Deutsches Hämapherese Zentrum

Diese Verfahren unterscheiden sich sowohl in ihrem zugrunde liegenden Trennprinzip als auch in der Spezifität und Effektivität bezogen auf die Entfernung von LDL-Partikeln.

Die Filtration

Die Filtration beruht auf einer Trennung nach der Grösse bzw. Masse der im Blut befindlichen Cholesterin-Partikel. Als Trennmedium dient eine Kunststoffmembran mit einer definierten Porengrösse. Das Blut des Patienten wird zunächst von einem Zellseparator in Blutzellen und Plasma getrennt. In einem zweiten Schritt wird das Plasma durch die Poren des Filters gepresst, wodurch alle Bestandteile des Plasmas mit einer gewissen Grösse im Filter zurückgehalten werden. Bei den heute verfügbaren Filtern liegt diese Filtergrenze bei etwa 400 – 600 kDalton . Zu den Bestandteilen des Plasmas, die durch den Filter eliminiert werden, zählen das VLDL- , IDL- und LDL-Cholesterin, Lp(a), Fibrinogen und andere Gerinnungsfaktoren, Immunglobulin M , α 2-Makroglobulin und andere. Bezogen auf die Elimination des LDL-Cholesterins ist die Filtration sehr effektiv, allerdings liegt die Elimination wichtiger Bestandteile des Plasmas wie Fibrinogen auf ähnlich hohem Niveau (siehe Grafik unten). Aus diesem Grund besteht die Gefahr, dass es bei wöchtentlicher Filtration im Laufe von mehreren Wochen zu Symptomen des Plasmaproteinmangels wie Ödemneigung kommt. Der Vorteil der Filtration liegt in der Tatsache begründet, dass sich die Fliesseigenschaften des Blutes verbessern und die Erythrozytenaggregation vermindern lassen, was einen positiven Effekt bei Patienten mit Störungen der Mikrozirkulation hat.

Die spezifische Adsorption

Bei der spezifischen Adsorption wird bevorzugt oder ausschliesslich das LDL-Cholesterin eliminiert und die übrigen Bestandteile des Plasmas weitgehend unberührt gelassen. Dies wird erreicht durch LDL-bindenden Strukturen an der Oberfläche einer beliebigen Trägersubstanz

Die Art der Trägersubstanz und der LDL-bindenden Strukturen ist je nach verwandtem System unterschiedlich.

Bei der spezifischen Adsorption lässt sich das LDL-Cholesterin sehr tief absenken, ohne einen zu starken Verlust anderer Plasmafaktoren wie z.B. Fibrinogens befürchten zu müssen.

LDL-Bindung an spezifische Antikörper

Das älteste und zugleich spezifischste LDL-Adsorptionssystem basiert auf der Verwendung gereinigter Schaf-Antikörper gegen humanes Apolipoprotein -B. Da die Bindung des LDL-Cholesterins über Antikörper erfolgt, kommt es bei diesem Adsorbertyp nicht zu einer nennenswerten Elimination anderer Substanzen.

Merkmale dieses Verfahrens: hohe Spezifität und Kapazität Adsorber können wiederverwendet wer­den gute Verträglichkeit bei Patienten

LDL-Bindung mittels elektrostatischer Kräfte

Mehrere derzeit verfügbare Systeme beruhen auf der Bindung von elektrisch positiv geladenen LDL-Cholesterin-Partikeln an die negative elektrische Ladung der Oberfläche des Trägermaterials. Durch dieses Prinzip werden alle Plasmabestandteile mit positiver elektrischer Ladung adsorbiert. Dazu zählen neben VLDL- , IDL- und LDL-Partikeln auch Lp(a) und mehrere Gerinnungsfaktoren.

Merkmale dieses Verfahrens: hohe Kapazität Adsorber können wiederverwendet wer­den geringere Spezifität

Trägermaterial

Bei Adsorbersäulen kommen verschiedene Trägermaterialien zum Einsatz. Darunter befinden sich biologische Substanzen, wie Sepharose , Kunststoffe wie Acrylamid und neuerdings Kieselgel.

Einteilung der Adsorber, die u.a. auch LDL-Cholesterin eliminieren.

