LaboReport 32

LipoDens (Kleine, dichte LDL - ein Risikofaktor für Atherosklerose)

1. Die Pathogenese der Atherosklerose

Die Atherosklerose wird heute als eine chronische, sich über viele Jahre erstreckende Entzündung der betroffenen Gefäße angesehen. Beginnend mit einer Gefäßschädigung, über das Wachstum der atherosklerotischen Plaque bis hin zur Plaqueruptur, die schließlich zum akuten Ereignis eines Herzinfarkts oder Schlaganfalls führt, sind in jeder Phase der Entwicklung einer Atherosklerose entzündliche Prozesse beteiligt. Ein solches in den Gefäßwänden unterschwellig ständig aktives Entzündungsgeschehen ist durch anhaltende, mäßig erhöhte Serumkonzentrationen von Entzündungsparametern wie z.B. des CRP (C-Reaktives Protein) erkennbar. Derartige neue Laborparameter, zu denen auch Fibrinogen und Homocystein gehören, werden heute neben den klassischen Risikofaktoren (Hyper- und Dyslipoproteinämien, Diabetes mellitus, Hypertonie, Rauchen, Übergewicht) als eigenständige Risikofaktoren für eine koronare Herzerkrankung betrachtet und sollten deshalb bei der Risikoabschätzung mit berücksichtigt werden. Die klassischen Risikofaktoren ordnen sich nahtlos in die Entzündungstheorie der Atherosklerose ein, da sie selbst eine chronische Entzündung der Endothelien auslösen oder diese über Jahre aufrecht erhalten und vorantreiben können. Die LDL (Low Density Lipoprotein) beispielsweise beeinflussen den komplexen Prozess der Atherogenese in jeder Phase seiner Entwicklung und sind für die Cholesterineinlagerung in die atherosklerotische Plaque verantwortlich. Insbesondere oxidierte LDL (oxLDL) nehmen eine Schlüsselposition bei der Entstehung und Progression der Atherosklerose ein. Die Oxidation findet hauptsächlich in der Gefäßwand statt, wo oxLDL verstärkt durch eingewanderte Makrophagen internalisiert werden. Die mit Cholesterin überladenen Makrophagen bilden dann die Schaumzellen - das typische Merkmal der atherosklerotischen Plaque.

2. Kleine, dichte LDL und Atherosklerose

Für die Entstehung der Atherosklerose ist nicht nur die absolute Konzentration der LDL im Blutplasma von Bedeutung, sondern vor allem auch deren qualitative Eigenschaften wie Größe und Dichte. Es hat sich gezeigt, dass der LDL-Cholesterinspiegel als Vorhersageparameter für das Eintreten einer kardiovaskulären Erkrankung nur bedingt geeignet ist. So haben z.B. die meisten Patienten mit koronarer Herzkrankheit nur leicht erhöhte oder sogar "normale" Plasmalipidwerte. Andererseits erleiden 20% der Patienten mit einer Hypercholesterinämie viel später einen Herzinfarkt, als es aufgrund des erhöhten LDL-Cholesterinspiegels zu erwarten wäre. Diese scheinbaren Widersprüche sind dadurch zu erklären, dass die LDL keine einheitliche Lipoproteinfraktion darstellen, sondern aus mehreren Subfraktionen bestehen, die sich in ihrer Größe und Dichte unterscheiden. Die Größe und Dichte eines LDL-Partikels wird ausschließlich durch die Anzahl der Cholesterinmoleküle bestimmt, die es transportiert. Große, leichte LDL-Partikel enthalten mehr Cholesterinmoleküle als kleine, dichte LDL. Demnach kann die gleiche LDL-Cholesterinmenge entweder in wenigen großen oder aber in vielen kleinen LDL-Partikeln verpackt sein (Abb. 1), was weitreichende Konsequenzen hat.

Abb. 1: Die gleiche LDL-Cholesterin-Menge kann entweder in wenigen großen, leichten LDL (links) oder in vielen kleinen, dichten LDL (rechts) verpackt sein.

