Messung der Lebereisenkonzentration mit dem Biomagnetomer

Die Kenntnis der Lebereisen-Konzentration erlaubt auch eine Abschätzung des Speichereisens wie Studien mit 

erschöpfenden quantitativen Phlebotomien gezeigt haben. In b-Thalassämie-Patienten nach Knochenmarks- 

Transplantation wurde die Relation (Gleichung 3) zwischen dem durch erschöpfende Phlebotomien bestimmten

Ganzkörper-Speichereisen (total body iron TBI [mg Fe]) und der gemessenen Lebereisen-Konzentration (LIC 

[mg/gdry wgt]) von in Paraffin eingebetteten Biopsien unter Berücksichtigung des Körpergewichts (body weight 

BW [kg]) erhalten (32).  

(3)  

TBI = 10.6 · LICdry wgt · BW 

(Ganzkörper-Speichereisen)

Inwieweit sich diese Relation auf Patienten mit Eisenüberladung aufgrund akuter Bluttransfusionen übertragen 

lässt, bleibt dahingestellt.

   

Biomagnetische Lebersuszeptometrie                                                                                    

Die Möglichkeit, die magnetische in-vivo Suszeptometrie zur Messung des Lebereisens auszunutzen, wurde 

erstmalig von Bauman & Harris (33) an eisenüberladenen Ratten aufgezeigt. Allerdings waren die technischen 

Voraussetzungen zu der Zeit noch unzureichend. Ausreichend empfindliche SQUID-Magnetometer (SQUID = 

Superconducting QUantum Interference Device) basierend auf dem quantenmechanischen Josephson Effekt 

wurden erst später entwickelt. Im Falle der Biomagnetischen Leber-Suszeptometrie (BLS) ist die 

Magnetisierung in Gleichung 3 direkt proportional zum angelegten Feld Bf und zur magnetischen Suszeptibilität 

aller Atome pro Volumenelement, wobei eine mikroskopische Heterogenität der Atome keinen Einfluss auf den 

Wert von c hat. Daraus ergibt sich das Suszeptometrie-Signal durch Integration über alle Volumenelemente dV 

im Abstand r von der Detektorspule als  

(4)

DF = ∫ c(r) Bf(r)•Bd(r) dV 

(Suszeptometrie-Signal)

In der praktischen Realisierung der BLS wird meistens die Differenz-Methode benutzt (siehe Abbildung 4). 

Dabei wird die Änderung der magnetischen Volumensuszeptibilität Dc zwischen Thorax und dem 

Referenzmedium Wasser gemessen (34).

Abb. 4:  Differenz-Methode zur Messung der Lebereisenkonzentration: Der Patient wird im Magnetfeld der 

Startposition (links, 20-30 milliTesla) um ca. 5 – 10 cm (rechts, ca. 1 milliTesla) senkrecht nach unten bewegt. 

Während dieses vertikalen Scans folgt die Wasserkopplungs-Membran dem Patienten und die Änderung des 

magnetischen Flusses wird als Funktion des Abstandes in den Detektorspulen und SQUIDs gemessen.

   

Die Änderung der magnetischen Volumensuszeptibilität Dc wird durch das paramagnetische Ferritin- und 

Hämosiderin-Eisen (cFe = 1600·10-6) und das Referenzmedium (Wasser) bestimmt, wobei die 

diamagnetischen Eigenschaften von biologischem Körper-Gewebe und Wasser näherungsweise gleichgesetzt 

werden können (c = -9·10-6) und um 3 Größenordnungen  vom Ferritin-/Hämosiderin-Eisen übertroffen werden. 

In erster Näherung kann daraus die Lebereisenkonzentration (LIC) bestimmt werden (6).

(5)

LIC = Dc / cFe 

(spezifische magnetische Ferritin-Suszeptibilität)

Erstmalig wurde diese Methode gegen die Eisenkonzentrationen in Leberbiopsien von Patienten mit hereditärer 

Hämochromatose validiert (35). Wie die Gleichungen 4 und 5 zeigen, ist keine Kalibrierung gegen 

Leberbiopsien notwendig. Es erfolgt lediglich eine physikalische Kalibrierung gegen ein Objekt mit bekannter 

magnetischer Suszeptibilität und definierter Geometrie (36). Insofern ist die BLS eine streng mathematisch- 

physikalische Methode, wobei das Flussintegral für den der Verlauf des Mess-Signals (Gleichung 4.4) gegen 

den Abstand genau berechnet werden kann.

Allerdings musste auch diese Methode mit biologischen Modellen (Eisenbestimmung in Leberbiopsien, 

quantitative Phlebotomie) validiert werden (6, 35, 37). Diese Validierung ergab an 38 Patienten mit hereditärer 

Hämochromatose (und Thalassämien) einen streng linearen Zusammenhang (r2 = 0.98) mit der 

Eisenbestimmung  in Feuchtgewichts-Biopsien (Atomabsorptions-Spektroskopie) im Bereich von 30 bis 5000 

µg/gwet weight mit einem Regressionskoeffizienten von 1.00 ± 0.03, der damit die Richtigkeit der spezifischen 

magnetischen Suszeptibilität des Hämosiderin-/Ferritin-Eisenkomplexes anzeigt (Gleichung 4).

Da bei Patienten mit Transfusions-Siderose 70 – 90% des Ganzkörper-Speichereisen in der Leber gespeichert 

sind (15), lässt sich durch zusätzliche Messung des Lebervolumens das gesamte Lebereisen (u. U. zusätzlich 

das Milzeisen) bestimmen. Unter der Annahme, dass das Leber- und Milzeisen 80% des Speichereisens 

darstellt, kann daraus das Ganzkörper-Speichereisen (total body iron TBI) berechnet werden (9). In Abbildung 4 

ist dies für eine typische Biosuszeptometrie-Indikation, die Messung der Eisenspeicher vor und nach 

Knochenmark-Transplantation, dargestellt.

Abb. 4:  Überwachung und Kontrolle der Eisenparameter in einem Patienten mit ß-Thalassaemia major vor und 

nach Knochenmark-Transplantation (KMT). Der Verlauf des Eisenspeicherung wird gut durch die nichtinvasiven 

Messungen des Lebereisens (BLS) widergegeben.

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