der Routineanwendung im Hinblick auf die Kalibrierung und die Überprüfung der Präzision, insbesondere beim diagnostischen Cut-off, beinhalten.

Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Generationen von Troponin-Assays mit immer höherer Empfindlichkeit und immer niedrigeren 99. Wie in Abbildung 1 dargestellt, können die neueren Generationen von cTn-Tests erhöhte cTn-Werte früher erkennen, was mit einer höheren Empfindlichkeit für Myokardverletzungen und einem schnelleren Einschluss oder Ausschluss eines ACS einhergeht. Die neuesten Generationen von hochsensitiven (hs-cTn) Assays haben jedoch auch viele Diskussionen und sogar Kontroversen über ihren optimalen Einsatz in der klinischen Routinediagnostik ausgelöst. Insbesondere das erhöhte Risiko einer Überdiagnose von Herzinfarkten und die zunehmende Komplexität, die mit dem Einsatz von hs-cTn-Assays verbunden ist, haben einige allgemeine Bedenken hervorgerufen.

Abbildung 1. Die Entwicklung der Empfindlichkeit des cTn-Tests und der 99. Perzentile URL.

Die Dynamik von Troponin und die Notwendigkeit von Serienmessungen

Nach einem akuten kardialen Insult und einer kurzen Periode lokaler Ischämie beginnen die Herzmuskelzellen abzusterben (Nekrose) und kardiales Troponin wird freigesetzt. Typischerweise verspüren die Patienten in den ersten Stunden nach dem Insult einen stumpfen Schmerz in/auf der Brust und/oder in den Armen. Natürlich suchen sie dringend ärztliche Hilfe und werden in den meisten Fällen in eine Brustschmerzambulanz oder in die Notaufnahme eines nahe gelegenen Krankenhauses eingewiesen. Je nach Art des Herzinfarkts erreichen die cTn-Werte zwischen 6 Stunden und 3 Tagen ihren Höchstwert und beginnen dann zu sinken. Normalerweise benötigen die cTn-Werte mehrere Wochen, um auf den Ausgangswert zurückzukehren, vorausgesetzt, dass in dieser Zeit keine zusätzliche Myokardschädigung auftritt.

Gemäß der aktuellen Definition des Herzinfarkts und den aktuellen klinischen Leitlinien wird ein akuter Herzinfarkt bei Vorliegen einer akuten Myokardschädigung diagnostiziert, die durch einen erhöhten und signifikanten Anstieg und/oder Abfall der kardialen Troponinwerte (cTn) in Kombination mit klinischen Anzeichen einer Myokardischämie, wie z. B. pathologischen EKG-Veränderungen, erkennbar ist.

Ein positives cTn-Ergebnis, das die Diagnose eines akuten Myokardinfarkts stützt, erfordert daher:

• Mindestens eine Probe mit erhöhtem cTn, z. B. über dem 99. Perzentil URL
• Eine signifikante Änderung der cTn-Werte, z. B. „Delta“, zwischen zwei Serienmessungen

In den folgenden Kapiteln wird auf beide Anforderungen für die verschiedenen Kategorien von cTn-Tests näher eingegangen.

Alles über Empfindlichkeit und Präzision

Die Nachweisgrenzen eines cTn-Tests hängen von seiner Empfindlichkeit und Präzision ab. Eine höhere Empfindlichkeit und Präzision führt zu einer früheren Erkennung erhöhter oder veränderter cTn-Konzentrationen und damit zu einer früheren Erkennung einer akuten Myokardschädigung und eines MI. In den aktuellen Leitlinien wird empfohlen, Assays mit einem Gesamt-CV ≤ 10 % am 99. Perzentil der URL zu verwenden, wobei solche Assays als „leitliniengerecht“ eingestuft werden. Akzeptabel in der klinischen Routine sind auch cTn-Assays mit einem Gesamt-CV an der 99. Perzentil-URL zwischen 10 % und 20 %, wodurch solche Assays als „klinisch brauchbar“ eingestuft werden, da das Risiko einer Fehlklassifizierung von Patienten mit diesen Assays gering ist.