Es gilt heute als sicher, dass kleine, dichte LDL (small dense LDL = sdLDL) wegen ihrer besonderen Eigenschaften wesentlich atherogener als größere, leichtere LDL sind, so dass ein erhöhter Anteil von kleinen, dichten LDL als eigenständiger Risikofaktor für die Atherosklerose zu betrachten ist. Eine Dominanz der kleinen, dichten LDL erhöht das Herzinfarktrisiko um das 3-7fache und zwar unabhängig vom totalen LDL-Cholesterin. Bei 40-50% aller Patienten mit einer koronaren Herzerkrankung wurden vermehrt kleine, dichte LDL gefunden, ohne dass das LDL-Cholesterin auffällig erhöht war. Darüber hinaus lag die Vorhersagekraft der kleinen, dichten LDL für ein zukünftiges koronares Ereignis deutlich über dem des LDL-Cholesterins.

Die Ursachen für die starke Atherogenität der kleinen, dichten LDL sind vielfältig. Einerseits werden sie langsamer abgebaut und verweilen im Blutplasma doppelt so lange wie große, leichte LDL. Andererseits gelangen kleine, dichte LDL aufgrund ihrer geringen Größe viel leichter und schneller in die Arterienwände, wo sie mit hoher Affinität an die Proteoglykane der Extrazellulärmatrix binden und akkumulieren. Dort sind sie einer prooxidativen Umgebung ausgesetzt und werden wegen ihres geringeren Gehaltes an Antioxidantien (z.B. Vitamin E) besonders leicht durch aggressive Radikale oxidiert, die während des Entzündungsgeschehens ständig anfallen. Die so gebildeten oxidierten LDL sind die eigentlichen Auslöser und Beschleuniger des atherosklerotischen Prozesses.

Gründe für die starke Atherogenität der sdLDL

	geringere Affinität zum LDL-Rezeptor - verlangsamter LDL-Abbau - längere Verweildauer im Serum (5 Tage)
	infiltrieren schneller in den subendothelialen Raum - Bindung mit hoher Affinität an Proteoglykane - Akkumulation
	sind leichter oxidierbar als große, leichte LDL - Bildung von oxLDL
	werden von humanen Makrophagen stärker internalisiert als große, leichte LDL - Schaumzellbildung

Die Prozesse, die zur bevorzugten Bildung kleiner, dichter LDL führen, werden noch nicht vollständig verstanden. Neben genetischen Komponenten, deren Anteil auf 35-45% geschätzt wird, spielen andere Faktoren wie Alter, Geschlecht, Ernährung, körperliche Aktivität, Hormone und Medikamente eine entscheidende Rolle. Der wichtigste metabolische Faktor, der die Variabilität der LDL-Größe zu ca. 50% bestimmt, sind die Triglyzeride. Das Auftreten bevorzugt kleiner, dichter LDL wird fast ausschließlich oberhalb einer Triglyzeridkonzentration von 130 mg/dl beobachtet. Die schon seit langem diskutierte atherogene Wirkung der Triglyzeride ist höchstwahrscheinlich sekundär durch Beeinflussung des LDL-Subklassenprofils und des HDL-Spiegels bedingt.

