Hämoglobinvarianten – Pathomechanismus, Symptome und Diagnostik

Einleitung

Die häufigsten ursprünglich endemisch vorkommenden Hämoglobindefekte, die Thalassämien und Sichelzellerkrankungen, sind durch Migration schon längst in Mitteleuropa verbreitet und spielen im klinischen Alltag eine zunehmende Rolle. Seltene Hämoglobinanomalien stellen eine diagnostische Herausforderung für den behandelnden und diagnostizierenden Arzt dar und das gesamte Spektrum der Symptome wird zum Teil unterschätzt (Tabelle 1). Medizinische Laboratorien führen als Standarddiagnostik im Allgemeinen Hämoglobinchromatografien oder Hämoglobinelektrophoresen durch. In vielen Fällen reicht dies nicht aus und zur Vermeidung von Fehlinterpretationen sollte die weiterführende Diagnostik in die Hand von Spezialisten gegeben werden. Hier sollte die Laboratoriumsmedizin eine Schlüsselstellung einnehmen. Hämoglobinopathien werden eingeteilt in Thalassämien und Hämoglobin-Strukturanomalien. Die Thalassämien sind durch Imbalance der Globinsynthese gekennzeichnet, die Hämoglobin-Strukturanomalien verursachen die Bildung eines abnormen Hämoglobins, das bekannteste ist das Sichelzellhämoglobin. Strukturdefekte können jedoch auch thalassämische Syndrome verursachen, wie das in Südost-Asien verbreitete Hämoglobin E, daher ist eine Einteilung der Hämoglobindefekte nicht statisch zu begreifen [1]. Hämoglobine, die durch einen Buchstaben gekennzeichnet werden, sind größtenteils endemisch vorkommende Varianten, ebenso das Hb Lepore. Sie werden häufig zusätzlich durch eine Ortsangabe beschrieben (Bsp. Hb D Punjab oder Hb Q Iran). Diese Nomenklatur ist allerdings lückenhaft und ist nach heutigen Erkenntnissen über die Verbreitung einiger Hämoglobinvarianten nicht mehr in allen Fällen richtig. Der Fokus dieser Übersichtsarbeit richtet sich jedoch vorwiegend auf die zahlreichen seltenen Hämoglobin-Strukturanomalien oder Hämoglobinvarianten, die Einfluss auf die Sauerstoffbindung und Stabilität des Hämoglobins ausüben und überwiegend nicht endemisch vorkommen. Die Nomenklatur dieser Varianten richtet sich nach dem Entdeckungsort oder nach der Herkunft des Patienten, allerdings existieren hier keine festen Regeln und die Entdecker haben die Freiheit bei der Namensgebung. Daher ist eine Kategorisierung durch die Benennung nicht möglich. Die Varianten zeichnen sich, im Gegensatz zu den bekannten Anomalien mit autosomal rezessivem Erbgang, häufig durch einen autosomal dominanten Erbgang aus. Da zahlreiche Varianten mehrere Symptome verursachen, ist eine eindeutige Definition nicht in jedem Fall möglich. Instabile Varianten können eine hohe oder niedrige Sauerstoffaffinität haben, Varianten mit Affektion der Sauerstoffaffinität können Hämolysen und Methämoglobinämien auslösen. Sie können auch klinisch unauffällig sein, aber im Kontext anderer Erkrankungen eine Rolle spielen. In dieser Übersichtsarbeit wurde die Einteilung der Varianten aufgrund ihrer Hauptwirkung vorgenommen. Aufgrund der großen Anzahl verschiedener Hämoglobinanomalien werden Varianten vorgestellt, die in ihrer Symptomatik als Beispiel für andere Varianten dienen. Eine Gruppierung innerhalb der Einteilung ist nur selten möglich, da an einem Mutationsort ein Austausch unterschiedlicher Aminosäuren auch unterschiedliche Auswirkung haben kann. Für ein besseres Verständnis werden einige Varianten ausführlicher präsentiert.