Je nach verwendetem Trägermaterial, LDL-bindender Substanzen und Einsatz von Blut oder Plasma lassen sich die derzeit verfügbaren Systeme tabellarisch auflisten.

Trägermaterial	Ligand	System / Eigenschaften
Cellulose	Dextran Sulfat	Plasma, Einmalgebrauch, repetitiv-zyklisch oder Einmalbeladung
Polyacrylamid	Polyacrylsäure	Vollblut, Einmalgebrauch, Einmalbeladung
Cellulose	Dextran Sulfat	Vollblut, Einmalgebrauch, Einmalbeladung

Einteilung der Adsorber nach Beladung

Die verschiedenen Adsorber lassen sich unterscheiden in solche, die nur einmal mit dem Blut oder Plasma des Patienten beladen werden und solchen, bei denen es im Sinne eines zyklisch-repetitiven Verfahrens zu einer Folge von Beladung mit LDL-Cholesterin / Desorption des LDL / Regeneration der Säule / Erneute Beladung kommt. Diese Säulen weisen aufgrund des Funktionsprinzipes eine praktisch unbegrenzte Kapazität für LDL-Cholesterin auf und können in vielen Fällen auch wiederverwendet werden.

Phase 1: LDL-haltiges Plasma des Patienten belädt die erste Säule, bis diese gesättigt ist.

Phase 2: LDL wird von der ersten Säule durch spezielle Puffer heraus gewaschen, während das Plasma des Patienten über die zweite Säule geleitet wird

Phase 3: Säule zwei wird eluiert und regeneriert während Säule 1 wieder beladen wird

Die praktische Ausführung dieses Prinzips ist in den folgenden Abbildungen dargestellt. Ein Zellseparator (in der Abbildung links) separiert die Zellen vom Plasma. Im zweiten Schritt wird das Plasma über einen Adsorber / Desadsorber geleitet. Dieses Gerät steuert die Beladung und das Ablösen des LDL-Cholesterins mittels vorher eingestellter Parameter.

Als Alternative sind in den folgenden Abbildungen zwei Vollblut-Adsorbersystem dargestellt. Hier entfällt die Zentrifuge, das Blut wird unsepariert über zwei Adsorbersäulen geleitet. Dieses Verfahren benötigt einen geringeren Zeitaufwand und ist selektiv für LDL-Cholesterin, zeigt jedoch eine begrenzte Kapazität und die Säulen können nur einmal benutzt werden.

Effektivität der LDL-Elimination

Die Effektivität der LDL-Elimination, und damit die maximal mögliche Absenkung des Plasma-LDL-Spiegels, hängt stark vom verwendeten Verfahren ab. Als die beiden Extreme sind nachfolgend die Daten der Filtration denen der spezifischen LDL- Adsorption mittels anti- Apo -B Säulen gegenübergestellt. Auf der x-Achse ist jeweils dargestellt die Menge des prozessierten Plasmavolumens bezogen auf das Plasmavolumen des Patienten und auf der y-Achse die Konzentration des im Plasma verbleibenden LDL-Cholesterins in Prozent vom Ausgangswert.

Aus den beiden Kurven wird ersichtlich, dass die Filtration zwar das LDL-Cholesterin effektiv zu senken vermag, die Gesamtmenge an aufgearbeitetem Plasma jedoch relativ gering ist. Grund dieser Limitierung ist die gleichzeitige Entfernung zahlreicher Plasmabestandteile wie Gerinnungsfaktoren und der Verlust an Gesamteiweiss.

Zyklisch-repetitiv arbeitende Adsorber senken das LDL-Cholesterin nahezu beliebig weit ab, die Menge an entferntem LDL-Cholesterin korreliert mit der Menge an prozessiertem Plasma des Patienten. Die nahezu beliebige Ausdehnung der Behandlung ist möglich, da dieser Säulentyp eine starke Selektion für LDL-Cholesterin besitzt und übrige Plasmabestandteile nicht in nennenswertem Umfang eliminiert. So sind LDL-Eliminationsraten von 90% bei einigen Patienten keine Seltenheit.

Unter den zyklisch-repetitiv arbeitenden Säulen gibt es hinsichtlich der Effektivität der LDL-Elimination keine grossen Unterschiede, wie in der nachfolgenden Abbildung gezeigt.