3. Zustände mit vermehrtem Auftreten kleiner, dichter LDL

In zahlreichen epidemiologischen Studien hat sich gezeigt, dass bei den meisten Menschen (ca. 70% der Gesamtpopulation) die großen, leichten LDL überwiegen. Diese Situation entspricht dem Normal-Typ und wird als LDL-Phänotyp A bezeichnet. 10-30% der Bevölkerung weisen dagegen vermehrt kleine, dichte LDL auf, was dem LDL-Phänotyp B entspricht. Die Prävalenz der sdLDL ist bei jungen Männern und prämenopausalen Frauen gering und steigt mit dem Alter und nach der Menopause an. Der LDL-Phänotyp B wird bei 5-10% der Männer unter 20 Jahren und der Frauen vor der Menopause, bei 30-35% der erwachsenen Männer und bei 15-25% der postmenopausalen Frauen vorgefunden.
Sehr häufig findet man einen vermehrten Anteil kleiner, dichter LDL im Zusammenhang mit einer moderaten Hypertriglyzeridämie (>180 mg/dl) bei normalem LDL-Cholesterin und verringertem HDL-Cholesterin. Diese Lipidstoffwechselstörung stellt eine eigenständige Dyslipoproteinämie dar, die wegen ihrer besonders hohen Atherogenität als ALP (Atherogener Lipoprotein Phänotyp) bezeichnet wird. Aus epidemiologischer Sicht ist der ALP wahrscheinlich der wichtigste lipidassoziierte Risikofaktor für die koronare Herzerkrankung.
Etwa die Hälfte der Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 und ca. 60% der Dialysepatienten weisen einen erhöhten Anteil von kleinen, dichten LDL auf. Auch beim Metabolischen Syndrom und bei Insulinresistenz findet man ein asymmetrisches LDL-Profil aufgrund einer Zunahme der kleinen, dichten LDL-Fraktion. Körperliche Inaktivität und eine sehr fettarme und kohlenhydratreiche Ernährung begünstigen insbesondere bei genetischer Prädisposition ebenfalls die Bildung kleiner, dichter LDL. Die proatherogene Wirkung einer postprandialen Hypertriglyzeridämie steht ebenfalls mit einem ALP im Zusammenhang. Eine Hypothyreose kann die Ausbildung eines ALP fördern. Während der Schwangerschaft kommt es zu einem Anstieg der Triglyzeride, weshalb in der späten Schwangerschaft ab einem gewissen Triglyzeridspiegel temporär vermehrt kleine, dichte LDL gebildet werden. Die schwangerschaftsbedingte Verschiebung des LDL-Subklassenprofils ist aber nach Beendigung der Schwangerschaft voll reversibel.

Vermehrtes Auftreten von sdLDL

	Diabetes mellitus Typ 2 (40-50% der Patienten)
	Metabolisches Syndrom, Insulinresistenz
	postprandiale Hypertriglyzeridämie
	Hämodialyse, Peritonealdialyse(60% der Patienten)
	Familiäre Kombinierte Hyperlipoproteinämie (FKHL)
	temporär während der Schwangerschaft
	Geschlecht (Männer > Frauen)
	Alter, Frauen nach der Menopause
	körperliche Inaktivität
	fettarme, kohlenhydratreiche Diät bei genetischer Disposition

4. Beeinflußbarkeit der LDL-Subklassen

Das LDL-Subklassenprofil kann durch Ernährung, körperliche Aktivität und Medikamente beeinflusst werden, ohne dass sich das totale LDL-Cholesterin verändern muss. Obwohl der klinische Nutzen einer Konversion vom LDL-Phänotyp B zum Typ A noch nicht bewiesen ist, könnte nach Schätzungen die therapeutische Modulation der LDL-Größe mit bis zu 37% zur Verringerung des Atheroskleroserisikos beitragen.

Ernährung
Die Diäten zur Verringerung des kardiovaskulären Risikos hatten in den vergangenen Jahren hauptsächlich eine Verminderung des Fettgehaltes zum Ziel. Es zeigte sich aber, dass die individuellen Reaktionen auf einen isokalorischen Ersatz der Fette durch Kohlenhydrate sehr unterschiedlich sein können. Oftmals wird eine Verschlechterung der Stoffwechsellage in Form einer Erhöhung des Triglyzeridspiegels, einer Verringerung des HDL-Cholesterins und einer Erhöhung des Anteils kleiner, dichter LDL beobachtet, wobei einfache Zucker mit hohem glykämischen Index (Fruktose) einen stärkeren Effekt als komplexe Kohlenhydrate (Stärke) haben. Patienten mit LDL-Phänotyp A können unter einer fettarmen, kohlenhydratreichen Diät sogar in einen Typ B konvertierten. Dabei sind flüssige Diäten ungünstiger als feste, während ein hoher Anteil an Ballaststoffen den ungünstigen Effekt einer kohlenhydratreichen Diät mildert. Ob eine kohlenhydratinduzierte Hypertriglyzeridämie entsteht, hängt wesentlich vom Körpergewicht und vor allem von der körperlichen Aktivität ab. Die negativen Effekte einer kohlenhydratreichen Diät können schon durch moderate körperliche Aktivität deutlich minimiert werden. Die unterschiedliche individuelle Reaktion auf diätetische Maßnahmen liegt in einer differenten genetischen Prädisposition begründet, weshalb zur Prävention von koronaren Herzerkrankungen auch eine Individualisierung von Ernährungsmaßnahmen zu fordern ist.