Grundlagen

Hämoglobin ist ein tetrameres Protein, mit jeweils 2 α- und 2 β-Globinketten, die an hydrophoben Kontaktregionen ionisch, nicht-kovalent gebunden sind und der Hämgruppe, bestehend aus einem Porphyrinring mit zentralem Eisenatom für die Sauerstoffbindung. Die Hämgruppe ist in einer V-förmigen Tasche lokalisiert und zur Stabilisierung in der Tertiärstruktur von hydrophoben Aminosäuren umgeben. Die Konformation des Hämoglobinmoleküls ändert sich durch Oxygenierung, dem R(relaxed)-Zustand und durch Deoxygenierung, dem T(tense)-Zustand. Dieser allosterische Effekt ist für die sigmoidale Sauerstoffbindungskurve des Hämoglobins verantwortlich [2]. Das intraerythrozytäre 2,3 Bis-Phosphoglycerat (2,3-BPG) hat die Funktion als allosterischer Effektor die Sauerstoffaffinität des Hämoglobins zu reduzieren, in dem es an das Desoxyhämoglobin durch Salzbrücken bindet und so die Sauerstoffabgabe erleichtert, es kann sich nicht an Oxyhämoglobin binden. Diese Fähigkeiten sind notwendig, damit das Hämoglobin Sauerstoff in der Lunge aufnehmen und ins Gewebe abgeben kann. Der Bohr-Effekt beschreibt die Sauerstoffsättigungskurve des Hämoglobins in Abhängigkeit des pH-Wertes und des Sauerstoffpartialdruckes und bewirkt eine verstärkte Freisetzung von Kohlendioxid in Gegenwart hoher Sauerstoffkonzentration (Lunge) und eine Freisetzung von Sauerstoff und erleichterte Aufnahme von Kohlendioxid in der Peripherie. Die Hämoglobin-Sauerstoff-Affinität steigt mit sinkender Temperatur, sinkender 2,3-BPG-Konzentration und steigendem pH-Wert [3]. Das Hämoglobin eines Erwachsenen besteht bis zu ca. 97% aus HbA (jeweils 2 α- und 2 β-Globinen), bis zu ca. 3,5% aus HbA2 (2 α- und 2 δ-Globinen) und bis zu 1% aus HbF (2 α- und 2 γ-Globinen). Neugeborene haben einen hohen HbF-Anteil, der sich individuell unterschiedlich schnell auf ca. 1% reduziert. Im gleichen Maße, wie der HbF-Anteil abfällt, steigt der HbA-Anteil, der ca. im sechsten Lebensmonat Erwachsenenwerte erreicht. Klinisch zeigen sich daher Mutationen der γ- und α-Globingene schon bei Neugeborenen, β-Globingen-Mutationen, aufgrund der Umstellung von HbF auf HbA erst im Laufe der ersten Lebensmonate. Auf dem Chromosom 11 codieren 2 Gene das α-Globin, α-1 trägt mit ca. 30%, α-2 zu ca. 70% zur Proteinbiosynthese des α-Globins bei. Auf dem Chromosom 16 codieren jeweils ein Gen für das β-Globin und δ-Globin und 2 Gene für das γ-Globin [4]. In der Sauerstoffdissoziationskurve zeigt sich eine erniedrigte Sauerstoffaffinität durch eine Verschiebung nach links, eine erhöhte Sauerstoffaffinität durch Verschiebung nach rechts [2]. Der p50-Wert beschreibt den Partialdruck von Sauerstoff bei 50%iger Sättigung des Hämoglobins und ist der wichtigste Parameter zur Beurteilung der Sauerstoffaffinität [5]. Die Sauerstoffaffinität des Hämoglobins hat direkten Einfluss auf die Erythropoietinausschüttung (EPO), das überwiegend in den Fibroblasten der peritubulären Zellen der Niere gebildet wird. Der Mechanismus der Erythropoietinbildung ist sehr komplex. Stark vereinfacht gilt nach bisheriger Erkenntnis: Normoxie bewirkt, dass der Transkriptionsfaktor GATA-2 den EPO-Promotor bremst. Die hypoxie-induzierbaren Transskriptionsfaktoren (HIF) werden ebenfalls denaturiert, so dass Erythropoietin nicht gebildet werden kann. Unter Hypoxie wird die Hemmung aufgehoben und die HIF bewirken durch Aktivierung des EPO-Enhancers die Bildung von EPO, das schließlich an spezifische Rezeptoren der Eryhrozytenvorläuferzellen „Colony-Forming Units-Erythroid (CFU-Es)“ bindet. Durch Hemmung der Apoptose und Beschleunigung der Differenzierung und Proliferation von Vorläuferzellen im Knochenmark bewirkt EPO so eine Erhöhung der Erythrozytenzahl. Die Zeitspanne von der Bildung des EPO bis zu einer detektierbaren Erhöhung von Retikulozyten beträgt ca. 3–4 Tage [6]. Eine Mutation mit erhöhter Sauerstoffaffinität, kann zur schlechteren Sauerstoffabgabe führen und eine Erythrozytose bewirken.