Mit der Weiterentwicklung der cTn-Assays wird die 99. Perzentil-URL der Assays immer niedriger und die Empfindlichkeit immer höher. Die neueste Generation von hs-cTn-Assays bietet nicht nur einen CV ≤ 10 % bei der 99. Perzentile URL, sondern kann auch cTn-Konzentrationen oberhalb der Nachweisgrenze (LoD) in mehr als 50 % einer gesunden Bevölkerung messen. Darüber hinaus haben hs-cTn-Assays geschlechtsspezifische 99. Perzentile URL aufgedeckt, wobei der Wert für Frauen typischerweise niedriger ist als für Männer (Abbildung 2).

Ein Verständnis dieser Begriffe erleichtert den Übergang zu hochsensitiven kardialen Troponin-Tests. %tile = Perzentil; cTn = kardiales Troponin; CV = Variationskoeffizient; LoB = Limit of Blank; LoD = Limit of Detection; LoQ = Limit of Quantitation; Std. Dev. = Standardabweichung.

Abbildung 2. Verschiedene analytische Definitionen für Kliniker (mit Genehmigung des Journal of the American College of Cardiology).

Aufgrund der immer höheren Empfindlichkeit der cTn-Tests werden immer geringere Myokardschädigungen festgestellt. Obwohl eine solche geringfügige Schädigung durch einen kleinen Infarkt verursacht werden kann, ist die Ursache häufiger nicht eine ischämische Schädigung, sondern eine der vielen anderen Ursachen für eine Herzmuskelschädigung, einschließlich chronischer Erkrankungen. Die hohe Sensitivität von hs-cTn-Tests kann daher bei der Diagnose von Patienten mit Brustschmerzen Verwirrung stiften, insbesondere wenn positive cTn-Ergebnisse nicht durch positive EKG-Ergebnisse bestätigt werden.

Neben der Sensitivität, die in erster Linie vom 99. Perzentil abhängt, spielt auch die Präzision des Tests eine wichtige Rolle bei der Diagnose einer akuten Myokardschädigung. Neuere Generationen von cTn-Assays haben in der Regel sowohl eine höhere Empfindlichkeit als auch eine höhere Präzision (oder geringere Ungenauigkeit). Wie bereits erwähnt, klassifiziert die Gesamtungenauigkeit an der 99. Perzentil-URL den Assay als leitliniengerecht (CV ≤ 10 %) oder klinisch brauchbar (CV > 10 % und ≤ 20 %).

Je besser die Präzision ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein gefundener Unterschied zwischen zwei Serienproben signifikant ist und auf eine akute Myokardschädigung hinweist.

Alles dreht sich um die Frage, wann die zweite Probe entnommen und gemessen werden soll?

In der klinischen Praxis wird eine signifikante Veränderung der cTn-Werte zwischen zwei Serienproben mit einem „leitliniengerechten“ Assay früher nachweisbar sein als mit einem „klinisch brauchbaren“ Assay, und mit einem hs-cTn-Assay sogar noch früher. Mit anderen Worten: Um eine akute Myokardschädigung mit einem „klinisch brauchbaren“ Assay nachzuweisen, wird man mehr Zeit zwischen den Serientests benötigen als mit einem „richtlinienkonformen“ Test. Zur Veranschaulichung des Unterschieds siehe Abbildung 3, in der der Unterschied zwischen den beiden Klassen von cTn-Tests beim Nachweis einer signifikanten Veränderung der cTn-Werte („Delta“) dargestellt ist. In diesem Modell haben wir angenommen, dass das 99. Perzentil beider Assays gleich ist, was durch die gestrichelte blaue Linie dargestellt wird.