Unter den Säulen, die mit elektrostatischer Ladung arbeiten, ist allerdings zu beachten, dass einige weitere Proteine, wie z.B. einige Gerinnungsfaktoren, zu einem nicht unerheblichen Anteil ebenfalls gebunden und damit eliminiert werden.

Zielwerte der LDL-Eliminationsbehandlung

Aus zahlreichen internationalen Studien geht hervor, welche Zielwerte angestrebt werden sollen, um ein Fortschreiten der Arteriosklerose zu bremsen bzw. eine zumindest klinische Rückbildung der Erkrankung herbeizuführen. Die aus medikamentösen Untersuchungen ermittelten Werte sind bei Patienten mit sehr hohem Risiko in der unten stehenden Tabelle zusammengefasst (ATP III NCEP Grundy et al. Circulation 2004; 110: 227-239).

Bei der Interpretation solcher Vorgaben ist allerdings zu beachten, dass sich die oben angegebenen Werte bei rein medikamentöser Behandlung im zeitlichen Verlauf sehr konstant verhalten.

Demgegenüber kommt es bei Patienten im Rahmen der wöchentlichen LDL-Apherese zu typischen sägezahnähnlichen Verläufen des LDL- und Gesamtcholesterins.

Das vor der Apherese erhöhte Cholesterin wird auf einen tiefen Wert am Ende der Apherese abgesenkt. Innerhalb einer Woche kommt es zu einem Anstieg, der jedoch nicht linear, sondern zu Beginn schnell und danach langsamer abläuft. Die Geschwindigkeit des Anstieges ist dabei unter anderem von der verwendeten Cholesterin-senkenden Medikation abhän­gig. Bei jeweils 7-tägigen Intervallen kann man als Mittelwert des LDL-Cholesterins und des Gesamtcholesterins den mathematischen Mittelwert zwischen Apherese-Vorwert und Apherese-Nachwert mit hinreichender Genauigkeit verwenden.

Um diesem Verlauf gerecht zu werden, definieren wir für die LDL-Apherese die Zielwerte, welche nach Apherese erreicht werden sollen, wie folgt.

Mit geeigneten Behandlungsmethoden sind diese Zielwerte bei einem Grossteil der behandelten Patienten zu erreichen. Nachfolgend ist der Verlauf des LDL-Cholesterins bei einer Patientin mit heterozygoter Ausprägung der Hypercholesterinämie sowie einer Behandlung mit Statinen dargestellt.

Es wird ersichtlich, dass das LDL-Cholesterin durch die Apherese in den Bereich weit unter 50 mg/dl gesenkt wird, ein Anstieg bis zur nächsten Behandlung auf etwa 150 – 200 mg/dl erfolgt und das mittlere LDL-Cholesterin im erwünschten Bereich von etwa 100 mg/dl liegt.

Patienten mit der homozygoten Form der Erkrankung zeigen einen komplizierteren Verlauf.

Bei gleicher Skalierung wie in der vorherigen Grafik zeigt sich dass es trotz massiver Absenkung des LDL-Cholesterins mitttels Apherese zu einem sehr raschen Wiederanstieg kommt. Aus diesem Grund lässt sich auch bei optimaler Apheresetechnik ein mittlerer LDL-Cholesterinwert von < 100 mg/dl bei einem Teil der homozygoten Patienten schwer realisieren. Der Wiederanstieg ist von Patient zu Patient individuell verschieden und hängt unter anderem ab von

Gerade deshalb aber ist es von grosser Bedeutung, Methoden mit hoher Kapazität der LDL-Elimination einzusetzen, um den mittleren LDL-Cholesterinwert nicht noch weiter ansteigen zu lassen. Bei diesen Patienten spielen also die Adsorbersysteme mit dem zyklisch-repetitiven Behandlungsverfahren eine besondere Rolle.

Der aktuelle Stand der Medizin in der medikamentösen Senkung des LDL-Cholesterins ist in der unten stehenden Grafik dargestellt.
Die Statine hemmen die Synthese des Cholesteins in der Leberzellen. Derzeit sind 5 verschiedene Statine in der Anwendung, welche sich vor allem in der Stärke der LDL-Cholesterinsenkung unterscheiden. Auf die pleiotropen (vielgestaltigen) Wirkungen der Statine soll nur hingewiesen werden.