Mutationen

Die genaue Anzahl der Hämoglobinvarianten wird in der Database of Human Hemoglobin Variants and Thalassemias (HbVar) aktuell mit 1212 angegeben, mit den Thalassämie-Mutationen mit 1635. Mutationen im α-Globin führen aufgrund der 2-fachen Codierung des α-Globins seltener zu ausgeprägten Störungen. Die durch Mutation ausgetauschte Aminosäure kann aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften (hydrophil, hydrophob, pH-Wert etc.) sehr unterschiedliche Effekte in der Proteinstruktur verursachen. Mutationen der α1β2-Verbindung, der β1α2-Kontaktregion, des c-terminalen Endes, der Hämtasche und das unmittelbar an der Hämbindung beteiligte zentrale und distale Histidin, sind Regionen, die eine Affektion der Sauerstoffbindung und der Stabilität des Hämoglobins bewirken können. Es kann eine Beeinträchtigung des Wechsels von der oxygenierten R-Struktur zur deoxygenierten der T-Struktur oder der Stabilisierung der T-Struktur und R-Struktur des Hämoglobinmoleküls stattfinden [2]. 21 Aminosäuren der Globinkette haben in der quaternären Struktur direkten Hämkontakt (Abbildung 1) [7]. Mutationen hyperinstabiler Varianten verursachen häufig eine Verlängerung oder Verkürzung von Globinketten, die nicht für die Hämoglobinsynthese brauchbar sind und schon in den Vorläuferzellen denaturieren [8]. Posttranslationale Modifikationen, die Diskrepanzen zwischen Gensequenz und Proteinstruktur verursachen sind vereinzelt möglich [9]. Über die Prävalenz der seltenen Hämoglobinvarianten, die nicht zu den „endemische Hämoglobinvarianten“ gezählt werden, gibt es keine verlässlichen Angaben. Verfügbare Zahlen aus Deutschland stammen aus Untersuchungsergebnissen über einen Zeitraum von 4 Jahrzehnten eines spezialisierten universitären Einsenderlabors [10]. Klassische endemische Gebiete für eine geografische-ethnische Disposition, wie bei den Thalassämien, Sichelzellanämien, HbC- und HbE-Anomalien gibt es häufig nicht, mit Ausnahme der hyperinstabilen α-Varianten. Die im Folgenden beschriebenen Hämoglobinvarianten stellen nur eine Auswahl dar, aber sie sind aufgrund ihrer Mutationsorte und klinischen Ausprägung repräsentativ für andere Varianten.

Abbildung 1:

Mutationsorte am Beispiel des Betaglobins, die zu funktionellen Störungen führen können.