Körperliche Aktivität
Durch alleinige Intensivierung der körperlichen Aktivität kann die KHK-Mortalität um 31% reduziert werden. Sie bewirkt eine Reduktion der VLDL, einen Anstieg des HDL-Cholesterins (10-15%) und eine Abnahme des Anteils der kleinen, dichten LDL bei unwesentlicher Beeinflussung des LDL-Cholesterins. Trainierte Hypercholesterinämiker haben signifikant weniger kleine, dichte LDL und mehr große und mittelgroße LDL als untrainierte Hypercholesterinämiker. Auch die Oxidierbarkeit der LDL wird durch kontinuierliche körperliche Aktivität vermindert, was möglicherweise an der Verringerung der kleinen, dichten LDL liegt. Die körperliche Aktivität sollte im aeroben Bereich mit Ausdauerbelastung von möglichst mehr als 30 min geleistet werden. Insgesamt muss der Energieumsatz um mindestens 1000 kcal/Woche gesteigert werden. Für andauernde Effekte auf den Lipoproteinstoffwechsel müsste z.B. ein Lauftraining von 15 km/Woche erreicht werden.
Die deutlichsten Effekte auf den Lipoproteinstoffwechsel mit einer Verringerung der kleinen, dichten LDL sind durch Kombination aus diätetischen Maßnahmen und körperlicher Aktivität zu erreichen.

Medikamente
Während beta-Blocker das LDL-Subklassenprofil wegen einer möglichen Konversion in einen LDL-Phänotyp B ungünstig beeinflussen, haben alpha-Blocker eher einen positiven Effekt auf das LDL-Subklassenprofil. Für Austauscherharze (Colestyramin), die oft bei einer Hypercholesterinämie eingesetzt werden, konnte kein Einfluss auf das LDL-Subklassenprofil nachgewiesen werden. Bei Frauen nach der Menopause mit LDL-Phänotyp B kann eine HRT (Hormone Replacement Therapie) eine Konversion zu Typ A bewirken. Eine entscheidende Maßnahme zur Verringerung des Anteils der kleinen, dichten LDL ist die Behandlung der Hypertriglyzeridämie. Die deutlichsten Effekte auf das LDL-Subklassenprofil konnten für Triglyzeridsenker (Fibrate, Nikotinsäure) aber auch für bestimmte Statine (Atorvastatin, Simvastatin) nachgewiesen werden. Als sehr effektiv erwies sich eine Kombination aus Atorvastatin und Niacin, mit der eine Reduktion des LDL-Cholesterins (56%) und der Triglyzeride (69%), ein Anstieg des HDL-Cholesterins (42%) und ein deutlicher Abfall der kleinen, dichten LDL (72%) erreicht werden konnte.

