Metabolomische Analysen von Atemluft mittels Gas-Chromatografie/Massenspectrometrie identifiert Metaboliten als neue Marker für hepatische Enzephalopathie

Einleitung: Die hepatische Enzephalopathie (HE) ist eine Komplikation der akuten oder chronischen Leberinsuffizienz. Sie ist charakterisiert durch neuropsychiatrische Symptome, die von leichten neurologischen Veränderungen bis Koma reichen können. Die Pathogenese der HE ist noch nicht vollständig verstanden.

Ziel: Das Ziel dieser Studie war es, neue Metaboliten als diagnostische und evtl. therapeutische Marker für die HE zu identifizieren.

Methodik: 15 Patienten aus 4 Kliniken wurden akquiriert. Der Grad der HE wurde anhand der West-Haven-Kriterien und des Zahlenverbindungstests ermittelt. Zusätzlich wurden Standard-Laboruntersuchungen durchgeführt, incl. Bestimmung von Ammoniakserumspiegeln. Es wurden Atemluft- und Raumluftproben asserviert. Kontroll-Patienten, ohne Leberpathologie und bezüglich Alter und Geschlecht übereinstimmend, wurden aus gleicher räumlicher Umgebung akquiriert. Die Proben wurden mittels Gaschromatografie/Massenspektrometrie (GC/MS) in Verbindung mit chemischer Ionisation analysiert.

Ergebnis: Mittels der GC/MS konnten pro Probe über 350 Metaboliten detektiert werden. Insgesamt wurden so über 1000 Substanzen identifiziert. Die quantitative Breite der Messungen betrug 8 Zehnerpotenzen, welches die Detektion von einem Pikogramm pro Liter Luft ermöglicht. Die detektierten Substanzen beinhalteten Produkte von bakteriellem Stoffwechsel, humanen Intermediärmetabolismus und Substanzen aus dem Krankenhausumfeld wie Signaturen von Desinfektionsmitteln. 150 Substanzen konnten bei allen Atemluftproben detektiert werden. In einer logistischen Regressionsanalyse zeigten mehrere Substanzen, wie Acetoin, 2-Pentanon und andere einen besseren prediktiven Wert für den Grad der HE als Ammoniak (p<0,004).

Schlussfolgerung: Die GC/MS-Analyse von Atemluftproben von Patienten mit HE ist eine hoch-sensitive Methode für die Identifizierung von Kandidaten für die Diagnose der HE mit besserer Korrelation als die Ammoniak-Serumspiegel. Acetoin, ist ein Product aus der anaeroben Glykolyse bei Bacillus spp. und Enterobacteriaceae. Die hier identifizierten, flüchtigen Substanzen können leicht die Blut-Hirnschranke passieren und sind daher Kandidaten für ein besseres mechanistisches Verständnis für die Pathogenese und Therapie der HE.