Volume 33, Issue 6

Bacterial meningitis (BM) is a serious infectious disease that results in significant morbidity and mortality. Brain damage is mainly caused by the inflammatory reaction to the invading pathogen. This inflammation leads to the release of biomarkers into the cerebrospinal fluid (CSF). Here we review the literature on CSF biomarkers in BM between 1990 and 2008 and discuss it with regard to its clinical relevance to act as a surrogate for diagnostic purposes, estimation of disease severity as well as prediction of treatment response and clinical outcome. We classify recommendations for these markers as levels A–C according to the scheme approved for the European Federation of Neurological Societies guidelines (EFNS). In conclusion, we identified significantly elevated levels of several inflammatory mediators, acute phase proteins, blood-brain barrier associated proteins and markers for oxidative stress and neuronal damage in the CSF of BM patients compared to aseptic meningitis patients and controls. Furthermore, several biomarkers correlated with disease severity, clinical outcome, and response to antibiotic treatment. Zusammenfassung Die bakterielle Meningitis (BM) ist eine ernstzunehmende Infektionskrankheit, welche eine beträchtliche Morbidität und Mortalität aufweist. Die Schädigung des Gehirns ist hauptsächlich eine Folge der enzündlichen Reaktion gegen das eindringende Pathogen. Diese Entzündung führt zur Freisetzung von Biomarkern in den Liquor cerebrospinalis. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über die Evidenz von Liquor Biomarkern bei BM, die zwischen 1990 und 2008 in Hinblick auf deren klinische Relevanz für Diagnostik, Einschätzung des Krankheitsverlaufes und Prädiktion von Therapieansprechen und klinischem Outcome publiziert wurden. Wir klassifizierten die Marker als Level A–C gemäß dem Schema der European Federation of Neurological Societies-Richtlinien. Patienten mit BM zeigten im Liquor cerebrospinalis signifikant erhöhte Konzentrationen von inflammatorischen Mediatoren, Akute-Phase-Proteinen, Bluthirn-Schranken assoziierte Proteinen und Markern für oxidativen Stress und neuronaler Schädigung im Vergleich zu Patienten mit aseptischer Meningitis und Kontrollindividuen. Einige Biomarker korrelierten mit der Schwere der Erkrankung, klinischem Outcome und Ansprechen auf antibiotische Therapie.

Eicosanoids are lipid mediators that are primarily oxidized from arachidonic acid by enzymatic or non-enzymatic peroxidation. The diverse and potent biological actions of eicosanoids on almost every cell reflect the central role of these mediators in maintenance of physiological homeostasis, of cell adhesion, vasomotion and organ functions. Eicosanoids were historically considered as terminal mediators, causing symptoms such as fever, pain, edema, smooth muscle contraction and inflammation. However, recent studies using gene knockout mice models for both enzymes and receptors have revealed that they also play a fundamental role in pathological processes and disease. Imbalance of the major lipid signaling pathways contribute to disease progression and chronic inflammation, autoimmunity, allergy, cancer, atherosclerosis, metabolic and degenerative diseases. A systematic, multiparametric eicosanoid analysis in various diseases could unravel the underlying biology and disease pathology, possibly resulting in new diagnostic and therapeutic strategies. The aim of our review is to discuss the different eicosanoid pathways and the impact of these essential mediators in human health and disease. Zusammenfassung Eicosanoide sind Lipidmediatoren, die durch enzymatische und nicht-enzymatische Peroxidation aus Arachidonsäure entstehen. Die vielfältigen biologischen Effekte auf Zell- und Organebene unterstreichen die zentrale Bedeutung dieser Mediatoren in der Zell-Homöostase. Zunächst wurden Eicosanoide als Effektoren in Zusammenhang mit Fieber, Schmerz, Ödembildung, Kontraktion glatter Muskulatur und Entzündung betrachtet. Insbesondere experimentelle Ansätze mit murinen Knock-out-Modellen für die an der Eicosanoid-Metabolisierung und Regulation beteiligten Enzyme und Rezeptoren, konnten einen entscheidenden Beitrag zur Einordnung dieser zentralen Mediatoren in die Pathophysiologie einer Vielzahl von Erkrankungen leisten. So konnte eine pathogenetische Bedeutung der verschiedenen Signalwege für die Entwicklung und Progredienz von allergischen, autoimmunen und auch chronisch entzündlichen Erkrankungen wie der Atherosklerose gezeigt werden, des Weiteren bei Malignität, degenerativen und weiteren metabolischen Erkrankungen. Eine systematische multiparametrische Analyse der verschiedenen Signalwege auf Mediatorenebene mit Hilfe der Tandem-Massenspektrometrie könnte die Rolle dieser Metaboliten für die Krankheitsentstehung aufklären und neue diagnostische und therapeutische Strategien ermöglichen. Ziel der Übersicht ist es, die verschiedenen Signalwege des Eicosanoid-Stoffwechsels darzustellen und die potentielle Bedeutung von Eicosanoiden in der Zell-Homöostase und der Pathogenese verschiedener Erkrankungen zu diskutieren.