5. Indikationen zur Bestimmung der kleinen, dichten LDL

Die Forschungen in den letzten Jahren haben gezeigt, dass es einen erheblichen Anteil von Personen gibt, die trotz eines unauffälligen LDL-Cholesterins einem deutlich erhöhten Atheroskleroserisiko ausgesetzt sind. Bei ihnen ist das LDL-Cholesterin vorwiegend in vielen kleinen, dichten LDL verpackt, die besonders atherogen sind. Durch die Bestimmung der LDL-Subklassen kann die Vorhersagekraft für eine koronare Herzerkrankung über das hinaus, was durch die konventionellen Lipoproteinparameter möglich ist, verbessert werden. Ein großer Teil der wegen einer familiären Belastung kardiovaskulär Gefährdeten mit unauffälligen Lipidwerten kann nur durch Erfassung der kleinen, dichten LDL identifiziert werden.
Obwohl eine Erhöhung der sdLDL häufig mit einer Hypertriglyzeridämie und einem verminderten HDL-Cholesterin einhergeht, können erhöhte Triglyzeride und verminderte HDL das LDL-Profil nicht vorhersagen. Einerseits gibt es einen signifikanten Anteil von Patienten mit vermehrten sdLDL und "normalen" Triglyzerid- und HDL-Werten. Andererseits können gerade bei moderaten Hypertriglyzeridämien keine Rückschlüsse auf die Verteilung der LDL-Subfraktionen gezogen werden, da die metabolischen Zusammenhänge aufgrund der Abhängigkeiten von zahlreichen Enzymaktivitäten viel zu komplex sind. Auch die Bestimmung des ApoB eignet sich nicht als Vorhersageparameter für das LDL-Subklassenprofil. Obwohl eine erhöhte ApoB-Serumkonzentration und vermehrt kleine, dichte LDL häufig zusammen auftreten, gibt es eine signifikante Anzahl von Individuen mit erhöhten sdLDL und normalem ApoB. Bei erhöhten Triglyzeriden besteht sogar eine inverse Beziehung zwischen dem ApoB-Spiegel und dem sdLDL-Anteil.
Die Diagnose der häufigsten primären Lipoproteinstoffwechselstörung, der FKHL (Familiäre Kombinierte Hyperlipoproteinämie), ist wegen der sehr heterogenen phänotypischen Ausprägung (Typen IIa, IIb oder IV nach Fredrickson) schwierig. Da die kleinen, dichten LDL bei einer FKHL unabhängig vom Phänotyp immer nachweisbar sind, gelten sie als wichtiger diagnostischer Indikator. Die Bestimmung des LDL-Subklassentyps zusätzlich zu den konventionellen Lipoproteinparametern und der ApoB-Serumkonzentration verbessert deutlich die Diagnostik einer FKHL.
Bei chronischer Niereninsuffizienz und bei Dialysepatienten wird das Koronarrisiko durch die konventionellen Lipidparameter oft unterschätzt. Ein Bestimmung des LDL-Subklassenprofils könnte hier zur Verbesserung der Risikostratifizierung beitragen.
Auch für die Therapiekontrolle ist die Bestimmung des LDL-Subklassenprofils von Nutzen. LDL-Subfraktionen sind ein besserer Prädiktor für das Ansprechen auf eine Therapie als Veränderungen im totalen LDL-Cholesterin. Durch eine Untersuchung von Lipoproteinsubfraktionen werden positive Veränderungen durch Lebensstiländerungen (Diät, körperliche Aktivität) früher erkennbar, was sich positiv auf die Compliance der Patienten auswirken kann.

Indikationen zur Bestimmung der sdLDL

	Diabetes mellitus Typ 2
	Metabolisches Syndrom, Insulinresistenz
	Dialysepatienten, chronische Niereninsuffizienz
	erhöhte Triglyzeride bei gleichzeitig verminderten HDL und unauffälligen LDL (Verdacht auf einen Atherogenen Lipoprotein Phänotyp)
	Diagnose einer Familiären Kombinierten Hyperlipoproteinämie (FKHL)
	Normolipidämiker mit erhöhtem Herzinfarktrisiko aufgrund einer familiären Belastung
	Therapiekontrolle, Diät-/Lifestyle-Kontrolle

6. Methode zur Bestimmung der kleinen, dichten LDL

Das Labor Dr. Gärtner bietet seit kurzem im Rahmen der spezialisierten Fettstoffwechseldiagnostik eine neue, selbst entwickelte Methode zur Analyse sämtlicher Lipoproteinsubklassen an. Die Methode, die unter dem Namen LipoDens (Lipoprotein Density Profile) läuft, beruht auf dem Prinzip der Trennung der Lipoproteine in einem kontinuierlichen Dichtegradienten mittels Ultrazentrifugation. Der Arzt erhält neben den ermittelten Messwerten für die einzelnen Lipoproteinfraktionen in grafischer und numerischer Form eine ausführliche Interpretation des Befundmusters mit Empfehlungen für das weitere Vorgehen.