Varianten mit Affektion der Sauerstoffaffinität

Methämoglobin-Varianten

Methämoglobin wird auch als Ferrohämoglobin oder Hämiglobin bezeichnet. Es entsteht durch Oxidierung des zentralen Fe²⁺ des Häms zu Fe³⁺. MetHb entsteht in vivo zu jeder Zeit, es wird jedoch unmittelbar durch die NADH-abhängige Methämoglobinreduktase zu Hämoglobin reduziert. Normal ist ein MetHb-Anteil unter 1%. Ein Anteil von mehr als 15% macht sich klinisch durch Zyanose bemerkbar, über 30% führen zu Dyspnoe und Verwirrtheit, über 50% zur metabolischen Azidose, Herzrhythmusstörungen, Koma und über 70% zum Tod [39]. Die korrekte Bestimmung des von Hämoglobinvarianten verursachten Methämoglobins (HbM-Methämoglobin) ist problematisch. Die weitverbreiteten Pulsoximeter messen das Hämoglobin-Spektrum bei einer Wellenlänge von 660 nm (Oxyhämoglobin) und 940 nm (Deoxyhämoglobin). Methämoglobine, die nicht durch Hämoglobinvarianten verursacht werden, haben Absorptionsmaximum bei 635 nm, die die durch Hämoglobin M-Varianten verursachten bei 600 nm. Dies verursacht bei der Analyse von HbM-Methämoglobin falsch niedrige Werte. Neuere Multiwellenlängen-Pulsoximeter können die Methämoglobine bei diesen Wellenlängen erfassen [40]. Auch die photometrischen Messmethoden mit Zyanidzusatz führen bei vielen HbM-Varianten, aufgrund langsamer und unvollständiger Reaktion zu falsch niedrigen Werten. Zu den Differentialdiagnosen von Methämoglobinämien zählen NADH-Methämoglobin-Reduktasemangel, Vergiftungen durch Reinigungsmittel und Nitrite u.a. Die Hämoglobinvarianten, die eine MetHb-Bildung verursachen, können therapeutisch nicht durch Redoxfarbstoffe wie Methylenblau behandelt werden, je nach Variante, werden dadurch sogar Hämolysen induziert. Die Mutationen betreffen häufig das proximale Histidin, das unmittelbar kovalent an die Hämgruppe bindet und das nicht-kovalent gebundene, aber unmittelbar zum Häm in Kontakt stehende distale Histidin durch Tyrosin-Austausch. Mutationen an anderen Positionen sind auch möglich. Es besteht in aller Regel ein enger Kontakt zur Hämtasche und dem distalen Histidin. Die substituierten Aminosäuren können eine kovalente Bindung zum Hämeisen eingehen und so eine Stabilisierung des MetHb bewirken. Gemeinsam ist den Hämoglobin M-Varianten eine Instabilität, die sich durch unterschiedlich stark ausgeprägte Hämolyse kennzeichnet. Sichtbares Zeichen einer Methämoglobinämie ist die schokoladenbraune Farbe des Blutes [41, 42]. Die Anteile der Varianten am Gesamthämoglobin betragen zwischen 20 und 40%. Die Mutationen des HbM Saskatoon und HbM Hyde Park betreffen das proximale und das distale Histidin im β-Globin. Klinsch zeigen sich bei beiden Varianten eine Zyanose und eine leichte hämolytische Anämie. HbM Iwate und HbM Boston mit Mutationen des proximalen und distalen Histidins des α-Globingens, sind niedrig-sauerstoffaffine Varianten, die auch schon bei Neugeborenen auftreten können. Es besteht außer einer Zyanose keine andere hämatologische Auffälligkeit. Die MetHb-Konzentration beträgt bei diesen Varianten ca. 10–20%, allerdings sind die Messmethoden und die genauen Konzentrationen aus der Literatur nicht eindeutig [43, 44]. Beim HbM Dothan kommt es zur Affektion des distalen Histidins, was zu einer leichten Instabilität mit Zyanose führt, die MetHb-Konzentration beträgt 20% [45]. Das Hb Chile ist eine instabile hochsauerstoffaffine Variante. Betroffene leiden an einer Zyanose und leichten hämolytischen Anämie, die durch Gabe von Methylenblau und Sulfonamiden verstärkt wird. Das Methämoglobin schwankt zwischen 11 und 18% [46]. Mutationen an gleicher Stelle sind die hochsauerstoffaffinen Hb St. Louis und Hb Genova. Betroffene mit Hb St. Louis leiden ebenfalls an einer MetHb-Zyanose und milder hämolytischer Anämie, mit Hb Genova nur an einer chronischen hämolytischen Anämie [47, 48]. Das Hb Tübingen und Hb Southampton zeichnen sich durch ausgeprägte Hämolysen aus. Durch den Aminosäurenaustausch entstehen hydrophile Reste, die durch Wassereintritt in die Hämtasche die Autooxidation begünstigen. Die Zyanose ist jedoch im Allgemeinen mild ausgeprägt, die Meth-Hb-Konzentration beträgt 13% und werden zu den instabilen Varianten gezählt [49, 50].

HbF-Varianten

Durch Hämoglobin F-Varianten verursachte Methämoglobinämien (Mutationen des γ-Globingens) betreffen nur Neugeborene bis zum 4. Lebensmonat und sind selbstlimitierend, können aber zu unnötigem oder überstürztem ärztlichem Handeln führen. Diese Varianten werden auch als HbFM-Varianten bezeichnet. Nicht alle Mutationen des γ-Globingens verursachen Methämoglobinämien. Die pathophysiologischen Erklärungen sind analog zu den Positionen der β-Globingen-Mutationen zu betrachten, mit dem Unterschied, dass 2 Gene auf Chromosom 16 für das γ-Globin codieren und das HbF generell eine höhere Sauerstoffaffinität besitzt [4]. Das HbFM Fort Ripley, analoge Pathophysiologie zu HbM Hyde Park und das HbFM Osaka, analoge Pathophysiologie zu HbM Saskatoon, machen sich bei betroffenen Neugeborenen durch Methämoglobin verursachte Zyanose und einer hämolytischen Anämie bemerkbar. Die klinische Ausprägung ist individuell sehr unterschiedlich [51, 52]. Beim HbFM Circleville dagegen, gleicher Mutationsort wie HbFM Osaka, aber andere Aminosäurensubstitution wird keine Hämolyse beobachtet [53]. Bei HbF Viseu schwanken die MetHb-Konzentrationen zwischen 16 und 21%, und Neugeborene fallen durch Zyanose auf, ohne weitere Auffälligkeiten [54]. HbF Cincinnati und HbF Sarajevo verursachen bei Neugeborenen eine Zyanose, aber keine Methämoglobinämie. Bei Neugeborenen mit HbF Sarajevo besteht eine ausgeprägte Zyanose. Der analoge Mutationsort des β-Globingens verursacht das Hb Kansas, eine Variante mit niedriger Sauerstoffaffinität. Viele Varianten sind auch hier nicht durch die Standarddiagnostik HPLC oder Elektrophorese detektabel [55, 56].