Abbildung 3. Veranschaulichung der diagnostischen Leistung von „leitliniengerechten“ und „klinisch brauchbaren“ Troponin-Tests

Für die Diagnose einer akuten Herzmuskelschädigung ist es wichtig, eine signifikante Veränderung „Delta“ im cTn-Wert zwischen zwei cTn-Serienergebnissen nachzuweisen, wobei mindestens ein Ergebnis über dem 99. Perzentil der URL liegen muss. Wenn beide cTn-Ergebnisse von zwei Serienproben über der 99. Perzentil-URL liegen, ist ein solches „Delta“, vorzugsweise eine vordefinierte assayspezifische absolute Veränderung, oft größer und leichter zu erkennen. Diese Veränderung ist ein Anzeichen für eine laufende akute Pathologie. Wie in Abbildung 3 dargestellt, kann ein Test mit geringerer Ungenauigkeit eine solche signifikante Veränderung der cTn-Werte früher erkennen und erfordert ein kürzeres Intervall zwischen den Serienmessungen.

Abbildung 3 veranschaulicht auch, dass eine Senkung des Cut-off-Wertes zu einem schnelleren „rule-in“ sowohl für moderne als auch für hochempfindliche Tests führen würde, und warum es den Anwendern von Troponin-Tests empfohlen wird, einen Cut-off-Wert auf der Grundlage ihrer lokalen Population zu bestimmen, insbesondere wenn eine Verzerrung der lokalen Population zu erwarten ist. Zum Beispiel in Kliniken, die vorwiegend eine Untergruppe von Patienten behandeln, z. B. junge, alte, nierenkranke Patienten oder eine bestimmte ethnische Gruppe.

Auf der Grundlage der aktuellen Literatur und bewährter Praktiken scheint ein Zeitintervall von 6-12 Stunden zwischen den Probenentnahmen für serielle cTn-Tests eine optimale diagnostische Genauigkeit für die meisten derzeit verwendeten modernen cTn-Assays zu bieten. Empfindlichere Assays, einschließlich der hochempfindlichen Assays, können eine angemessene diagnostische Leistung innerhalb von 3-6 Stunden erbringen, bei ausgewählten Patienten oder bei Anwendung sehr strenger Kriterien sogar noch schneller.

Unabhängig von dem in der lokalen klinischen Praxis verwendeten cTn-Assay wird generell empfohlen, in klinischen Einrichtungen ein standardisiertes Protokoll für die serielle Probenentnahme bei Patienten, die mit Verdacht auf ACS eingeliefert werden, zu entwickeln, das dem lokalen cTn-Assay entspricht. Das Protokoll sollte die Schwellenwerte für signifikante Veränderungen enthalten, die auf eine akute Myokardschädigung hinweisen.

Auswirkungen der Assay-Leistung auf Rule-In- und Rule-Out-Algorithmen für akuten MI

Der Nachweis erhöhter und sich verändernder cTn-Werte in Kombination mit klinischen Anzeichen einer Ischämie unterstützt die Diagnose eines akuten MI und die Überweisung des Patienten zur weiteren diagnostischen Abklärung und/oder invasiven Behandlung.

Wenn ein zeitgemäßer Assay verwendet wird, wird eine Myokardschädigung durch eine cTn-Messung bei Eintritt in die Notaufnahme und eine Wiederholung der cTn-Messung nach einem angemessenen Probenintervall von etwa 6 Stunden, je nach verwendetem Assay, diagnostiziert.

Wenn ein Assay mit hoher Empfindlichkeit verwendet wird, können hohe cTn-Werte bei Eintritt in die Notaufnahme (>5 x 99. Perzentil URL) und positive EKG-Veränderungen dazu beitragen, Patienten an eine sofortige invasive Behandlung zu überweisen. Normale cTn-Werte (99. Perzentil-URL) in Kombination mit einem normalen EKG unterstützen den früheren Ausschluss eines MI und die Entlassung eines solchen Patienten. Insbesondere bei spät eintreffenden Patienten (Brustschmerzen > 6 Stunden vor der Aufnahme) unterstützen negative cTn-Ergebnisse den Ausschluss eines MI. Negative cTn-Ergebnisse bei frühem Eintreffen oder mäßig positive hs-cTn-Ergebnisse erfordern eine erneute Untersuchung nach 3-6 Stunden.