Material 2,0 ml frisches Nüchternserum (12 h Nahrungskarenz). Das Serum sollte kühl (4-10°C) gelagert werden, darf aber keinesfalls einfrieren. Für eine zuverlässige Aussage muss die Analytik innerhalb von 3 Tagen erfolgen. Danach sind Verschiebungen im Lipoproteinprofil erkennbar, so dass kein sicheres Abbild des tatsächlichen in vivo-Profils mehr gegeben ist. Die Proben sollten deshalb von Montag bis spätestens Donnerstag Abend im Labor eintreffen. Anforderung Für die komplette Analyse des Lipoproteinprofils fordern Sie bitte "LipoDens" an. Triglyzeride, Gesamtcholesterin, LDL und HDL sind darin inbegriffen, so dass diese nicht extra angefordert werden müssen.

Gebührenziffern und Preise

7. Praktisches Beispiel

Der Nutzen der neuen Methode sei an einem konkreten Beispiel aus unserem Labor demonstriert. Bei den Patienten A und B wurden im Rahmen einer Grunduntersuchung folgende Lipidwerte ermittelt:

Die Werte von Patient A liegen alle innerhalb der empfohlenen Zielbereiche, so dass bei ihm seitens der Lipoproteine kein erhöhtes Atheroskleroserisiko besteht.
Auch bei Patient B würde man aufgrund der LDL- und HDL-Werte kein erhöhtes Herzinfarktrisiko erwarten.
Auffällig ist lediglich ein mäßig erhöhter Triglyzeridspiegel.

Nach der Analyse des Lipoproteinprofils mit der LipoDens-Methode kommt man jedoch zu einer völlig anderen Einschätzung (Abb. 2). Beim Patienten A überwiegen die größeren, leichteren LDL (LDL-1 und LDL-2), während der Anteil der kleinen, dichten LDL (LDL-3) mit 16% gering ist (LDL-Phänotyp A). Beim Patienten B ist dagegen eine deutliche Verschiebung des LDL-Profils in Richtung der kleinen, dichten LDL (LDL-3) zu erkennen. Ihr Anteil an den gesamt-LDL beträgt 53%, was dem LDL-Phänotyp B entspricht. Bei gleichem LDL-Cholesterin hat also Patient B ein wesentlich höheres Atheroskleroserisiko als Patient A.

Abb. 2 Vergleich der Lipoproteinprofile von Patient A und Patient B, wie sie mit der LipoDens-Methode ermittelt wurden. Dargestellt ist der Cholesteringehalt der verschiedenen Lipoproteinsubfraktionen. (VLDL = Very Low Density Lipoprotein, IDL = Intermediate Density Lipoprotein, LDL = Low Density Lipoprotein, HDL = High Density Lipoprotein)

Literatur

1. Berneis,K.K. and Krauss,R.M. (2002). Metabolic origins and clinical significance of LDL heterogeneity. J Lipid Res. 43, 1363-1379.
2. Halle,M., Berg,A. (2002). Körperliche Aktivität und Lipidstoffwechsel. Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin 53, 58-59.
3. Krauss,R.M. (2001). Atherogenic lipoprotein phenotype and diet-gene interactions. J Nutr. 131, 340S-343S.
4. Packard,C.J. (2003). Triacylglycerol-rich lipoproteins and the generation of small, dense low-density lipoprotein. Biochem. Soc. Trans. 31, 1066-1069.
5. Superko,H.R., Nejedly,M., and Garrett,B. (2002). Small LDL and its clinical importance as a new CAD risk fac-tor: a female case study. Prog. Cardiovasc. Nurs. 17, 167-173.
6. Superko,R.H. (2001). Lipoprotein subclasses and atherosclerosis. Front Biosci 6, D355-D365.

Januar 2004

Dr. med. habil. Dietmar Plonné
Arzt für Laboratoriumsmedizin
Tel.: (+49)751-502260