Eicosanoids play a key role in many physiological and pathological processes and might therefore serve as interesting diagnostic targets. Methods for the analysis of arachidonic acid metabolites in cells and body fluids require high sensitivity and specificity because of the very low concentrations, similar chemical structures and short half-lives of these metabolites. We established a mass spectrometric method for the simultaneous identification and quantification of arachidonic acid metabolites in human plasma samples using solid phase extraction followed by liquid chromatography (LC) and hybrid triple quadrupole-linear ion trap (QqLIT) mass spectrometry. Quantitative analysis was performed using the 4000 QTrap tandem mass spectrometer in multiple reaction monitoring (MRM) mode. As part of an independent data acquisition experiment MRMs were used as survey scans, which dependently triggered enhanced product ion (EPI) scans. Compound identification was carried out by library search using a library based on EPI spectra of standard components (prostaglandins, thromboxanes, leukotrienes and isoprostanes). The newly developed compound library enables the verification of known and structural elucidation of unknown eicosanoid metabolites in human plasma. In conclusion, our mass spectrometric method allows the simultaneous identification and quantification of arachidonic acid metabolites in one single LC-MS/MS run. Zusammenfassung Eikosanoide sind Mediatoren vieler physiologischer und pathophysiologischer Prozesse im menschlichen Organismus. Analytische Methoden für die Bestimmung von Arachidonsäuremetaboliten müssen sensitiv und spezifisch sein, um die strukturell sehr ähnlichen Substanzklassen in den sehr geringen Konzentrationen, in denen Sie im Blut vorkommen, bestimmen zu können. Wir haben eine massenspektrometrische Methode, basierend auf der Kopplung zwischen Flüssigchromatographie und Quadrupol/lineare Ionenfalle entwickelt, die neben der multiparametrischen Quantifizierung von enzymatischen und nichtenzymatischen Metaboliten des Arachidonsäurestoffwechsels eine Identifizierung der Analyten über eine neu entwickelte Fragmentspektrenbibliothek ermöglicht. Die Untersuchungen erfolgten an einem API 4000 QTrap Tandem-Massenspektrometer. Selektive Massenübergänge wurden für 16 Eikosanoide und 6 interne Standards (Prostaglandine, Thromboxan, Leukotriene, Isoprostane, Hydroxyeikosatetraensäuren und Arachidonsäure) optimiert. Mit Experimenten bei unab-hängiger Datenaufnahme wurde für Analyten über einer MRM-Intensitätsschwelle von 500 cps automatisch ein Fragmentspektrum über die lineare Ionenfalle aufgenommen. Eine neu entwickelte Spektrenbibliothek ermöglicht erstmals neben der Quantifizierung der Analyten über den MRM-Übergang auch eine eindeutige Identifizierung bekannter Metabolite über das Fragmentspektrum. Für unbekannte Metabolite können wichtige Strukturinformationen aus dem Fragmentspektrum gewonnen werden. Unsere entwickelte QTrap-Methode erlaubt eine simultane Quantifizierung von multiplen Metaboliten des Arachidonsäurestoffwechsels. Die simultane Erzeugung eines Fragmentspektrums ermöglicht eine eindeutige Identifizierung bekannter Analyte und liefert Strukturhinweise für unbekannte Metabolite und ist deshalb für Metabolom-Untersuchungen gut geeignet.

Blood glucose measurements are performed mainly at the point-of-care in out-patient settings and in hospitals as well as for patient self-monitoring mainly by small hand-held devices. Generally, capillary or venous blood is used as a sample but results are variably reported, depending on the different calibration procedures of the test strips by the manufacturers, as either whole blood or as plasma glucose, accounting for a difference of ca. 11%. This can result in therapeutic misjudgments. To avoid the risk of confusion of whole blood and plasma results, in 2005 the IFCC has proposed to report all results only as glucose concentration in plasma, irrespective of sample type or measurement technique. This recommendation should be followed in Germany as soon as possible.

Blood glucose measurements are performed mainly at the point-of-care in out-patient settings and in hospitals as well as for patient self-monitoring mainly by small hand-held devices. Generally, capillary or venous blood is used as a sample but results are variably reported, depending on the different calibration procedures of the test strips by the manufacturers, as either whole blood or as plasma glucose, accounting for a difference of ca. 11%. This can result in therapeutic misjudgments. To avoid the risk of confusion of whole blood and plasma results, in 2005 the IFCC has proposed to report all results only as glucose concentration in plasma, irrespective of sample type or measurement technique. This recommendation should be followed in Germany as soon as possible.