Instabile Varianten

Diese Varianten zeichnen sich durch die Instabilität des Hämoglobintetramers aus. Einige Mutationen bewirken eine Denaturierung der Hämoglobintetramere schon im Knochenmark und sind als Protein in der Peripherie häufig nicht detektierbar. Die Mutationen, meist De-Novo-Mutationen, betreffen häufig die hydrophoben, wasserabweisenden Gruppen des Hämoglobins. Ein hydrophiler Aminosäurenaustausch führt zu einem Leck und Wassereintritt destabilisiert das Molekül. Ein Aminosäurenaustausch durch Prolin bewirkt eine Instabilität in der Sekundärstruktur durch Beeinflussung der Helixstruktur und den interhelikalen Bindungen. Die Mutationen können auch eine Dissoziation von Globin und Häm bewirken. Das Häm mit zentralem Fe³⁺ (MetHb) ist aus der Hämtasche herausgelöst und verbindet sich in weiteren Schritten mit denaturierten Globinresten und es entstehen irreversible Hemichrome, die sich mit dem zytosolischen Anteil des Bande-3-Proteins der Erythrozytenmembran verbinden. Diese Verbindung verursacht eine verminderte Verformbarkeit der Erythrozyten und führt zur Entfernung betroffener Erythrozyten in der Milz. Die Präzipitate werden als Heinz’sche Innenkörper bezeichnet und lösen eine Anheftung von IgG-Antikörpern aus, die die Elimination der Erythrozyten zusätzlich triggert. Durch die Anwesenheit des freien Häms und Herauslösung des Eisens wird eine Fenton-Reaktion bewirkt, eine katalysierte Oxidation von Eisensalzen mit Wasserstoffperoxid. Folgen sind eine Verstärkung der Hämoglobindenaturierung, Methämoglobinbildung und des Membranschadens. Daher sind Heinz’sche Innenköper oft erst nach einer Milzentfernung im Blutausstrich detektierbar. Erythrozyten mit Innenkörpern besitzen zudem eine hohe Affinität sich an das Gefäßendothel zu heften. Bei einigen Varianten lösen oxidativ wirkende Substanzen, Medikamente (Tabelle 2) und Infektionen hämolytische Krisen aus. Ein klassisches Zeichen ist die Pigmenturie (brauner Urin), die durch Dipyrrolmethene aus dem Hämabbau verursacht wird. Instabile Varianten mit erhöhter Sauerstoffaffinität zeigen durch die induzierte Erythropoietinausschüttung weniger stark ausgeprägte Anämien. Diagnostisch sind viele Varianten nicht mit den herkömmlichen Methoden HPLC oder Elektrophorese zu detektieren. Bei den hyperinstabilen Varianten finden sich durch den vorzeitigen Untergang in den Vorläuferzellen keine pathologischen Erythrozyten im peripheren Blut [8, 57–60].