Seit kurzem ist als neue Substanz das Ezetimib im Handel. Diese Substanz unterbindet die Aufnahme von Cholesterin aus dem Darm. Das Cholesterin im Darm stammt entweder aus der Nahrungsaufnahme oder aus der Gallenflüssigkeit. Die Kombination aus Statin und Ezetimib gilt derzeit als die wirksamste Form der Cholesteinsenkung.

Verbesserungen in der Statintherapie

Im Verlauf der vergangenen Jahre wurden immer wirksamere Statine entwickelt und in die Therapie eingeführt.

In der Grafik ist für die gebräuchlichsten Statine die jeweiligs durchschnittliche Senkung des LDL-Cholesterins bei der niedrigsten (hellblau) und höchsten (dunkelblau) zugelassenen täglichen Dosis dargestellt.

Das derzeit in Deutschland zugelassene wirksamste Statin ist das Atorvastatin mit einer maximalen LDL-Cholesterinsenkung von 55%. Ein noch wirksameres Statin, Rosuvastatin, ist derzeit in der klinischen Entwicklung begriffen und in einigen Ländern bereits im Handel. Mit Letzterem lassen sich LDL-Cholesterinsenkungen bis zu 65% realisieren.

Die zusätzliche Gabe von Ezetimib führt bei Patienten mit wöchentlicher LDL-Apherese zu einem weiteren Abfall des mittleren LDL-Cholesterins von 14 Prozent.

Allerdings ist zu bemerken, dass die individuellen Schwankungen der Ezetimib-Wirkung sowohl zwischen den Patienten als auch beim gleichen Patienten im Zeitverlauf sehr ausgeprägt sind und die Medikation bei jedem einzelnen Patienten ausgetestet werden muss.

Fortschritte der Therapie in den vergangenen 10 Jahren

Die ständigen Verbesserungen in der medikamentösen Therapie und der Qualität der LDL-Adsorber lässt vermuten, dass die Patienten heutzutage deutlich bessere LDL-Cholesterinwerte aufweisen als vor 10 Jahren. Um diese Vermutung zu belegen, wurden von 10 Patienten, welche sich seit 1990 ständig im DHZ im LDL-Aphereseprogramm befinden, die LDL-Cholesterinwerte vor und nach Therapie ausgewertet.

Das LDL-Cholesterin vor Apherese, welches sich vor allem durch eine effektive medikamentöse Therapie senken lässt, hat sich bei den 10 untersuchten Patienten in den Jahren zwischen 1990 und 2002 nur leicht senken lassen, trotz aller Fortschritte in der Medikation. Bei einigen Patienten hat sich der LDL-Vorwert sogar über die Jahre erhöht, was vor allem auf eine Unverträglichkeit gegenüber Statinen hervorgerufen wird.

Wesentlich eindrucksvoller sind die Unterschiede in den Werten nach Apherese, welche vor allem eine Funktion der Effektivität der verwendeten Aphereseverfahren ist.

Hier konnten einige Patienten deutliche Verbesserungen erzielen, bis hin zu >50% besseren Nachwerten.

Diese Verbesserung in der LDL-Apherese wurde jedoch nicht durch eine verlängerte Apheresedauer erzielt, wie aus der nachstehenden Grafik ersichtlich. Vielmehr ist offensichtlich, dass die Effizienz der Aphereseverfahren in den Jahren zwischen 1990 und 2002 deutlich gesteigert werden konnte.

Werden die geforderten Zielwerte mittels LDL-Apherese erreicht ?

Weiter oben wurden die Zielwerte der LDL-Apherese definiert :

Die beiden folgenden Grafiken zeigen, inwieweit diese Forderungen mit den derzeit etablierten Verfahren erreichbar sind.

Das erste Ziel, ein LDL-Cholesterin unter 50 mg/dl nach Apherese, ist bis auf 2 Ausnahmen bei allen Patienten erreicht worden. Die Gründe dafürAusnahmen sind allerdings nicht in der mangelnden Effizienz der Verfahren selbst als vielmehr in einer bergrenzten Belastbarkeit der betroffenen Patienten begründet.