Der Vorteil der hs-cTn-Tests liegt eindeutig in ihrer hohen Sensitivität. Eine hohe Sensitivität führt zu einem geringen Risiko, Patienten mit einem akuten MI zu übersehen. Eine hohe Sensitivität unterstützt auch frühzeitige und sichere Ausschlussalgorithmen, selbst wenn ein geringerer Prozentsatz von Patienten davon profitieren könnte, verglichen mit der Ausschlussleistung, die moderne cTn-Tests bieten.

Die Kehrseite der erhöhten Sensitivität der hs-cTn-Assays ist die geringere Spezifität und das erhöhte Risiko falsch positiver Ergebnisse, die auf ein ACS hindeuten. Obwohl das Risiko, einen Herzinfarkt zu übersehen, bei Verwendung eines hs-cTn-Assays geringer ist, können insbesondere ältere Patienten ohne ACS oder Patienten mit anderen Krankheiten wie Nierenerkrankungen mäßig erhöhte und/oder veränderte cTn-Werte aufweisen. Dieses erhöhte Maß an falsch-positiven Ergebnissen im Zusammenhang mit hs-cTn-Tests führt zu einem erhöhten Bedarf an diagnostischen Folgeuntersuchungen und birgt das Risiko einer unangemessenen Behandlung.

Medizinische Einrichtungen und klinisches Personal versuchen, solche ungerechtfertigten Folgeuntersuchungen sowohl aus logistischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen zu vermeiden. Die zusätzlichen Kosten und Betreuungsleistungen, die mit der ungerechtfertigten Diagnose eines Herzinfarkts in Verbindung mit der geringeren Spezifität des hs-cTn-Tests verbunden sind, geben daher zunehmend Anlass zur Sorge. Darüber hinaus ist die Einführung eines hs-cTn-Tests mit verschiedenen praktischen Anforderungen verbunden, um seinen angemessenen diagnostischen und klinischen Einsatz zu gewährleisten. Trotz dieser Bedenken wird die Einführung von hs-cTn-Tests die Frühdiagnose und den sicheren Ausschluss eines Myokardinfarkts weiter verbessern und stellt daher einen wesentlichen Biomarker für das klinische Labor bei der diagnostischen Aufarbeitung von Patienten mit Verdacht auf ACS dar.

Zusammenfassung

• Erhöhte und sich verändernde cTn-Werte sind der Schlüssel zur klinischen Diagnose eines akuten MI.
• Eine solche diagnostische Leistung kann von cTn-Tests erbracht werden, die eine Ungenauigkeit (CV) von 20 % oder besser am diagnostischen Cut-off aufweisen.
• Der diagnostische Cut-off jedes cTn-Tests ist die 99. Perzentil-URL, die in einer Population gesunder Kontrollen für diesen Test bestimmt wurde.
• Ein Risiko der Populationsverzerrung besteht sowohl in der vom Anwender getesteten Patientenpopulation als auch in der Kontrollpopulation, die vom Hersteller zur Bestimmung des Cut-Offs des Assays verwendet wird.
• Eine lokale Validierung oder Ableitung der 99-ten Perzentil-URL ist empfehlenswert, insbesondere wenn eine Populationsverzerrung zu erwarten ist.
• Niedrigere Cut-offs und geringere Ungenauigkeit von cTn-Assays sind in der Regel mit einer zunehmenden Sensitivität des Assays verbunden.
• Mit zunehmender Sensitivität und Präzision von cTn-Assays können Diagnose und Ausschluss eines akuten MI früher und schneller erreicht werden.