Die phänotypische Ausprägung des Hb Köln ist individuell sehr unterschiedlich. Die Krankheit tritt durch die Umstellung von HbF auf HbA bei Kindern frühestens ab dem zweiten bis dritten Lebensmonat mit Ikterus und hämolytischer Anämie in Erscheinung [23]. Pulsoximetrisch gemessene Sauerstoffsättigungswerte sind falsch niedrig [38]. Splenektomien im Kindesalter aufgrund ausgeprägter hämolytischer Anämien und Splenomegalie sind nicht selten indiziert, jedoch wird auch über relativ milde Verläufe mit gelegentlichen hämolytischen Krisen, insbesondere nach Infekten berichtet. Nach Splenektomie neigen Patienten durch die Erhöhung von Innenkörper-Erythrozyten zu thromboembolischen Ereignissen [61, 62]. Die Mutation des Hb Mainz betrifft den gleichen Genort und ist dem Hb Köln in der klinischen Ausprägung ähnlich. Bei einem Betroffenen wurde zusätzlich über eine pulmonale Hypertonie auf dem Boden einer chronischen Hämolyse berichtet [63]. Hb Olmsted verursacht eine schwere hämolytische Anämie, Splenomegalie und Gallensteine im Kindesalter. Bei splenektomierten Patienten wurden thromboembolische Ereignisse und Priapismus beschrieben [62]. Eine Besonderheit ist das hochsauerstoffaffine Hb Zürich. Der Austausch des proximalen Histidins durch Arginin bewirkt eine weite Öffnung der Hämtasche, das Häm wird zu Methämoglobin oxidiert und bewirkt hier im Gegensatz zu den HbM-Varianten eine Destabilisierung des Hämoglobinmoleküls. Durch die weite Öffnung können sich reaktive Komponenten, wie Sulfonamide oder Methylenblau direkt an das Häm binden und zur Methämoglobinbildung beitragen, was zu schweren Hämolysen führt. Die Kohlenmonoxidbindungsfäähigkeit (CO) wird durch die sterischen Verhältnisse im Molekül deutlich verstärkt und stabilisiert durch Verhinderung der Methämoglobinbildung das Hämoglobinmolekül. Daher haben betroffene Raucher mit hohen COHb-Werten deutlich weniger stark ausgeprägte hämolytische Anämien. Die klinische Ausprägung des Hb Zürich variiert, es wurden schwere hämolytische Anämien beschrieben, die sich durch Splenektomie besserten [64, 65]. Das leicht hochsauerstoffaffine Hb Hasharon zeigt bei vielen Betroffenen keine hämatologischen Auffälligkeiten. Es kommt zu einer leicht verminderten α-Globin-Produktion und Imbalance der Globinketten ohne klinisch eine Thalassämie zu verursachen. Allerdings wurde über hämolytische Anämien mit Splenomegalien berichtet. Oxidative Substanzen (Tabelle 2) und Infekte können Hämolysen triggern. Diese Variante wird sehr häufig bei aschkenasischen Juden angetroffen, jedoch kommt sie auch bei anderen Bevölkerungsgruppen vor. Neugeborene mit Hb Hasharon können Hb H (β-Tetramere) und Hb Bart’s (γ-Tetramere) aufweisen, was zu einer Fehldiagnostik führen kann [66–68]. Hb Leiden und Hb Seattle und Hb Evans sind Varianten, bei denen ebenfalls oxidative Substanzen oder Infektionen eine Hämolyse triggern können [69, 70]. Eine nur in den ersten Lebensmonaten klinisch in Erscheinung tretenden instabile γ-Globin-Variante ist das Hb Poole und macht sich durch Ikterus und gering ausgeprägter hämolytischer Anämie bemerkbar [71].

Hyperinstabile und dominante thalassämische Varianten

Hyperinstabile Varianten kennzeichnen sich durch Proteolyse der Globinketten in den Vorläuferzellen der Erythrozytenentwicklung. Die Mutationen verursachen häufig verkürzte oder verlängerte Globinketten, die eine stabile Hämoglobinsynthese verhindern. Ein Überschuss der normalen Globinketten kann eine Globinsynthese-Imbalance bewirken und als Thalassämie in Erscheinung treten [58, 60].

HbA_1c-Analytik

Viele Varianten werden in der Literatur als klinisch unauffällig beschrieben. Bei gleicher Mutation kann sich jedoch eine Variante prinzipiell phänotypisch sehr unterschiedlich ausprägen. Sicher ist, dass einige Varianten die HbA_1c-Diagnostik durch ihre Instabilität (verkürzte Erythrozytenüberlebenszeiten) oder die Quantifizierung durch Störung der Analysenmethode beeinträchtigen [88]. Hb Venusberg und Hb Bonn (s.o.) gehören ebenfalls dazu. Als Beispiel dient das Hb UKB, das chromatografisch nicht detektierbar ist, aber elektrophoretisch, es zeigt sich hier mit einer Fraktion von 50,9%. Der HbA_1c-Wert liegt in der HPLC bei 5,2%. Eine immunologische Messung allerdings ergab einen HbA_1c-Wert von 6,5%. Der 73jährige Patient, bei dem erstmals diese Variante beschrieben wurde, litt seit einigen Jahren an Diabetes mellitus Typ II mit dialysepflichtiger, diabetischer Nephropathie. Möglicherweise haben hier falsch niedrige HbA_1c-Werte die Therapie des Diabetes mellitus negativ beeinflusst [89]. Der gleiche Mutationsort des Hb Hafnia verursacht ebenfalls falsch niedrige HbA_1c-Werte, wie einige andere sogenannte „Silent-Varianten“ [90, 91].