Das zweite Ziel, ein mittleres LDL-Cholesterin unter 100 mg/dl liess sich im Jahre 2003 bei 20 Patienten teils deutlich unterbieten (grüne Säulen), jedoch bei 9 Patienten nicht erreichen (rote Säulen). Grund dafür war in fast allen Fällen ein rasches Ansteigen des LDL-Cholesterins in der Woche nach Apherese, bedingt entweder durch die Erkrankung selbst - homozygoter Typ der familiären Hypercholesterinämie – , durch mangelnde Verträglichkeit cholesterinsenkender Medikamente oder mangelhafter Mitarbeit der Patienten mit zum Teil unregelmässigen Behandlungsabständen (= mangelnde Compliance). Aber selbst bei diesen Patienten lag das mittlere LDL-Cholesterin nur leicht über dem empfohlenen Richtwert, wodurch zu erwarten ist, dass das Fortschreiten der Arteriosklerose immerhin deutlich verlangsamt werden kann.

Lipoprotein(a)und LDL-Apherese

Das mit dem LDL-Cholesterin verwandte Lipoprotein(a) spielt – besonders in Kombination mit einem erhöhten LDL-Cholesterinspiegel – eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer Arteriosklerose . Aus einer Studie von Kronenberg und Mitarbeitern in Südtirol geht hervor, dass mit zunehmendem Lp(a) das Risiko für die Entwicklung einer schweren Arteriosklerose deutlich zunimmt – um mehr als das 3,5 – fache bei Werten über 40 mg/dl. Die im DHZ behandelten Patienten haben einen mittleren Lp(a)-Spiegel von 44 mg/dl und lagen damit in einem gefährdeten Bereich.

Die Entfernung von Lp(a) kann im Sinne der Reduktion des Gesamtrisikos von grosser Bedeutung sein.
Das Verfahren der Wahl ist die Lp(a)-Apherese.
Auch die LDL-Apherese führt zu einer erheblichen Absenkung des Lp(a).

Da das Lipoprotein(a) im Kern ein LDL-Partikel enthält, kann es mit den für die LDL-Elimination entwickelten Verfahren ebenfalls entfernt werden. Sowohl die Filtration, als auch die spezifischen Verfahren sind für die Lp(a)-Elimination geeignet.

In der folgenden Grafik ist der Verlauf des Lp(a) bei einem Patienten mit sehr hohen Lp(a) Spiegeln im Laufe der LDL-Apherese dargestellt.

Der Prozentsatz an entferntem Lp(a) kommt jenem des LDL-Cholesterins sehr nahe. Unter den bisher getesteten Verfahren zeigte sich die spezifische Adsorption als die effektivste Methode, wobei auch die Vollblutperfusion und mit Abstrichen die Filtration ausreichende Mengen an Lp(a) entfernen.

Klinische Ergebnisse der LDL-Apheresebehandlung

Der klinische Verlauf bei regelmässiger LDL-Apherese hängt vom Ausgangszustand des Patienten und der Dauer der Behandlung ab. Die im DHZ behandelten Patienten sind zum Teil seit mehr als 20 Jahren in der Therapie. Aus der nachfolgenden Abbildung geht die Behandlungsdauer hervor.

Für die Darstellung der klinischen Ergebnisse wurden nachfolgend die Patienten ausgewählt, die sich seit mehr als 10 Jahren im regelmässigen LDL-Aphereseprogramm befinden.

Klinischer Verlauf : Xanthome

Bei einem Grossteil der Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie kommt es zu einer Ablagerung von Cholesterin bzw. LDL-Lipiden in der Haut und besonders im Bereich grosser Sehnen. Diese werden als Xanthome bezeichnet. Wie aus der unten stehenden Grafik hervorgeht, zeigt ein Teil der Patienten solche Xanthome in mittlerer (ein Stern) oder starker Ausprägung (zwei Sterne).