Diagnostik der Varianten

Die Indikation zur Diagnostik auf Hämoglobinvarianten kann vielfältig sein und setzt das Wissen um das breite Spektrum der klinischen Erscheinungsbilder voraus. Diese können Methämoglobinämien, Zyanosen, Hämolysen, Polyglobulien etc. umfassen (Abbildung 2). Für die Diagnostik von Hämoglobinvarianten ist es daher notwendig, dass die Fragestellung an das Labor kommuniziert wird und ein Austausch mit dem behandelnden Arzt stattfindet. Die Spezialisten in den Laboratorien sollten auch über die klinischen Symptome, Konsequenzen und Therapien der Varianten beraten können. Die Erfahrung des Untersuchers mit bestimmten Untersuchungsverfahren spielt hier eine große Rolle. Es werden häufig eigene verfahrensabhängige Datenbanken für Hämoglobinvarianten erstellt, die sich aus jahrelanger Routine speisen [92]. Einige Hersteller von Analysesystemen stellen auch Sammlungen zur Verfügung, die jedoch nur der Orientierung dienen sollten und nicht zur Diagnosestellung. Hier besteht die Gefahr von Fehldiagnosen, da sich mit jedem Hb-Trennverfahren unterschiedliche Varianten mit gleicher Laufzeit oder in der gleichen Zone darstellen können. Auch unauffällige Hb-Chromatografien oder -Elektrophoresen schließen eine Hb-Variante nicht aus, wenn klinische Erscheinungsbilder (s.o.) durch andere Erkrankungen nicht erklärt werden können. Bei seltenen Varianten sollten zur Diagnosesicherung 2 unterschiedliche Hb-Trennverfahren eingesetzt werden, sinnvoll sind chromatografische und elektrophoretische Verfahren. Einige Varianten zeigen sich nur in einem Verfahren oder es zeigen sich unterschiedliche Varianten-Anteile. Letztendlich muss in den meisten Fällen eine molekulargenetische Analyse durch Globin-Gensequenzierung durchgeführt werden, um eine sichere Diagnose zu stellen. Es ist in jedem Fall notwendig die Untersuchungsverfahren bis zur Diagnosefindung genau aufzulisten. Patienten mit Hämoglobinvarianten haben zum Teil eine lange Anamnese von kostspieligen und belastenden Untersuchungen hinter sich, bis eine Diagnose endgültig gestellt wird.

Abbildung 2:

Stufendiagnostik von Hämoglobinvarianten.

Zur kompletten Diagnostik gehören: Blutbild mit Erythrozytenindizes und Retikulozytenzahlen zur Einordnung der Anämie, Serumferritin als Marker für den Eisenspeicher, Serumhaptoglobin als Hämolysemarker. Die meisten Varianten besitzen eine gewisse Instabilität, sie sind häufig grenzwertig normozytär und normochrom bei erhöhten Retikulozytenzahlen und erniedrigter Haptoglobinkonzentration. Bei Varianten mit erhöhter Sauerstoffaffinität können zu den Hämolyseparametern erhöhte Ferritinwerte auf eine Eisenüberladung hinweisen. Eine erweiterte Diagnostik sollte in der Entscheidung des Spezialisten liegen. Wichtige Hinweise können die Hämoglobinchromatografie und/oder Hämoglobinelektrophorese/Hämoglobin-Kapillarzonenelektrophorese liefern, allerdings sind in einigen Fällen die Hämoglobinvarianten nur in einer Untersuchungsmethode oder in gar keiner nachzuweisen. Die Isoelektrische Fokussierung ermöglicht aufgrund der Auftrennung der Hämoglobinfraktionen anhand eines pH-Gradienten noch zusätzliche Identifikationsmöglichkeiten, wenn die HPLC oder Elektrophorese unauffällig ist. Eine Globinkettenanalyse mit HPLC oder Massenspektrometrie kann in einigen Fällen notwendige Hinweise liefern, insbesondere bei einer Globinkettenimbalance. Bei vielen instabilen und hyperinstabilen Varianten ist die Diagnostik generell schwierig. Die Hämoglobinstabilitätstestung ist bestenfalls ein Anhalt, aber keine sichere Analyse, da sich die Varianten in vitro und in vivo unterschiedlich verhalten können. Varianten, die im Knochenmark durch Proteolyse denaturiert werden, können oftmals nur durch genetische Analysen identifiziert werden [92–94]. Blutausstriche sollten in der Pappenheim- und Brilliant-Cresyl-Blau-Färbung für die mikroskopische Beurteilung von Innenkörpern und Einschlusskörpern vorliegen. Die Beurteilung sollte durch einen Fachmann erfolgen. Die Sauerstoffaffinitätsmessung durch Blutgasanalyse ist notwendig um die Hämoglobinvariante zu klassifizieren. Am aussagekräftigsten ist der p50-Wert, der bei Verminderung eine Variante mit erhöhter Sauerstoffaffinität aufdeckt und bei Erhöhung eine Variante mit erniedrigter Sauerstoffaffinität [95]. Man sollte bedenken, dass der p50-Wert jedoch auch bei erhöhtem oder erniedrigtem Kohlendioxid-Partialdruck durch respiratorische, pulmonale und kardiale Grunderkrankungen verändert sein kann. Auch die Pulsoximetrie kann aufgrund erniedrigter Sauerstoffsättigungen zur Diagnostik beitragen. Diskrepante blutgasanalytische und pulsoximetrische Sättigungswerte sind ein deutlicher Hinweis auf eine Hb-Variante, wie beim Hb Bonn (s.o.). Hier kann auch eine spektralphotometrische Hämoglobinanalyse nützlich sein. Bei Verdacht auf Methämoglobin-Varianten, können herkömmliche Messmethoden des Methämoglobins versagen und es sollten Messungen nicht mit herkömmlichen 2-Wellenlängen-Oximetern durchgeführt werden, sondern mit geeigneten Multiwellenlängen-Pulsoximetern. Auch wenn eine Variante eindeutig detektiert wurde, sollte man unter Umständen weitere differentialdiagnostische Untersuchungen durchführen, da nicht nur die Variante die jeweilige Symptomatik alleine verursachen kann.

Therapie

Viele Varianten ziehen keine therapeutischen Konsequenzen nach sich. Allerdings werden zum Teil unnötige medizinische Untersuchungen durchgeführt, die eine Belastung für den Betroffenen darstellen und erhebliche Kosten verursachen können. Bei einigen Varianten kann die Gabe von oxidierenden Substanzen oder durch Infekte hämolytische Krisen ausgelöst werden können (Tabelle 2). Dies betrifft unter anderem die Methämoglobinvarianten, bei denen die Gabe von Methylenblau Hämolysen verursachen kann. Das Methämoglobin kann hier nicht reduziert werden, was jedoch auch differentialdiagnostisch genutzt wird, da sich das Methämoglobin bei Methämoglobinämien anderer Ursachen reduzieren lässt [96]. Niedrigsauerstoffaffinie Varianten können aufgrund niedriger Sauerstoffsättigungswerte zur Überreaktion führen. HbA_1c-Bestimmungen können falsch sein, was zu falschen therapeutischen Konsequenzen bei der Behandlung des Diabetes mellitus führen kann [91]. Viele Hämoglobinvarianten benötigen keine gezielte Therapie. Bei Varianten mit niedriger Sauerstoffaffinität ist eine Therapie in aller Regel nicht möglich, ob eine gelegentliche Sauerstofftherapie die Symptome bessert, ist unklar. Varianten mit erhöhter Sauerstoffaffinität und Polyglobulie erfordern zum Teil regelmäßige Aderlässe, um ein Hyperviskositätssyndrom zu vermeiden [97]. Die instabilen Varianten können je nach Ausprägung gelegentliche oder regelmäßige Bluttransfusionen erfordern. Eine Splenektomie ist häufig indiziert, erhöht aber das Risiko von Infektionen und Thromboembolien durch Innenkörper-Erythrozyten. Hydroxyurea-Therapien wurden gelegentlich durchgeführt [98]. Bei thalassämischen Varianten können regelmäßige Bluttransfusionen mit gleichzeitiger Chelat-Therapie notwendig sein [57]. Bei Varianten mit erhöhtem Zellumsatz ist eine regelmäßige Gabe von Folsäure sinnvoll.

Autorenbeteiligung: Alle Autoren tragen Verantwortung für den gesamten Inhalt dieses Artikels und haben der Einreichung des Manuskripts zugestimmt.

Forschungsförderung: Keine.

Interessenkonflikt: Kein Interessenkonflikt.