	Vor Apherese	Dauer der Behandlung (Jahre)	Aktueller Stand
	+	22	—
	+	21	—
	+	20	—
	++	19	—
	—	18	—
	—	17	—
	+	16	—
	+	15	—
	—	15	—
	—	15	—
	+	14	—
	+	14	—
	—	13	—
	—	12	—
	—	10	—
	—	10	—
	—	10	—

Bei allen Patienten des DHZ, die sich über mehrere Jahre einer regelmässigen LDL-Apherese unterziehen, kommt es zu einem völligen Verschwinden dieser Xanthome. Der Zeitraum vom Beginn der Apherese bis zum völligen Verschwinden der Xanthome beträgt in der Regel 1 – 5 Jahre.

Klinischer Verlauf : Angina pectoris

Ein typisches Problem für Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie ist das Auftreten belastungsabhängiger Schmerzen in der Brust, welche durch eine verminderte Durchblutung des Herzmuskels verursacht wird (Angina pectoris). Dieses Symptom ist auch einer der häufigsten Gründe dafür, dass Patienten in ein LDL-Aphereseprogramm aufgenommen werden.

Aus der unten stehenden Tabelle geht hervor, dass bei den meisten derzeit in Behandlung befindlichen Patienten zu Beginn eine mehr oder weniger starke Angina pectoris Symptomatik bestand. Nur einige Patienten waren frei von dieser Problematik, sind dann in der Regel aufgrund sehr hoher Cholesterinwerte im Sinne einer Vorbeugung vor Eintreten von Problemen (sogenannte „Primärprävention“, z.B. bei Homozygoten) bereits in die LDL-Apherese gekommen.

Bei allen Patienten kam es zu einer deutlichen Besserung der Angina pectoris . Einige Patienten haben noch geringe Beschwerden, bei der Mehrzahl ist die Symptomatik dagegen völlig verschwunden.

Damit kann gezeigt werden, dass das wichtigste Symptom der Arteriosklerose bei den meisten Patienten deutlich gebessert werden kann.

Systematische Erfassung der klinischen Zustandes der Patienten

In den obigen Abschnitten wurden lediglich zwei typische Probleme von Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie aufgeführt. Um jedoch den klinischen Zustand eines Patienten umfassender dokumentieren zu können, muss eine Systematik eingeführt werden.

Um dies zu ermöglichen, haben wir ein Computerprogramm entwickelt, welches auf Basis eines von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) genehmigten Kataloges verschie­denste Symptome qualitativ und quantitativ erfasst.

Diese Erfassung ist beispielhaft unten dargestellt.

Erklärung : Eine Herzschwäche mittelstarker Ausprägung wird über die Auswahl der entsprechenden Kapitel des Kataloges definiert und die Stärke des Problems festgelegt („Quality of problem“). Aus diesen Angaben wird ein Code gebildet (b4102.2) welcher zusammen mit der Qualität des Problems und dem Datum eine exakte Beschreibung des Befindens eines Patienten erlaubt. Mit Hilfe des gespeicherten Codes lassen sich später statistische Auswertungen über den Zustand des Patienten, z.B. über das Ausmass der Herzprobleme, durchführen.

Zusammenfassung

Die familiäre Hypercholesterinämie stellt trotz Verbesserungen der medikamentösen Therapie für viele Patienten immer noch ein grosses Problem dar. Komplikationen der Erkrankung wie Herzinfarkt, Angina pectoris , arterielle Verschlusskrankheit und ähnliche zwingen oft dazu, als zusätzliche Massnahme die LDL-Apherese durchzuführen.

Die heute verfügbaren Methoden der LDL-Elimination sind in der Lage, in vertretbarer Zeit ein Grossteil des überschüssigen LDL-Cholesterins aus dem Plasma zu entfernen.

Die verschiedenen Verfahren der LDL-Elimination unterscheiden sich nicht nur in der Kapazität der LDL-Entfernung sondern auch in der Menge an gleichzeitig entfernten anderen Bestandteilen des Plasmas.

Bei regelmässiger Behandlung können klinische Komplikationen bei den meisten Patienten effektiv verhindert und der klinische Zustand des Patienten meist deutlich gebessert werden. Allerdings ist die systematische Erfassung des klinischen Zustandes der Patienten derzeit noch nicht befriedigend organisatorisch gelöst.

Glossar